]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/amd64/amd64/pmap.c
Include the psind in data returned by mincore(2).
[FreeBSD/FreeBSD.git] / sys / amd64 / amd64 / pmap.c
1 /*-
2  * SPDX-License-Identifier: BSD-4-Clause
3  *
4  * Copyright (c) 1991 Regents of the University of California.
5  * All rights reserved.
6  * Copyright (c) 1994 John S. Dyson
7  * All rights reserved.
8  * Copyright (c) 1994 David Greenman
9  * All rights reserved.
10  * Copyright (c) 2003 Peter Wemm
11  * All rights reserved.
12  * Copyright (c) 2005-2010 Alan L. Cox <alc@cs.rice.edu>
13  * All rights reserved.
14  *
15  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
16  * the Systems Programming Group of the University of Utah Computer
17  * Science Department and William Jolitz of UUNET Technologies Inc.
18  *
19  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
20  * modification, are permitted provided that the following conditions
21  * are met:
22  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
23  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
24  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
25  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
26  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
27  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
28  *    must display the following acknowledgement:
29  *      This product includes software developed by the University of
30  *      California, Berkeley and its contributors.
31  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
32  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
33  *    without specific prior written permission.
34  *
35  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
36  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
37  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
38  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
39  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
40  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
41  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
42  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
43  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
44  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
45  * SUCH DAMAGE.
46  *
47  *      from:   @(#)pmap.c      7.7 (Berkeley)  5/12/91
48  */
49 /*-
50  * Copyright (c) 2003 Networks Associates Technology, Inc.
51  * Copyright (c) 2014-2019 The FreeBSD Foundation
52  * All rights reserved.
53  *
54  * This software was developed for the FreeBSD Project by Jake Burkholder,
55  * Safeport Network Services, and Network Associates Laboratories, the
56  * Security Research Division of Network Associates, Inc. under
57  * DARPA/SPAWAR contract N66001-01-C-8035 ("CBOSS"), as part of the DARPA
58  * CHATS research program.
59  *
60  * Portions of this software were developed by
61  * Konstantin Belousov <kib@FreeBSD.org> under sponsorship from
62  * the FreeBSD Foundation.
63  *
64  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
65  * modification, are permitted provided that the following conditions
66  * are met:
67  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
68  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
69  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
70  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
71  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
72  *
73  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
74  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
75  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
76  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
77  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
78  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
79  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
80  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
81  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
82  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
83  * SUCH DAMAGE.
84  */
85
86 #define AMD64_NPT_AWARE
87
88 #include <sys/cdefs.h>
89 __FBSDID("$FreeBSD$");
90
91 /*
92  *      Manages physical address maps.
93  *
94  *      Since the information managed by this module is
95  *      also stored by the logical address mapping module,
96  *      this module may throw away valid virtual-to-physical
97  *      mappings at almost any time.  However, invalidations
98  *      of virtual-to-physical mappings must be done as
99  *      requested.
100  *
101  *      In order to cope with hardware architectures which
102  *      make virtual-to-physical map invalidates expensive,
103  *      this module may delay invalidate or reduced protection
104  *      operations until such time as they are actually
105  *      necessary.  This module is given full information as
106  *      to which processors are currently using which maps,
107  *      and to when physical maps must be made correct.
108  */
109
110 #include "opt_ddb.h"
111 #include "opt_pmap.h"
112 #include "opt_vm.h"
113
114 #include <sys/param.h>
115 #include <sys/bitstring.h>
116 #include <sys/bus.h>
117 #include <sys/systm.h>
118 #include <sys/kernel.h>
119 #include <sys/ktr.h>
120 #include <sys/lock.h>
121 #include <sys/malloc.h>
122 #include <sys/mman.h>
123 #include <sys/mutex.h>
124 #include <sys/proc.h>
125 #include <sys/rangeset.h>
126 #include <sys/rwlock.h>
127 #include <sys/sbuf.h>
128 #include <sys/sx.h>
129 #include <sys/turnstile.h>
130 #include <sys/vmem.h>
131 #include <sys/vmmeter.h>
132 #include <sys/sched.h>
133 #include <sys/sysctl.h>
134 #include <sys/smp.h>
135 #ifdef DDB
136 #include <sys/kdb.h>
137 #include <ddb/ddb.h>
138 #endif
139
140 #include <vm/vm.h>
141 #include <vm/vm_param.h>
142 #include <vm/vm_kern.h>
143 #include <vm/vm_page.h>
144 #include <vm/vm_map.h>
145 #include <vm/vm_object.h>
146 #include <vm/vm_extern.h>
147 #include <vm/vm_pageout.h>
148 #include <vm/vm_pager.h>
149 #include <vm/vm_phys.h>
150 #include <vm/vm_radix.h>
151 #include <vm/vm_reserv.h>
152 #include <vm/uma.h>
153
154 #include <machine/intr_machdep.h>
155 #include <x86/apicvar.h>
156 #include <x86/ifunc.h>
157 #include <machine/cpu.h>
158 #include <machine/cputypes.h>
159 #include <machine/md_var.h>
160 #include <machine/pcb.h>
161 #include <machine/specialreg.h>
162 #ifdef SMP
163 #include <machine/smp.h>
164 #endif
165 #include <machine/sysarch.h>
166 #include <machine/tss.h>
167
168 #ifdef NUMA
169 #define PMAP_MEMDOM     MAXMEMDOM
170 #else
171 #define PMAP_MEMDOM     1
172 #endif
173
174 static __inline boolean_t
175 pmap_type_guest(pmap_t pmap)
176 {
177
178         return ((pmap->pm_type == PT_EPT) || (pmap->pm_type == PT_RVI));
179 }
180
181 static __inline boolean_t
182 pmap_emulate_ad_bits(pmap_t pmap)
183 {
184
185         return ((pmap->pm_flags & PMAP_EMULATE_AD_BITS) != 0);
186 }
187
188 static __inline pt_entry_t
189 pmap_valid_bit(pmap_t pmap)
190 {
191         pt_entry_t mask;
192
193         switch (pmap->pm_type) {
194         case PT_X86:
195         case PT_RVI:
196                 mask = X86_PG_V;
197                 break;
198         case PT_EPT:
199                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
200                         mask = EPT_PG_EMUL_V;
201                 else
202                         mask = EPT_PG_READ;
203                 break;
204         default:
205                 panic("pmap_valid_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
206         }
207
208         return (mask);
209 }
210
211 static __inline pt_entry_t
212 pmap_rw_bit(pmap_t pmap)
213 {
214         pt_entry_t mask;
215
216         switch (pmap->pm_type) {
217         case PT_X86:
218         case PT_RVI:
219                 mask = X86_PG_RW;
220                 break;
221         case PT_EPT:
222                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
223                         mask = EPT_PG_EMUL_RW;
224                 else
225                         mask = EPT_PG_WRITE;
226                 break;
227         default:
228                 panic("pmap_rw_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
229         }
230
231         return (mask);
232 }
233
234 static pt_entry_t pg_g;
235
236 static __inline pt_entry_t
237 pmap_global_bit(pmap_t pmap)
238 {
239         pt_entry_t mask;
240
241         switch (pmap->pm_type) {
242         case PT_X86:
243                 mask = pg_g;
244                 break;
245         case PT_RVI:
246         case PT_EPT:
247                 mask = 0;
248                 break;
249         default:
250                 panic("pmap_global_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
251         }
252
253         return (mask);
254 }
255
256 static __inline pt_entry_t
257 pmap_accessed_bit(pmap_t pmap)
258 {
259         pt_entry_t mask;
260
261         switch (pmap->pm_type) {
262         case PT_X86:
263         case PT_RVI:
264                 mask = X86_PG_A;
265                 break;
266         case PT_EPT:
267                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
268                         mask = EPT_PG_READ;
269                 else
270                         mask = EPT_PG_A;
271                 break;
272         default:
273                 panic("pmap_accessed_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
274         }
275
276         return (mask);
277 }
278
279 static __inline pt_entry_t
280 pmap_modified_bit(pmap_t pmap)
281 {
282         pt_entry_t mask;
283
284         switch (pmap->pm_type) {
285         case PT_X86:
286         case PT_RVI:
287                 mask = X86_PG_M;
288                 break;
289         case PT_EPT:
290                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
291                         mask = EPT_PG_WRITE;
292                 else
293                         mask = EPT_PG_M;
294                 break;
295         default:
296                 panic("pmap_modified_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
297         }
298
299         return (mask);
300 }
301
302 static __inline pt_entry_t
303 pmap_pku_mask_bit(pmap_t pmap)
304 {
305
306         return (pmap->pm_type == PT_X86 ? X86_PG_PKU_MASK : 0);
307 }
308
309 #if !defined(DIAGNOSTIC)
310 #ifdef __GNUC_GNU_INLINE__
311 #define PMAP_INLINE     __attribute__((__gnu_inline__)) inline
312 #else
313 #define PMAP_INLINE     extern inline
314 #endif
315 #else
316 #define PMAP_INLINE
317 #endif
318
319 #ifdef PV_STATS
320 #define PV_STAT(x)      do { x ; } while (0)
321 #else
322 #define PV_STAT(x)      do { } while (0)
323 #endif
324
325 #undef pa_index
326 #ifdef NUMA
327 #define pa_index(pa)    ({                                      \
328         KASSERT((pa) <= vm_phys_segs[vm_phys_nsegs - 1].end,    \
329             ("address %lx beyond the last segment", (pa)));     \
330         (pa) >> PDRSHIFT;                                       \
331 })
332 #define pa_to_pmdp(pa)  (&pv_table[pa_index(pa)])
333 #define pa_to_pvh(pa)   (&(pa_to_pmdp(pa)->pv_page))
334 #define PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa)        ({                      \
335         struct rwlock *_lock;                                   \
336         if (__predict_false((pa) > pmap_last_pa))               \
337                 _lock = &pv_dummy_large.pv_lock;                \
338         else                                                    \
339                 _lock = &(pa_to_pmdp(pa)->pv_lock);             \
340         _lock;                                                  \
341 })
342 #else
343 #define pa_index(pa)    ((pa) >> PDRSHIFT)
344 #define pa_to_pvh(pa)   (&pv_table[pa_index(pa)])
345
346 #define NPV_LIST_LOCKS  MAXCPU
347
348 #define PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa)        \
349                         (&pv_list_locks[pa_index(pa) % NPV_LIST_LOCKS])
350 #endif
351
352 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa)  do {    \
353         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
354         struct rwlock *_new_lock;                       \
355                                                         \
356         _new_lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);           \
357         if (_new_lock != *_lockp) {                     \
358                 if (*_lockp != NULL)                    \
359                         rw_wunlock(*_lockp);            \
360                 *_lockp = _new_lock;                    \
361                 rw_wlock(*_lockp);                      \
362         }                                               \
363 } while (0)
364
365 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m)        \
366                         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, VM_PAGE_TO_PHYS(m))
367
368 #define RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp)             do {    \
369         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
370                                                         \
371         if (*_lockp != NULL) {                          \
372                 rw_wunlock(*_lockp);                    \
373                 *_lockp = NULL;                         \
374         }                                               \
375 } while (0)
376
377 #define VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m)      \
378                         PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(VM_PAGE_TO_PHYS(m))
379
380 struct pmap kernel_pmap_store;
381
382 vm_offset_t virtual_avail;      /* VA of first avail page (after kernel bss) */
383 vm_offset_t virtual_end;        /* VA of last avail page (end of kernel AS) */
384
385 int nkpt;
386 SYSCTL_INT(_machdep, OID_AUTO, nkpt, CTLFLAG_RD, &nkpt, 0,
387     "Number of kernel page table pages allocated on bootup");
388
389 static int ndmpdp;
390 vm_paddr_t dmaplimit;
391 vm_offset_t kernel_vm_end = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
392 pt_entry_t pg_nx;
393
394 static SYSCTL_NODE(_vm, OID_AUTO, pmap, CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
395     "VM/pmap parameters");
396
397 static int pg_ps_enabled = 1;
398 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pg_ps_enabled, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
399     &pg_ps_enabled, 0, "Are large page mappings enabled?");
400
401 int __read_frequently la57 = 0;
402 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, la57, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
403     &la57, 0,
404     "5-level paging for host is enabled");
405
406 static bool
407 pmap_is_la57(pmap_t pmap)
408 {
409         if (pmap->pm_type == PT_X86)
410                 return (la57);
411         return (false);         /* XXXKIB handle EPT */
412 }
413
414 #define PAT_INDEX_SIZE  8
415 static int pat_index[PAT_INDEX_SIZE];   /* cache mode to PAT index conversion */
416
417 static u_int64_t        KPTphys;        /* phys addr of kernel level 1 */
418 static u_int64_t        KPDphys;        /* phys addr of kernel level 2 */
419 u_int64_t               KPDPphys;       /* phys addr of kernel level 3 */
420 u_int64_t               KPML4phys;      /* phys addr of kernel level 4 */
421 u_int64_t               KPML5phys;      /* phys addr of kernel level 5,
422                                            if supported */
423
424 static pml4_entry_t     *kernel_pml4;
425 static u_int64_t        DMPDphys;       /* phys addr of direct mapped level 2 */
426 static u_int64_t        DMPDPphys;      /* phys addr of direct mapped level 3 */
427 static int              ndmpdpphys;     /* number of DMPDPphys pages */
428
429 static vm_paddr_t       KERNend;        /* phys addr of end of bootstrap data */
430
431 /*
432  * pmap_mapdev support pre initialization (i.e. console)
433  */
434 #define PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT      8
435 static struct pmap_preinit_mapping {
436         vm_paddr_t      pa;
437         vm_offset_t     va;
438         vm_size_t       sz;
439         int             mode;
440 } pmap_preinit_mapping[PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT];
441 static int pmap_initialized;
442
443 /*
444  * Data for the pv entry allocation mechanism.
445  * Updates to pv_invl_gen are protected by the pv list lock but reads are not.
446  */
447 #ifdef NUMA
448 static __inline int
449 pc_to_domain(struct pv_chunk *pc)
450 {
451
452         return (_vm_phys_domain(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc)));
453 }
454 #else
455 static __inline int
456 pc_to_domain(struct pv_chunk *pc __unused)
457 {
458
459         return (0);
460 }
461 #endif
462
463 struct pv_chunks_list {
464         struct mtx pvc_lock;
465         TAILQ_HEAD(pch, pv_chunk) pvc_list;
466         int active_reclaims;
467 } __aligned(CACHE_LINE_SIZE);
468
469 struct pv_chunks_list __exclusive_cache_line pv_chunks[PMAP_MEMDOM];
470
471 #ifdef  NUMA
472 struct pmap_large_md_page {
473         struct rwlock   pv_lock;
474         struct md_page  pv_page;
475         u_long pv_invl_gen;
476 };
477 __exclusive_cache_line static struct pmap_large_md_page pv_dummy_large;
478 #define pv_dummy pv_dummy_large.pv_page
479 __read_mostly static struct pmap_large_md_page *pv_table;
480 __read_mostly vm_paddr_t pmap_last_pa;
481 #else
482 static struct rwlock __exclusive_cache_line pv_list_locks[NPV_LIST_LOCKS];
483 static u_long pv_invl_gen[NPV_LIST_LOCKS];
484 static struct md_page *pv_table;
485 static struct md_page pv_dummy;
486 #endif
487
488 /*
489  * All those kernel PT submaps that BSD is so fond of
490  */
491 pt_entry_t *CMAP1 = NULL;
492 caddr_t CADDR1 = 0;
493 static vm_offset_t qframe = 0;
494 static struct mtx qframe_mtx;
495
496 static int pmap_flags = PMAP_PDE_SUPERPAGE;     /* flags for x86 pmaps */
497
498 static vmem_t *large_vmem;
499 static u_int lm_ents;
500 #define PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(va)    ((va) >= LARGEMAP_MIN_ADDRESS && \
501         (va) < LARGEMAP_MIN_ADDRESS + NBPML4 * (u_long)lm_ents)
502
503 int pmap_pcid_enabled = 1;
504 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pcid_enabled, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
505     &pmap_pcid_enabled, 0, "Is TLB Context ID enabled ?");
506 int invpcid_works = 0;
507 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, invpcid_works, CTLFLAG_RD, &invpcid_works, 0,
508     "Is the invpcid instruction available ?");
509
510 int __read_frequently pti = 0;
511 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pti, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
512     &pti, 0,
513     "Page Table Isolation enabled");
514 static vm_object_t pti_obj;
515 static pml4_entry_t *pti_pml4;
516 static vm_pindex_t pti_pg_idx;
517 static bool pti_finalized;
518
519 struct pmap_pkru_range {
520         struct rs_el    pkru_rs_el;
521         u_int           pkru_keyidx;
522         int             pkru_flags;
523 };
524
525 static uma_zone_t pmap_pkru_ranges_zone;
526 static bool pmap_pkru_same(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva);
527 static pt_entry_t pmap_pkru_get(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
528 static void pmap_pkru_on_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva);
529 static void *pkru_dup_range(void *ctx, void *data);
530 static void pkru_free_range(void *ctx, void *node);
531 static int pmap_pkru_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap);
532 static int pmap_pkru_deassign(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva);
533 static void pmap_pkru_deassign_all(pmap_t pmap);
534
535 static int
536 pmap_pcid_save_cnt_proc(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
537 {
538         int i;
539         uint64_t res;
540
541         res = 0;
542         CPU_FOREACH(i) {
543                 res += cpuid_to_pcpu[i]->pc_pm_save_cnt;
544         }
545         return (sysctl_handle_64(oidp, &res, 0, req));
546 }
547 SYSCTL_PROC(_vm_pmap, OID_AUTO, pcid_save_cnt, CTLTYPE_U64 | CTLFLAG_RD |
548     CTLFLAG_MPSAFE, NULL, 0, pmap_pcid_save_cnt_proc, "QU",
549     "Count of saved TLB context on switch");
550
551 static LIST_HEAD(, pmap_invl_gen) pmap_invl_gen_tracker =
552     LIST_HEAD_INITIALIZER(&pmap_invl_gen_tracker);
553 static struct mtx invl_gen_mtx;
554 /* Fake lock object to satisfy turnstiles interface. */
555 static struct lock_object invl_gen_ts = {
556         .lo_name = "invlts",
557 };
558 static struct pmap_invl_gen pmap_invl_gen_head = {
559         .gen = 1,
560         .next = NULL,
561 };
562 static u_long pmap_invl_gen = 1;
563 static int pmap_invl_waiters;
564 static struct callout pmap_invl_callout;
565 static bool pmap_invl_callout_inited;
566
567 #define PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI() \
568     KASSERT(pmap_not_in_di(), ("DI already started"))
569
570 static bool
571 pmap_di_locked(void)
572 {
573         int tun;
574
575         if ((cpu_feature2 & CPUID2_CX16) == 0)
576                 return (true);
577         tun = 0;
578         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.di_locked", &tun);
579         return (tun != 0);
580 }
581
582 static int
583 sysctl_pmap_di_locked(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
584 {
585         int locked;
586
587         locked = pmap_di_locked();
588         return (sysctl_handle_int(oidp, &locked, 0, req));
589 }
590 SYSCTL_PROC(_vm_pmap, OID_AUTO, di_locked, CTLTYPE_INT | CTLFLAG_RDTUN |
591     CTLFLAG_MPSAFE, 0, 0, sysctl_pmap_di_locked, "",
592     "Locked delayed invalidation");
593
594 static bool pmap_not_in_di_l(void);
595 static bool pmap_not_in_di_u(void);
596 DEFINE_IFUNC(, bool, pmap_not_in_di, (void))
597 {
598
599         return (pmap_di_locked() ? pmap_not_in_di_l : pmap_not_in_di_u);
600 }
601
602 static bool
603 pmap_not_in_di_l(void)
604 {
605         struct pmap_invl_gen *invl_gen;
606
607         invl_gen = &curthread->td_md.md_invl_gen;
608         return (invl_gen->gen == 0);
609 }
610
611 static void
612 pmap_thread_init_invl_gen_l(struct thread *td)
613 {
614         struct pmap_invl_gen *invl_gen;
615
616         invl_gen = &td->td_md.md_invl_gen;
617         invl_gen->gen = 0;
618 }
619
620 static void
621 pmap_delayed_invl_wait_block(u_long *m_gen, u_long *invl_gen)
622 {
623         struct turnstile *ts;
624
625         ts = turnstile_trywait(&invl_gen_ts);
626         if (*m_gen > atomic_load_long(invl_gen))
627                 turnstile_wait(ts, NULL, TS_SHARED_QUEUE);
628         else
629                 turnstile_cancel(ts);
630 }
631
632 static void
633 pmap_delayed_invl_finish_unblock(u_long new_gen)
634 {
635         struct turnstile *ts;
636
637         turnstile_chain_lock(&invl_gen_ts);
638         ts = turnstile_lookup(&invl_gen_ts);
639         if (new_gen != 0)
640                 pmap_invl_gen = new_gen;
641         if (ts != NULL) {
642                 turnstile_broadcast(ts, TS_SHARED_QUEUE);
643                 turnstile_unpend(ts);
644         }
645         turnstile_chain_unlock(&invl_gen_ts);
646 }
647
648 /*
649  * Start a new Delayed Invalidation (DI) block of code, executed by
650  * the current thread.  Within a DI block, the current thread may
651  * destroy both the page table and PV list entries for a mapping and
652  * then release the corresponding PV list lock before ensuring that
653  * the mapping is flushed from the TLBs of any processors with the
654  * pmap active.
655  */
656 static void
657 pmap_delayed_invl_start_l(void)
658 {
659         struct pmap_invl_gen *invl_gen;
660         u_long currgen;
661
662         invl_gen = &curthread->td_md.md_invl_gen;
663         PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI();
664         mtx_lock(&invl_gen_mtx);
665         if (LIST_EMPTY(&pmap_invl_gen_tracker))
666                 currgen = pmap_invl_gen;
667         else
668                 currgen = LIST_FIRST(&pmap_invl_gen_tracker)->gen;
669         invl_gen->gen = currgen + 1;
670         LIST_INSERT_HEAD(&pmap_invl_gen_tracker, invl_gen, link);
671         mtx_unlock(&invl_gen_mtx);
672 }
673
674 /*
675  * Finish the DI block, previously started by the current thread.  All
676  * required TLB flushes for the pages marked by
677  * pmap_delayed_invl_page() must be finished before this function is
678  * called.
679  *
680  * This function works by bumping the global DI generation number to
681  * the generation number of the current thread's DI, unless there is a
682  * pending DI that started earlier.  In the latter case, bumping the
683  * global DI generation number would incorrectly signal that the
684  * earlier DI had finished.  Instead, this function bumps the earlier
685  * DI's generation number to match the generation number of the
686  * current thread's DI.
687  */
688 static void
689 pmap_delayed_invl_finish_l(void)
690 {
691         struct pmap_invl_gen *invl_gen, *next;
692
693         invl_gen = &curthread->td_md.md_invl_gen;
694         KASSERT(invl_gen->gen != 0, ("missed invl_start"));
695         mtx_lock(&invl_gen_mtx);
696         next = LIST_NEXT(invl_gen, link);
697         if (next == NULL)
698                 pmap_delayed_invl_finish_unblock(invl_gen->gen);
699         else
700                 next->gen = invl_gen->gen;
701         LIST_REMOVE(invl_gen, link);
702         mtx_unlock(&invl_gen_mtx);
703         invl_gen->gen = 0;
704 }
705
706 static bool
707 pmap_not_in_di_u(void)
708 {
709         struct pmap_invl_gen *invl_gen;
710
711         invl_gen = &curthread->td_md.md_invl_gen;
712         return (((uintptr_t)invl_gen->next & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) != 0);
713 }
714
715 static void
716 pmap_thread_init_invl_gen_u(struct thread *td)
717 {
718         struct pmap_invl_gen *invl_gen;
719
720         invl_gen = &td->td_md.md_invl_gen;
721         invl_gen->gen = 0;
722         invl_gen->next = (void *)PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID;
723 }
724
725 static bool
726 pmap_di_load_invl(struct pmap_invl_gen *ptr, struct pmap_invl_gen *out)
727 {
728         uint64_t new_high, new_low, old_high, old_low;
729         char res;
730
731         old_low = new_low = 0;
732         old_high = new_high = (uintptr_t)0;
733
734         __asm volatile("lock;cmpxchg16b\t%1"
735             : "=@cce" (res), "+m" (*ptr), "+a" (old_low), "+d" (old_high)
736             : "b"(new_low), "c" (new_high)
737             : "memory", "cc");
738         if (res == 0) {
739                 if ((old_high & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) != 0)
740                         return (false);
741                 out->gen = old_low;
742                 out->next = (void *)old_high;
743         } else {
744                 out->gen = new_low;
745                 out->next = (void *)new_high;
746         }
747         return (true);
748 }
749
750 static bool
751 pmap_di_store_invl(struct pmap_invl_gen *ptr, struct pmap_invl_gen *old_val,
752     struct pmap_invl_gen *new_val)
753 {
754         uint64_t new_high, new_low, old_high, old_low;
755         char res;
756
757         new_low = new_val->gen;
758         new_high = (uintptr_t)new_val->next;
759         old_low = old_val->gen;
760         old_high = (uintptr_t)old_val->next;
761
762         __asm volatile("lock;cmpxchg16b\t%1"
763             : "=@cce" (res), "+m" (*ptr), "+a" (old_low), "+d" (old_high)
764             : "b"(new_low), "c" (new_high)
765             : "memory", "cc");
766         return (res);
767 }
768
769 #ifdef PV_STATS
770 static long invl_start_restart;
771 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, invl_start_restart, CTLFLAG_RD,
772     &invl_start_restart, 0,
773     "");
774 static long invl_finish_restart;
775 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, invl_finish_restart, CTLFLAG_RD,
776     &invl_finish_restart, 0,
777     "");
778 static int invl_max_qlen;
779 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, invl_max_qlen, CTLFLAG_RD,
780     &invl_max_qlen, 0,
781     "");
782 #endif
783
784 #define di_delay        locks_delay
785
786 static void
787 pmap_delayed_invl_start_u(void)
788 {
789         struct pmap_invl_gen *invl_gen, *p, prev, new_prev;
790         struct thread *td;
791         struct lock_delay_arg lda;
792         uintptr_t prevl;
793         u_char pri;
794 #ifdef PV_STATS
795         int i, ii;
796 #endif
797
798         td = curthread;
799         invl_gen = &td->td_md.md_invl_gen;
800         PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI();
801         lock_delay_arg_init(&lda, &di_delay);
802         invl_gen->saved_pri = 0;
803         pri = td->td_base_pri;
804         if (pri > PVM) {
805                 thread_lock(td);
806                 pri = td->td_base_pri;
807                 if (pri > PVM) {
808                         invl_gen->saved_pri = pri;
809                         sched_prio(td, PVM);
810                 }
811                 thread_unlock(td);
812         }
813 again:
814         PV_STAT(i = 0);
815         for (p = &pmap_invl_gen_head;; p = prev.next) {
816                 PV_STAT(i++);
817                 prevl = (uintptr_t)atomic_load_ptr(&p->next);
818                 if ((prevl & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) != 0) {
819                         PV_STAT(atomic_add_long(&invl_start_restart, 1));
820                         lock_delay(&lda);
821                         goto again;
822                 }
823                 if (prevl == 0)
824                         break;
825                 prev.next = (void *)prevl;
826         }
827 #ifdef PV_STATS
828         if ((ii = invl_max_qlen) < i)
829                 atomic_cmpset_int(&invl_max_qlen, ii, i);
830 #endif
831
832         if (!pmap_di_load_invl(p, &prev) || prev.next != NULL) {
833                 PV_STAT(atomic_add_long(&invl_start_restart, 1));
834                 lock_delay(&lda);
835                 goto again;
836         }
837
838         new_prev.gen = prev.gen;
839         new_prev.next = invl_gen;
840         invl_gen->gen = prev.gen + 1;
841
842         /* Formal fence between store to invl->gen and updating *p. */
843         atomic_thread_fence_rel();
844
845         /*
846          * After inserting an invl_gen element with invalid bit set,
847          * this thread blocks any other thread trying to enter the
848          * delayed invalidation block.  Do not allow to remove us from
849          * the CPU, because it causes starvation for other threads.
850          */
851         critical_enter();
852
853         /*
854          * ABA for *p is not possible there, since p->gen can only
855          * increase.  So if the *p thread finished its di, then
856          * started a new one and got inserted into the list at the
857          * same place, its gen will appear greater than the previously
858          * read gen.
859          */
860         if (!pmap_di_store_invl(p, &prev, &new_prev)) {
861                 critical_exit();
862                 PV_STAT(atomic_add_long(&invl_start_restart, 1));
863                 lock_delay(&lda);
864                 goto again;
865         }
866
867         /*
868          * There we clear PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID in
869          * invl_gen->next, allowing other threads to iterate past us.
870          * pmap_di_store_invl() provides fence between the generation
871          * write and the update of next.
872          */
873         invl_gen->next = NULL;
874         critical_exit();
875 }
876
877 static bool
878 pmap_delayed_invl_finish_u_crit(struct pmap_invl_gen *invl_gen,
879     struct pmap_invl_gen *p)
880 {
881         struct pmap_invl_gen prev, new_prev;
882         u_long mygen;
883
884         /*
885          * Load invl_gen->gen after setting invl_gen->next
886          * PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID.  This prevents larger
887          * generations to propagate to our invl_gen->gen.  Lock prefix
888          * in atomic_set_ptr() worked as seq_cst fence.
889          */
890         mygen = atomic_load_long(&invl_gen->gen);
891
892         if (!pmap_di_load_invl(p, &prev) || prev.next != invl_gen)
893                 return (false);
894
895         KASSERT(prev.gen < mygen,
896             ("invalid di gen sequence %lu %lu", prev.gen, mygen));
897         new_prev.gen = mygen;
898         new_prev.next = (void *)((uintptr_t)invl_gen->next &
899             ~PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID);
900
901         /* Formal fence between load of prev and storing update to it. */
902         atomic_thread_fence_rel();
903
904         return (pmap_di_store_invl(p, &prev, &new_prev));
905 }
906
907 static void
908 pmap_delayed_invl_finish_u(void)
909 {
910         struct pmap_invl_gen *invl_gen, *p;
911         struct thread *td;
912         struct lock_delay_arg lda;
913         uintptr_t prevl;
914
915         td = curthread;
916         invl_gen = &td->td_md.md_invl_gen;
917         KASSERT(invl_gen->gen != 0, ("missed invl_start: gen 0"));
918         KASSERT(((uintptr_t)invl_gen->next & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) == 0,
919             ("missed invl_start: INVALID"));
920         lock_delay_arg_init(&lda, &di_delay);
921
922 again:
923         for (p = &pmap_invl_gen_head; p != NULL; p = (void *)prevl) {
924                 prevl = (uintptr_t)atomic_load_ptr(&p->next);
925                 if ((prevl & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) != 0) {
926                         PV_STAT(atomic_add_long(&invl_finish_restart, 1));
927                         lock_delay(&lda);
928                         goto again;
929                 }
930                 if ((void *)prevl == invl_gen)
931                         break;
932         }
933
934         /*
935          * It is legitimate to not find ourself on the list if a
936          * thread before us finished its DI and started it again.
937          */
938         if (__predict_false(p == NULL)) {
939                 PV_STAT(atomic_add_long(&invl_finish_restart, 1));
940                 lock_delay(&lda);
941                 goto again;
942         }
943
944         critical_enter();
945         atomic_set_ptr((uintptr_t *)&invl_gen->next,
946             PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID);
947         if (!pmap_delayed_invl_finish_u_crit(invl_gen, p)) {
948                 atomic_clear_ptr((uintptr_t *)&invl_gen->next,
949                     PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID);
950                 critical_exit();
951                 PV_STAT(atomic_add_long(&invl_finish_restart, 1));
952                 lock_delay(&lda);
953                 goto again;
954         }
955         critical_exit();
956         if (atomic_load_int(&pmap_invl_waiters) > 0)
957                 pmap_delayed_invl_finish_unblock(0);
958         if (invl_gen->saved_pri != 0) {
959                 thread_lock(td);
960                 sched_prio(td, invl_gen->saved_pri);
961                 thread_unlock(td);
962         }
963 }
964
965 #ifdef DDB
966 DB_SHOW_COMMAND(di_queue, pmap_di_queue)
967 {
968         struct pmap_invl_gen *p, *pn;
969         struct thread *td;
970         uintptr_t nextl;
971         bool first;
972
973         for (p = &pmap_invl_gen_head, first = true; p != NULL; p = pn,
974             first = false) {
975                 nextl = (uintptr_t)atomic_load_ptr(&p->next);
976                 pn = (void *)(nextl & ~PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID);
977                 td = first ? NULL : __containerof(p, struct thread,
978                     td_md.md_invl_gen);
979                 db_printf("gen %lu inv %d td %p tid %d\n", p->gen,
980                     (nextl & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) != 0, td,
981                     td != NULL ? td->td_tid : -1);
982         }
983 }
984 #endif
985
986 #ifdef PV_STATS
987 static long invl_wait;
988 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, invl_wait, CTLFLAG_RD, &invl_wait, 0,
989     "Number of times DI invalidation blocked pmap_remove_all/write");
990 static long invl_wait_slow;
991 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, invl_wait_slow, CTLFLAG_RD, &invl_wait_slow, 0,
992     "Number of slow invalidation waits for lockless DI");
993 #endif
994
995 #ifdef NUMA
996 static u_long *
997 pmap_delayed_invl_genp(vm_page_t m)
998 {
999         vm_paddr_t pa;
1000         u_long *gen;
1001
1002         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
1003         if (__predict_false((pa) > pmap_last_pa))
1004                 gen = &pv_dummy_large.pv_invl_gen;
1005         else
1006                 gen = &(pa_to_pmdp(pa)->pv_invl_gen);
1007
1008         return (gen);
1009 }
1010 #else
1011 static u_long *
1012 pmap_delayed_invl_genp(vm_page_t m)
1013 {
1014
1015         return (&pv_invl_gen[pa_index(VM_PAGE_TO_PHYS(m)) % NPV_LIST_LOCKS]);
1016 }
1017 #endif
1018
1019 static void
1020 pmap_delayed_invl_callout_func(void *arg __unused)
1021 {
1022
1023         if (atomic_load_int(&pmap_invl_waiters) == 0)
1024                 return;
1025         pmap_delayed_invl_finish_unblock(0);
1026 }
1027
1028 static void
1029 pmap_delayed_invl_callout_init(void *arg __unused)
1030 {
1031
1032         if (pmap_di_locked())
1033                 return;
1034         callout_init(&pmap_invl_callout, 1);
1035         pmap_invl_callout_inited = true;
1036 }
1037 SYSINIT(pmap_di_callout, SI_SUB_CPU + 1, SI_ORDER_ANY,
1038     pmap_delayed_invl_callout_init, NULL);
1039
1040 /*
1041  * Ensure that all currently executing DI blocks, that need to flush
1042  * TLB for the given page m, actually flushed the TLB at the time the
1043  * function returned.  If the page m has an empty PV list and we call
1044  * pmap_delayed_invl_wait(), upon its return we know that no CPU has a
1045  * valid mapping for the page m in either its page table or TLB.
1046  *
1047  * This function works by blocking until the global DI generation
1048  * number catches up with the generation number associated with the
1049  * given page m and its PV list.  Since this function's callers
1050  * typically own an object lock and sometimes own a page lock, it
1051  * cannot sleep.  Instead, it blocks on a turnstile to relinquish the
1052  * processor.
1053  */
1054 static void
1055 pmap_delayed_invl_wait_l(vm_page_t m)
1056 {
1057         u_long *m_gen;
1058 #ifdef PV_STATS
1059         bool accounted = false;
1060 #endif
1061
1062         m_gen = pmap_delayed_invl_genp(m);
1063         while (*m_gen > pmap_invl_gen) {
1064 #ifdef PV_STATS
1065                 if (!accounted) {
1066                         atomic_add_long(&invl_wait, 1);
1067                         accounted = true;
1068                 }
1069 #endif
1070                 pmap_delayed_invl_wait_block(m_gen, &pmap_invl_gen);
1071         }
1072 }
1073
1074 static void
1075 pmap_delayed_invl_wait_u(vm_page_t m)
1076 {
1077         u_long *m_gen;
1078         struct lock_delay_arg lda;
1079         bool fast;
1080
1081         fast = true;
1082         m_gen = pmap_delayed_invl_genp(m);
1083         lock_delay_arg_init(&lda, &di_delay);
1084         while (*m_gen > atomic_load_long(&pmap_invl_gen_head.gen)) {
1085                 if (fast || !pmap_invl_callout_inited) {
1086                         PV_STAT(atomic_add_long(&invl_wait, 1));
1087                         lock_delay(&lda);
1088                         fast = false;
1089                 } else {
1090                         /*
1091                          * The page's invalidation generation number
1092                          * is still below the current thread's number.
1093                          * Prepare to block so that we do not waste
1094                          * CPU cycles or worse, suffer livelock.
1095                          *
1096                          * Since it is impossible to block without
1097                          * racing with pmap_delayed_invl_finish_u(),
1098                          * prepare for the race by incrementing
1099                          * pmap_invl_waiters and arming a 1-tick
1100                          * callout which will unblock us if we lose
1101                          * the race.
1102                          */
1103                         atomic_add_int(&pmap_invl_waiters, 1);
1104
1105                         /*
1106                          * Re-check the current thread's invalidation
1107                          * generation after incrementing
1108                          * pmap_invl_waiters, so that there is no race
1109                          * with pmap_delayed_invl_finish_u() setting
1110                          * the page generation and checking
1111                          * pmap_invl_waiters.  The only race allowed
1112                          * is for a missed unblock, which is handled
1113                          * by the callout.
1114                          */
1115                         if (*m_gen >
1116                             atomic_load_long(&pmap_invl_gen_head.gen)) {
1117                                 callout_reset(&pmap_invl_callout, 1,
1118                                     pmap_delayed_invl_callout_func, NULL);
1119                                 PV_STAT(atomic_add_long(&invl_wait_slow, 1));
1120                                 pmap_delayed_invl_wait_block(m_gen,
1121                                     &pmap_invl_gen_head.gen);
1122                         }
1123                         atomic_add_int(&pmap_invl_waiters, -1);
1124                 }
1125         }
1126 }
1127
1128 DEFINE_IFUNC(, void, pmap_thread_init_invl_gen, (struct thread *))
1129 {
1130
1131         return (pmap_di_locked() ? pmap_thread_init_invl_gen_l :
1132             pmap_thread_init_invl_gen_u);
1133 }
1134
1135 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_delayed_invl_start, (void))
1136 {
1137
1138         return (pmap_di_locked() ? pmap_delayed_invl_start_l :
1139             pmap_delayed_invl_start_u);
1140 }
1141
1142 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_delayed_invl_finish, (void))
1143 {
1144
1145         return (pmap_di_locked() ? pmap_delayed_invl_finish_l :
1146             pmap_delayed_invl_finish_u);
1147 }
1148
1149 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_delayed_invl_wait, (vm_page_t))
1150 {
1151
1152         return (pmap_di_locked() ? pmap_delayed_invl_wait_l :
1153             pmap_delayed_invl_wait_u);
1154 }
1155
1156 /*
1157  * Mark the page m's PV list as participating in the current thread's
1158  * DI block.  Any threads concurrently using m's PV list to remove or
1159  * restrict all mappings to m will wait for the current thread's DI
1160  * block to complete before proceeding.
1161  *
1162  * The function works by setting the DI generation number for m's PV
1163  * list to at least the DI generation number of the current thread.
1164  * This forces a caller of pmap_delayed_invl_wait() to block until
1165  * current thread calls pmap_delayed_invl_finish().
1166  */
1167 static void
1168 pmap_delayed_invl_page(vm_page_t m)
1169 {
1170         u_long gen, *m_gen;
1171
1172         rw_assert(VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), RA_WLOCKED);
1173         gen = curthread->td_md.md_invl_gen.gen;
1174         if (gen == 0)
1175                 return;
1176         m_gen = pmap_delayed_invl_genp(m);
1177         if (*m_gen < gen)
1178                 *m_gen = gen;
1179 }
1180
1181 /*
1182  * Crashdump maps.
1183  */
1184 static caddr_t crashdumpmap;
1185
1186 /*
1187  * Internal flags for pmap_enter()'s helper functions.
1188  */
1189 #define PMAP_ENTER_NORECLAIM    0x1000000       /* Don't reclaim PV entries. */
1190 #define PMAP_ENTER_NOREPLACE    0x2000000       /* Don't replace mappings. */
1191
1192 /*
1193  * Internal flags for pmap_mapdev_internal() and
1194  * pmap_change_props_locked().
1195  */
1196 #define MAPDEV_FLUSHCACHE       0x00000001      /* Flush cache after mapping. */
1197 #define MAPDEV_SETATTR          0x00000002      /* Modify existing attrs. */
1198 #define MAPDEV_ASSERTVALID      0x00000004      /* Assert mapping validity. */
1199
1200 TAILQ_HEAD(pv_chunklist, pv_chunk);
1201
1202 static void     free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc);
1203 static void     free_pv_chunk_batch(struct pv_chunklist *batch);
1204 static void     free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv);
1205 static pv_entry_t get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp);
1206 static int      popcnt_pc_map_pq(uint64_t *map);
1207 static vm_page_t reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp);
1208 static void     reserve_pv_entries(pmap_t pmap, int needed,
1209                     struct rwlock **lockp);
1210 static void     pmap_pv_demote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
1211                     struct rwlock **lockp);
1212 static bool     pmap_pv_insert_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde,
1213                     u_int flags, struct rwlock **lockp);
1214 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
1215 static void     pmap_pv_promote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
1216                     struct rwlock **lockp);
1217 #endif
1218 static void     pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va);
1219 static pv_entry_t pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap,
1220                     vm_offset_t va);
1221
1222 static void     pmap_abort_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t mpte);
1223 static int pmap_change_props_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size,
1224     vm_prot_t prot, int mode, int flags);
1225 static boolean_t pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va);
1226 static boolean_t pmap_demote_pde_locked(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde,
1227     vm_offset_t va, struct rwlock **lockp);
1228 static boolean_t pmap_demote_pdpe(pmap_t pmap, pdp_entry_t *pdpe,
1229     vm_offset_t va);
1230 static bool     pmap_enter_2mpage(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
1231                     vm_prot_t prot, struct rwlock **lockp);
1232 static int      pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t newpde,
1233                     u_int flags, vm_page_t m, struct rwlock **lockp);
1234 static vm_page_t pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
1235     vm_page_t m, vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp);
1236 static void pmap_fill_ptp(pt_entry_t *firstpte, pt_entry_t newpte);
1237 static int pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte, bool promoted);
1238 static void pmap_invalidate_cache_range_selfsnoop(vm_offset_t sva,
1239     vm_offset_t eva);
1240 static void pmap_invalidate_cache_range_all(vm_offset_t sva,
1241     vm_offset_t eva);
1242 static void pmap_invalidate_pde_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
1243                     pd_entry_t pde);
1244 static void pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode);
1245 static vm_page_t pmap_large_map_getptp_unlocked(void);
1246 static vm_paddr_t pmap_large_map_kextract(vm_offset_t va);
1247 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
1248 static void pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
1249     struct rwlock **lockp);
1250 #endif
1251 static boolean_t pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva,
1252     vm_prot_t prot);
1253 static void pmap_pte_props(pt_entry_t *pte, u_long bits, u_long mask);
1254 static void pmap_pti_add_kva_locked(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
1255     bool exec);
1256 static pdp_entry_t *pmap_pti_pdpe(vm_offset_t va);
1257 static pd_entry_t *pmap_pti_pde(vm_offset_t va);
1258 static void pmap_pti_wire_pte(void *pte);
1259 static int pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
1260     struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
1261 static int pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t sva,
1262     pd_entry_t ptepde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
1263 static vm_page_t pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
1264 static void pmap_remove_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
1265     struct spglist *free);
1266 static bool     pmap_remove_ptes(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
1267                     pd_entry_t *pde, struct spglist *free,
1268                     struct rwlock **lockp);
1269 static boolean_t pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
1270     vm_page_t m, struct rwlock **lockp);
1271 static void pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
1272     pd_entry_t newpde);
1273 static void pmap_update_pde_invalidate(pmap_t, vm_offset_t va, pd_entry_t pde);
1274
1275 static vm_page_t _pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex,
1276                 struct rwlock **lockp, vm_offset_t va);
1277 static pd_entry_t *pmap_alloc_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t *pdpgp,
1278                 struct rwlock **lockp);
1279 static vm_page_t pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
1280                 struct rwlock **lockp);
1281
1282 static void _pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
1283     struct spglist *free);
1284 static int pmap_unuse_pt(pmap_t, vm_offset_t, pd_entry_t, struct spglist *);
1285
1286 /********************/
1287 /* Inline functions */
1288 /********************/
1289
1290 /*
1291  * Return a non-clipped indexes for a given VA, which are page table
1292  * pages indexes at the corresponding level.
1293  */
1294 static __inline vm_pindex_t
1295 pmap_pde_pindex(vm_offset_t va)
1296 {
1297         return (va >> PDRSHIFT);
1298 }
1299
1300 static __inline vm_pindex_t
1301 pmap_pdpe_pindex(vm_offset_t va)
1302 {
1303         return (NUPDE + (va >> PDPSHIFT));
1304 }
1305
1306 static __inline vm_pindex_t
1307 pmap_pml4e_pindex(vm_offset_t va)
1308 {
1309         return (NUPDE + NUPDPE + (va >> PML4SHIFT));
1310 }
1311
1312 static __inline vm_pindex_t
1313 pmap_pml5e_pindex(vm_offset_t va)
1314 {
1315         return (NUPDE + NUPDPE + NUPML4E + (va >> PML5SHIFT));
1316 }
1317
1318 static __inline pml4_entry_t *
1319 pmap_pml5e(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1320 {
1321
1322         MPASS(pmap_is_la57(pmap));
1323         return (&pmap->pm_pmltop[pmap_pml5e_index(va)]);
1324 }
1325
1326 static __inline pml4_entry_t *
1327 pmap_pml5e_u(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1328 {
1329
1330         MPASS(pmap_is_la57(pmap));
1331         return (&pmap->pm_pmltopu[pmap_pml5e_index(va)]);
1332 }
1333
1334 static __inline pml4_entry_t *
1335 pmap_pml5e_to_pml4e(pml5_entry_t *pml5e, vm_offset_t va)
1336 {
1337         pml4_entry_t *pml4e;
1338
1339         /* XXX MPASS(pmap_is_la57(pmap); */
1340         pml4e = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml5e & PG_FRAME);
1341         return (&pml4e[pmap_pml4e_index(va)]);
1342 }
1343
1344 /* Return a pointer to the PML4 slot that corresponds to a VA */
1345 static __inline pml4_entry_t *
1346 pmap_pml4e(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1347 {
1348         pml5_entry_t *pml5e;
1349         pml4_entry_t *pml4e;
1350         pt_entry_t PG_V;
1351
1352         if (pmap_is_la57(pmap)) {
1353                 pml5e = pmap_pml5e(pmap, va);
1354                 PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
1355                 if ((*pml5e & PG_V) == 0)
1356                         return (NULL);
1357                 pml4e = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml5e & PG_FRAME);
1358         } else {
1359                 pml4e = pmap->pm_pmltop;
1360         }
1361         return (&pml4e[pmap_pml4e_index(va)]);
1362 }
1363
1364 static __inline pml4_entry_t *
1365 pmap_pml4e_u(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1366 {
1367         MPASS(!pmap_is_la57(pmap));
1368         return (&pmap->pm_pmltopu[pmap_pml4e_index(va)]);
1369 }
1370
1371 /* Return a pointer to the PDP slot that corresponds to a VA */
1372 static __inline pdp_entry_t *
1373 pmap_pml4e_to_pdpe(pml4_entry_t *pml4e, vm_offset_t va)
1374 {
1375         pdp_entry_t *pdpe;
1376
1377         pdpe = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4e & PG_FRAME);
1378         return (&pdpe[pmap_pdpe_index(va)]);
1379 }
1380
1381 /* Return a pointer to the PDP slot that corresponds to a VA */
1382 static __inline pdp_entry_t *
1383 pmap_pdpe(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1384 {
1385         pml4_entry_t *pml4e;
1386         pt_entry_t PG_V;
1387
1388         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
1389         pml4e = pmap_pml4e(pmap, va);
1390         if (pml4e == NULL || (*pml4e & PG_V) == 0)
1391                 return (NULL);
1392         return (pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, va));
1393 }
1394
1395 /* Return a pointer to the PD slot that corresponds to a VA */
1396 static __inline pd_entry_t *
1397 pmap_pdpe_to_pde(pdp_entry_t *pdpe, vm_offset_t va)
1398 {
1399         pd_entry_t *pde;
1400
1401         KASSERT((*pdpe & PG_PS) == 0,
1402             ("%s: pdpe %#lx is a leaf", __func__, *pdpe));
1403         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdpe & PG_FRAME);
1404         return (&pde[pmap_pde_index(va)]);
1405 }
1406
1407 /* Return a pointer to the PD slot that corresponds to a VA */
1408 static __inline pd_entry_t *
1409 pmap_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1410 {
1411         pdp_entry_t *pdpe;
1412         pt_entry_t PG_V;
1413
1414         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
1415         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
1416         if (pdpe == NULL || (*pdpe & PG_V) == 0)
1417                 return (NULL);
1418         return (pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va));
1419 }
1420
1421 /* Return a pointer to the PT slot that corresponds to a VA */
1422 static __inline pt_entry_t *
1423 pmap_pde_to_pte(pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
1424 {
1425         pt_entry_t *pte;
1426
1427         KASSERT((*pde & PG_PS) == 0,
1428             ("%s: pde %#lx is a leaf", __func__, *pde));
1429         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pde & PG_FRAME);
1430         return (&pte[pmap_pte_index(va)]);
1431 }
1432
1433 /* Return a pointer to the PT slot that corresponds to a VA */
1434 static __inline pt_entry_t *
1435 pmap_pte(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1436 {
1437         pd_entry_t *pde;
1438         pt_entry_t PG_V;
1439
1440         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
1441         pde = pmap_pde(pmap, va);
1442         if (pde == NULL || (*pde & PG_V) == 0)
1443                 return (NULL);
1444         if ((*pde & PG_PS) != 0)        /* compat with i386 pmap_pte() */
1445                 return ((pt_entry_t *)pde);
1446         return (pmap_pde_to_pte(pde, va));
1447 }
1448
1449 static __inline void
1450 pmap_resident_count_inc(pmap_t pmap, int count)
1451 {
1452
1453         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1454         pmap->pm_stats.resident_count += count;
1455 }
1456
1457 static __inline void
1458 pmap_resident_count_dec(pmap_t pmap, int count)
1459 {
1460
1461         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1462         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count >= count,
1463             ("pmap %p resident count underflow %ld %d", pmap,
1464             pmap->pm_stats.resident_count, count));
1465         pmap->pm_stats.resident_count -= count;
1466 }
1467
1468 PMAP_INLINE pt_entry_t *
1469 vtopte(vm_offset_t va)
1470 {
1471         u_int64_t mask;
1472
1473         KASSERT(va >= VM_MAXUSER_ADDRESS, ("vtopte on a uva/gpa 0x%0lx", va));
1474
1475         if (la57) {
1476                 mask = ((1ul << (NPTEPGSHIFT + NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT +
1477                     NPML4EPGSHIFT + NPML5EPGSHIFT)) - 1);
1478                 return (P5Tmap + ((va >> PAGE_SHIFT) & mask));
1479         } else {
1480                 mask = ((1ul << (NPTEPGSHIFT + NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT +
1481                     NPML4EPGSHIFT)) - 1);
1482                 return (P4Tmap + ((va >> PAGE_SHIFT) & mask));
1483         }
1484 }
1485
1486 static __inline pd_entry_t *
1487 vtopde(vm_offset_t va)
1488 {
1489         u_int64_t mask;
1490
1491         KASSERT(va >= VM_MAXUSER_ADDRESS, ("vtopde on a uva/gpa 0x%0lx", va));
1492
1493         if (la57) {
1494                 mask = ((1ul << (NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT +
1495                     NPML4EPGSHIFT + NPML5EPGSHIFT)) - 1);
1496                 return (P5Dmap + ((va >> PDRSHIFT) & mask));
1497         } else {
1498                 mask = ((1ul << (NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT +
1499                     NPML4EPGSHIFT)) - 1);
1500                 return (P4Dmap + ((va >> PDRSHIFT) & mask));
1501         }
1502 }
1503
1504 static u_int64_t
1505 allocpages(vm_paddr_t *firstaddr, int n)
1506 {
1507         u_int64_t ret;
1508
1509         ret = *firstaddr;
1510         bzero((void *)ret, n * PAGE_SIZE);
1511         *firstaddr += n * PAGE_SIZE;
1512         return (ret);
1513 }
1514
1515 CTASSERT(powerof2(NDMPML4E));
1516
1517 /* number of kernel PDP slots */
1518 #define NKPDPE(ptpgs)           howmany(ptpgs, NPDEPG)
1519
1520 static void
1521 nkpt_init(vm_paddr_t addr)
1522 {
1523         int pt_pages;
1524
1525 #ifdef NKPT
1526         pt_pages = NKPT;
1527 #else
1528         pt_pages = howmany(addr, 1 << PDRSHIFT);
1529         pt_pages += NKPDPE(pt_pages);
1530
1531         /*
1532          * Add some slop beyond the bare minimum required for bootstrapping
1533          * the kernel.
1534          *
1535          * This is quite important when allocating KVA for kernel modules.
1536          * The modules are required to be linked in the negative 2GB of
1537          * the address space.  If we run out of KVA in this region then
1538          * pmap_growkernel() will need to allocate page table pages to map
1539          * the entire 512GB of KVA space which is an unnecessary tax on
1540          * physical memory.
1541          *
1542          * Secondly, device memory mapped as part of setting up the low-
1543          * level console(s) is taken from KVA, starting at virtual_avail.
1544          * This is because cninit() is called after pmap_bootstrap() but
1545          * before vm_init() and pmap_init(). 20MB for a frame buffer is
1546          * not uncommon.
1547          */
1548         pt_pages += 32;         /* 64MB additional slop. */
1549 #endif
1550         nkpt = pt_pages;
1551 }
1552
1553 /*
1554  * Returns the proper write/execute permission for a physical page that is
1555  * part of the initial boot allocations.
1556  *
1557  * If the page has kernel text, it is marked as read-only. If the page has
1558  * kernel read-only data, it is marked as read-only/not-executable. If the
1559  * page has only read-write data, it is marked as read-write/not-executable.
1560  * If the page is below/above the kernel range, it is marked as read-write.
1561  *
1562  * This function operates on 2M pages, since we map the kernel space that
1563  * way.
1564  */
1565 static inline pt_entry_t
1566 bootaddr_rwx(vm_paddr_t pa)
1567 {
1568
1569         /*
1570          * The kernel is loaded at a 2MB-aligned address, and memory below that
1571          * need not be executable.  The .bss section is padded to a 2MB
1572          * boundary, so memory following the kernel need not be executable
1573          * either.  Preloaded kernel modules have their mapping permissions
1574          * fixed up by the linker.
1575          */
1576         if (pa < trunc_2mpage(btext - KERNBASE) ||
1577             pa >= trunc_2mpage(_end - KERNBASE))
1578                 return (X86_PG_RW | pg_nx);
1579
1580         /*
1581          * The linker should ensure that the read-only and read-write
1582          * portions don't share the same 2M page, so this shouldn't
1583          * impact read-only data. However, in any case, any page with
1584          * read-write data needs to be read-write.
1585          */
1586         if (pa >= trunc_2mpage(brwsection - KERNBASE))
1587                 return (X86_PG_RW | pg_nx);
1588
1589         /*
1590          * Mark any 2M page containing kernel text as read-only. Mark
1591          * other pages with read-only data as read-only and not executable.
1592          * (It is likely a small portion of the read-only data section will
1593          * be marked as read-only, but executable. This should be acceptable
1594          * since the read-only protection will keep the data from changing.)
1595          * Note that fixups to the .text section will still work until we
1596          * set CR0.WP.
1597          */
1598         if (pa < round_2mpage(etext - KERNBASE))
1599                 return (0);
1600         return (pg_nx);
1601 }
1602
1603 static void
1604 create_pagetables(vm_paddr_t *firstaddr)
1605 {
1606         int i, j, ndm1g, nkpdpe, nkdmpde;
1607         pd_entry_t *pd_p;
1608         pdp_entry_t *pdp_p;
1609         pml4_entry_t *p4_p;
1610         uint64_t DMPDkernphys;
1611
1612         /* Allocate page table pages for the direct map */
1613         ndmpdp = howmany(ptoa(Maxmem), NBPDP);
1614         if (ndmpdp < 4)         /* Minimum 4GB of dirmap */
1615                 ndmpdp = 4;
1616         ndmpdpphys = howmany(ndmpdp, NPDPEPG);
1617         if (ndmpdpphys > NDMPML4E) {
1618                 /*
1619                  * Each NDMPML4E allows 512 GB, so limit to that,
1620                  * and then readjust ndmpdp and ndmpdpphys.
1621                  */
1622                 printf("NDMPML4E limits system to %d GB\n", NDMPML4E * 512);
1623                 Maxmem = atop(NDMPML4E * NBPML4);
1624                 ndmpdpphys = NDMPML4E;
1625                 ndmpdp = NDMPML4E * NPDEPG;
1626         }
1627         DMPDPphys = allocpages(firstaddr, ndmpdpphys);
1628         ndm1g = 0;
1629         if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0) {
1630                 /*
1631                  * Calculate the number of 1G pages that will fully fit in
1632                  * Maxmem.
1633                  */
1634                 ndm1g = ptoa(Maxmem) >> PDPSHIFT;
1635
1636                 /*
1637                  * Allocate 2M pages for the kernel. These will be used in
1638                  * place of the first one or more 1G pages from ndm1g.
1639                  */
1640                 nkdmpde = howmany((vm_offset_t)(brwsection - KERNBASE), NBPDP);
1641                 DMPDkernphys = allocpages(firstaddr, nkdmpde);
1642         }
1643         if (ndm1g < ndmpdp)
1644                 DMPDphys = allocpages(firstaddr, ndmpdp - ndm1g);
1645         dmaplimit = (vm_paddr_t)ndmpdp << PDPSHIFT;
1646
1647         /* Allocate pages */
1648         KPML4phys = allocpages(firstaddr, 1);
1649         KPDPphys = allocpages(firstaddr, NKPML4E);
1650
1651         /*
1652          * Allocate the initial number of kernel page table pages required to
1653          * bootstrap.  We defer this until after all memory-size dependent
1654          * allocations are done (e.g. direct map), so that we don't have to
1655          * build in too much slop in our estimate.
1656          *
1657          * Note that when NKPML4E > 1, we have an empty page underneath
1658          * all but the KPML4I'th one, so we need NKPML4E-1 extra (zeroed)
1659          * pages.  (pmap_enter requires a PD page to exist for each KPML4E.)
1660          */
1661         nkpt_init(*firstaddr);
1662         nkpdpe = NKPDPE(nkpt);
1663
1664         KPTphys = allocpages(firstaddr, nkpt);
1665         KPDphys = allocpages(firstaddr, nkpdpe);
1666
1667         /*
1668          * Connect the zero-filled PT pages to their PD entries.  This
1669          * implicitly maps the PT pages at their correct locations within
1670          * the PTmap.
1671          */
1672         pd_p = (pd_entry_t *)KPDphys;
1673         for (i = 0; i < nkpt; i++)
1674                 pd_p[i] = (KPTphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW | X86_PG_V;
1675
1676         /*
1677          * Map from physical address zero to the end of loader preallocated
1678          * memory using 2MB pages.  This replaces some of the PD entries
1679          * created above.
1680          */
1681         for (i = 0; (i << PDRSHIFT) < KERNend; i++)
1682                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
1683                 pd_p[i] = (i << PDRSHIFT) | X86_PG_V | PG_PS | pg_g |
1684                     X86_PG_M | X86_PG_A | bootaddr_rwx(i << PDRSHIFT);
1685
1686         /*
1687          * Because we map the physical blocks in 2M pages, adjust firstaddr
1688          * to record the physical blocks we've actually mapped into kernel
1689          * virtual address space.
1690          */
1691         if (*firstaddr < round_2mpage(KERNend))
1692                 *firstaddr = round_2mpage(KERNend);
1693
1694         /* And connect up the PD to the PDP (leaving room for L4 pages) */
1695         pdp_p = (pdp_entry_t *)(KPDPphys + ptoa(KPML4I - KPML4BASE));
1696         for (i = 0; i < nkpdpe; i++)
1697                 pdp_p[i + KPDPI] = (KPDphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW | X86_PG_V;
1698
1699         /*
1700          * Now, set up the direct map region using 2MB and/or 1GB pages.  If
1701          * the end of physical memory is not aligned to a 1GB page boundary,
1702          * then the residual physical memory is mapped with 2MB pages.  Later,
1703          * if pmap_mapdev{_attr}() uses the direct map for non-write-back
1704          * memory, pmap_change_attr() will demote any 2MB or 1GB page mappings
1705          * that are partially used. 
1706          */
1707         pd_p = (pd_entry_t *)DMPDphys;
1708         for (i = NPDEPG * ndm1g, j = 0; i < NPDEPG * ndmpdp; i++, j++) {
1709                 pd_p[j] = (vm_paddr_t)i << PDRSHIFT;
1710                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
1711                 pd_p[j] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_PS | pg_g |
1712                     X86_PG_M | X86_PG_A | pg_nx;
1713         }
1714         pdp_p = (pdp_entry_t *)DMPDPphys;
1715         for (i = 0; i < ndm1g; i++) {
1716                 pdp_p[i] = (vm_paddr_t)i << PDPSHIFT;
1717                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
1718                 pdp_p[i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_PS | pg_g |
1719                     X86_PG_M | X86_PG_A | pg_nx;
1720         }
1721         for (j = 0; i < ndmpdp; i++, j++) {
1722                 pdp_p[i] = DMPDphys + ptoa(j);
1723                 pdp_p[i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
1724         }
1725
1726         /*
1727          * Instead of using a 1G page for the memory containing the kernel,
1728          * use 2M pages with read-only and no-execute permissions.  (If using 1G
1729          * pages, this will partially overwrite the PDPEs above.)
1730          */
1731         if (ndm1g) {
1732                 pd_p = (pd_entry_t *)DMPDkernphys;
1733                 for (i = 0; i < (NPDEPG * nkdmpde); i++)
1734                         pd_p[i] = (i << PDRSHIFT) | X86_PG_V | PG_PS | pg_g |
1735                             X86_PG_M | X86_PG_A | pg_nx |
1736                             bootaddr_rwx(i << PDRSHIFT);
1737                 for (i = 0; i < nkdmpde; i++)
1738                         pdp_p[i] = (DMPDkernphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW |
1739                             X86_PG_V | pg_nx;
1740         }
1741
1742         /* And recursively map PML4 to itself in order to get PTmap */
1743         p4_p = (pml4_entry_t *)KPML4phys;
1744         p4_p[PML4PML4I] = KPML4phys;
1745         p4_p[PML4PML4I] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
1746
1747         /* Connect the Direct Map slot(s) up to the PML4. */
1748         for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++) {
1749                 p4_p[DMPML4I + i] = DMPDPphys + ptoa(i);
1750                 p4_p[DMPML4I + i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
1751         }
1752
1753         /* Connect the KVA slots up to the PML4 */
1754         for (i = 0; i < NKPML4E; i++) {
1755                 p4_p[KPML4BASE + i] = KPDPphys + ptoa(i);
1756                 p4_p[KPML4BASE + i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V;
1757         }
1758
1759         kernel_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(KPML4phys);
1760 }
1761
1762 /*
1763  *      Bootstrap the system enough to run with virtual memory.
1764  *
1765  *      On amd64 this is called after mapping has already been enabled
1766  *      and just syncs the pmap module with what has already been done.
1767  *      [We can't call it easily with mapping off since the kernel is not
1768  *      mapped with PA == VA, hence we would have to relocate every address
1769  *      from the linked base (virtual) address "KERNBASE" to the actual
1770  *      (physical) address starting relative to 0]
1771  */
1772 void
1773 pmap_bootstrap(vm_paddr_t *firstaddr)
1774 {
1775         vm_offset_t va;
1776         pt_entry_t *pte, *pcpu_pte;
1777         struct region_descriptor r_gdt;
1778         uint64_t cr4, pcpu_phys;
1779         u_long res;
1780         int i;
1781
1782         KERNend = *firstaddr;
1783         res = atop(KERNend - (vm_paddr_t)kernphys);
1784
1785         if (!pti)
1786                 pg_g = X86_PG_G;
1787
1788         /*
1789          * Create an initial set of page tables to run the kernel in.
1790          */
1791         create_pagetables(firstaddr);
1792
1793         pcpu_phys = allocpages(firstaddr, MAXCPU);
1794
1795         /*
1796          * Add a physical memory segment (vm_phys_seg) corresponding to the
1797          * preallocated kernel page table pages so that vm_page structures
1798          * representing these pages will be created.  The vm_page structures
1799          * are required for promotion of the corresponding kernel virtual
1800          * addresses to superpage mappings.
1801          */
1802         vm_phys_early_add_seg(KPTphys, KPTphys + ptoa(nkpt));
1803
1804         /*
1805          * Account for the virtual addresses mapped by create_pagetables().
1806          */
1807         virtual_avail = (vm_offset_t)KERNBASE + round_2mpage(KERNend);
1808         virtual_end = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS;
1809
1810         /*
1811          * Enable PG_G global pages, then switch to the kernel page
1812          * table from the bootstrap page table.  After the switch, it
1813          * is possible to enable SMEP and SMAP since PG_U bits are
1814          * correct now.
1815          */
1816         cr4 = rcr4();
1817         cr4 |= CR4_PGE;
1818         load_cr4(cr4);
1819         load_cr3(KPML4phys);
1820         if (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_SMEP)
1821                 cr4 |= CR4_SMEP;
1822         if (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_SMAP)
1823                 cr4 |= CR4_SMAP;
1824         load_cr4(cr4);
1825
1826         /*
1827          * Initialize the kernel pmap (which is statically allocated).
1828          * Count bootstrap data as being resident in case any of this data is
1829          * later unmapped (using pmap_remove()) and freed.
1830          */
1831         PMAP_LOCK_INIT(kernel_pmap);
1832         kernel_pmap->pm_pmltop = kernel_pml4;
1833         kernel_pmap->pm_cr3 = KPML4phys;
1834         kernel_pmap->pm_ucr3 = PMAP_NO_CR3;
1835         CPU_FILL(&kernel_pmap->pm_active);      /* don't allow deactivation */
1836         TAILQ_INIT(&kernel_pmap->pm_pvchunk);
1837         kernel_pmap->pm_stats.resident_count = res;
1838         kernel_pmap->pm_flags = pmap_flags;
1839
1840         /*
1841          * Initialize the TLB invalidations generation number lock.
1842          */
1843         mtx_init(&invl_gen_mtx, "invlgn", NULL, MTX_DEF);
1844
1845         /*
1846          * Reserve some special page table entries/VA space for temporary
1847          * mapping of pages.
1848          */
1849 #define SYSMAP(c, p, v, n)      \
1850         v = (c)va; va += ((n)*PAGE_SIZE); p = pte; pte += (n);
1851
1852         va = virtual_avail;
1853         pte = vtopte(va);
1854
1855         /*
1856          * Crashdump maps.  The first page is reused as CMAP1 for the
1857          * memory test.
1858          */
1859         SYSMAP(caddr_t, CMAP1, crashdumpmap, MAXDUMPPGS)
1860         CADDR1 = crashdumpmap;
1861
1862         SYSMAP(struct pcpu *, pcpu_pte, __pcpu, MAXCPU);
1863         virtual_avail = va;
1864
1865         for (i = 0; i < MAXCPU; i++) {
1866                 pcpu_pte[i] = (pcpu_phys + ptoa(i)) | X86_PG_V | X86_PG_RW |
1867                     pg_g | pg_nx | X86_PG_M | X86_PG_A;
1868         }
1869
1870         /*
1871          * Re-initialize PCPU area for BSP after switching.
1872          * Make hardware use gdt and common_tss from the new PCPU.
1873          */
1874         STAILQ_INIT(&cpuhead);
1875         wrmsr(MSR_GSBASE, (uint64_t)&__pcpu[0]);
1876         pcpu_init(&__pcpu[0], 0, sizeof(struct pcpu));
1877         amd64_bsp_pcpu_init1(&__pcpu[0]);
1878         amd64_bsp_ist_init(&__pcpu[0]);
1879         __pcpu[0].pc_common_tss.tss_iobase = sizeof(struct amd64tss) +
1880             IOPERM_BITMAP_SIZE;
1881         memcpy(__pcpu[0].pc_gdt, temp_bsp_pcpu.pc_gdt, NGDT *
1882             sizeof(struct user_segment_descriptor));
1883         gdt_segs[GPROC0_SEL].ssd_base = (uintptr_t)&__pcpu[0].pc_common_tss;
1884         ssdtosyssd(&gdt_segs[GPROC0_SEL],
1885             (struct system_segment_descriptor *)&__pcpu[0].pc_gdt[GPROC0_SEL]);
1886         r_gdt.rd_limit = NGDT * sizeof(struct user_segment_descriptor) - 1;
1887         r_gdt.rd_base = (long)__pcpu[0].pc_gdt;
1888         lgdt(&r_gdt);
1889         wrmsr(MSR_GSBASE, (uint64_t)&__pcpu[0]);
1890         ltr(GSEL(GPROC0_SEL, SEL_KPL));
1891         __pcpu[0].pc_dynamic = temp_bsp_pcpu.pc_dynamic;
1892         __pcpu[0].pc_acpi_id = temp_bsp_pcpu.pc_acpi_id;
1893
1894         /*
1895          * Initialize the PAT MSR.
1896          * pmap_init_pat() clears and sets CR4_PGE, which, as a
1897          * side-effect, invalidates stale PG_G TLB entries that might
1898          * have been created in our pre-boot environment.
1899          */
1900         pmap_init_pat();
1901
1902         /* Initialize TLB Context Id. */
1903         if (pmap_pcid_enabled) {
1904                 for (i = 0; i < MAXCPU; i++) {
1905                         kernel_pmap->pm_pcids[i].pm_pcid = PMAP_PCID_KERN;
1906                         kernel_pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 1;
1907                 }
1908
1909                 /*
1910                  * PMAP_PCID_KERN + 1 is used for initialization of
1911                  * proc0 pmap.  The pmap' pcid state might be used by
1912                  * EFIRT entry before first context switch, so it
1913                  * needs to be valid.
1914                  */
1915                 PCPU_SET(pcid_next, PMAP_PCID_KERN + 2);
1916                 PCPU_SET(pcid_gen, 1);
1917
1918                 /*
1919                  * pcpu area for APs is zeroed during AP startup.
1920                  * pc_pcid_next and pc_pcid_gen are initialized by AP
1921                  * during pcpu setup.
1922                  */
1923                 load_cr4(rcr4() | CR4_PCIDE);
1924         }
1925 }
1926
1927 /*
1928  * Setup the PAT MSR.
1929  */
1930 void
1931 pmap_init_pat(void)
1932 {
1933         uint64_t pat_msr;
1934         u_long cr0, cr4;
1935         int i;
1936
1937         /* Bail if this CPU doesn't implement PAT. */
1938         if ((cpu_feature & CPUID_PAT) == 0)
1939                 panic("no PAT??");
1940
1941         /* Set default PAT index table. */
1942         for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
1943                 pat_index[i] = -1;
1944         pat_index[PAT_WRITE_BACK] = 0;
1945         pat_index[PAT_WRITE_THROUGH] = 1;
1946         pat_index[PAT_UNCACHEABLE] = 3;
1947         pat_index[PAT_WRITE_COMBINING] = 6;
1948         pat_index[PAT_WRITE_PROTECTED] = 5;
1949         pat_index[PAT_UNCACHED] = 2;
1950
1951         /*
1952          * Initialize default PAT entries.
1953          * Leave the indices 0-3 at the default of WB, WT, UC-, and UC.
1954          * Program 5 and 6 as WP and WC.
1955          *
1956          * Leave 4 and 7 as WB and UC.  Note that a recursive page table
1957          * mapping for a 2M page uses a PAT value with the bit 3 set due
1958          * to its overload with PG_PS.
1959          */
1960         pat_msr = PAT_VALUE(0, PAT_WRITE_BACK) |
1961             PAT_VALUE(1, PAT_WRITE_THROUGH) |
1962             PAT_VALUE(2, PAT_UNCACHED) |
1963             PAT_VALUE(3, PAT_UNCACHEABLE) |
1964             PAT_VALUE(4, PAT_WRITE_BACK) |
1965             PAT_VALUE(5, PAT_WRITE_PROTECTED) |
1966             PAT_VALUE(6, PAT_WRITE_COMBINING) |
1967             PAT_VALUE(7, PAT_UNCACHEABLE);
1968
1969         /* Disable PGE. */
1970         cr4 = rcr4();
1971         load_cr4(cr4 & ~CR4_PGE);
1972
1973         /* Disable caches (CD = 1, NW = 0). */
1974         cr0 = rcr0();
1975         load_cr0((cr0 & ~CR0_NW) | CR0_CD);
1976
1977         /* Flushes caches and TLBs. */
1978         wbinvd();
1979         invltlb();
1980
1981         /* Update PAT and index table. */
1982         wrmsr(MSR_PAT, pat_msr);
1983
1984         /* Flush caches and TLBs again. */
1985         wbinvd();
1986         invltlb();
1987
1988         /* Restore caches and PGE. */
1989         load_cr0(cr0);
1990         load_cr4(cr4);
1991 }
1992
1993 extern const char la57_trampoline[], la57_trampoline_gdt_desc[],
1994     la57_trampoline_gdt[], la57_trampoline_end[];
1995
1996 static void
1997 pmap_bootstrap_la57(void *arg __unused)
1998 {
1999         char *v_code;
2000         pml5_entry_t *v_pml5;
2001         pml4_entry_t *v_pml4;
2002         pdp_entry_t *v_pdp;
2003         pd_entry_t *v_pd;
2004         pt_entry_t *v_pt;
2005         vm_page_t m_code, m_pml4, m_pdp, m_pd, m_pt, m_pml5;
2006         void (*la57_tramp)(uint64_t pml5);
2007         struct region_descriptor r_gdt;
2008
2009         if ((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_LA57) == 0)
2010                 return;
2011         if (!TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.la57", &la57))
2012                 la57 = 1;
2013         if (!la57)
2014                 return;
2015
2016         r_gdt.rd_limit = NGDT * sizeof(struct user_segment_descriptor) - 1;
2017         r_gdt.rd_base = (long)__pcpu[0].pc_gdt;
2018
2019         m_code = vm_page_alloc_contig(NULL, 0,
2020             VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOBUSY | VM_ALLOC_ZERO | VM_ALLOC_NOOBJ,
2021             1, 0, (1ULL << 32), PAGE_SIZE, 0, VM_MEMATTR_DEFAULT);
2022         if ((m_code->flags & PG_ZERO) == 0)
2023                 pmap_zero_page(m_code);
2024         v_code = (char *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m_code));
2025         m_pml5 = vm_page_alloc_contig(NULL, 0,
2026             VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOBUSY | VM_ALLOC_ZERO | VM_ALLOC_NOOBJ,
2027             1, 0, (1ULL << 32), PAGE_SIZE, 0, VM_MEMATTR_DEFAULT);
2028         if ((m_pml5->flags & PG_ZERO) == 0)
2029                 pmap_zero_page(m_pml5);
2030         KPML5phys = VM_PAGE_TO_PHYS(m_pml5);
2031         v_pml5 = (pml5_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(KPML5phys);
2032         m_pml4 = vm_page_alloc_contig(NULL, 0,
2033             VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOBUSY | VM_ALLOC_ZERO | VM_ALLOC_NOOBJ,
2034             1, 0, (1ULL << 32), PAGE_SIZE, 0, VM_MEMATTR_DEFAULT);
2035         if ((m_pml4->flags & PG_ZERO) == 0)
2036                 pmap_zero_page(m_pml4);
2037         v_pml4 = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m_pml4));
2038         m_pdp = vm_page_alloc_contig(NULL, 0,
2039             VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOBUSY | VM_ALLOC_ZERO | VM_ALLOC_NOOBJ,
2040             1, 0, (1ULL << 32), PAGE_SIZE, 0, VM_MEMATTR_DEFAULT);
2041         if ((m_pdp->flags & PG_ZERO) == 0)
2042                 pmap_zero_page(m_pdp);
2043         v_pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m_pdp));
2044         m_pd = vm_page_alloc_contig(NULL, 0,
2045             VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOBUSY | VM_ALLOC_ZERO | VM_ALLOC_NOOBJ,
2046             1, 0, (1ULL << 32), PAGE_SIZE, 0, VM_MEMATTR_DEFAULT);
2047         if ((m_pd->flags & PG_ZERO) == 0)
2048                 pmap_zero_page(m_pd);
2049         v_pd = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m_pd));
2050         m_pt = vm_page_alloc_contig(NULL, 0,
2051             VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOBUSY | VM_ALLOC_ZERO | VM_ALLOC_NOOBJ,
2052             1, 0, (1ULL << 32), PAGE_SIZE, 0, VM_MEMATTR_DEFAULT);
2053         if ((m_pt->flags & PG_ZERO) == 0)
2054                 pmap_zero_page(m_pt);
2055         v_pt = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m_pt));
2056
2057         /*
2058          * Map m_code 1:1, it appears below 4G in KVA due to physical
2059          * address being below 4G.  Since kernel KVA is in upper half,
2060          * the pml4e should be zero and free for temporary use.
2061          */
2062         kernel_pmap->pm_pmltop[pmap_pml4e_index(VM_PAGE_TO_PHYS(m_code))] =
2063             VM_PAGE_TO_PHYS(m_pdp) | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A |
2064             X86_PG_M;
2065         v_pdp[pmap_pdpe_index(VM_PAGE_TO_PHYS(m_code))] =
2066             VM_PAGE_TO_PHYS(m_pd) | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A |
2067             X86_PG_M;
2068         v_pd[pmap_pde_index(VM_PAGE_TO_PHYS(m_code))] =
2069             VM_PAGE_TO_PHYS(m_pt) | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A |
2070             X86_PG_M;
2071         v_pt[pmap_pte_index(VM_PAGE_TO_PHYS(m_code))] =
2072             VM_PAGE_TO_PHYS(m_code) | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A |
2073             X86_PG_M;
2074
2075         /*
2076          * Add pml5 entry at top of KVA pointing to existing pml4 table,
2077          * entering all existing kernel mappings into level 5 table.
2078          */
2079         v_pml5[pmap_pml5e_index(UPT_MAX_ADDRESS)] = KPML4phys | X86_PG_V |
2080             X86_PG_RW | X86_PG_A | X86_PG_M | pg_g;
2081
2082         /*
2083          * Add pml5 entry for 1:1 trampoline mapping after LA57 is turned on.
2084          */
2085         v_pml5[pmap_pml5e_index(VM_PAGE_TO_PHYS(m_code))] =
2086             VM_PAGE_TO_PHYS(m_pml4) | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A |
2087             X86_PG_M;
2088         v_pml4[pmap_pml4e_index(VM_PAGE_TO_PHYS(m_code))] =
2089             VM_PAGE_TO_PHYS(m_pdp) | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A |
2090             X86_PG_M;
2091
2092         /*
2093          * Copy and call the 48->57 trampoline, hope we return there, alive.
2094          */
2095         bcopy(la57_trampoline, v_code, la57_trampoline_end - la57_trampoline);
2096         *(u_long *)(v_code + 2 + (la57_trampoline_gdt_desc - la57_trampoline)) =
2097             la57_trampoline_gdt - la57_trampoline + VM_PAGE_TO_PHYS(m_code);
2098         la57_tramp = (void (*)(uint64_t))VM_PAGE_TO_PHYS(m_code);
2099         la57_tramp(KPML5phys);
2100
2101         /*
2102          * gdt was necessary reset, switch back to our gdt.
2103          */
2104         lgdt(&r_gdt);
2105         wrmsr(MSR_GSBASE, (uint64_t)&__pcpu[0]);
2106         load_ds(_udatasel);
2107         load_es(_udatasel);
2108         load_fs(_ufssel);
2109         ssdtosyssd(&gdt_segs[GPROC0_SEL],
2110             (struct system_segment_descriptor *)&__pcpu[0].pc_gdt[GPROC0_SEL]);
2111         ltr(GSEL(GPROC0_SEL, SEL_KPL));
2112
2113         /*
2114          * Now unmap the trampoline, and free the pages.
2115          * Clear pml5 entry used for 1:1 trampoline mapping.
2116          */
2117         pte_clear(&v_pml5[pmap_pml5e_index(VM_PAGE_TO_PHYS(m_code))]);
2118         invlpg((vm_offset_t)v_code);
2119         vm_page_free(m_code);
2120         vm_page_free(m_pdp);
2121         vm_page_free(m_pd);
2122         vm_page_free(m_pt);
2123
2124         /* 
2125          * Recursively map PML5 to itself in order to get PTmap and
2126          * PDmap.
2127          */
2128         v_pml5[PML5PML5I] = KPML5phys | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
2129
2130         kernel_pmap->pm_cr3 = KPML5phys;
2131         kernel_pmap->pm_pmltop = v_pml5;
2132 }
2133 SYSINIT(la57, SI_SUB_KMEM, SI_ORDER_ANY, pmap_bootstrap_la57, NULL);
2134
2135 /*
2136  *      Initialize a vm_page's machine-dependent fields.
2137  */
2138 void
2139 pmap_page_init(vm_page_t m)
2140 {
2141
2142         TAILQ_INIT(&m->md.pv_list);
2143         m->md.pat_mode = PAT_WRITE_BACK;
2144 }
2145
2146 static int pmap_allow_2m_x_ept;
2147 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, allow_2m_x_ept, CTLFLAG_RWTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
2148     &pmap_allow_2m_x_ept, 0,
2149     "Allow executable superpage mappings in EPT");
2150
2151 void
2152 pmap_allow_2m_x_ept_recalculate(void)
2153 {
2154         /*
2155          * SKL002, SKL012S.  Since the EPT format is only used by
2156          * Intel CPUs, the vendor check is merely a formality.
2157          */
2158         if (!(cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL ||
2159             (cpu_ia32_arch_caps & IA32_ARCH_CAP_IF_PSCHANGE_MC_NO) != 0 ||
2160             (CPUID_TO_FAMILY(cpu_id) == 0x6 &&
2161             (CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x26 ||  /* Atoms */
2162             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x27 ||
2163             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x35 ||
2164             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x36 ||
2165             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x37 ||
2166             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x86 ||
2167             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x1c ||
2168             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x4a ||
2169             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x4c ||
2170             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x4d ||
2171             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x5a ||
2172             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x5c ||
2173             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x5d ||
2174             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x5f ||
2175             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x6e ||
2176             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x7a ||
2177             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x57 ||   /* Knights */
2178             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x85))))
2179                 pmap_allow_2m_x_ept = 1;
2180         TUNABLE_INT_FETCH("hw.allow_2m_x_ept", &pmap_allow_2m_x_ept);
2181 }
2182
2183 static bool
2184 pmap_allow_2m_x_page(pmap_t pmap, bool executable)
2185 {
2186
2187         return (pmap->pm_type != PT_EPT || !executable ||
2188             !pmap_allow_2m_x_ept);
2189 }
2190
2191 #ifdef NUMA
2192 static void
2193 pmap_init_pv_table(void)
2194 {
2195         struct pmap_large_md_page *pvd;
2196         vm_size_t s;
2197         long start, end, highest, pv_npg;
2198         int domain, i, j, pages;
2199
2200         /*
2201          * We strongly depend on the size being a power of two, so the assert
2202          * is overzealous. However, should the struct be resized to a
2203          * different power of two, the code below needs to be revisited.
2204          */
2205         CTASSERT((sizeof(*pvd) == 64));
2206
2207         /*
2208          * Calculate the size of the array.
2209          */
2210         pmap_last_pa = vm_phys_segs[vm_phys_nsegs - 1].end;
2211         pv_npg = howmany(pmap_last_pa, NBPDR);
2212         s = (vm_size_t)pv_npg * sizeof(struct pmap_large_md_page);
2213         s = round_page(s);
2214         pv_table = (struct pmap_large_md_page *)kva_alloc(s);
2215         if (pv_table == NULL)
2216                 panic("%s: kva_alloc failed\n", __func__);
2217
2218         /*
2219          * Iterate physical segments to allocate space for respective pages.
2220          */
2221         highest = -1;
2222         s = 0;
2223         for (i = 0; i < vm_phys_nsegs; i++) {
2224                 end = vm_phys_segs[i].end / NBPDR;
2225                 domain = vm_phys_segs[i].domain;
2226
2227                 if (highest >= end)
2228                         continue;
2229
2230                 start = highest + 1;
2231                 pvd = &pv_table[start];
2232
2233                 pages = end - start + 1;
2234                 s = round_page(pages * sizeof(*pvd));
2235                 highest = start + (s / sizeof(*pvd)) - 1;
2236
2237                 for (j = 0; j < s; j += PAGE_SIZE) {
2238                         vm_page_t m = vm_page_alloc_domain(NULL, 0,
2239                             domain, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ);
2240                         if (m == NULL)
2241                                 panic("vm_page_alloc_domain failed for %lx\n", (vm_offset_t)pvd + j);
2242                         pmap_qenter((vm_offset_t)pvd + j, &m, 1);
2243                 }
2244
2245                 for (j = 0; j < s / sizeof(*pvd); j++) {
2246                         rw_init_flags(&pvd->pv_lock, "pmap pv list", RW_NEW);
2247                         TAILQ_INIT(&pvd->pv_page.pv_list);
2248                         pvd->pv_page.pv_gen = 0;
2249                         pvd->pv_page.pat_mode = 0;
2250                         pvd->pv_invl_gen = 0;
2251                         pvd++;
2252                 }
2253         }
2254         pvd = &pv_dummy_large;
2255         rw_init_flags(&pvd->pv_lock, "pmap pv list dummy", RW_NEW);
2256         TAILQ_INIT(&pvd->pv_page.pv_list);
2257         pvd->pv_page.pv_gen = 0;
2258         pvd->pv_page.pat_mode = 0;
2259         pvd->pv_invl_gen = 0;
2260 }
2261 #else
2262 static void
2263 pmap_init_pv_table(void)
2264 {
2265         vm_size_t s;
2266         long i, pv_npg;
2267
2268         /*
2269          * Initialize the pool of pv list locks.
2270          */
2271         for (i = 0; i < NPV_LIST_LOCKS; i++)
2272                 rw_init(&pv_list_locks[i], "pmap pv list");
2273
2274         /*
2275          * Calculate the size of the pv head table for superpages.
2276          */
2277         pv_npg = howmany(vm_phys_segs[vm_phys_nsegs - 1].end, NBPDR);
2278
2279         /*
2280          * Allocate memory for the pv head table for superpages.
2281          */
2282         s = (vm_size_t)pv_npg * sizeof(struct md_page);
2283         s = round_page(s);
2284         pv_table = (struct md_page *)kmem_malloc(s, M_WAITOK | M_ZERO);
2285         for (i = 0; i < pv_npg; i++)
2286                 TAILQ_INIT(&pv_table[i].pv_list);
2287         TAILQ_INIT(&pv_dummy.pv_list);
2288 }
2289 #endif
2290
2291 /*
2292  *      Initialize the pmap module.
2293  *      Called by vm_init, to initialize any structures that the pmap
2294  *      system needs to map virtual memory.
2295  */
2296 void
2297 pmap_init(void)
2298 {
2299         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
2300         vm_page_t m, mpte;
2301         int error, i, ret, skz63;
2302
2303         /* L1TF, reserve page @0 unconditionally */
2304         vm_page_blacklist_add(0, bootverbose);
2305
2306         /* Detect bare-metal Skylake Server and Skylake-X. */
2307         if (vm_guest == VM_GUEST_NO && cpu_vendor_id == CPU_VENDOR_INTEL &&
2308             CPUID_TO_FAMILY(cpu_id) == 0x6 && CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x55) {
2309                 /*
2310                  * Skylake-X errata SKZ63. Processor May Hang When
2311                  * Executing Code In an HLE Transaction Region between
2312                  * 40000000H and 403FFFFFH.
2313                  *
2314                  * Mark the pages in the range as preallocated.  It
2315                  * seems to be impossible to distinguish between
2316                  * Skylake Server and Skylake X.
2317                  */
2318                 skz63 = 1;
2319                 TUNABLE_INT_FETCH("hw.skz63_enable", &skz63);
2320                 if (skz63 != 0) {
2321                         if (bootverbose)
2322                                 printf("SKZ63: skipping 4M RAM starting "
2323                                     "at physical 1G\n");
2324                         for (i = 0; i < atop(0x400000); i++) {
2325                                 ret = vm_page_blacklist_add(0x40000000 +
2326                                     ptoa(i), FALSE);
2327                                 if (!ret && bootverbose)
2328                                         printf("page at %#lx already used\n",
2329                                             0x40000000 + ptoa(i));
2330                         }
2331                 }
2332         }
2333
2334         /* IFU */
2335         pmap_allow_2m_x_ept_recalculate();
2336
2337         /*
2338          * Initialize the vm page array entries for the kernel pmap's
2339          * page table pages.
2340          */ 
2341         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
2342         for (i = 0; i < nkpt; i++) {
2343                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(KPTphys + (i << PAGE_SHIFT));
2344                 KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
2345                     mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
2346                     ("pmap_init: page table page is out of range"));
2347                 mpte->pindex = pmap_pde_pindex(KERNBASE) + i;
2348                 mpte->phys_addr = KPTphys + (i << PAGE_SHIFT);
2349                 mpte->ref_count = 1;
2350
2351                 /*
2352                  * Collect the page table pages that were replaced by a 2MB
2353                  * page in create_pagetables().  They are zero filled.
2354                  */
2355                 if ((vm_paddr_t)i << PDRSHIFT < KERNend &&
2356                     pmap_insert_pt_page(kernel_pmap, mpte, false))
2357                         panic("pmap_init: pmap_insert_pt_page failed");
2358         }
2359         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
2360         vm_wire_add(nkpt);
2361
2362         /*
2363          * If the kernel is running on a virtual machine, then it must assume
2364          * that MCA is enabled by the hypervisor.  Moreover, the kernel must
2365          * be prepared for the hypervisor changing the vendor and family that
2366          * are reported by CPUID.  Consequently, the workaround for AMD Family
2367          * 10h Erratum 383 is enabled if the processor's feature set does not
2368          * include at least one feature that is only supported by older Intel
2369          * or newer AMD processors.
2370          */
2371         if (vm_guest != VM_GUEST_NO && (cpu_feature & CPUID_SS) == 0 &&
2372             (cpu_feature2 & (CPUID2_SSSE3 | CPUID2_SSE41 | CPUID2_AESNI |
2373             CPUID2_AVX | CPUID2_XSAVE)) == 0 && (amd_feature2 & (AMDID2_XOP |
2374             AMDID2_FMA4)) == 0)
2375                 workaround_erratum383 = 1;
2376
2377         /*
2378          * Are large page mappings enabled?
2379          */
2380         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.pg_ps_enabled", &pg_ps_enabled);
2381         if (pg_ps_enabled) {
2382                 KASSERT(MAXPAGESIZES > 1 && pagesizes[1] == 0,
2383                     ("pmap_init: can't assign to pagesizes[1]"));
2384                 pagesizes[1] = NBPDR;
2385         }
2386
2387         /*
2388          * Initialize pv chunk lists.
2389          */
2390         for (i = 0; i < PMAP_MEMDOM; i++) {
2391                 mtx_init(&pv_chunks[i].pvc_lock, "pmap pv chunk list", NULL, MTX_DEF);
2392                 TAILQ_INIT(&pv_chunks[i].pvc_list);
2393         }
2394         pmap_init_pv_table();
2395
2396         pmap_initialized = 1;
2397         for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
2398                 ppim = pmap_preinit_mapping + i;
2399                 if (ppim->va == 0)
2400                         continue;
2401                 /* Make the direct map consistent */
2402                 if (ppim->pa < dmaplimit && ppim->pa + ppim->sz <= dmaplimit) {
2403                         (void)pmap_change_attr(PHYS_TO_DMAP(ppim->pa),
2404                             ppim->sz, ppim->mode);
2405                 }
2406                 if (!bootverbose)
2407                         continue;
2408                 printf("PPIM %u: PA=%#lx, VA=%#lx, size=%#lx, mode=%#x\n", i,
2409                     ppim->pa, ppim->va, ppim->sz, ppim->mode);
2410         }
2411
2412         mtx_init(&qframe_mtx, "qfrmlk", NULL, MTX_SPIN);
2413         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE, M_BESTFIT | M_WAITOK,
2414             (vmem_addr_t *)&qframe);
2415         if (error != 0)
2416                 panic("qframe allocation failed");
2417
2418         lm_ents = 8;
2419         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.large_map_pml4_entries", &lm_ents);
2420         if (lm_ents > LMEPML4I - LMSPML4I + 1)
2421                 lm_ents = LMEPML4I - LMSPML4I + 1;
2422         if (bootverbose)
2423                 printf("pmap: large map %u PML4 slots (%lu GB)\n",
2424                     lm_ents, (u_long)lm_ents * (NBPML4 / 1024 / 1024 / 1024));
2425         if (lm_ents != 0) {
2426                 large_vmem = vmem_create("large", LARGEMAP_MIN_ADDRESS,
2427                     (vmem_size_t)lm_ents * NBPML4, PAGE_SIZE, 0, M_WAITOK);
2428                 if (large_vmem == NULL) {
2429                         printf("pmap: cannot create large map\n");
2430                         lm_ents = 0;
2431                 }
2432                 for (i = 0; i < lm_ents; i++) {
2433                         m = pmap_large_map_getptp_unlocked();
2434                         /* XXXKIB la57 */
2435                         kernel_pml4[LMSPML4I + i] = X86_PG_V |
2436                             X86_PG_RW | X86_PG_A | X86_PG_M | pg_nx |
2437                             VM_PAGE_TO_PHYS(m);
2438                 }
2439         }
2440 }
2441
2442 SYSCTL_UINT(_vm_pmap, OID_AUTO, large_map_pml4_entries,
2443     CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH, &lm_ents, 0,
2444     "Maximum number of PML4 entries for use by large map (tunable).  "
2445     "Each entry corresponds to 512GB of address space.");
2446
2447 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, pde, CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
2448     "2MB page mapping counters");
2449
2450 static u_long pmap_pde_demotions;
2451 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
2452     &pmap_pde_demotions, 0, "2MB page demotions");
2453
2454 static u_long pmap_pde_mappings;
2455 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, mappings, CTLFLAG_RD,
2456     &pmap_pde_mappings, 0, "2MB page mappings");
2457
2458 static u_long pmap_pde_p_failures;
2459 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, p_failures, CTLFLAG_RD,
2460     &pmap_pde_p_failures, 0, "2MB page promotion failures");
2461
2462 static u_long pmap_pde_promotions;
2463 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, promotions, CTLFLAG_RD,
2464     &pmap_pde_promotions, 0, "2MB page promotions");
2465
2466 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, pdpe, CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
2467     "1GB page mapping counters");
2468
2469 static u_long pmap_pdpe_demotions;
2470 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pdpe, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
2471     &pmap_pdpe_demotions, 0, "1GB page demotions");
2472
2473 /***************************************************
2474  * Low level helper routines.....
2475  ***************************************************/
2476
2477 static pt_entry_t
2478 pmap_swap_pat(pmap_t pmap, pt_entry_t entry)
2479 {
2480         int x86_pat_bits = X86_PG_PTE_PAT | X86_PG_PDE_PAT;
2481
2482         switch (pmap->pm_type) {
2483         case PT_X86:
2484         case PT_RVI:
2485                 /* Verify that both PAT bits are not set at the same time */
2486                 KASSERT((entry & x86_pat_bits) != x86_pat_bits,
2487                     ("Invalid PAT bits in entry %#lx", entry));
2488
2489                 /* Swap the PAT bits if one of them is set */
2490                 if ((entry & x86_pat_bits) != 0)
2491                         entry ^= x86_pat_bits;
2492                 break;
2493         case PT_EPT:
2494                 /*
2495                  * Nothing to do - the memory attributes are represented
2496                  * the same way for regular pages and superpages.
2497                  */
2498                 break;
2499         default:
2500                 panic("pmap_switch_pat_bits: bad pm_type %d", pmap->pm_type);
2501         }
2502
2503         return (entry);
2504 }
2505
2506 boolean_t
2507 pmap_is_valid_memattr(pmap_t pmap __unused, vm_memattr_t mode)
2508 {
2509
2510         return (mode >= 0 && mode < PAT_INDEX_SIZE &&
2511             pat_index[(int)mode] >= 0);
2512 }
2513
2514 /*
2515  * Determine the appropriate bits to set in a PTE or PDE for a specified
2516  * caching mode.
2517  */
2518 int
2519 pmap_cache_bits(pmap_t pmap, int mode, boolean_t is_pde)
2520 {
2521         int cache_bits, pat_flag, pat_idx;
2522
2523         if (!pmap_is_valid_memattr(pmap, mode))
2524                 panic("Unknown caching mode %d\n", mode);
2525
2526         switch (pmap->pm_type) {
2527         case PT_X86:
2528         case PT_RVI:
2529                 /* The PAT bit is different for PTE's and PDE's. */
2530                 pat_flag = is_pde ? X86_PG_PDE_PAT : X86_PG_PTE_PAT;
2531
2532                 /* Map the caching mode to a PAT index. */
2533                 pat_idx = pat_index[mode];
2534
2535                 /* Map the 3-bit index value into the PAT, PCD, and PWT bits. */
2536                 cache_bits = 0;
2537                 if (pat_idx & 0x4)
2538                         cache_bits |= pat_flag;
2539                 if (pat_idx & 0x2)
2540                         cache_bits |= PG_NC_PCD;
2541                 if (pat_idx & 0x1)
2542                         cache_bits |= PG_NC_PWT;
2543                 break;
2544
2545         case PT_EPT:
2546                 cache_bits = EPT_PG_IGNORE_PAT | EPT_PG_MEMORY_TYPE(mode);
2547                 break;
2548
2549         default:
2550                 panic("unsupported pmap type %d", pmap->pm_type);
2551         }
2552
2553         return (cache_bits);
2554 }
2555
2556 static int
2557 pmap_cache_mask(pmap_t pmap, boolean_t is_pde)
2558 {
2559         int mask;
2560
2561         switch (pmap->pm_type) {
2562         case PT_X86:
2563         case PT_RVI:
2564                 mask = is_pde ? X86_PG_PDE_CACHE : X86_PG_PTE_CACHE;
2565                 break;
2566         case PT_EPT:
2567                 mask = EPT_PG_IGNORE_PAT | EPT_PG_MEMORY_TYPE(0x7);
2568                 break;
2569         default:
2570                 panic("pmap_cache_mask: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
2571         }
2572
2573         return (mask);
2574 }
2575
2576 static int
2577 pmap_pat_index(pmap_t pmap, pt_entry_t pte, bool is_pde)
2578 {
2579         int pat_flag, pat_idx;
2580
2581         pat_idx = 0;
2582         switch (pmap->pm_type) {
2583         case PT_X86:
2584         case PT_RVI:
2585                 /* The PAT bit is different for PTE's and PDE's. */
2586                 pat_flag = is_pde ? X86_PG_PDE_PAT : X86_PG_PTE_PAT;
2587
2588                 if ((pte & pat_flag) != 0)
2589                         pat_idx |= 0x4;
2590                 if ((pte & PG_NC_PCD) != 0)
2591                         pat_idx |= 0x2;
2592                 if ((pte & PG_NC_PWT) != 0)
2593                         pat_idx |= 0x1;
2594                 break;
2595         case PT_EPT:
2596                 if ((pte & EPT_PG_IGNORE_PAT) != 0)
2597                         panic("EPT PTE %#lx has no PAT memory type", pte);
2598                 pat_idx = (pte & EPT_PG_MEMORY_TYPE(0x7)) >> 3;
2599                 break;
2600         }
2601
2602         /* See pmap_init_pat(). */
2603         if (pat_idx == 4)
2604                 pat_idx = 0;
2605         if (pat_idx == 7)
2606                 pat_idx = 3;
2607
2608         return (pat_idx);
2609 }
2610
2611 bool
2612 pmap_ps_enabled(pmap_t pmap)
2613 {
2614
2615         return (pg_ps_enabled && (pmap->pm_flags & PMAP_PDE_SUPERPAGE) != 0);
2616 }
2617
2618 static void
2619 pmap_update_pde_store(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
2620 {
2621
2622         switch (pmap->pm_type) {
2623         case PT_X86:
2624                 break;
2625         case PT_RVI:
2626         case PT_EPT:
2627                 /*
2628                  * XXX
2629                  * This is a little bogus since the generation number is
2630                  * supposed to be bumped up when a region of the address
2631                  * space is invalidated in the page tables.
2632                  *
2633                  * In this case the old PDE entry is valid but yet we want
2634                  * to make sure that any mappings using the old entry are
2635                  * invalidated in the TLB.
2636                  *
2637                  * The reason this works as expected is because we rendezvous
2638                  * "all" host cpus and force any vcpu context to exit as a
2639                  * side-effect.
2640                  */
2641                 atomic_add_acq_long(&pmap->pm_eptgen, 1);
2642                 break;
2643         default:
2644                 panic("pmap_update_pde_store: bad pm_type %d", pmap->pm_type);
2645         }
2646         pde_store(pde, newpde);
2647 }
2648
2649 /*
2650  * After changing the page size for the specified virtual address in the page
2651  * table, flush the corresponding entries from the processor's TLB.  Only the
2652  * calling processor's TLB is affected.
2653  *
2654  * The calling thread must be pinned to a processor.
2655  */
2656 static void
2657 pmap_update_pde_invalidate(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t newpde)
2658 {
2659         pt_entry_t PG_G;
2660
2661         if (pmap_type_guest(pmap))
2662                 return;
2663
2664         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
2665             ("pmap_update_pde_invalidate: invalid type %d", pmap->pm_type));
2666
2667         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
2668
2669         if ((newpde & PG_PS) == 0)
2670                 /* Demotion: flush a specific 2MB page mapping. */
2671                 invlpg(va);
2672         else if ((newpde & PG_G) == 0)
2673                 /*
2674                  * Promotion: flush every 4KB page mapping from the TLB
2675                  * because there are too many to flush individually.
2676                  */
2677                 invltlb();
2678         else {
2679                 /*
2680                  * Promotion: flush every 4KB page mapping from the TLB,
2681                  * including any global (PG_G) mappings.
2682                  */
2683                 invltlb_glob();
2684         }
2685 }
2686 #ifdef SMP
2687
2688 /*
2689  * For SMP, these functions have to use the IPI mechanism for coherence.
2690  *
2691  * N.B.: Before calling any of the following TLB invalidation functions,
2692  * the calling processor must ensure that all stores updating a non-
2693  * kernel page table are globally performed.  Otherwise, another
2694  * processor could cache an old, pre-update entry without being
2695  * invalidated.  This can happen one of two ways: (1) The pmap becomes
2696  * active on another processor after its pm_active field is checked by
2697  * one of the following functions but before a store updating the page
2698  * table is globally performed. (2) The pmap becomes active on another
2699  * processor before its pm_active field is checked but due to
2700  * speculative loads one of the following functions stills reads the
2701  * pmap as inactive on the other processor.
2702  * 
2703  * The kernel page table is exempt because its pm_active field is
2704  * immutable.  The kernel page table is always active on every
2705  * processor.
2706  */
2707
2708 /*
2709  * Interrupt the cpus that are executing in the guest context.
2710  * This will force the vcpu to exit and the cached EPT mappings
2711  * will be invalidated by the host before the next vmresume.
2712  */
2713 static __inline void
2714 pmap_invalidate_ept(pmap_t pmap)
2715 {
2716         int ipinum;
2717
2718         sched_pin();
2719         KASSERT(!CPU_ISSET(curcpu, &pmap->pm_active),
2720             ("pmap_invalidate_ept: absurd pm_active"));
2721
2722         /*
2723          * The TLB mappings associated with a vcpu context are not
2724          * flushed each time a different vcpu is chosen to execute.
2725          *
2726          * This is in contrast with a process's vtop mappings that
2727          * are flushed from the TLB on each context switch.
2728          *
2729          * Therefore we need to do more than just a TLB shootdown on
2730          * the active cpus in 'pmap->pm_active'. To do this we keep
2731          * track of the number of invalidations performed on this pmap.
2732          *
2733          * Each vcpu keeps a cache of this counter and compares it
2734          * just before a vmresume. If the counter is out-of-date an
2735          * invept will be done to flush stale mappings from the TLB.
2736          */
2737         atomic_add_acq_long(&pmap->pm_eptgen, 1);
2738
2739         /*
2740          * Force the vcpu to exit and trap back into the hypervisor.
2741          */
2742         ipinum = pmap->pm_flags & PMAP_NESTED_IPIMASK;
2743         ipi_selected(pmap->pm_active, ipinum);
2744         sched_unpin();
2745 }
2746
2747 static cpuset_t
2748 pmap_invalidate_cpu_mask(pmap_t pmap)
2749 {
2750
2751         return (pmap == kernel_pmap ? all_cpus : pmap->pm_active);
2752 }
2753
2754 static inline void
2755 pmap_invalidate_page_pcid(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
2756     const bool invpcid_works1)
2757 {
2758         struct invpcid_descr d;
2759         uint64_t kcr3, ucr3;
2760         uint32_t pcid;
2761         u_int cpuid, i;
2762
2763         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
2764         if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
2765                 if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3 &&
2766                     /*
2767                      * If we context-switched right after
2768                      * PCPU_GET(ucr3_load_mask), we could read the
2769                      * ~CR3_PCID_SAVE mask, which causes us to skip
2770                      * the code below to invalidate user pages.  This
2771                      * is handled in pmap_activate_sw_pcid_pti() by
2772                      * clearing pm_gen if ucr3_load_mask is ~CR3_PCID_SAVE.
2773                      */
2774                     PCPU_GET(ucr3_load_mask) == PMAP_UCR3_NOMASK) {
2775                         /*
2776                          * Because pm_pcid is recalculated on a
2777                          * context switch, we must disable switching.
2778                          * Otherwise, we might use a stale value
2779                          * below.
2780                          */
2781                         critical_enter();
2782                         pcid = pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
2783                         if (invpcid_works1) {
2784                                 d.pcid = pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
2785                                 d.pad = 0;
2786                                 d.addr = va;
2787                                 invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
2788                         } else {
2789                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pcid | CR3_PCID_SAVE;
2790                                 ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pcid |
2791                                     PMAP_PCID_USER_PT | CR3_PCID_SAVE;
2792                                 pmap_pti_pcid_invlpg(ucr3, kcr3, va);
2793                         }
2794                         critical_exit();
2795                 }
2796         } else
2797                 pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = 0;
2798
2799         CPU_FOREACH(i) {
2800                 if (cpuid != i)
2801                         pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
2802         }
2803
2804         /*
2805          * The fence is between stores to pm_gen and the read of the
2806          * pm_active mask.  We need to ensure that it is impossible
2807          * for us to miss the bit update in pm_active and
2808          * simultaneously observe a non-zero pm_gen in
2809          * pmap_activate_sw(), otherwise TLB update is missed.
2810          * Without the fence, IA32 allows such an outcome.  Note that
2811          * pm_active is updated by a locked operation, which provides
2812          * the reciprocal fence.
2813          */
2814         atomic_thread_fence_seq_cst();
2815 }
2816
2817 static void
2818 pmap_invalidate_page_pcid_invpcid(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2819 {
2820
2821         pmap_invalidate_page_pcid(pmap, va, true);
2822 }
2823
2824 static void
2825 pmap_invalidate_page_pcid_noinvpcid(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2826 {
2827
2828         pmap_invalidate_page_pcid(pmap, va, false);
2829 }
2830
2831 static void
2832 pmap_invalidate_page_nopcid(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2833 {
2834 }
2835
2836 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_invalidate_page_mode, (pmap_t, vm_offset_t))
2837 {
2838
2839         if (pmap_pcid_enabled)
2840                 return (invpcid_works ? pmap_invalidate_page_pcid_invpcid :
2841                     pmap_invalidate_page_pcid_noinvpcid);
2842         return (pmap_invalidate_page_nopcid);
2843 }
2844
2845 static void
2846 pmap_invalidate_page_curcpu_cb(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
2847     vm_offset_t addr2 __unused)
2848 {
2849
2850         if (pmap == kernel_pmap) {
2851                 invlpg(va);
2852         } else {
2853                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap))
2854                         invlpg(va);
2855                 pmap_invalidate_page_mode(pmap, va);
2856         }
2857 }
2858
2859 void
2860 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2861 {
2862
2863         if (pmap_type_guest(pmap)) {
2864                 pmap_invalidate_ept(pmap);
2865                 return;
2866         }
2867
2868         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
2869             ("pmap_invalidate_page: invalid type %d", pmap->pm_type));
2870
2871         smp_masked_invlpg(pmap_invalidate_cpu_mask(pmap), va, pmap,
2872             pmap_invalidate_page_curcpu_cb);
2873 }
2874
2875 /* 4k PTEs -- Chosen to exceed the total size of Broadwell L2 TLB */
2876 #define PMAP_INVLPG_THRESHOLD   (4 * 1024 * PAGE_SIZE)
2877
2878 static void
2879 pmap_invalidate_range_pcid(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
2880     const bool invpcid_works1)
2881 {
2882         struct invpcid_descr d;
2883         uint64_t kcr3, ucr3;
2884         uint32_t pcid;
2885         u_int cpuid, i;
2886
2887         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
2888         if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
2889                 if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3 &&
2890                     PCPU_GET(ucr3_load_mask) == PMAP_UCR3_NOMASK) {
2891                         critical_enter();
2892                         pcid = pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
2893                         if (invpcid_works1) {
2894                                 d.pcid = pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
2895                                 d.pad = 0;
2896                                 d.addr = sva;
2897                                 for (; d.addr < eva; d.addr += PAGE_SIZE)
2898                                         invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
2899                         } else {
2900                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pcid | CR3_PCID_SAVE;
2901                                 ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pcid |
2902                                     PMAP_PCID_USER_PT | CR3_PCID_SAVE;
2903                                 pmap_pti_pcid_invlrng(ucr3, kcr3, sva, eva);
2904                         }
2905                         critical_exit();
2906                 }
2907         } else
2908                 pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = 0;
2909
2910         CPU_FOREACH(i) {
2911                 if (cpuid != i)
2912                         pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
2913         }
2914         /* See the comment in pmap_invalidate_page_pcid(). */
2915         atomic_thread_fence_seq_cst();
2916 }
2917
2918 static void
2919 pmap_invalidate_range_pcid_invpcid(pmap_t pmap, vm_offset_t sva,
2920     vm_offset_t eva)
2921 {
2922
2923         pmap_invalidate_range_pcid(pmap, sva, eva, true);
2924 }
2925
2926 static void
2927 pmap_invalidate_range_pcid_noinvpcid(pmap_t pmap, vm_offset_t sva,
2928     vm_offset_t eva)
2929 {
2930
2931         pmap_invalidate_range_pcid(pmap, sva, eva, false);
2932 }
2933
2934 static void
2935 pmap_invalidate_range_nopcid(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2936 {
2937 }
2938
2939 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_invalidate_range_mode, (pmap_t, vm_offset_t,
2940     vm_offset_t))
2941 {
2942
2943         if (pmap_pcid_enabled)
2944                 return (invpcid_works ? pmap_invalidate_range_pcid_invpcid :
2945                     pmap_invalidate_range_pcid_noinvpcid);
2946         return (pmap_invalidate_range_nopcid);
2947 }
2948
2949 static void
2950 pmap_invalidate_range_curcpu_cb(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2951 {
2952         vm_offset_t addr;
2953
2954         if (pmap == kernel_pmap) {
2955                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
2956                         invlpg(addr);
2957         } else {
2958                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
2959                         for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
2960                                 invlpg(addr);
2961                 }
2962                 pmap_invalidate_range_mode(pmap, sva, eva);
2963         }
2964 }
2965
2966 void
2967 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2968 {
2969
2970         if (eva - sva >= PMAP_INVLPG_THRESHOLD) {
2971                 pmap_invalidate_all(pmap);
2972                 return;
2973         }
2974
2975         if (pmap_type_guest(pmap)) {
2976                 pmap_invalidate_ept(pmap);
2977                 return;
2978         }
2979
2980         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
2981             ("pmap_invalidate_range: invalid type %d", pmap->pm_type));
2982
2983         smp_masked_invlpg_range(pmap_invalidate_cpu_mask(pmap), sva, eva, pmap,
2984             pmap_invalidate_range_curcpu_cb);
2985 }
2986
2987 static inline void
2988 pmap_invalidate_all_pcid(pmap_t pmap, bool invpcid_works1)
2989 {
2990         struct invpcid_descr d;
2991         uint64_t kcr3;
2992         uint32_t pcid;
2993         u_int cpuid, i;
2994
2995         if (pmap == kernel_pmap) {
2996                 if (invpcid_works1) {
2997                         bzero(&d, sizeof(d));
2998                         invpcid(&d, INVPCID_CTXGLOB);
2999                 } else {
3000                         invltlb_glob();
3001                 }
3002         } else {
3003                 cpuid = PCPU_GET(cpuid);
3004                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
3005                         critical_enter();
3006                         pcid = pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
3007                         if (invpcid_works1) {
3008                                 d.pcid = pcid;
3009                                 d.pad = 0;
3010                                 d.addr = 0;
3011                                 invpcid(&d, INVPCID_CTX);
3012                         } else {
3013                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pcid;
3014                                 load_cr3(kcr3);
3015                         }
3016                         if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3)
3017                                 PCPU_SET(ucr3_load_mask, ~CR3_PCID_SAVE);
3018                         critical_exit();
3019                 } else
3020                         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = 0;
3021                 CPU_FOREACH(i) {
3022                         if (cpuid != i)
3023                                 pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
3024                 }
3025         }
3026         /* See the comment in pmap_invalidate_page_pcid(). */
3027         atomic_thread_fence_seq_cst();
3028 }
3029
3030 static void
3031 pmap_invalidate_all_pcid_invpcid(pmap_t pmap)
3032 {
3033
3034         pmap_invalidate_all_pcid(pmap, true);
3035 }
3036
3037 static void
3038 pmap_invalidate_all_pcid_noinvpcid(pmap_t pmap)
3039 {
3040
3041         pmap_invalidate_all_pcid(pmap, false);
3042 }
3043
3044 static void
3045 pmap_invalidate_all_nopcid(pmap_t pmap)
3046 {
3047
3048         if (pmap == kernel_pmap)
3049                 invltlb_glob();
3050         else if (pmap == PCPU_GET(curpmap))
3051                 invltlb();
3052 }
3053
3054 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_invalidate_all_mode, (pmap_t))
3055 {
3056
3057         if (pmap_pcid_enabled)
3058                 return (invpcid_works ? pmap_invalidate_all_pcid_invpcid :
3059                     pmap_invalidate_all_pcid_noinvpcid);
3060         return (pmap_invalidate_all_nopcid);
3061 }
3062
3063 static void
3064 pmap_invalidate_all_curcpu_cb(pmap_t pmap, vm_offset_t addr1 __unused,
3065     vm_offset_t addr2 __unused)
3066 {
3067
3068         pmap_invalidate_all_mode(pmap);
3069 }
3070
3071 void
3072 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
3073 {
3074
3075         if (pmap_type_guest(pmap)) {
3076                 pmap_invalidate_ept(pmap);
3077                 return;
3078         }
3079
3080         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
3081             ("pmap_invalidate_all: invalid type %d", pmap->pm_type));
3082
3083         smp_masked_invltlb(pmap_invalidate_cpu_mask(pmap), pmap,
3084             pmap_invalidate_all_curcpu_cb);
3085 }
3086
3087 static void
3088 pmap_invalidate_cache_curcpu_cb(pmap_t pmap __unused, vm_offset_t va __unused,
3089     vm_offset_t addr2 __unused)
3090 {
3091
3092         wbinvd();
3093 }
3094
3095 void
3096 pmap_invalidate_cache(void)
3097 {
3098
3099         smp_cache_flush(pmap_invalidate_cache_curcpu_cb);
3100 }
3101
3102 struct pde_action {
3103         cpuset_t invalidate;    /* processors that invalidate their TLB */
3104         pmap_t pmap;
3105         vm_offset_t va;
3106         pd_entry_t *pde;
3107         pd_entry_t newpde;
3108         u_int store;            /* processor that updates the PDE */
3109 };
3110
3111 static void
3112 pmap_update_pde_action(void *arg)
3113 {
3114         struct pde_action *act = arg;
3115
3116         if (act->store == PCPU_GET(cpuid))
3117                 pmap_update_pde_store(act->pmap, act->pde, act->newpde);
3118 }
3119
3120 static void
3121 pmap_update_pde_teardown(void *arg)
3122 {
3123         struct pde_action *act = arg;
3124
3125         if (CPU_ISSET(PCPU_GET(cpuid), &act->invalidate))
3126                 pmap_update_pde_invalidate(act->pmap, act->va, act->newpde);
3127 }
3128
3129 /*
3130  * Change the page size for the specified virtual address in a way that
3131  * prevents any possibility of the TLB ever having two entries that map the
3132  * same virtual address using different page sizes.  This is the recommended
3133  * workaround for Erratum 383 on AMD Family 10h processors.  It prevents a
3134  * machine check exception for a TLB state that is improperly diagnosed as a
3135  * hardware error.
3136  */
3137 static void
3138 pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
3139 {
3140         struct pde_action act;
3141         cpuset_t active, other_cpus;
3142         u_int cpuid;
3143
3144         sched_pin();
3145         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
3146         other_cpus = all_cpus;
3147         CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
3148         if (pmap == kernel_pmap || pmap_type_guest(pmap)) 
3149                 active = all_cpus;
3150         else {
3151                 active = pmap->pm_active;
3152         }
3153         if (CPU_OVERLAP(&active, &other_cpus)) { 
3154                 act.store = cpuid;
3155                 act.invalidate = active;
3156                 act.va = va;
3157                 act.pmap = pmap;
3158                 act.pde = pde;
3159                 act.newpde = newpde;
3160                 CPU_SET(cpuid, &active);
3161                 smp_rendezvous_cpus(active,
3162                     smp_no_rendezvous_barrier, pmap_update_pde_action,
3163                     pmap_update_pde_teardown, &act);
3164         } else {
3165                 pmap_update_pde_store(pmap, pde, newpde);
3166                 if (CPU_ISSET(cpuid, &active))
3167                         pmap_update_pde_invalidate(pmap, va, newpde);
3168         }
3169         sched_unpin();
3170 }
3171 #else /* !SMP */
3172 /*
3173  * Normal, non-SMP, invalidation functions.
3174  */
3175 void
3176 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3177 {
3178         struct invpcid_descr d;
3179         uint64_t kcr3, ucr3;
3180         uint32_t pcid;
3181
3182         if (pmap->pm_type == PT_RVI || pmap->pm_type == PT_EPT) {
3183                 pmap->pm_eptgen++;
3184                 return;
3185         }
3186         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
3187             ("pmap_invalidate_range: unknown type %d", pmap->pm_type));
3188
3189         if (pmap == kernel_pmap || pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
3190                 invlpg(va);
3191                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap) && pmap_pcid_enabled &&
3192                     pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
3193                         critical_enter();
3194                         pcid = pmap->pm_pcids[0].pm_pcid;
3195                         if (invpcid_works) {
3196                                 d.pcid = pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
3197                                 d.pad = 0;
3198                                 d.addr = va;
3199                                 invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
3200                         } else {
3201                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pcid | CR3_PCID_SAVE;
3202                                 ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pcid |
3203                                     PMAP_PCID_USER_PT | CR3_PCID_SAVE;
3204                                 pmap_pti_pcid_invlpg(ucr3, kcr3, va);
3205                         }
3206                         critical_exit();
3207                 }
3208         } else if (pmap_pcid_enabled)
3209                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
3210 }
3211
3212 void
3213 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3214 {
3215         struct invpcid_descr d;
3216         vm_offset_t addr;
3217         uint64_t kcr3, ucr3;
3218
3219         if (pmap->pm_type == PT_RVI || pmap->pm_type == PT_EPT) {
3220                 pmap->pm_eptgen++;
3221                 return;
3222         }
3223         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
3224             ("pmap_invalidate_range: unknown type %d", pmap->pm_type));
3225
3226         if (pmap == kernel_pmap || pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
3227                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
3228                         invlpg(addr);
3229                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap) && pmap_pcid_enabled &&
3230                     pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
3231                         critical_enter();
3232                         if (invpcid_works) {
3233                                 d.pcid = pmap->pm_pcids[0].pm_pcid |
3234                                     PMAP_PCID_USER_PT;
3235                                 d.pad = 0;
3236                                 d.addr = sva;
3237                                 for (; d.addr < eva; d.addr += PAGE_SIZE)
3238                                         invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
3239                         } else {
3240                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[0].
3241                                     pm_pcid | CR3_PCID_SAVE;
3242                                 ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pmap->pm_pcids[0].
3243                                     pm_pcid | PMAP_PCID_USER_PT | CR3_PCID_SAVE;
3244                                 pmap_pti_pcid_invlrng(ucr3, kcr3, sva, eva);
3245                         }
3246                         critical_exit();
3247                 }
3248         } else if (pmap_pcid_enabled) {
3249                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
3250         }
3251 }
3252
3253 void
3254 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
3255 {
3256         struct invpcid_descr d;
3257         uint64_t kcr3, ucr3;
3258
3259         if (pmap->pm_type == PT_RVI || pmap->pm_type == PT_EPT) {
3260                 pmap->pm_eptgen++;
3261                 return;
3262         }
3263         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
3264             ("pmap_invalidate_all: unknown type %d", pmap->pm_type));
3265
3266         if (pmap == kernel_pmap) {
3267                 if (pmap_pcid_enabled && invpcid_works) {
3268                         bzero(&d, sizeof(d));
3269                         invpcid(&d, INVPCID_CTXGLOB);
3270                 } else {
3271                         invltlb_glob();
3272                 }
3273         } else if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
3274                 if (pmap_pcid_enabled) {
3275                         critical_enter();
3276                         if (invpcid_works) {
3277                                 d.pcid = pmap->pm_pcids[0].pm_pcid;
3278                                 d.pad = 0;
3279                                 d.addr = 0;
3280                                 invpcid(&d, INVPCID_CTX);
3281                                 if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
3282                                         d.pcid |= PMAP_PCID_USER_PT;
3283                                         invpcid(&d, INVPCID_CTX);
3284                                 }
3285                         } else {
3286                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[0].pm_pcid;
3287                                 if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
3288                                         ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pmap->pm_pcids[
3289                                             0].pm_pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
3290                                         pmap_pti_pcid_invalidate(ucr3, kcr3);
3291                                 } else
3292                                         load_cr3(kcr3);
3293                         }
3294                         critical_exit();
3295                 } else {
3296                         invltlb();
3297                 }
3298         } else if (pmap_pcid_enabled) {
3299                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
3300         }
3301 }
3302
3303 PMAP_INLINE void
3304 pmap_invalidate_cache(void)
3305 {
3306
3307         wbinvd();
3308 }
3309
3310 static void
3311 pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
3312 {
3313
3314         pmap_update_pde_store(pmap, pde, newpde);
3315         if (pmap == kernel_pmap || pmap == PCPU_GET(curpmap))
3316                 pmap_update_pde_invalidate(pmap, va, newpde);
3317         else
3318                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
3319 }
3320 #endif /* !SMP */
3321
3322 static void
3323 pmap_invalidate_pde_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde)
3324 {
3325
3326         /*
3327          * When the PDE has PG_PROMOTED set, the 2MB page mapping was created
3328          * by a promotion that did not invalidate the 512 4KB page mappings
3329          * that might exist in the TLB.  Consequently, at this point, the TLB
3330          * may hold both 4KB and 2MB page mappings for the address range [va,
3331          * va + NBPDR).  Therefore, the entire range must be invalidated here.
3332          * In contrast, when PG_PROMOTED is clear, the TLB will not hold any
3333          * 4KB page mappings for the address range [va, va + NBPDR), and so a
3334          * single INVLPG suffices to invalidate the 2MB page mapping from the
3335          * TLB.
3336          */
3337         if ((pde & PG_PROMOTED) != 0)
3338                 pmap_invalidate_range(pmap, va, va + NBPDR - 1);
3339         else
3340                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
3341 }
3342
3343 DEFINE_IFUNC(, void, pmap_invalidate_cache_range,
3344     (vm_offset_t sva, vm_offset_t eva))
3345 {
3346
3347         if ((cpu_feature & CPUID_SS) != 0)
3348                 return (pmap_invalidate_cache_range_selfsnoop);
3349         if ((cpu_feature & CPUID_CLFSH) != 0)
3350                 return (pmap_force_invalidate_cache_range);
3351         return (pmap_invalidate_cache_range_all);
3352 }
3353
3354 #define PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD   (2 * 1024 * 1024)
3355
3356 static void
3357 pmap_invalidate_cache_range_check_align(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3358 {
3359
3360         KASSERT((sva & PAGE_MASK) == 0,
3361             ("pmap_invalidate_cache_range: sva not page-aligned"));
3362         KASSERT((eva & PAGE_MASK) == 0,
3363             ("pmap_invalidate_cache_range: eva not page-aligned"));
3364 }
3365
3366 static void
3367 pmap_invalidate_cache_range_selfsnoop(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3368 {
3369
3370         pmap_invalidate_cache_range_check_align(sva, eva);
3371 }
3372
3373 void
3374 pmap_force_invalidate_cache_range(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3375 {
3376
3377         sva &= ~(vm_offset_t)(cpu_clflush_line_size - 1);
3378
3379         /*
3380          * XXX: Some CPUs fault, hang, or trash the local APIC
3381          * registers if we use CLFLUSH on the local APIC range.  The
3382          * local APIC is always uncached, so we don't need to flush
3383          * for that range anyway.
3384          */
3385         if (pmap_kextract(sva) == lapic_paddr)
3386                 return;
3387
3388         if ((cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT) != 0) {
3389                 /*
3390                  * Do per-cache line flush.  Use a locked
3391                  * instruction to insure that previous stores are
3392                  * included in the write-back.  The processor
3393                  * propagates flush to other processors in the cache
3394                  * coherence domain.
3395                  */
3396                 atomic_thread_fence_seq_cst();
3397                 for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size)
3398                         clflushopt(sva);
3399                 atomic_thread_fence_seq_cst();
3400         } else {
3401                 /*
3402                  * Writes are ordered by CLFLUSH on Intel CPUs.
3403                  */
3404                 if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
3405                         mfence();
3406                 for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size)
3407                         clflush(sva);
3408                 if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
3409                         mfence();
3410         }
3411 }
3412
3413 static void
3414 pmap_invalidate_cache_range_all(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3415 {
3416
3417         pmap_invalidate_cache_range_check_align(sva, eva);
3418         pmap_invalidate_cache();
3419 }
3420
3421 /*
3422  * Remove the specified set of pages from the data and instruction caches.
3423  *
3424  * In contrast to pmap_invalidate_cache_range(), this function does not
3425  * rely on the CPU's self-snoop feature, because it is intended for use
3426  * when moving pages into a different cache domain.
3427  */
3428 void
3429 pmap_invalidate_cache_pages(vm_page_t *pages, int count)
3430 {
3431         vm_offset_t daddr, eva;
3432         int i;
3433         bool useclflushopt;
3434
3435         useclflushopt = (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT) != 0;
3436         if (count >= PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD / PAGE_SIZE ||
3437             ((cpu_feature & CPUID_CLFSH) == 0 && !useclflushopt))
3438                 pmap_invalidate_cache();
3439         else {
3440                 if (useclflushopt)
3441                         atomic_thread_fence_seq_cst();
3442                 else if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
3443                         mfence();
3444                 for (i = 0; i < count; i++) {
3445                         daddr = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pages[i]));
3446                         eva = daddr + PAGE_SIZE;
3447                         for (; daddr < eva; daddr += cpu_clflush_line_size) {
3448                                 if (useclflushopt)
3449                                         clflushopt(daddr);
3450                                 else
3451                                         clflush(daddr);
3452                         }
3453                 }
3454                 if (useclflushopt)
3455                         atomic_thread_fence_seq_cst();
3456                 else if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
3457                         mfence();
3458         }
3459 }
3460
3461 void
3462 pmap_flush_cache_range(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3463 {
3464
3465         pmap_invalidate_cache_range_check_align(sva, eva);
3466
3467         if ((cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLWB) == 0) {
3468                 pmap_force_invalidate_cache_range(sva, eva);
3469                 return;
3470         }
3471
3472         /* See comment in pmap_force_invalidate_cache_range(). */
3473         if (pmap_kextract(sva) == lapic_paddr)
3474                 return;
3475
3476         atomic_thread_fence_seq_cst();
3477         for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size)
3478                 clwb(sva);
3479         atomic_thread_fence_seq_cst();
3480 }
3481
3482 void
3483 pmap_flush_cache_phys_range(vm_paddr_t spa, vm_paddr_t epa, vm_memattr_t mattr)
3484 {
3485         pt_entry_t *pte;
3486         vm_offset_t vaddr;
3487         int error, pte_bits;
3488
3489         KASSERT((spa & PAGE_MASK) == 0,
3490             ("pmap_flush_cache_phys_range: spa not page-aligned"));
3491         KASSERT((epa & PAGE_MASK) == 0,
3492             ("pmap_flush_cache_phys_range: epa not page-aligned"));
3493
3494         if (spa < dmaplimit) {
3495                 pmap_flush_cache_range(PHYS_TO_DMAP(spa), PHYS_TO_DMAP(MIN(
3496                     dmaplimit, epa)));
3497                 if (dmaplimit >= epa)
3498                         return;
3499                 spa = dmaplimit;
3500         }
3501
3502         pte_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mattr, 0) | X86_PG_RW |
3503             X86_PG_V;
3504         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE, M_BESTFIT | M_WAITOK,
3505             &vaddr);
3506         KASSERT(error == 0, ("vmem_alloc failed: %d", error));
3507         pte = vtopte(vaddr);
3508         for (; spa < epa; spa += PAGE_SIZE) {
3509                 sched_pin();
3510                 pte_store(pte, spa | pte_bits);
3511                 invlpg(vaddr);
3512                 /* XXXKIB atomic inside flush_cache_range are excessive */
3513                 pmap_flush_cache_range(vaddr, vaddr + PAGE_SIZE);
3514                 sched_unpin();
3515         }
3516         vmem_free(kernel_arena, vaddr, PAGE_SIZE);
3517 }
3518
3519 /*
3520  *      Routine:        pmap_extract
3521  *      Function:
3522  *              Extract the physical page address associated
3523  *              with the given map/virtual_address pair.
3524  */
3525 vm_paddr_t 
3526 pmap_extract(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3527 {
3528         pdp_entry_t *pdpe;
3529         pd_entry_t *pde;
3530         pt_entry_t *pte, PG_V;
3531         vm_paddr_t pa;
3532
3533         pa = 0;
3534         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3535         PMAP_LOCK(pmap);
3536         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
3537         if (pdpe != NULL && (*pdpe & PG_V) != 0) {
3538                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0)
3539                         pa = (*pdpe & PG_PS_FRAME) | (va & PDPMASK);
3540                 else {
3541                         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
3542                         if ((*pde & PG_V) != 0) {
3543                                 if ((*pde & PG_PS) != 0) {
3544                                         pa = (*pde & PG_PS_FRAME) |
3545                                             (va & PDRMASK);
3546                                 } else {
3547                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
3548                                         pa = (*pte & PG_FRAME) |
3549                                             (va & PAGE_MASK);
3550                                 }
3551                         }
3552                 }
3553         }
3554         PMAP_UNLOCK(pmap);
3555         return (pa);
3556 }
3557
3558 /*
3559  *      Routine:        pmap_extract_and_hold
3560  *      Function:
3561  *              Atomically extract and hold the physical page
3562  *              with the given pmap and virtual address pair
3563  *              if that mapping permits the given protection.
3564  */
3565 vm_page_t
3566 pmap_extract_and_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_prot_t prot)
3567 {
3568         pd_entry_t pde, *pdep;
3569         pt_entry_t pte, PG_RW, PG_V;
3570         vm_page_t m;
3571
3572         m = NULL;
3573         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
3574         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3575
3576         PMAP_LOCK(pmap);
3577         pdep = pmap_pde(pmap, va);
3578         if (pdep != NULL && (pde = *pdep)) {
3579                 if (pde & PG_PS) {
3580                         if ((pde & PG_RW) != 0 || (prot & VM_PROT_WRITE) == 0)
3581                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE((pde & PG_PS_FRAME) |
3582                                     (va & PDRMASK));
3583                 } else {
3584                         pte = *pmap_pde_to_pte(pdep, va);
3585                         if ((pte & PG_V) != 0 &&
3586                             ((pte & PG_RW) != 0 || (prot & VM_PROT_WRITE) == 0))
3587                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pte & PG_FRAME);
3588                 }
3589                 if (m != NULL && !vm_page_wire_mapped(m))
3590                         m = NULL;
3591         }
3592         PMAP_UNLOCK(pmap);
3593         return (m);
3594 }
3595
3596 vm_paddr_t
3597 pmap_kextract(vm_offset_t va)
3598 {
3599         pd_entry_t pde;
3600         vm_paddr_t pa;
3601
3602         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS) {
3603                 pa = DMAP_TO_PHYS(va);
3604         } else if (PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(va)) {
3605                 pa = pmap_large_map_kextract(va);
3606         } else {
3607                 pde = *vtopde(va);
3608                 if (pde & PG_PS) {
3609                         pa = (pde & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK);
3610                 } else {
3611                         /*
3612                          * Beware of a concurrent promotion that changes the
3613                          * PDE at this point!  For example, vtopte() must not
3614                          * be used to access the PTE because it would use the
3615                          * new PDE.  It is, however, safe to use the old PDE
3616                          * because the page table page is preserved by the
3617                          * promotion.
3618                          */
3619                         pa = *pmap_pde_to_pte(&pde, va);
3620                         pa = (pa & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK);
3621                 }
3622         }
3623         return (pa);
3624 }
3625
3626 /***************************************************
3627  * Low level mapping routines.....
3628  ***************************************************/
3629
3630 /*
3631  * Add a wired page to the kva.
3632  * Note: not SMP coherent.
3633  */
3634 PMAP_INLINE void 
3635 pmap_kenter(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
3636 {
3637         pt_entry_t *pte;
3638
3639         pte = vtopte(va);
3640         pte_store(pte, pa | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_g | pg_nx);
3641 }
3642
3643 static __inline void
3644 pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode)
3645 {
3646         pt_entry_t *pte;
3647         int cache_bits;
3648
3649         pte = vtopte(va);
3650         cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, 0);
3651         pte_store(pte, pa | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_g | pg_nx | cache_bits);
3652 }
3653
3654 /*
3655  * Remove a page from the kernel pagetables.
3656  * Note: not SMP coherent.
3657  */
3658 PMAP_INLINE void
3659 pmap_kremove(vm_offset_t va)
3660 {
3661         pt_entry_t *pte;
3662
3663         pte = vtopte(va);
3664         pte_clear(pte);
3665 }
3666
3667 /*
3668  *      Used to map a range of physical addresses into kernel
3669  *      virtual address space.
3670  *
3671  *      The value passed in '*virt' is a suggested virtual address for
3672  *      the mapping. Architectures which can support a direct-mapped
3673  *      physical to virtual region can return the appropriate address
3674  *      within that region, leaving '*virt' unchanged. Other
3675  *      architectures should map the pages starting at '*virt' and
3676  *      update '*virt' with the first usable address after the mapped
3677  *      region.
3678  */
3679 vm_offset_t
3680 pmap_map(vm_offset_t *virt, vm_paddr_t start, vm_paddr_t end, int prot)
3681 {
3682         return PHYS_TO_DMAP(start);
3683 }
3684
3685 /*
3686  * Add a list of wired pages to the kva
3687  * this routine is only used for temporary
3688  * kernel mappings that do not need to have
3689  * page modification or references recorded.
3690  * Note that old mappings are simply written
3691  * over.  The page *must* be wired.
3692  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
3693  */
3694 void
3695 pmap_qenter(vm_offset_t sva, vm_page_t *ma, int count)
3696 {
3697         pt_entry_t *endpte, oldpte, pa, *pte;
3698         vm_page_t m;
3699         int cache_bits;
3700
3701         oldpte = 0;
3702         pte = vtopte(sva);
3703         endpte = pte + count;
3704         while (pte < endpte) {
3705                 m = *ma++;
3706                 cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap, m->md.pat_mode, 0);
3707                 pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | cache_bits;
3708                 if ((*pte & (PG_FRAME | X86_PG_PTE_CACHE)) != pa) {
3709                         oldpte |= *pte;
3710                         pte_store(pte, pa | pg_g | pg_nx | X86_PG_RW | X86_PG_V);
3711                 }
3712                 pte++;
3713         }
3714         if (__predict_false((oldpte & X86_PG_V) != 0))
3715                 pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, sva + count *
3716                     PAGE_SIZE);
3717 }
3718
3719 /*
3720  * This routine tears out page mappings from the
3721  * kernel -- it is meant only for temporary mappings.
3722  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
3723  */
3724 void
3725 pmap_qremove(vm_offset_t sva, int count)
3726 {
3727         vm_offset_t va;
3728
3729         va = sva;
3730         while (count-- > 0) {
3731                 KASSERT(va >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS, ("usermode va %lx", va));
3732                 pmap_kremove(va);
3733                 va += PAGE_SIZE;
3734         }
3735         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
3736 }
3737
3738 /***************************************************
3739  * Page table page management routines.....
3740  ***************************************************/
3741 /*
3742  * Schedule the specified unused page table page to be freed.  Specifically,
3743  * add the page to the specified list of pages that will be released to the
3744  * physical memory manager after the TLB has been updated.
3745  */
3746 static __inline void
3747 pmap_add_delayed_free_list(vm_page_t m, struct spglist *free,
3748     boolean_t set_PG_ZERO)
3749 {
3750
3751         if (set_PG_ZERO)
3752                 m->flags |= PG_ZERO;
3753         else
3754                 m->flags &= ~PG_ZERO;
3755         SLIST_INSERT_HEAD(free, m, plinks.s.ss);
3756 }
3757
3758 /*
3759  * Inserts the specified page table page into the specified pmap's collection
3760  * of idle page table pages.  Each of a pmap's page table pages is responsible
3761  * for mapping a distinct range of virtual addresses.  The pmap's collection is
3762  * ordered by this virtual address range.
3763  *
3764  * If "promoted" is false, then the page table page "mpte" must be zero filled.
3765  */
3766 static __inline int
3767 pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte, bool promoted)
3768 {
3769
3770         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3771         mpte->valid = promoted ? VM_PAGE_BITS_ALL : 0;
3772         return (vm_radix_insert(&pmap->pm_root, mpte));
3773 }
3774
3775 /*
3776  * Removes the page table page mapping the specified virtual address from the
3777  * specified pmap's collection of idle page table pages, and returns it.
3778  * Otherwise, returns NULL if there is no page table page corresponding to the
3779  * specified virtual address.
3780  */
3781 static __inline vm_page_t
3782 pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3783 {
3784
3785         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3786         return (vm_radix_remove(&pmap->pm_root, pmap_pde_pindex(va)));
3787 }
3788
3789 /*
3790  * Decrements a page table page's reference count, which is used to record the
3791  * number of valid page table entries within the page.  If the reference count
3792  * drops to zero, then the page table page is unmapped.  Returns TRUE if the
3793  * page table page was unmapped and FALSE otherwise.
3794  */
3795 static inline boolean_t
3796 pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
3797 {
3798
3799         --m->ref_count;
3800         if (m->ref_count == 0) {
3801                 _pmap_unwire_ptp(pmap, va, m, free);
3802                 return (TRUE);
3803         } else
3804                 return (FALSE);
3805 }
3806
3807 static void
3808 _pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
3809 {
3810         pml5_entry_t *pml5;
3811         pml4_entry_t *pml4;
3812         pdp_entry_t *pdp;
3813         pd_entry_t *pd;
3814         vm_page_t pdpg, pdppg, pml4pg;
3815
3816         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3817
3818         /*
3819          * unmap the page table page
3820          */
3821         if (m->pindex >= NUPDE + NUPDPE + NUPML4E) {
3822                 /* PML4 page */
3823                 MPASS(pmap_is_la57(pmap));
3824                 pml5 = pmap_pml5e(pmap, va);
3825                 *pml5 = 0;
3826                 if (pmap->pm_pmltopu != NULL && va <= VM_MAXUSER_ADDRESS) {
3827                         pml5 = pmap_pml5e_u(pmap, va);
3828                         *pml5 = 0;
3829                 }
3830         } else if (m->pindex >= NUPDE + NUPDPE) {
3831                 /* PDP page */
3832                 pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
3833                 *pml4 = 0;
3834                 if (!pmap_is_la57(pmap) && pmap->pm_pmltopu != NULL &&
3835                     va <= VM_MAXUSER_ADDRESS) {
3836                         pml4 = pmap_pml4e_u(pmap, va);
3837                         *pml4 = 0;
3838                 }
3839         } else if (m->pindex >= NUPDE) {
3840                 /* PD page */
3841                 pdp = pmap_pdpe(pmap, va);
3842                 *pdp = 0;
3843         } else {
3844                 /* PTE page */
3845                 pd = pmap_pde(pmap, va);
3846                 *pd = 0;
3847         }
3848         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3849         if (m->pindex < NUPDE) {
3850                 /* We just released a PT, unhold the matching PD */
3851                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pdpe(pmap, va) & PG_FRAME);
3852                 pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdpg, free);
3853         } else if (m->pindex < NUPDE + NUPDPE) {
3854                 /* We just released a PD, unhold the matching PDP */
3855                 pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pml4e(pmap, va) & PG_FRAME);
3856                 pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdppg, free);
3857         } else if (m->pindex < NUPDE + NUPDPE + NUPML4E && pmap_is_la57(pmap)) {
3858                 /* We just released a PDP, unhold the matching PML4 */
3859                 pml4pg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pml5e(pmap, va) & PG_FRAME);
3860                 pmap_unwire_ptp(pmap, va, pml4pg, free);
3861         }
3862
3863         /* 
3864          * Put page on a list so that it is released after
3865          * *ALL* TLB shootdown is done
3866          */
3867         pmap_add_delayed_free_list(m, free, TRUE);
3868 }
3869
3870 /*
3871  * After removing a page table entry, this routine is used to
3872  * conditionally free the page, and manage the reference count.
3873  */
3874 static int
3875 pmap_unuse_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t ptepde,
3876     struct spglist *free)
3877 {
3878         vm_page_t mpte;
3879
3880         if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
3881                 return (0);
3882         KASSERT(ptepde != 0, ("pmap_unuse_pt: ptepde != 0"));
3883         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(ptepde & PG_FRAME);
3884         return (pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpte, free));
3885 }
3886
3887 /*
3888  * Release a page table page reference after a failed attempt to create a
3889  * mapping.
3890  */
3891 static void
3892 pmap_abort_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t mpte)
3893 {
3894         struct spglist free;
3895
3896         SLIST_INIT(&free);
3897         if (pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpte, &free)) {
3898                 /*
3899                  * Although "va" was never mapped, paging-structure caches
3900                  * could nonetheless have entries that refer to the freed
3901                  * page table pages.  Invalidate those entries.
3902                  */
3903                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
3904                 vm_page_free_pages_toq(&free, true);
3905         }
3906 }
3907
3908 void
3909 pmap_pinit0(pmap_t pmap)
3910 {
3911         struct proc *p;
3912         struct thread *td;
3913         int i;
3914
3915         PMAP_LOCK_INIT(pmap);
3916         pmap->pm_pmltop = kernel_pmap->pm_pmltop;
3917         pmap->pm_pmltopu = NULL;
3918         pmap->pm_cr3 = kernel_pmap->pm_cr3;
3919         /* hack to keep pmap_pti_pcid_invalidate() alive */
3920         pmap->pm_ucr3 = PMAP_NO_CR3;
3921         pmap->pm_root.rt_root = 0;
3922         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
3923         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
3924         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
3925         pmap->pm_flags = pmap_flags;
3926         CPU_FOREACH(i) {
3927                 pmap->pm_pcids[i].pm_pcid = PMAP_PCID_KERN + 1;
3928                 pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 1;
3929         }
3930         pmap_activate_boot(pmap);
3931         td = curthread;
3932         if (pti) {
3933                 p = td->td_proc;
3934                 PROC_LOCK(p);
3935                 p->p_md.md_flags |= P_MD_KPTI;
3936                 PROC_UNLOCK(p);
3937         }
3938         pmap_thread_init_invl_gen(td);
3939
3940         if ((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0) {
3941                 pmap_pkru_ranges_zone = uma_zcreate("pkru ranges",
3942                     sizeof(struct pmap_pkru_range), NULL, NULL, NULL, NULL,
3943                     UMA_ALIGN_PTR, 0);
3944         }
3945 }
3946
3947 void
3948 pmap_pinit_pml4(vm_page_t pml4pg)
3949 {
3950         pml4_entry_t *pm_pml4;
3951         int i;
3952
3953         pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg));
3954
3955         /* Wire in kernel global address entries. */
3956         for (i = 0; i < NKPML4E; i++) {
3957                 pm_pml4[KPML4BASE + i] = (KPDPphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW |
3958                     X86_PG_V;
3959         }
3960         for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++) {
3961                 pm_pml4[DMPML4I + i] = (DMPDPphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW |
3962                     X86_PG_V;
3963         }
3964
3965         /* install self-referential address mapping entry(s) */
3966         pm_pml4[PML4PML4I] = VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg) | X86_PG_V | X86_PG_RW |
3967             X86_PG_A | X86_PG_M;
3968
3969         /* install large map entries if configured */
3970         for (i = 0; i < lm_ents; i++)
3971                 pm_pml4[LMSPML4I + i] = kernel_pmap->pm_pmltop[LMSPML4I + i];
3972 }
3973
3974 void
3975 pmap_pinit_pml5(vm_page_t pml5pg)
3976 {
3977         pml5_entry_t *pm_pml5;
3978
3979         pm_pml5 = (pml5_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml5pg));
3980
3981         /*
3982          * Add pml5 entry at top of KVA pointing to existing pml4 table,
3983          * entering all existing kernel mappings into level 5 table.
3984          */
3985         pm_pml5[pmap_pml5e_index(UPT_MAX_ADDRESS)] = KPML4phys | X86_PG_V |
3986             X86_PG_RW | X86_PG_A | X86_PG_M | pg_g |
3987             pmap_cache_bits(kernel_pmap, VM_MEMATTR_DEFAULT, FALSE);
3988
3989         /* 
3990          * Install self-referential address mapping entry.
3991          */
3992         pm_pml5[PML5PML5I] = VM_PAGE_TO_PHYS(pml5pg) |
3993             X86_PG_RW | X86_PG_V | X86_PG_M | X86_PG_A |
3994             pmap_cache_bits(kernel_pmap, VM_MEMATTR_DEFAULT, FALSE);
3995 }
3996
3997 static void
3998 pmap_pinit_pml4_pti(vm_page_t pml4pgu)
3999 {
4000         pml4_entry_t *pm_pml4u;
4001         int i;
4002
4003         pm_pml4u = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pgu));
4004         for (i = 0; i < NPML4EPG; i++)
4005                 pm_pml4u[i] = pti_pml4[i];
4006 }
4007
4008 static void
4009 pmap_pinit_pml5_pti(vm_page_t pml5pgu)
4010 {
4011         pml5_entry_t *pm_pml5u;
4012
4013         pm_pml5u = (pml5_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml5pgu));
4014
4015         /*
4016          * Add pml5 entry at top of KVA pointing to existing pml4 pti
4017          * table, entering all kernel mappings needed for usermode
4018          * into level 5 table.
4019          */
4020         pm_pml5u[pmap_pml5e_index(UPT_MAX_ADDRESS)] =
4021             pmap_kextract((vm_offset_t)pti_pml4) |
4022             X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A | X86_PG_M | pg_g |
4023             pmap_cache_bits(kernel_pmap, VM_MEMATTR_DEFAULT, FALSE);
4024 }
4025
4026 /*
4027  * Initialize a preallocated and zeroed pmap structure,
4028  * such as one in a vmspace structure.
4029  */
4030 int
4031 pmap_pinit_type(pmap_t pmap, enum pmap_type pm_type, int flags)
4032 {
4033         vm_page_t pmltop_pg, pmltop_pgu;
4034         vm_paddr_t pmltop_phys;
4035         int i;
4036
4037         /*
4038          * allocate the page directory page
4039          */
4040         pmltop_pg = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
4041             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO | VM_ALLOC_WAITOK);
4042
4043         pmltop_phys = VM_PAGE_TO_PHYS(pmltop_pg);
4044         pmap->pm_pmltop = (pml5_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pmltop_phys);
4045
4046         CPU_FOREACH(i) {
4047                 pmap->pm_pcids[i].pm_pcid = PMAP_PCID_NONE;
4048                 pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
4049         }
4050         pmap->pm_cr3 = PMAP_NO_CR3;     /* initialize to an invalid value */
4051         pmap->pm_ucr3 = PMAP_NO_CR3;
4052         pmap->pm_pmltopu = NULL;
4053
4054         pmap->pm_type = pm_type;
4055         if ((pmltop_pg->flags & PG_ZERO) == 0)
4056                 pagezero(pmap->pm_pmltop);
4057
4058         /*
4059          * Do not install the host kernel mappings in the nested page
4060          * tables. These mappings are meaningless in the guest physical
4061          * address space.
4062          * Install minimal kernel mappings in PTI case.
4063          */
4064         if (pm_type == PT_X86) {
4065                 pmap->pm_cr3 = pmltop_phys;
4066                 if (pmap_is_la57(pmap))
4067                         pmap_pinit_pml5(pmltop_pg);
4068                 else
4069                         pmap_pinit_pml4(pmltop_pg);
4070                 if ((curproc->p_md.md_flags & P_MD_KPTI) != 0) {
4071                         pmltop_pgu = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL |
4072                             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_WAITOK);
4073                         pmap->pm_pmltopu = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(
4074                             VM_PAGE_TO_PHYS(pmltop_pgu));
4075                         if (pmap_is_la57(pmap))
4076                                 pmap_pinit_pml5_pti(pmltop_pgu);
4077                         else
4078                                 pmap_pinit_pml4_pti(pmltop_pgu);
4079                         pmap->pm_ucr3 = VM_PAGE_TO_PHYS(pmltop_pgu);
4080                 }
4081                 if ((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0) {
4082                         rangeset_init(&pmap->pm_pkru, pkru_dup_range,
4083                             pkru_free_range, pmap, M_NOWAIT);
4084                 }
4085         }
4086
4087         pmap->pm_root.rt_root = 0;
4088         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
4089         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
4090         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
4091         pmap->pm_flags = flags;
4092         pmap->pm_eptgen = 0;
4093
4094         return (1);
4095 }
4096
4097 int
4098 pmap_pinit(pmap_t pmap)
4099 {
4100
4101         return (pmap_pinit_type(pmap, PT_X86, pmap_flags));
4102 }
4103
4104 static void
4105 pmap_allocpte_free_unref(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pt_entry_t *pte)
4106 {
4107         vm_page_t mpg;
4108         struct spglist free;
4109
4110         mpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pte & PG_FRAME);
4111         if (mpg->ref_count != 0)
4112                 return;
4113         SLIST_INIT(&free);
4114         _pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpg, &free);
4115         pmap_invalidate_page(pmap, va);
4116         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
4117 }
4118
4119 static pml4_entry_t *
4120 pmap_allocpte_getpml4(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp, vm_offset_t va,
4121     bool addref)
4122 {
4123         vm_pindex_t pml5index;
4124         pml5_entry_t *pml5;
4125         pml4_entry_t *pml4;
4126         vm_page_t pml4pg;
4127         pt_entry_t PG_V;
4128         bool allocated;
4129
4130         if (!pmap_is_la57(pmap))
4131                 return (&pmap->pm_pmltop[pmap_pml4e_index(va)]);
4132
4133         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4134         pml5index = pmap_pml5e_index(va);
4135         pml5 = &pmap->pm_pmltop[pml5index];
4136         if ((*pml5 & PG_V) == 0) {
4137                 if (_pmap_allocpte(pmap, pmap_pml5e_pindex(va), lockp, va) ==
4138                     NULL)
4139                         return (NULL);
4140                 allocated = true;
4141         } else {
4142                 allocated = false;
4143         }
4144         pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml5 & PG_FRAME);
4145         pml4 = &pml4[pmap_pml4e_index(va)];
4146         if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
4147                 pml4pg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pml5 & PG_FRAME);
4148                 if (allocated && !addref)
4149                         pml4pg->ref_count--;
4150                 else if (!allocated && addref)
4151                         pml4pg->ref_count++;
4152         }
4153         return (pml4);
4154 }
4155
4156 static pdp_entry_t *
4157 pmap_allocpte_getpdp(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp, vm_offset_t va,
4158     bool addref)
4159 {
4160         vm_page_t pdppg;
4161         pml4_entry_t *pml4;
4162         pdp_entry_t *pdp;
4163         pt_entry_t PG_V;
4164         bool allocated;
4165
4166         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4167
4168         pml4 = pmap_allocpte_getpml4(pmap, lockp, va, false);
4169         if (pml4 == NULL)
4170                 return (NULL);
4171
4172         if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
4173                 /* Have to allocate a new pdp, recurse */
4174                 if (_pmap_allocpte(pmap, pmap_pml4e_pindex(va), lockp, va) ==
4175                     NULL) {
4176                         if (pmap_is_la57(pmap))
4177                                 pmap_allocpte_free_unref(pmap, va,
4178                                     pmap_pml5e(pmap, va));
4179                         return (NULL);
4180                 }
4181                 allocated = true;
4182         } else {
4183                 allocated = false;
4184         }
4185         pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
4186         pdp = &pdp[pmap_pdpe_index(va)];
4187         if ((*pdp & PG_V) == 0) {
4188                 pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pml4 & PG_FRAME);
4189                 if (allocated && !addref)
4190                         pdppg->ref_count--;
4191                 else if (!allocated && addref)
4192                         pdppg->ref_count++;
4193         }
4194         return (pdp);
4195 }
4196
4197 /*
4198  * This routine is called if the desired page table page does not exist.
4199  *
4200  * If page table page allocation fails, this routine may sleep before
4201  * returning NULL.  It sleeps only if a lock pointer was given.
4202  *
4203  * Note: If a page allocation fails at page table level two, three, or four,
4204  * up to three pages may be held during the wait, only to be released
4205  * afterwards.  This conservative approach is easily argued to avoid
4206  * race conditions.
4207  *
4208  * The ptepindexes, i.e. page indices, of the page table pages encountered
4209  * while translating virtual address va are defined as follows:
4210  * - for the page table page (last level),
4211  *      ptepindex = pmap_pde_pindex(va) = va >> PDRSHIFT,
4212  *   in other words, it is just the index of the PDE that maps the page
4213  *   table page.
4214  * - for the page directory page,
4215  *      ptepindex = NUPDE (number of userland PD entries) +
4216  *          (pmap_pde_index(va) >> NPDEPGSHIFT)
4217  *   i.e. index of PDPE is put after the last index of PDE,
4218  * - for the page directory pointer page,
4219  *      ptepindex = NUPDE + NUPDPE + (pmap_pde_index(va) >> (NPDEPGSHIFT +
4220  *          NPML4EPGSHIFT),
4221  *   i.e. index of pml4e is put after the last index of PDPE,
4222  * - for the PML4 page (if LA57 mode is enabled),
4223  *      ptepindex = NUPDE + NUPDPE + NUPML4E + (pmap_pde_index(va) >>
4224  *          (NPDEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT + NPML5EPGSHIFT),
4225  *   i.e. index of pml5e is put after the last index of PML4E.
4226  *
4227  * Define an order on the paging entries, where all entries of the
4228  * same height are put together, then heights are put from deepest to
4229  * root.  Then ptexpindex is the sequential number of the
4230  * corresponding paging entry in this order.
4231  *
4232  * The values of NUPDE, NUPDPE, and NUPML4E are determined by the size of
4233  * LA57 paging structures even in LA48 paging mode. Moreover, the
4234  * ptepindexes are calculated as if the paging structures were 5-level
4235  * regardless of the actual mode of operation.
4236  *
4237  * The root page at PML4/PML5 does not participate in this indexing scheme,
4238  * since it is statically allocated by pmap_pinit() and not by _pmap_allocpte().
4239  */
4240 static vm_page_t
4241 _pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex, struct rwlock **lockp,
4242     vm_offset_t va __unused)
4243 {
4244         vm_pindex_t pml5index, pml4index;
4245         pml5_entry_t *pml5, *pml5u;
4246         pml4_entry_t *pml4, *pml4u;
4247         pdp_entry_t *pdp;
4248         pd_entry_t *pd;
4249         vm_page_t m, pdpg;
4250         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
4251
4252         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4253
4254         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
4255         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4256         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4257         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4258
4259         /*
4260          * Allocate a page table page.
4261          */
4262         if ((m = vm_page_alloc(NULL, ptepindex, VM_ALLOC_NOOBJ |
4263             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO)) == NULL) {
4264                 if (lockp != NULL) {
4265                         RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
4266                         PMAP_UNLOCK(pmap);
4267                         PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI();
4268                         vm_wait(NULL);
4269                         PMAP_LOCK(pmap);
4270                 }
4271
4272                 /*
4273                  * Indicate the need to retry.  While waiting, the page table
4274                  * page may have been allocated.
4275                  */
4276                 return (NULL);
4277         }
4278         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0)
4279                 pmap_zero_page(m);
4280
4281         /*
4282          * Map the pagetable page into the process address space, if
4283          * it isn't already there.
4284          */
4285         if (ptepindex >= NUPDE + NUPDPE + NUPML4E) {
4286                 MPASS(pmap_is_la57(pmap));
4287
4288                 pml5index = pmap_pml5e_index(va);
4289                 pml5 = &pmap->pm_pmltop[pml5index];
4290                 KASSERT((*pml5 & PG_V) == 0,
4291                     ("pmap %p va %#lx pml5 %#lx", pmap, va, *pml5));
4292                 *pml5 = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
4293
4294                 if (pmap->pm_pmltopu != NULL && pml5index < NUPML5E) {
4295                         if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3)
4296                                 *pml5 |= pg_nx;
4297
4298                         pml5u = &pmap->pm_pmltopu[pml5index];
4299                         *pml5u = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V |
4300                             PG_A | PG_M;
4301                 }
4302         } else if (ptepindex >= NUPDE + NUPDPE) {
4303                 pml4index = pmap_pml4e_index(va);
4304                 /* Wire up a new PDPE page */
4305                 pml4 = pmap_allocpte_getpml4(pmap, lockp, va, true);
4306                 if (pml4 == NULL) {
4307                         vm_page_unwire_noq(m);
4308                         vm_page_free_zero(m);
4309                         return (NULL);
4310                 }
4311                 KASSERT((*pml4 & PG_V) == 0,
4312                     ("pmap %p va %#lx pml4 %#lx", pmap, va, *pml4));
4313                 *pml4 = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
4314
4315                 if (!pmap_is_la57(pmap) && pmap->pm_pmltopu != NULL &&
4316                     pml4index < NUPML4E) {
4317                         /*
4318                          * PTI: Make all user-space mappings in the
4319                          * kernel-mode page table no-execute so that
4320                          * we detect any programming errors that leave
4321                          * the kernel-mode page table active on return
4322                          * to user space.
4323                          */
4324                         if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3)
4325                                 *pml4 |= pg_nx;
4326
4327                         pml4u = &pmap->pm_pmltopu[pml4index];
4328                         *pml4u = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V |
4329                             PG_A | PG_M;
4330                 }
4331         } else if (ptepindex >= NUPDE) {
4332                 /* Wire up a new PDE page */
4333                 pdp = pmap_allocpte_getpdp(pmap, lockp, va, true);
4334                 if (pdp == NULL) {
4335                         vm_page_unwire_noq(m);
4336                         vm_page_free_zero(m);
4337                         return (NULL);
4338                 }
4339                 KASSERT((*pdp & PG_V) == 0,
4340                     ("pmap %p va %#lx pdp %#lx", pmap, va, *pdp));
4341                 *pdp = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
4342         } else {
4343                 /* Wire up a new PTE page */
4344                 pdp = pmap_allocpte_getpdp(pmap, lockp, va, false);
4345                 if (pdp == NULL) {
4346                         vm_page_unwire_noq(m);
4347                         vm_page_free_zero(m);
4348                         return (NULL);
4349                 }
4350                 if ((*pdp & PG_V) == 0) {
4351                         /* Have to allocate a new pd, recurse */
4352                         if (_pmap_allocpte(pmap, pmap_pdpe_pindex(va),
4353                             lockp, va) == NULL) {
4354                                 pmap_allocpte_free_unref(pmap, va,
4355                                     pmap_pml4e(pmap, va));
4356                                 vm_page_unwire_noq(m);
4357                                 vm_page_free_zero(m);
4358                                 return (NULL);
4359                         }
4360                 } else {
4361                         /* Add reference to the pd page */
4362                         pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdp & PG_FRAME);
4363                         pdpg->ref_count++;
4364                 }
4365                 pd = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdp & PG_FRAME);
4366
4367                 /* Now we know where the page directory page is */
4368                 pd = &pd[pmap_pde_index(va)];
4369                 KASSERT((*pd & PG_V) == 0,
4370                     ("pmap %p va %#lx pd %#lx", pmap, va, *pd));
4371                 *pd = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
4372         }
4373
4374         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
4375
4376         return (m);
4377 }
4378
4379 static pd_entry_t *
4380 pmap_alloc_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t *pdpgp,
4381     struct rwlock **lockp)
4382 {
4383         pdp_entry_t *pdpe, PG_V;
4384         pd_entry_t *pde;
4385         vm_page_t pdpg;
4386         vm_pindex_t pdpindex;
4387
4388         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4389
4390 retry:
4391         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
4392         if (pdpe != NULL && (*pdpe & PG_V) != 0) {
4393                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
4394                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
4395                         /* Add a reference to the pd page. */
4396                         pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdpe & PG_FRAME);
4397                         pdpg->ref_count++;
4398                 } else
4399                         pdpg = NULL;
4400         } else if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
4401                 /* Allocate a pd page. */
4402                 pdpindex = pmap_pde_pindex(va) >> NPDPEPGSHIFT;
4403                 pdpg = _pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex, lockp, va);
4404                 if (pdpg == NULL) {
4405                         if (lockp != NULL)
4406                                 goto retry;
4407                         else
4408                                 return (NULL);
4409                 }
4410                 pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pdpg));
4411                 pde = &pde[pmap_pde_index(va)];
4412         } else
4413                 panic("pmap_alloc_pde: missing page table page for va %#lx",
4414                     va);
4415         *pdpgp = pdpg;
4416         return (pde);
4417 }
4418
4419 static vm_page_t
4420 pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct rwlock **lockp)
4421 {
4422         vm_pindex_t ptepindex;
4423         pd_entry_t *pd, PG_V;
4424         vm_page_t m;
4425
4426         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4427
4428         /*
4429          * Calculate pagetable page index
4430          */
4431         ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
4432 retry:
4433         /*
4434          * Get the page directory entry
4435          */
4436         pd = pmap_pde(pmap, va);
4437
4438         /*
4439          * This supports switching from a 2MB page to a
4440          * normal 4K page.
4441          */
4442         if (pd != NULL && (*pd & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V)) {
4443                 if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pd, va, lockp)) {
4444                         /*
4445                          * Invalidation of the 2MB page mapping may have caused
4446                          * the deallocation of the underlying PD page.
4447                          */
4448                         pd = NULL;
4449                 }
4450         }
4451
4452         /*
4453          * If the page table page is mapped, we just increment the
4454          * hold count, and activate it.
4455          */
4456         if (pd != NULL && (*pd & PG_V) != 0) {
4457                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pd & PG_FRAME);
4458                 m->ref_count++;
4459         } else {
4460                 /*
4461                  * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been
4462                  * deallocated.
4463                  */
4464                 m = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex, lockp, va);
4465                 if (m == NULL && lockp != NULL)
4466                         goto retry;
4467         }
4468         return (m);
4469 }
4470
4471 /***************************************************
4472  * Pmap allocation/deallocation routines.
4473  ***************************************************/
4474
4475 /*
4476  * Release any resources held by the given physical map.
4477  * Called when a pmap initialized by pmap_pinit is being released.
4478  * Should only be called if the map contains no valid mappings.
4479  */
4480 void
4481 pmap_release(pmap_t pmap)
4482 {
4483         vm_page_t m;
4484         int i;
4485
4486         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count == 0,
4487             ("pmap_release: pmap %p resident count %ld != 0",
4488             pmap, pmap->pm_stats.resident_count));
4489         KASSERT(vm_radix_is_empty(&pmap->pm_root),
4490             ("pmap_release: pmap %p has reserved page table page(s)",
4491             pmap));
4492         KASSERT(CPU_EMPTY(&pmap->pm_active),
4493             ("releasing active pmap %p", pmap));
4494
4495         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pmap->pm_pmltop));
4496
4497         if (pmap_is_la57(pmap)) {
4498                 pmap->pm_pmltop[pmap_pml5e_index(UPT_MAX_ADDRESS)] = 0;
4499                 pmap->pm_pmltop[PML5PML5I] = 0;
4500         } else {
4501                 for (i = 0; i < NKPML4E; i++)   /* KVA */
4502                         pmap->pm_pmltop[KPML4BASE + i] = 0;
4503                 for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++)/* Direct Map */
4504                         pmap->pm_pmltop[DMPML4I + i] = 0;
4505                 pmap->pm_pmltop[PML4PML4I] = 0; /* Recursive Mapping */
4506                 for (i = 0; i < lm_ents; i++)   /* Large Map */
4507                         pmap->pm_pmltop[LMSPML4I + i] = 0;
4508         }
4509
4510         vm_page_unwire_noq(m);
4511         vm_page_free_zero(m);
4512
4513         if (pmap->pm_pmltopu != NULL) {
4514                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pmap->
4515                     pm_pmltopu));
4516                 vm_page_unwire_noq(m);
4517                 vm_page_free(m);
4518         }
4519         if (pmap->pm_type == PT_X86 &&
4520             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0)
4521                 rangeset_fini(&pmap->pm_pkru);
4522 }
4523
4524 static int
4525 kvm_size(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
4526 {
4527         unsigned long ksize = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
4528
4529         return sysctl_handle_long(oidp, &ksize, 0, req);
4530 }
4531 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_size, CTLTYPE_LONG | CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE,
4532     0, 0, kvm_size, "LU",
4533     "Size of KVM");
4534
4535 static int
4536 kvm_free(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
4537 {
4538         unsigned long kfree = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - kernel_vm_end;
4539
4540         return sysctl_handle_long(oidp, &kfree, 0, req);
4541 }
4542 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_free, CTLTYPE_LONG | CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE,
4543     0, 0, kvm_free, "LU",
4544     "Amount of KVM free");
4545
4546 /*
4547  * Allocate physical memory for the vm_page array and map it into KVA,
4548  * attempting to back the vm_pages with domain-local memory.
4549  */
4550 void
4551 pmap_page_array_startup(long pages)
4552 {
4553         pdp_entry_t *pdpe;
4554         pd_entry_t *pde, newpdir;
4555         vm_offset_t va, start, end;
4556         vm_paddr_t pa;
4557         long pfn;
4558         int domain, i;
4559
4560         vm_page_array_size = pages;
4561
4562         start = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
4563         end = start + pages * sizeof(struct vm_page);
4564         for (va = start; va < end; va += NBPDR) {
4565                 pfn = first_page + (va - start) / sizeof(struct vm_page);
4566                 domain = _vm_phys_domain(ptoa(pfn));
4567                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, va);
4568                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0) {
4569                         pa = vm_phys_early_alloc(domain, PAGE_SIZE);
4570                         dump_add_page(pa);
4571                         pagezero((void *)PHYS_TO_DMAP(pa));
4572                         *pdpe = (pdp_entry_t)(pa | X86_PG_V | X86_PG_RW |
4573                             X86_PG_A | X86_PG_M);
4574                 }
4575                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
4576                 if ((*pde & X86_PG_V) != 0)
4577                         panic("Unexpected pde");
4578                 pa = vm_phys_early_alloc(domain, NBPDR);
4579                 for (i = 0; i < NPDEPG; i++)
4580                         dump_add_page(pa + i * PAGE_SIZE);
4581                 newpdir = (pd_entry_t)(pa | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A |
4582                     X86_PG_M | PG_PS | pg_g | pg_nx);
4583                 pde_store(pde, newpdir);
4584         }
4585         vm_page_array = (vm_page_t)start;
4586 }
4587
4588 /*
4589  * grow the number of kernel page table entries, if needed
4590  */
4591 void
4592 pmap_growkernel(vm_offset_t addr)
4593 {
4594         vm_paddr_t paddr;
4595         vm_page_t nkpg;
4596         pd_entry_t *pde, newpdir;
4597         pdp_entry_t *pdpe;
4598
4599         mtx_assert(&kernel_map->system_mtx, MA_OWNED);
4600
4601         /*
4602          * Return if "addr" is within the range of kernel page table pages
4603          * that were preallocated during pmap bootstrap.  Moreover, leave
4604          * "kernel_vm_end" and the kernel page table as they were.
4605          *
4606          * The correctness of this action is based on the following
4607          * argument: vm_map_insert() allocates contiguous ranges of the
4608          * kernel virtual address space.  It calls this function if a range
4609          * ends after "kernel_vm_end".  If the kernel is mapped between
4610          * "kernel_vm_end" and "addr", then the range cannot begin at
4611          * "kernel_vm_end".  In fact, its beginning address cannot be less
4612          * than the kernel.  Thus, there is no immediate need to allocate
4613          * any new kernel page table pages between "kernel_vm_end" and
4614          * "KERNBASE".
4615          */
4616         if (KERNBASE < addr && addr <= KERNBASE + nkpt * NBPDR)
4617                 return;
4618
4619         addr = roundup2(addr, NBPDR);
4620         if (addr - 1 >= vm_map_max(kernel_map))
4621                 addr = vm_map_max(kernel_map);
4622         while (kernel_vm_end < addr) {
4623                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, kernel_vm_end);
4624                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0) {
4625                         /* We need a new PDP entry */
4626                         nkpg = vm_page_alloc(NULL, kernel_vm_end >> PDPSHIFT,
4627                             VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ |
4628                             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
4629                         if (nkpg == NULL)
4630                                 panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
4631                         if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
4632                                 pmap_zero_page(nkpg);
4633                         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
4634                         *pdpe = (pdp_entry_t)(paddr | X86_PG_V | X86_PG_RW |
4635                             X86_PG_A | X86_PG_M);
4636                         continue; /* try again */
4637                 }
4638                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, kernel_vm_end);
4639                 if ((*pde & X86_PG_V) != 0) {
4640                         kernel_vm_end = (kernel_vm_end + NBPDR) & ~PDRMASK;
4641                         if (kernel_vm_end - 1 >= vm_map_max(kernel_map)) {
4642                                 kernel_vm_end = vm_map_max(kernel_map);
4643                                 break;                       
4644                         }
4645                         continue;
4646                 }
4647
4648                 nkpg = vm_page_alloc(NULL, pmap_pde_pindex(kernel_vm_end),
4649                     VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED |
4650                     VM_ALLOC_ZERO);
4651                 if (nkpg == NULL)
4652                         panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
4653                 if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
4654                         pmap_zero_page(nkpg);
4655                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
4656                 newpdir = paddr | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A | X86_PG_M;
4657                 pde_store(pde, newpdir);
4658
4659                 kernel_vm_end = (kernel_vm_end + NBPDR) & ~PDRMASK;
4660                 if (kernel_vm_end - 1 >= vm_map_max(kernel_map)) {
4661                         kernel_vm_end = vm_map_max(kernel_map);
4662                         break;                       
4663                 }
4664         }
4665 }
4666
4667 /***************************************************
4668  * page management routines.
4669  ***************************************************/
4670
4671 CTASSERT(sizeof(struct pv_chunk) == PAGE_SIZE);
4672 CTASSERT(_NPCM == 3);
4673 CTASSERT(_NPCPV == 168);
4674
4675 static __inline struct pv_chunk *
4676 pv_to_chunk(pv_entry_t pv)
4677 {
4678
4679         return ((struct pv_chunk *)((uintptr_t)pv & ~(uintptr_t)PAGE_MASK));
4680 }
4681
4682 #define PV_PMAP(pv) (pv_to_chunk(pv)->pc_pmap)
4683
4684 #define PC_FREE0        0xfffffffffffffffful
4685 #define PC_FREE1        0xfffffffffffffffful
4686 #define PC_FREE2        0x000000fffffffffful
4687
4688 static const uint64_t pc_freemask[_NPCM] = { PC_FREE0, PC_FREE1, PC_FREE2 };
4689
4690 #ifdef PV_STATS
4691 static int pc_chunk_count, pc_chunk_allocs, pc_chunk_frees, pc_chunk_tryfail;
4692
4693 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_count, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_count, 0,
4694         "Current number of pv entry chunks");
4695 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_allocs, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_allocs, 0,
4696         "Current number of pv entry chunks allocated");
4697 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_frees, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_frees, 0,
4698         "Current number of pv entry chunks frees");
4699 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_tryfail, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_tryfail, 0,
4700         "Number of times tried to get a chunk page but failed.");
4701
4702 static long pv_entry_frees, pv_entry_allocs, pv_entry_count;
4703 static int pv_entry_spare;
4704
4705 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_frees, CTLFLAG_RD, &pv_entry_frees, 0,
4706         "Current number of pv entry frees");
4707 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_allocs, CTLFLAG_RD, &pv_entry_allocs, 0,
4708         "Current number of pv entry allocs");
4709 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_count, CTLFLAG_RD, &pv_entry_count, 0,
4710         "Current number of pv entries");
4711 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_spare, CTLFLAG_RD, &pv_entry_spare, 0,
4712         "Current number of spare pv entries");
4713 #endif
4714
4715 static void
4716 reclaim_pv_chunk_leave_pmap(pmap_t pmap, pmap_t locked_pmap, bool start_di)
4717 {
4718
4719         if (pmap == NULL)
4720                 return;
4721         pmap_invalidate_all(pmap);
4722         if (pmap != locked_pmap)
4723                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4724         if (start_di)
4725                 pmap_delayed_invl_finish();
4726 }
4727
4728 /*
4729  * We are in a serious low memory condition.  Resort to
4730  * drastic measures to free some pages so we can allocate
4731  * another pv entry chunk.
4732  *
4733  * Returns NULL if PV entries were reclaimed from the specified pmap.
4734  *
4735  * We do not, however, unmap 2mpages because subsequent accesses will
4736  * allocate per-page pv entries until repromotion occurs, thereby
4737  * exacerbating the shortage of free pv entries.
4738  */
4739 static vm_page_t
4740 reclaim_pv_chunk_domain(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp, int domain)
4741 {
4742         struct pv_chunks_list *pvc;
4743         struct pv_chunk *pc, *pc_marker, *pc_marker_end;
4744         struct pv_chunk_header pc_marker_b, pc_marker_end_b;
4745         struct md_page *pvh;
4746         pd_entry_t *pde;
4747         pmap_t next_pmap, pmap;
4748         pt_entry_t *pte, tpte;
4749         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW;
4750         pv_entry_t pv;
4751         vm_offset_t va;
4752         vm_page_t m, m_pc;
4753         struct spglist free;
4754         uint64_t inuse;
4755         int bit, field, freed;
4756         bool start_di, restart;
4757
4758         PMAP_LOCK_ASSERT(locked_pmap, MA_OWNED);
4759         KASSERT(lockp != NULL, ("reclaim_pv_chunk: lockp is NULL"));
4760         pmap = NULL;
4761         m_pc = NULL;
4762         PG_G = PG_A = PG_M = PG_RW = 0;
4763         SLIST_INIT(&free);
4764         bzero(&pc_marker_b, sizeof(pc_marker_b));
4765         bzero(&pc_marker_end_b, sizeof(pc_marker_end_b));
4766         pc_marker = (struct pv_chunk *)&pc_marker_b;
4767         pc_marker_end = (struct pv_chunk *)&pc_marker_end_b;
4768
4769         /*
4770          * A delayed invalidation block should already be active if
4771          * pmap_advise() or pmap_remove() called this function by way
4772          * of pmap_demote_pde_locked().
4773          */
4774         start_di = pmap_not_in_di();
4775
4776         pvc = &pv_chunks[domain];
4777         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
4778         pvc->active_reclaims++;
4779         TAILQ_INSERT_HEAD(&pvc->pvc_list, pc_marker, pc_lru);
4780         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvc->pvc_list, pc_marker_end, pc_lru);
4781         while ((pc = TAILQ_NEXT(pc_marker, pc_lru)) != pc_marker_end &&
4782             SLIST_EMPTY(&free)) {
4783                 next_pmap = pc->pc_pmap;
4784                 if (next_pmap == NULL) {
4785                         /*
4786                          * The next chunk is a marker.  However, it is
4787                          * not our marker, so active_reclaims must be
4788                          * > 1.  Consequently, the next_chunk code
4789                          * will not rotate the pv_chunks list.
4790                          */
4791                         goto next_chunk;
4792                 }
4793                 mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
4794
4795                 /*
4796                  * A pv_chunk can only be removed from the pc_lru list
4797                  * when both pc_chunks_mutex is owned and the
4798                  * corresponding pmap is locked.
4799                  */
4800                 if (pmap != next_pmap) {
4801                         restart = false;
4802                         reclaim_pv_chunk_leave_pmap(pmap, locked_pmap,
4803                             start_di);
4804                         pmap = next_pmap;
4805                         /* Avoid deadlock and lock recursion. */
4806                         if (pmap > locked_pmap) {
4807                                 RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
4808                                 PMAP_LOCK(pmap);
4809                                 if (start_di)
4810                                         pmap_delayed_invl_start();
4811                                 mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
4812                                 restart = true;
4813                         } else if (pmap != locked_pmap) {
4814                                 if (PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
4815                                         if (start_di)
4816                                                 pmap_delayed_invl_start();
4817                                         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
4818                                         restart = true;
4819                                 } else {
4820                                         pmap = NULL; /* pmap is not locked */
4821                                         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
4822                                         pc = TAILQ_NEXT(pc_marker, pc_lru);
4823                                         if (pc == NULL ||
4824                                             pc->pc_pmap != next_pmap)
4825                                                 continue;
4826                                         goto next_chunk;
4827                                 }
4828                         } else if (start_di)
4829                                 pmap_delayed_invl_start();
4830                         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
4831                         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
4832                         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4833                         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4834                         if (restart)
4835                                 continue;
4836                 }
4837
4838                 /*
4839                  * Destroy every non-wired, 4 KB page mapping in the chunk.
4840                  */
4841                 freed = 0;
4842                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
4843                         for (inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
4844                             inuse != 0; inuse &= ~(1UL << bit)) {
4845                                 bit = bsfq(inuse);
4846                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
4847                                 va = pv->pv_va;
4848                                 pde = pmap_pde(pmap, va);
4849                                 if ((*pde & PG_PS) != 0)
4850                                         continue;
4851                                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
4852                                 if ((*pte & PG_W) != 0)
4853                                         continue;
4854                                 tpte = pte_load_clear(pte);
4855                                 if ((tpte & PG_G) != 0)
4856                                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
4857                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpte & PG_FRAME);
4858                                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
4859                                         vm_page_dirty(m);
4860                                 if ((tpte & PG_A) != 0)
4861                                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
4862                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
4863                                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4864                                 m->md.pv_gen++;
4865                                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
4866                                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
4867                                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4868                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
4869                                                 vm_page_aflag_clear(m,
4870                                                     PGA_WRITEABLE);
4871                                         }
4872                                 }
4873                                 pmap_delayed_invl_page(m);
4874                                 pc->pc_map[field] |= 1UL << bit;
4875                                 pmap_unuse_pt(pmap, va, *pde, &free);
4876                                 freed++;
4877                         }
4878                 }
4879                 if (freed == 0) {
4880                         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
4881                         goto next_chunk;
4882                 }
4883                 /* Every freed mapping is for a 4 KB page. */
4884                 pmap_resident_count_dec(pmap, freed);
4885                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
4886                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
4887                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
4888                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4889                 if (pc->pc_map[0] == PC_FREE0 && pc->pc_map[1] == PC_FREE1 &&
4890                     pc->pc_map[2] == PC_FREE2) {
4891                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
4892                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
4893                         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
4894                         /* Entire chunk is free; return it. */
4895                         m_pc = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
4896                         dump_drop_page(m_pc->phys_addr);
4897                         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
4898                         TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
4899                         break;
4900                 }
4901                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4902                 mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
4903                 /* One freed pv entry in locked_pmap is sufficient. */
4904                 if (pmap == locked_pmap)
4905                         break;
4906 next_chunk:
4907                 TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc_marker, pc_lru);
4908                 TAILQ_INSERT_AFTER(&pvc->pvc_list, pc, pc_marker, pc_lru);
4909                 if (pvc->active_reclaims == 1 && pmap != NULL) {
4910                         /*
4911                          * Rotate the pv chunks list so that we do not
4912                          * scan the same pv chunks that could not be
4913                          * freed (because they contained a wired
4914                          * and/or superpage mapping) on every
4915                          * invocation of reclaim_pv_chunk().
4916                          */
4917                         while ((pc = TAILQ_FIRST(&pvc->pvc_list)) != pc_marker) {
4918                                 MPASS(pc->pc_pmap != NULL);
4919                                 TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
4920                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
4921                         }
4922                 }
4923         }
4924         TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc_marker, pc_lru);
4925         TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc_marker_end, pc_lru);
4926         pvc->active_reclaims--;
4927         mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
4928         reclaim_pv_chunk_leave_pmap(pmap, locked_pmap, start_di);
4929         if (m_pc == NULL && !SLIST_EMPTY(&free)) {
4930                 m_pc = SLIST_FIRST(&free);
4931                 SLIST_REMOVE_HEAD(&free, plinks.s.ss);
4932                 /* Recycle a freed page table page. */
4933                 m_pc->ref_count = 1;
4934         }
4935         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
4936         return (m_pc);
4937 }
4938
4939 static vm_page_t
4940 reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp)
4941 {
4942         vm_page_t m;
4943         int i, domain;
4944
4945         domain = PCPU_GET(domain);
4946         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
4947                 m = reclaim_pv_chunk_domain(locked_pmap, lockp, domain);
4948                 if (m != NULL)
4949                         break;
4950                 domain = (domain + 1) % vm_ndomains;
4951         }
4952
4953         return (m);
4954 }
4955
4956 /*
4957  * free the pv_entry back to the free list
4958  */
4959 static void
4960 free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv)
4961 {
4962         struct pv_chunk *pc;
4963         int idx, field, bit;
4964
4965         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4966         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, 1));
4967         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, 1));
4968         PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, 1));
4969         pc = pv_to_chunk(pv);
4970         idx = pv - &pc->pc_pventry[0];
4971         field = idx / 64;
4972         bit = idx % 64;
4973         pc->pc_map[field] |= 1ul << bit;
4974         if (pc->pc_map[0] != PC_FREE0 || pc->pc_map[1] != PC_FREE1 ||
4975             pc->pc_map[2] != PC_FREE2) {
4976                 /* 98% of the time, pc is already at the head of the list. */
4977                 if (__predict_false(pc != TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk))) {
4978                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4979                         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4980                 }
4981                 return;
4982         }
4983         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4984         free_pv_chunk(pc);
4985 }
4986
4987 static void
4988 free_pv_chunk_dequeued(struct pv_chunk *pc)
4989 {
4990         vm_page_t m;
4991
4992         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
4993         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
4994         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
4995         /* entire chunk is free, return it */
4996         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
4997         dump_drop_page(m->phys_addr);
4998         vm_page_unwire_noq(m);
4999         vm_page_free(m);
5000 }
5001
5002 static void
5003 free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc)
5004 {
5005         struct pv_chunks_list *pvc;
5006
5007         pvc = &pv_chunks[pc_to_domain(pc)];
5008         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
5009         TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
5010         mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
5011         free_pv_chunk_dequeued(pc);
5012 }
5013
5014 static void
5015 free_pv_chunk_batch(struct pv_chunklist *batch)
5016 {
5017         struct pv_chunks_list *pvc;
5018         struct pv_chunk *pc, *npc;
5019         int i;
5020
5021         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
5022                 if (TAILQ_EMPTY(&batch[i]))
5023                         continue;
5024                 pvc = &pv_chunks[i];
5025                 mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
5026                 TAILQ_FOREACH(pc, &batch[i], pc_list) {
5027                         TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
5028                 }
5029                 mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
5030         }
5031
5032         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
5033                 TAILQ_FOREACH_SAFE(pc, &batch[i], pc_list, npc) {
5034                         free_pv_chunk_dequeued(pc);
5035                 }
5036         }
5037 }
5038
5039 /*
5040  * Returns a new PV entry, allocating a new PV chunk from the system when
5041  * needed.  If this PV chunk allocation fails and a PV list lock pointer was
5042  * given, a PV chunk is reclaimed from an arbitrary pmap.  Otherwise, NULL is
5043  * returned.
5044  *
5045  * The given PV list lock may be released.
5046  */
5047 static pv_entry_t
5048 get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp)
5049 {
5050         struct pv_chunks_list *pvc;
5051         int bit, field;
5052         pv_entry_t pv;
5053         struct pv_chunk *pc;
5054         vm_page_t m;
5055
5056         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5057         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, 1));
5058 retry:
5059         pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
5060         if (pc != NULL) {
5061                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
5062                         if (pc->pc_map[field]) {
5063                                 bit = bsfq(pc->pc_map[field]);
5064                                 break;
5065                         }
5066                 }
5067                 if (field < _NPCM) {
5068                         pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
5069                         pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
5070                         /* If this was the last item, move it to tail */
5071                         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 &&
5072                             pc->pc_map[2] == 0) {
5073                                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5074                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc,
5075                                     pc_list);
5076                         }
5077                         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
5078                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, 1));
5079                         return (pv);
5080                 }
5081         }
5082         /* No free items, allocate another chunk */
5083         m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
5084             VM_ALLOC_WIRED);
5085         if (m == NULL) {
5086                 if (lockp == NULL) {
5087                         PV_STAT(pc_chunk_tryfail++);
5088                         return (NULL);
5089                 }
5090                 m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
5091                 if (m == NULL)
5092                         goto retry;
5093         }
5094         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
5095         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
5096         dump_add_page(m->phys_addr);
5097         pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
5098         pc->pc_pmap = pmap;
5099         pc->pc_map[0] = PC_FREE0 & ~1ul;        /* preallocated bit 0 */
5100         pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
5101         pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
5102         pvc = &pv_chunks[_vm_phys_domain(m->phys_addr)];
5103         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
5104         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
5105         mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
5106         pv = &pc->pc_pventry[0];
5107         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5108         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
5109         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV - 1));
5110         return (pv);
5111 }
5112
5113 /*
5114  * Returns the number of one bits within the given PV chunk map.
5115  *
5116  * The erratas for Intel processors state that "POPCNT Instruction May
5117  * Take Longer to Execute Than Expected".  It is believed that the
5118  * issue is the spurious dependency on the destination register.
5119  * Provide a hint to the register rename logic that the destination
5120  * value is overwritten, by clearing it, as suggested in the
5121  * optimization manual.  It should be cheap for unaffected processors
5122  * as well.
5123  *
5124  * Reference numbers for erratas are
5125  * 4th Gen Core: HSD146
5126  * 5th Gen Core: BDM85
5127  * 6th Gen Core: SKL029
5128  */
5129 static int
5130 popcnt_pc_map_pq(uint64_t *map)
5131 {
5132         u_long result, tmp;
5133
5134         __asm __volatile("xorl %k0,%k0;popcntq %2,%0;"
5135             "xorl %k1,%k1;popcntq %3,%1;addl %k1,%k0;"
5136             "xorl %k1,%k1;popcntq %4,%1;addl %k1,%k0"
5137             : "=&r" (result), "=&r" (tmp)
5138             : "m" (map[0]), "m" (map[1]), "m" (map[2]));
5139         return (result);
5140 }
5141
5142 /*
5143  * Ensure that the number of spare PV entries in the specified pmap meets or
5144  * exceeds the given count, "needed".
5145  *
5146  * The given PV list lock may be released.
5147  */
5148 static void
5149 reserve_pv_entries(pmap_t pmap, int needed, struct rwlock **lockp)
5150 {
5151         struct pv_chunks_list *pvc;
5152         struct pch new_tail[PMAP_MEMDOM];
5153         struct pv_chunk *pc;
5154         vm_page_t m;
5155         int avail, free, i;
5156         bool reclaimed;
5157
5158         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5159         KASSERT(lockp != NULL, ("reserve_pv_entries: lockp is NULL"));
5160
5161         /*
5162          * Newly allocated PV chunks must be stored in a private list until
5163          * the required number of PV chunks have been allocated.  Otherwise,
5164          * reclaim_pv_chunk() could recycle one of these chunks.  In
5165          * contrast, these chunks must be added to the pmap upon allocation.
5166          */
5167         for (i = 0; i < PMAP_MEMDOM; i++)
5168                 TAILQ_INIT(&new_tail[i]);
5169 retry:
5170         avail = 0;
5171         TAILQ_FOREACH(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list) {
5172 #ifndef __POPCNT__
5173                 if ((cpu_feature2 & CPUID2_POPCNT) == 0)
5174                         bit_count((bitstr_t *)pc->pc_map, 0,
5175                             sizeof(pc->pc_map) * NBBY, &free);
5176                 else
5177 #endif
5178                 free = popcnt_pc_map_pq(pc->pc_map);
5179                 if (free == 0)
5180                         break;
5181                 avail += free;
5182                 if (avail >= needed)
5183                         break;
5184         }
5185         for (reclaimed = false; avail < needed; avail += _NPCPV) {
5186                 m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
5187                     VM_ALLOC_WIRED);
5188                 if (m == NULL) {
5189                         m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
5190                         if (m == NULL)
5191                                 goto retry;
5192                         reclaimed = true;
5193                 }
5194                 PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
5195                 PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
5196                 dump_add_page(m->phys_addr);
5197                 pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
5198                 pc->pc_pmap = pmap;
5199                 pc->pc_map[0] = PC_FREE0;
5200                 pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
5201                 pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
5202                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5203                 TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail[pc_to_domain(pc)], pc, pc_lru);
5204                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
5205
5206                 /*
5207                  * The reclaim might have freed a chunk from the current pmap.
5208                  * If that chunk contained available entries, we need to
5209                  * re-count the number of available entries.
5210                  */
5211                 if (reclaimed)
5212                         goto retry;
5213         }
5214         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
5215                 if (TAILQ_EMPTY(&new_tail[i]))
5216                         continue;
5217                 pvc = &pv_chunks[i];
5218                 mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
5219                 TAILQ_CONCAT(&pvc->pvc_list, &new_tail[i], pc_lru);
5220                 mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
5221         }
5222 }
5223
5224 /*
5225  * First find and then remove the pv entry for the specified pmap and virtual
5226  * address from the specified pv list.  Returns the pv entry if found and NULL
5227  * otherwise.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or
5228  * 2MB page mappings.
5229  */
5230 static __inline pv_entry_t
5231 pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
5232 {
5233         pv_entry_t pv;
5234
5235         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
5236                 if (pmap == PV_PMAP(pv) && va == pv->pv_va) {
5237                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
5238                         pvh->pv_gen++;
5239                         break;
5240                 }
5241         }
5242         return (pv);
5243 }
5244
5245 /*
5246  * After demotion from a 2MB page mapping to 512 4KB page mappings,
5247  * destroy the pv entry for the 2MB page mapping and reinstantiate the pv
5248  * entries for each of the 4KB page mappings.
5249  */
5250 static void
5251 pmap_pv_demote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
5252     struct rwlock **lockp)
5253 {
5254         struct md_page *pvh;
5255         struct pv_chunk *pc;
5256         pv_entry_t pv;
5257         vm_offset_t va_last;
5258         vm_page_t m;
5259         int bit, field;
5260
5261         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5262         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
5263             ("pmap_pv_demote_pde: pa is not 2mpage aligned"));
5264         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
5265
5266         /*
5267          * Transfer the 2mpage's pv entry for this mapping to the first
5268          * page's pv list.  Once this transfer begins, the pv list lock
5269          * must not be released until the last pv entry is reinstantiated.
5270          */
5271         pvh = pa_to_pvh(pa);
5272         va = trunc_2mpage(va);
5273         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
5274         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_demote_pde: pv not found"));
5275         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
5276         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5277         m->md.pv_gen++;
5278         /* Instantiate the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
5279         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, NPTEPG - 1));
5280         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
5281         for (;;) {
5282                 pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
5283                 KASSERT(pc->pc_map[0] != 0 || pc->pc_map[1] != 0 ||
5284                     pc->pc_map[2] != 0, ("pmap_pv_demote_pde: missing spare"));
5285                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
5286                         while (pc->pc_map[field]) {
5287                                 bit = bsfq(pc->pc_map[field]);
5288                                 pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
5289                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
5290                                 va += PAGE_SIZE;
5291                                 pv->pv_va = va;
5292                                 m++;
5293                                 KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5294                             ("pmap_pv_demote_pde: page %p is not managed", m));
5295                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5296                                 m->md.pv_gen++;
5297                                 if (va == va_last)
5298                                         goto out;
5299                         }
5300                 }
5301                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5302                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5303         }
5304 out:
5305         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 && pc->pc_map[2] == 0) {
5306                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5307                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5308         }
5309         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, NPTEPG - 1));
5310         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, NPTEPG - 1));
5311 }
5312
5313 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
5314 /*
5315  * After promotion from 512 4KB page mappings to a single 2MB page mapping,
5316  * replace the many pv entries for the 4KB page mappings by a single pv entry
5317  * for the 2MB page mapping.
5318  */
5319 static void
5320 pmap_pv_promote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
5321     struct rwlock **lockp)
5322 {
5323         struct md_page *pvh;
5324         pv_entry_t pv;
5325         vm_offset_t va_last;
5326         vm_page_t m;
5327
5328         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
5329             ("pmap_pv_promote_pde: pa is not 2mpage aligned"));
5330         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
5331
5332         /*
5333          * Transfer the first page's pv entry for this mapping to the 2mpage's
5334          * pv list.  Aside from avoiding the cost of a call to get_pv_entry(),
5335          * a transfer avoids the possibility that get_pv_entry() calls
5336          * reclaim_pv_chunk() and that reclaim_pv_chunk() removes one of the
5337          * mappings that is being promoted.
5338          */
5339         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
5340         va = trunc_2mpage(va);
5341         pv = pmap_pvh_remove(&m->md, pmap, va);
5342         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_promote_pde: pv not found"));
5343         pvh = pa_to_pvh(pa);
5344         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
5345         pvh->pv_gen++;
5346         /* Free the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
5347         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
5348         do {
5349                 m++;
5350                 va += PAGE_SIZE;
5351                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
5352         } while (va < va_last);
5353 }
5354 #endif /* VM_NRESERVLEVEL > 0 */
5355
5356 /*
5357  * First find and then destroy the pv entry for the specified pmap and virtual
5358  * address.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or 2MB
5359  * page mappings.
5360  */
5361 static void
5362 pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
5363 {
5364         pv_entry_t pv;
5365
5366         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
5367         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pvh_free: pv not found"));
5368         free_pv_entry(pmap, pv);
5369 }
5370
5371 /*
5372  * Conditionally create the PV entry for a 4KB page mapping if the required
5373  * memory can be allocated without resorting to reclamation.
5374  */
5375 static boolean_t
5376 pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
5377     struct rwlock **lockp)
5378 {
5379         pv_entry_t pv;
5380
5381         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5382         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
5383         if ((pv = get_pv_entry(pmap, NULL)) != NULL) {
5384                 pv->pv_va = va;
5385                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
5386                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5387                 m->md.pv_gen++;
5388                 return (TRUE);
5389         } else
5390                 return (FALSE);
5391 }
5392
5393 /*
5394  * Create the PV entry for a 2MB page mapping.  Always returns true unless the
5395  * flag PMAP_ENTER_NORECLAIM is specified.  If that flag is specified, returns
5396  * false if the PV entry cannot be allocated without resorting to reclamation.
5397  */
5398 static bool
5399 pmap_pv_insert_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde, u_int flags,
5400     struct rwlock **lockp)
5401 {
5402         struct md_page *pvh;
5403         pv_entry_t pv;
5404         vm_paddr_t pa;
5405
5406         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5407         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
5408         if ((pv = get_pv_entry(pmap, (flags & PMAP_ENTER_NORECLAIM) != 0 ?
5409             NULL : lockp)) == NULL)
5410                 return (false);
5411         pv->pv_va = va;
5412         pa = pde & PG_PS_FRAME;
5413         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
5414         pvh = pa_to_pvh(pa);
5415         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
5416         pvh->pv_gen++;
5417         return (true);
5418 }
5419
5420 /*
5421  * Fills a page table page with mappings to consecutive physical pages.
5422  */
5423 static void
5424 pmap_fill_ptp(pt_entry_t *firstpte, pt_entry_t newpte)
5425 {
5426         pt_entry_t *pte;
5427
5428         for (pte = firstpte; pte < firstpte + NPTEPG; pte++) {
5429                 *pte = newpte;
5430                 newpte += PAGE_SIZE;
5431         }
5432 }
5433
5434 /*
5435  * Tries to demote a 2MB page mapping.  If demotion fails, the 2MB page
5436  * mapping is invalidated.
5437  */
5438 static boolean_t
5439 pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
5440 {
5441         struct rwlock *lock;
5442         boolean_t rv;
5443
5444         lock = NULL;
5445         rv = pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
5446         if (lock != NULL)
5447                 rw_wunlock(lock);
5448         return (rv);
5449 }
5450
5451 static void
5452 pmap_demote_pde_check(pt_entry_t *firstpte __unused, pt_entry_t newpte __unused)
5453 {
5454 #ifdef INVARIANTS
5455 #ifdef DIAGNOSTIC
5456         pt_entry_t *xpte, *ypte;
5457
5458         for (xpte = firstpte; xpte < firstpte + NPTEPG;
5459             xpte++, newpte += PAGE_SIZE) {
5460                 if ((*xpte & PG_FRAME) != (newpte & PG_FRAME)) {
5461                         printf("pmap_demote_pde: xpte %zd and newpte map "
5462                             "different pages: found %#lx, expected %#lx\n",
5463                             xpte - firstpte, *xpte, newpte);
5464                         printf("page table dump\n");
5465                         for (ypte = firstpte; ypte < firstpte + NPTEPG; ypte++)
5466                                 printf("%zd %#lx\n", ypte - firstpte, *ypte);
5467                         panic("firstpte");
5468                 }
5469         }
5470 #else
5471         KASSERT((*firstpte & PG_FRAME) == (newpte & PG_FRAME),
5472             ("pmap_demote_pde: firstpte and newpte map different physical"
5473             " addresses"));
5474 #endif
5475 #endif
5476 }
5477
5478 static void
5479 pmap_demote_pde_abort(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
5480     pd_entry_t oldpde, struct rwlock **lockp)
5481 {
5482         struct spglist free;
5483         vm_offset_t sva;
5484
5485         SLIST_INIT(&free);
5486         sva = trunc_2mpage(va);
5487         pmap_remove_pde(pmap, pde, sva, &free, lockp);
5488         if ((oldpde & pmap_global_bit(pmap)) == 0)
5489                 pmap_invalidate_pde_page(pmap, sva, oldpde);
5490         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
5491         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: failure for va %#lx in pmap %p",
5492             va, pmap);
5493 }
5494
5495 static boolean_t
5496 pmap_demote_pde_locked(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
5497     struct rwlock **lockp)
5498 {
5499         pd_entry_t newpde, oldpde;
5500         pt_entry_t *firstpte, newpte;
5501         pt_entry_t PG_A, PG_G, PG_M, PG_PKU_MASK, PG_RW, PG_V;
5502         vm_paddr_t mptepa;
5503         vm_page_t mpte;
5504         int PG_PTE_CACHE;
5505         bool in_kernel;
5506
5507         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5508         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5509         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5510         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5511         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5512         PG_PTE_CACHE = pmap_cache_mask(pmap, 0);
5513         PG_PKU_MASK = pmap_pku_mask_bit(pmap);
5514
5515         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5516         in_kernel = va >= VM_MAXUSER_ADDRESS;
5517         oldpde = *pde;
5518         KASSERT((oldpde & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V),
5519             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_PS and/or PG_V"));
5520
5521         /*
5522          * Invalidate the 2MB page mapping and return "failure" if the
5523          * mapping was never accessed.
5524          */
5525         if ((oldpde & PG_A) == 0) {
5526                 KASSERT((oldpde & PG_W) == 0,
5527                     ("pmap_demote_pde: a wired mapping is missing PG_A"));
5528                 pmap_demote_pde_abort(pmap, va, pde, oldpde, lockp);
5529                 return (FALSE);
5530         }
5531
5532         mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, va);
5533         if (mpte == NULL) {
5534                 KASSERT((oldpde & PG_W) == 0,
5535                     ("pmap_demote_pde: page table page for a wired mapping"
5536                     " is missing"));
5537
5538                 /*
5539                  * If the page table page is missing and the mapping
5540                  * is for a kernel address, the mapping must belong to
5541                  * the direct map.  Page table pages are preallocated
5542                  * for every other part of the kernel address space,
5543                  * so the direct map region is the only part of the
5544                  * kernel address space that must be handled here.
5545                  */
5546                 KASSERT(!in_kernel || (va >= DMAP_MIN_ADDRESS &&
5547                     va < DMAP_MAX_ADDRESS),
5548                     ("pmap_demote_pde: No saved mpte for va %#lx", va));
5549
5550                 /*
5551                  * If the 2MB page mapping belongs to the direct map
5552                  * region of the kernel's address space, then the page
5553                  * allocation request specifies the highest possible
5554                  * priority (VM_ALLOC_INTERRUPT).  Otherwise, the
5555                  * priority is normal.
5556                  */
5557                 mpte = vm_page_alloc(NULL, pmap_pde_pindex(va),
5558                     (in_kernel ? VM_ALLOC_INTERRUPT : VM_ALLOC_NORMAL) |
5559                     VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED);
5560
5561                 /*
5562                  * If the allocation of the new page table page fails,
5563                  * invalidate the 2MB page mapping and return "failure".
5564                  */
5565                 if (mpte == NULL) {
5566                         pmap_demote_pde_abort(pmap, va, pde, oldpde, lockp);
5567                         return (FALSE);
5568                 }
5569
5570                 if (!in_kernel) {
5571                         mpte->ref_count = NPTEPG;
5572                         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
5573                 }
5574         }
5575         mptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpte);
5576         firstpte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mptepa);
5577         newpde = mptepa | PG_M | PG_A | (oldpde & PG_U) | PG_RW | PG_V;
5578         KASSERT((oldpde & (PG_M | PG_RW)) != PG_RW,
5579             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_M"));
5580         newpte = oldpde & ~PG_PS;
5581         newpte = pmap_swap_pat(pmap, newpte);
5582
5583         /*
5584          * If the page table page is not leftover from an earlier promotion,
5585          * initialize it.
5586          */
5587         if (mpte->valid == 0)
5588                 pmap_fill_ptp(firstpte, newpte);
5589
5590         pmap_demote_pde_check(firstpte, newpte);
5591
5592         /*
5593          * If the mapping has changed attributes, update the page table
5594          * entries.
5595          */
5596         if ((*firstpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpte & PG_PTE_PROMOTE))
5597                 pmap_fill_ptp(firstpte, newpte);
5598
5599         /*
5600          * The spare PV entries must be reserved prior to demoting the
5601          * mapping, that is, prior to changing the PDE.  Otherwise, the state
5602          * of the PDE and the PV lists will be inconsistent, which can result
5603          * in reclaim_pv_chunk() attempting to remove a PV entry from the
5604          * wrong PV list and pmap_pv_demote_pde() failing to find the expected
5605          * PV entry for the 2MB page mapping that is being demoted.
5606          */
5607         if ((oldpde & PG_MANAGED) != 0)
5608                 reserve_pv_entries(pmap, NPTEPG - 1, lockp);
5609
5610         /*
5611          * Demote the mapping.  This pmap is locked.  The old PDE has
5612          * PG_A set.  If the old PDE has PG_RW set, it also has PG_M
5613          * set.  Thus, there is no danger of a race with another
5614          * processor changing the setting of PG_A and/or PG_M between
5615          * the read above and the store below. 
5616          */
5617         if (workaround_erratum383)
5618                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, newpde);
5619         else
5620                 pde_store(pde, newpde);
5621
5622         /*
5623          * Invalidate a stale recursive mapping of the page table page.
5624          */
5625         if (in_kernel)
5626                 pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopte(va));
5627
5628         /*
5629          * Demote the PV entry.
5630          */
5631         if ((oldpde & PG_MANAGED) != 0)
5632                 pmap_pv_demote_pde(pmap, va, oldpde & PG_PS_FRAME, lockp);
5633
5634         atomic_add_long(&pmap_pde_demotions, 1);
5635         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: success for va %#lx in pmap %p",
5636             va, pmap);
5637         return (TRUE);
5638 }
5639
5640 /*
5641  * pmap_remove_kernel_pde: Remove a kernel superpage mapping.
5642  */
5643 static void
5644 pmap_remove_kernel_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
5645 {
5646         pd_entry_t newpde;
5647         vm_paddr_t mptepa;
5648         vm_page_t mpte;
5649
5650         KASSERT(pmap == kernel_pmap, ("pmap %p is not kernel_pmap", pmap));
5651         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5652         mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, va);
5653         if (mpte == NULL)
5654                 panic("pmap_remove_kernel_pde: Missing pt page.");
5655
5656         mptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpte);
5657         newpde = mptepa | X86_PG_M | X86_PG_A | X86_PG_RW | X86_PG_V;
5658
5659         /*
5660          * If this page table page was unmapped by a promotion, then it
5661          * contains valid mappings.  Zero it to invalidate those mappings.
5662          */
5663         if (mpte->valid != 0)
5664                 pagezero((void *)PHYS_TO_DMAP(mptepa));
5665
5666         /*
5667          * Demote the mapping.
5668          */
5669         if (workaround_erratum383)
5670                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, newpde);
5671         else
5672                 pde_store(pde, newpde);
5673
5674         /*
5675          * Invalidate a stale recursive mapping of the page table page.
5676          */
5677         pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopte(va));
5678 }
5679
5680 /*
5681  * pmap_remove_pde: do the things to unmap a superpage in a process
5682  */
5683 static int
5684 pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
5685     struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
5686 {
5687         struct md_page *pvh;
5688         pd_entry_t oldpde;
5689         vm_offset_t eva, va;
5690         vm_page_t m, mpte;
5691         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW;
5692
5693         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5694         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5695         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5696         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5697
5698         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5699         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
5700             ("pmap_remove_pde: sva is not 2mpage aligned"));
5701         oldpde = pte_load_clear(pdq);
5702         if (oldpde & PG_W)
5703                 pmap->pm_stats.wired_count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
5704         if ((oldpde & PG_G) != 0)
5705                 pmap_invalidate_pde_page(kernel_pmap, sva, oldpde);
5706         pmap_resident_count_dec(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
5707         if (oldpde & PG_MANAGED) {
5708                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, oldpde & PG_PS_FRAME);
5709                 pvh = pa_to_pvh(oldpde & PG_PS_FRAME);
5710                 pmap_pvh_free(pvh, pmap, sva);
5711                 eva = sva + NBPDR;
5712                 for (va = sva, m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
5713                     va < eva; va += PAGE_SIZE, m++) {
5714                         if ((oldpde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
5715                                 vm_page_dirty(m);
5716                         if (oldpde & PG_A)
5717                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
5718                         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
5719                             TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
5720                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
5721                         pmap_delayed_invl_page(m);
5722                 }
5723         }
5724         if (pmap == kernel_pmap) {
5725                 pmap_remove_kernel_pde(pmap, pdq, sva);
5726         } else {
5727                 mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, sva);
5728                 if (mpte != NULL) {
5729                         KASSERT(mpte->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
5730                             ("pmap_remove_pde: pte page not promoted"));
5731                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
5732                         KASSERT(mpte->ref_count == NPTEPG,
5733                             ("pmap_remove_pde: pte page ref count error"));
5734                         mpte->ref_count = 0;
5735                         pmap_add_delayed_free_list(mpte, free, FALSE);
5736                 }
5737         }
5738         return (pmap_unuse_pt(pmap, sva, *pmap_pdpe(pmap, sva), free));
5739 }
5740
5741 /*
5742  * pmap_remove_pte: do the things to unmap a page in a process
5743  */
5744 static int
5745 pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t va, 
5746     pd_entry_t ptepde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
5747 {
5748         struct md_page *pvh;
5749         pt_entry_t oldpte, PG_A, PG_M, PG_RW;
5750         vm_page_t m;
5751
5752         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5753         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5754         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5755
5756         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5757         oldpte = pte_load_clear(ptq);
5758         if (oldpte & PG_W)
5759                 pmap->pm_stats.wired_count -= 1;
5760         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
5761         if (oldpte & PG_MANAGED) {
5762                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpte & PG_FRAME);
5763                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
5764                         vm_page_dirty(m);
5765                 if (oldpte & PG_A)
5766                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
5767                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
5768                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
5769                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
5770                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5771                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5772                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
5773                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
5774                 }
5775                 pmap_delayed_invl_page(m);
5776         }
5777         return (pmap_unuse_pt(pmap, va, ptepde, free));
5778 }
5779
5780 /*
5781  * Remove a single page from a process address space
5782  */
5783 static void
5784 pmap_remove_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
5785     struct spglist *free)
5786 {
5787         struct rwlock *lock;
5788         pt_entry_t *pte, PG_V;
5789
5790         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5791         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5792         if ((*pde & PG_V) == 0)
5793                 return;
5794         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
5795         if ((*pte & PG_V) == 0)
5796                 return;
5797         lock = NULL;
5798         pmap_remove_pte(pmap, pte, va, *pde, free, &lock);
5799         if (lock != NULL)
5800                 rw_wunlock(lock);
5801         pmap_invalidate_page(pmap, va);
5802 }
5803
5804 /*
5805  * Removes the specified range of addresses from the page table page.
5806  */
5807 static bool
5808 pmap_remove_ptes(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
5809     pd_entry_t *pde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
5810 {
5811         pt_entry_t PG_G, *pte;
5812         vm_offset_t va;
5813         bool anyvalid;
5814
5815         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5816         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5817         anyvalid = false;
5818         va = eva;
5819         for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != eva; pte++,
5820             sva += PAGE_SIZE) {
5821                 if (*pte == 0) {
5822                         if (va != eva) {
5823                                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
5824                                 va = eva;
5825                         }
5826                         continue;
5827                 }
5828                 if ((*pte & PG_G) == 0)
5829                         anyvalid = true;
5830                 else if (va == eva)
5831                         va = sva;
5832                 if (pmap_remove_pte(pmap, pte, sva, *pde, free, lockp)) {
5833                         sva += PAGE_SIZE;
5834                         break;
5835                 }
5836         }
5837         if (va != eva)
5838                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
5839         return (anyvalid);
5840 }
5841
5842 /*
5843  *      Remove the given range of addresses from the specified map.
5844  *
5845  *      It is assumed that the start and end are properly
5846  *      rounded to the page size.
5847  */
5848 void
5849 pmap_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
5850 {
5851         struct rwlock *lock;
5852         vm_offset_t va_next;
5853         pml5_entry_t *pml5e;
5854         pml4_entry_t *pml4e;
5855         pdp_entry_t *pdpe;
5856         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
5857         pt_entry_t PG_G, PG_V;
5858         struct spglist free;
5859         int anyvalid;
5860
5861         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5862         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5863
5864         /*
5865          * Perform an unsynchronized read.  This is, however, safe.
5866          */
5867         if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
5868                 return;
5869
5870         anyvalid = 0;
5871         SLIST_INIT(&free);
5872
5873         pmap_delayed_invl_start();
5874         PMAP_LOCK(pmap);
5875         pmap_pkru_on_remove(pmap, sva, eva);
5876
5877         /*
5878          * special handling of removing one page.  a very
5879          * common operation and easy to short circuit some
5880          * code.
5881          */
5882         if (sva + PAGE_SIZE == eva) {
5883                 pde = pmap_pde(pmap, sva);
5884                 if (pde && (*pde & PG_PS) == 0) {
5885                         pmap_remove_page(pmap, sva, pde, &free);
5886                         goto out;
5887                 }
5888         }
5889
5890         lock = NULL;
5891         for (; sva < eva; sva = va_next) {
5892                 if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
5893                         break;
5894
5895                 if (pmap_is_la57(pmap)) {
5896                         pml5e = pmap_pml5e(pmap, sva);
5897                         if ((*pml5e & PG_V) == 0) {
5898                                 va_next = (sva + NBPML5) & ~PML5MASK;
5899                                 if (va_next < sva)
5900                                         va_next = eva;
5901                                 continue;
5902                         }
5903                         pml4e = pmap_pml5e_to_pml4e(pml5e, sva);
5904                 } else {
5905                         pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
5906                 }
5907                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
5908                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
5909                         if (va_next < sva)
5910                                 va_next = eva;
5911                         continue;
5912                 }
5913
5914                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
5915                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
5916                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
5917                         if (va_next < sva)
5918                                 va_next = eva;
5919                         continue;
5920                 }
5921
5922                 /*
5923                  * Calculate index for next page table.
5924                  */
5925                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
5926                 if (va_next < sva)
5927                         va_next = eva;
5928
5929                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
5930                 ptpaddr = *pde;
5931
5932                 /*
5933                  * Weed out invalid mappings.
5934                  */
5935                 if (ptpaddr == 0)
5936                         continue;
5937
5938                 /*
5939                  * Check for large page.
5940                  */
5941                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
5942                         /*
5943                          * Are we removing the entire large page?  If not,
5944                          * demote the mapping and fall through.
5945                          */
5946                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
5947                                 /*
5948                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
5949                                  * invalidated by pmap_remove_pde().
5950                                  */
5951                                 if ((ptpaddr & PG_G) == 0)
5952                                         anyvalid = 1;
5953                                 pmap_remove_pde(pmap, pde, sva, &free, &lock);
5954                                 continue;
5955                         } else if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, sva,
5956                             &lock)) {
5957                                 /* The large page mapping was destroyed. */
5958                                 continue;
5959                         } else
5960                                 ptpaddr = *pde;
5961                 }
5962
5963                 /*
5964                  * Limit our scan to either the end of the va represented
5965                  * by the current page table page, or to the end of the
5966                  * range being removed.
5967                  */
5968                 if (va_next > eva)
5969                         va_next = eva;
5970
5971                 if (pmap_remove_ptes(pmap, sva, va_next, pde, &free, &lock))
5972                         anyvalid = 1;
5973         }
5974         if (lock != NULL)
5975                 rw_wunlock(lock);
5976 out:
5977         if (anyvalid)
5978                 pmap_invalidate_all(pmap);
5979         PMAP_UNLOCK(pmap);
5980         pmap_delayed_invl_finish();
5981         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
5982 }
5983
5984 /*
5985  *      Routine:        pmap_remove_all
5986  *      Function:
5987  *              Removes this physical page from
5988  *              all physical maps in which it resides.
5989  *              Reflects back modify bits to the pager.
5990  *
5991  *      Notes:
5992  *              Original versions of this routine were very
5993  *              inefficient because they iteratively called
5994  *              pmap_remove (slow...)
5995  */
5996
5997 void
5998 pmap_remove_all(vm_page_t m)
5999 {
6000         struct md_page *pvh;
6001         pv_entry_t pv;
6002         pmap_t pmap;
6003         struct rwlock *lock;
6004         pt_entry_t *pte, tpte, PG_A, PG_M, PG_RW;
6005         pd_entry_t *pde;
6006         vm_offset_t va;
6007         struct spglist free;
6008         int pvh_gen, md_gen;
6009
6010         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
6011             ("pmap_remove_all: page %p is not managed", m));
6012         SLIST_INIT(&free);
6013         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
6014         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
6015             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
6016 retry:
6017         rw_wlock(lock);
6018         while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != NULL) {
6019                 pmap = PV_PMAP(pv);
6020                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6021                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
6022                         rw_wunlock(lock);
6023                         PMAP_LOCK(pmap);
6024                         rw_wlock(lock);
6025                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
6026                                 rw_wunlock(lock);
6027                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6028                                 goto retry;
6029                         }
6030                 }
6031                 va = pv->pv_va;
6032                 pde = pmap_pde(pmap, va);
6033                 (void)pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
6034                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6035         }
6036         while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
6037                 pmap = PV_PMAP(pv);
6038                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6039                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
6040                         md_gen = m->md.pv_gen;
6041                         rw_wunlock(lock);
6042                         PMAP_LOCK(pmap);
6043                         rw_wlock(lock);
6044                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
6045                                 rw_wunlock(lock);
6046                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6047                                 goto retry;
6048                         }
6049                 }
6050                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6051                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6052                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6053                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
6054                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
6055                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_remove_all: found"
6056                     " a 2mpage in page %p's pv list", m));
6057                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
6058                 tpte = pte_load_clear(pte);
6059                 if (tpte & PG_W)
6060                         pmap->pm_stats.wired_count--;
6061                 if (tpte & PG_A)
6062                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
6063
6064                 /*
6065                  * Update the vm_page_t clean and reference bits.
6066                  */
6067                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
6068                         vm_page_dirty(m);
6069                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, *pde, &free);
6070                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
6071                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
6072                 m->md.pv_gen++;
6073                 free_pv_entry(pmap, pv);
6074                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6075         }
6076         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
6077         rw_wunlock(lock);
6078         pmap_delayed_invl_wait(m);
6079         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
6080 }
6081
6082 /*
6083  * pmap_protect_pde: do the things to protect a 2mpage in a process
6084  */
6085 static boolean_t
6086 pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva, vm_prot_t prot)
6087 {
6088         pd_entry_t newpde, oldpde;
6089         vm_page_t m, mt;
6090         boolean_t anychanged;
6091         pt_entry_t PG_G, PG_M, PG_RW;
6092
6093         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
6094         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6095         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6096
6097         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6098         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
6099             ("pmap_protect_pde: sva is not 2mpage aligned"));
6100         anychanged = FALSE;
6101 retry:
6102         oldpde = newpde = *pde;
6103         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
6104                 if ((oldpde & (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) ==
6105                     (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) {
6106                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
6107                         for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
6108                                 vm_page_dirty(mt);
6109                 }
6110                 newpde &= ~(PG_RW | PG_M);
6111         }
6112         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
6113                 newpde |= pg_nx;
6114         if (newpde != oldpde) {
6115                 /*
6116                  * As an optimization to future operations on this PDE, clear
6117                  * PG_PROMOTED.  The impending invalidation will remove any
6118                  * lingering 4KB page mappings from the TLB.
6119                  */
6120                 if (!atomic_cmpset_long(pde, oldpde, newpde & ~PG_PROMOTED))
6121                         goto retry;
6122                 if ((oldpde & PG_G) != 0)
6123                         pmap_invalidate_pde_page(kernel_pmap, sva, oldpde);
6124                 else
6125                         anychanged = TRUE;
6126         }
6127         return (anychanged);
6128 }
6129
6130 /*
6131  *      Set the physical protection on the
6132  *      specified range of this map as requested.
6133  */
6134 void
6135 pmap_protect(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, vm_prot_t prot)
6136 {
6137         vm_offset_t va_next;
6138         pml4_entry_t *pml4e;
6139         pdp_entry_t *pdpe;
6140         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
6141         pt_entry_t *pte, PG_G, PG_M, PG_RW, PG_V;
6142         boolean_t anychanged;
6143
6144         KASSERT((prot & ~VM_PROT_ALL) == 0, ("invalid prot %x", prot));
6145         if (prot == VM_PROT_NONE) {
6146                 pmap_remove(pmap, sva, eva);
6147                 return;
6148         }
6149
6150         if ((prot & (VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE)) ==
6151             (VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE))
6152                 return;
6153
6154         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
6155         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6156         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6157         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6158         anychanged = FALSE;
6159
6160         /*
6161          * Although this function delays and batches the invalidation
6162          * of stale TLB entries, it does not need to call
6163          * pmap_delayed_invl_start() and
6164          * pmap_delayed_invl_finish(), because it does not
6165          * ordinarily destroy mappings.  Stale TLB entries from
6166          * protection-only changes need only be invalidated before the
6167          * pmap lock is released, because protection-only changes do
6168          * not destroy PV entries.  Even operations that iterate over
6169          * a physical page's PV list of mappings, like
6170          * pmap_remove_write(), acquire the pmap lock for each
6171          * mapping.  Consequently, for protection-only changes, the
6172          * pmap lock suffices to synchronize both page table and TLB
6173          * updates.
6174          *
6175          * This function only destroys a mapping if pmap_demote_pde()
6176          * fails.  In that case, stale TLB entries are immediately
6177          * invalidated.
6178          */
6179
6180         PMAP_LOCK(pmap);
6181         for (; sva < eva; sva = va_next) {
6182                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
6183                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
6184                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
6185                         if (va_next < sva)
6186                                 va_next = eva;
6187                         continue;
6188                 }
6189
6190                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
6191                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
6192                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
6193                         if (va_next < sva)
6194                                 va_next = eva;
6195                         continue;
6196                 }
6197
6198                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
6199                 if (va_next < sva)
6200                         va_next = eva;
6201
6202                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
6203                 ptpaddr = *pde;
6204
6205                 /*
6206                  * Weed out invalid mappings.
6207                  */
6208                 if (ptpaddr == 0)
6209                         continue;
6210
6211                 /*
6212                  * Check for large page.
6213                  */
6214                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
6215                         /*
6216                          * Are we protecting the entire large page?  If not,
6217                          * demote the mapping and fall through.
6218                          */
6219                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
6220                                 /*
6221                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
6222                                  * invalidated by pmap_protect_pde().
6223                                  */
6224                                 if (pmap_protect_pde(pmap, pde, sva, prot))
6225                                         anychanged = TRUE;
6226                                 continue;
6227                         } else if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, sva)) {
6228                                 /*
6229                                  * The large page mapping was destroyed.
6230                                  */
6231                                 continue;
6232                         }
6233                 }
6234
6235                 if (va_next > eva)
6236                         va_next = eva;
6237
6238                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
6239                     sva += PAGE_SIZE) {
6240                         pt_entry_t obits, pbits;
6241                         vm_page_t m;
6242
6243 retry:
6244                         obits = pbits = *pte;
6245                         if ((pbits & PG_V) == 0)
6246                                 continue;
6247
6248                         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
6249                                 if ((pbits & (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) ==
6250                                     (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) {
6251                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pbits & PG_FRAME);
6252                                         vm_page_dirty(m);
6253                                 }
6254                                 pbits &= ~(PG_RW | PG_M);
6255                         }
6256                         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
6257                                 pbits |= pg_nx;
6258
6259                         if (pbits != obits) {
6260                                 if (!atomic_cmpset_long(pte, obits, pbits))
6261                                         goto retry;
6262                                 if (obits & PG_G)
6263                                         pmap_invalidate_page(pmap, sva);
6264                                 else
6265                                         anychanged = TRUE;
6266                         }
6267                 }
6268         }
6269         if (anychanged)
6270                 pmap_invalidate_all(pmap);
6271         PMAP_UNLOCK(pmap);
6272 }
6273
6274 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
6275 static bool
6276 pmap_pde_ept_executable(pmap_t pmap, pd_entry_t pde)
6277 {
6278
6279         if (pmap->pm_type != PT_EPT)
6280                 return (false);
6281         return ((pde & EPT_PG_EXECUTE) != 0);
6282 }
6283
6284 /*
6285  * Tries to promote the 512, contiguous 4KB page mappings that are within a
6286  * single page table page (PTP) to a single 2MB page mapping.  For promotion
6287  * to occur, two conditions must be met: (1) the 4KB page mappings must map
6288  * aligned, contiguous physical memory and (2) the 4KB page mappings must have
6289  * identical characteristics. 
6290  */
6291 static void
6292 pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
6293     struct rwlock **lockp)
6294 {
6295         pd_entry_t newpde;
6296         pt_entry_t *firstpte, oldpte, pa, *pte;
6297         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V, PG_PKU_MASK;
6298         vm_page_t mpte;
6299         int PG_PTE_CACHE;
6300
6301         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6302         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
6303         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6304         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6305         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6306         PG_PKU_MASK = pmap_pku_mask_bit(pmap);
6307         PG_PTE_CACHE = pmap_cache_mask(pmap, 0);
6308
6309         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6310
6311         /*
6312          * Examine the first PTE in the specified PTP.  Abort if this PTE is
6313          * either invalid, unused, or does not map the first 4KB physical page
6314          * within a 2MB page. 
6315          */
6316         firstpte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pde & PG_FRAME);
6317 setpde:
6318         newpde = *firstpte;
6319         if ((newpde & ((PG_FRAME & PDRMASK) | PG_A | PG_V)) != (PG_A | PG_V) ||
6320             !pmap_allow_2m_x_page(pmap, pmap_pde_ept_executable(pmap,
6321             newpde))) {
6322                 atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
6323                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
6324                     " in pmap %p", va, pmap);
6325                 return;
6326         }
6327         if ((newpde & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
6328                 /*
6329                  * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared without
6330                  * a TLB invalidation.
6331                  */
6332                 if (!atomic_cmpset_long(firstpte, newpde, newpde & ~PG_RW))
6333                         goto setpde;
6334                 newpde &= ~PG_RW;
6335         }
6336
6337         /*
6338          * Examine each of the other PTEs in the specified PTP.  Abort if this
6339          * PTE maps an unexpected 4KB physical page or does not have identical
6340          * characteristics to the first PTE.
6341          */
6342         pa = (newpde & (PG_PS_FRAME | PG_A | PG_V)) + NBPDR - PAGE_SIZE;
6343         for (pte = firstpte + NPTEPG - 1; pte > firstpte; pte--) {
6344 setpte:
6345                 oldpte = *pte;
6346                 if ((oldpte & (PG_FRAME | PG_A | PG_V)) != pa) {
6347                         atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
6348                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
6349                             " in pmap %p", va, pmap);
6350                         return;
6351                 }
6352                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
6353                         /*
6354                          * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared
6355                          * without a TLB invalidation.
6356                          */
6357                         if (!atomic_cmpset_long(pte, oldpte, oldpte & ~PG_RW))
6358                                 goto setpte;
6359                         oldpte &= ~PG_RW;
6360                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: protect for va %#lx"
6361                             " in pmap %p", (oldpte & PG_FRAME & PDRMASK) |
6362                             (va & ~PDRMASK), pmap);
6363                 }
6364                 if ((oldpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpde & PG_PTE_PROMOTE)) {
6365                         atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
6366                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
6367                             " in pmap %p", va, pmap);
6368                         return;
6369                 }
6370                 pa -= PAGE_SIZE;
6371         }
6372
6373         /*
6374          * Save the page table page in its current state until the PDE
6375          * mapping the superpage is demoted by pmap_demote_pde() or
6376          * destroyed by pmap_remove_pde(). 
6377          */
6378         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
6379         KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
6380             mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
6381             ("pmap_promote_pde: page table page is out of range"));
6382         KASSERT(mpte->pindex == pmap_pde_pindex(va),
6383             ("pmap_promote_pde: page table page's pindex is wrong"));
6384         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mpte, true)) {
6385                 atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
6386                 CTR2(KTR_PMAP,
6387                     "pmap_promote_pde: failure for va %#lx in pmap %p", va,
6388                     pmap);
6389                 return;
6390         }
6391
6392         /*
6393          * Promote the pv entries.
6394          */
6395         if ((newpde & PG_MANAGED) != 0)
6396                 pmap_pv_promote_pde(pmap, va, newpde & PG_PS_FRAME, lockp);
6397
6398         /*
6399          * Propagate the PAT index to its proper position.
6400          */
6401         newpde = pmap_swap_pat(pmap, newpde);
6402
6403         /*
6404          * Map the superpage.
6405          */
6406         if (workaround_erratum383)
6407                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, PG_PS | newpde);
6408         else
6409                 pde_store(pde, PG_PROMOTED | PG_PS | newpde);
6410
6411         atomic_add_long(&pmap_pde_promotions, 1);
6412         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: success for va %#lx"
6413             " in pmap %p", va, pmap);
6414 }
6415 #endif /* VM_NRESERVLEVEL > 0 */
6416
6417 /*
6418  *      Insert the given physical page (p) at
6419  *      the specified virtual address (v) in the
6420  *      target physical map with the protection requested.
6421  *
6422  *      If specified, the page will be wired down, meaning
6423  *      that the related pte can not be reclaimed.
6424  *
6425  *      NB:  This is the only routine which MAY NOT lazy-evaluate
6426  *      or lose information.  That is, this routine must actually
6427  *      insert this page into the given map NOW.
6428  *
6429  *      When destroying both a page table and PV entry, this function
6430  *      performs the TLB invalidation before releasing the PV list
6431  *      lock, so we do not need pmap_delayed_invl_page() calls here.
6432  */
6433 int
6434 pmap_enter(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
6435     u_int flags, int8_t psind)
6436 {
6437         struct rwlock *lock;
6438         pd_entry_t *pde;
6439         pt_entry_t *pte, PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
6440         pt_entry_t newpte, origpte;
6441         pv_entry_t pv;
6442         vm_paddr_t opa, pa;
6443         vm_page_t mpte, om;
6444         int rv;
6445         boolean_t nosleep;
6446
6447         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6448         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
6449         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6450         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6451         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6452
6453         va = trunc_page(va);
6454         KASSERT(va <= VM_MAX_KERNEL_ADDRESS, ("pmap_enter: toobig"));
6455         KASSERT(va < UPT_MIN_ADDRESS || va >= UPT_MAX_ADDRESS,
6456             ("pmap_enter: invalid to pmap_enter page table pages (va: 0x%lx)",
6457             va));
6458         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0 || va < kmi.clean_sva ||
6459             va >= kmi.clean_eva,
6460             ("pmap_enter: managed mapping within the clean submap"));
6461         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
6462                 VM_PAGE_OBJECT_BUSY_ASSERT(m);
6463         KASSERT((flags & PMAP_ENTER_RESERVED) == 0,
6464             ("pmap_enter: flags %u has reserved bits set", flags));
6465         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
6466         newpte = (pt_entry_t)(pa | PG_A | PG_V);
6467         if ((flags & VM_PROT_WRITE) != 0)
6468                 newpte |= PG_M;
6469         if ((prot & VM_PROT_WRITE) != 0)
6470                 newpte |= PG_RW;
6471         KASSERT((newpte & (PG_M | PG_RW)) != PG_M,
6472             ("pmap_enter: flags includes VM_PROT_WRITE but prot doesn't"));
6473         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
6474                 newpte |= pg_nx;
6475         if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) != 0)
6476                 newpte |= PG_W;
6477         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
6478                 newpte |= PG_U;
6479         if (pmap == kernel_pmap)
6480                 newpte |= PG_G;
6481         newpte |= pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, psind > 0);
6482
6483         /*
6484          * Set modified bit gratuitously for writeable mappings if
6485          * the page is unmanaged. We do not want to take a fault
6486          * to do the dirty bit accounting for these mappings.
6487          */
6488         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0) {
6489                 if ((newpte & PG_RW) != 0)
6490                         newpte |= PG_M;
6491         } else
6492                 newpte |= PG_MANAGED;
6493
6494         lock = NULL;
6495         PMAP_LOCK(pmap);
6496         if (psind == 1) {
6497                 /* Assert the required virtual and physical alignment. */ 
6498                 KASSERT((va & PDRMASK) == 0, ("pmap_enter: va unaligned"));
6499                 KASSERT(m->psind > 0, ("pmap_enter: m->psind < psind"));
6500                 rv = pmap_enter_pde(pmap, va, newpte | PG_PS, flags, m, &lock);
6501                 goto out;
6502         }
6503         mpte = NULL;
6504
6505         /*
6506          * In the case that a page table page is not
6507          * resident, we are creating it here.
6508          */
6509 retry:
6510         pde = pmap_pde(pmap, va);
6511         if (pde != NULL && (*pde & PG_V) != 0 && ((*pde & PG_PS) == 0 ||
6512             pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock))) {
6513                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
6514                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS && mpte == NULL) {
6515                         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
6516                         mpte->ref_count++;
6517                 }
6518         } else if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
6519                 /*
6520                  * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been
6521                  * deallocated.
6522                  */
6523                 nosleep = (flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0;
6524                 mpte = _pmap_allocpte(pmap, pmap_pde_pindex(va),
6525                     nosleep ? NULL : &lock, va);
6526                 if (mpte == NULL && nosleep) {
6527                         rv = KERN_RESOURCE_SHORTAGE;
6528                         goto out;
6529                 }
6530                 goto retry;
6531         } else
6532                 panic("pmap_enter: invalid page directory va=%#lx", va);
6533
6534         origpte = *pte;
6535         pv = NULL;
6536         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS && pmap->pm_type == PT_X86)
6537                 newpte |= pmap_pkru_get(pmap, va);
6538
6539         /*
6540          * Is the specified virtual address already mapped?
6541          */
6542         if ((origpte & PG_V) != 0) {
6543                 /*
6544                  * Wiring change, just update stats. We don't worry about
6545                  * wiring PT pages as they remain resident as long as there
6546                  * are valid mappings in them. Hence, if a user page is wired,
6547                  * the PT page will be also.
6548                  */
6549                 if ((newpte & PG_W) != 0 && (origpte & PG_W) == 0)
6550                         pmap->pm_stats.wired_count++;
6551                 else if ((newpte & PG_W) == 0 && (origpte & PG_W) != 0)
6552                         pmap->pm_stats.wired_count--;
6553
6554                 /*
6555                  * Remove the extra PT page reference.
6556                  */
6557                 if (mpte != NULL) {
6558                         mpte->ref_count--;
6559                         KASSERT(mpte->ref_count > 0,
6560                             ("pmap_enter: missing reference to page table page,"
6561                              " va: 0x%lx", va));
6562                 }
6563
6564                 /*
6565                  * Has the physical page changed?
6566                  */
6567                 opa = origpte & PG_FRAME;
6568                 if (opa == pa) {
6569                         /*
6570                          * No, might be a protection or wiring change.
6571                          */
6572                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0 &&
6573                             (newpte & PG_RW) != 0)
6574                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
6575                         if (((origpte ^ newpte) & ~(PG_M | PG_A)) == 0)
6576                                 goto unchanged;
6577                         goto validate;
6578                 }
6579
6580                 /*
6581                  * The physical page has changed.  Temporarily invalidate
6582                  * the mapping.  This ensures that all threads sharing the
6583                  * pmap keep a consistent view of the mapping, which is
6584                  * necessary for the correct handling of COW faults.  It
6585                  * also permits reuse of the old mapping's PV entry,
6586                  * avoiding an allocation.
6587                  *
6588                  * For consistency, handle unmanaged mappings the same way.
6589                  */
6590                 origpte = pte_load_clear(pte);
6591                 KASSERT((origpte & PG_FRAME) == opa,
6592                     ("pmap_enter: unexpected pa update for %#lx", va));
6593                 if ((origpte & PG_MANAGED) != 0) {
6594                         om = PHYS_TO_VM_PAGE(opa);
6595
6596                         /*
6597                          * The pmap lock is sufficient to synchronize with
6598                          * concurrent calls to pmap_page_test_mappings() and
6599                          * pmap_ts_referenced().
6600                          */
6601                         if ((origpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
6602                                 vm_page_dirty(om);
6603                         if ((origpte & PG_A) != 0) {
6604                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
6605                                 vm_page_aflag_set(om, PGA_REFERENCED);
6606                         }
6607                         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, opa);
6608                         pv = pmap_pvh_remove(&om->md, pmap, va);
6609                         KASSERT(pv != NULL,
6610                             ("pmap_enter: no PV entry for %#lx", va));
6611                         if ((newpte & PG_MANAGED) == 0)
6612                                 free_pv_entry(pmap, pv);
6613                         if ((om->a.flags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
6614                             TAILQ_EMPTY(&om->md.pv_list) &&
6615                             ((om->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
6616                             TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(opa)->pv_list)))
6617                                 vm_page_aflag_clear(om, PGA_WRITEABLE);
6618                 } else {
6619                         /*
6620                          * Since this mapping is unmanaged, assume that PG_A
6621                          * is set.
6622                          */
6623                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
6624                 }
6625                 origpte = 0;
6626         } else {
6627                 /*
6628                  * Increment the counters.
6629                  */
6630                 if ((newpte & PG_W) != 0)
6631                         pmap->pm_stats.wired_count++;
6632                 pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
6633         }
6634
6635         /*
6636          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
6637          */
6638         if ((newpte & PG_MANAGED) != 0) {
6639                 if (pv == NULL) {
6640                         pv = get_pv_entry(pmap, &lock);
6641                         pv->pv_va = va;
6642                 }
6643                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, pa);
6644                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
6645                 m->md.pv_gen++;
6646                 if ((newpte & PG_RW) != 0)
6647                         vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
6648         }
6649
6650         /*
6651          * Update the PTE.
6652          */
6653         if ((origpte & PG_V) != 0) {
6654 validate:
6655                 origpte = pte_load_store(pte, newpte);
6656                 KASSERT((origpte & PG_FRAME) == pa,
6657                     ("pmap_enter: unexpected pa update for %#lx", va));
6658                 if ((newpte & PG_M) == 0 && (origpte & (PG_M | PG_RW)) ==
6659                     (PG_M | PG_RW)) {
6660                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0)
6661                                 vm_page_dirty(m);
6662
6663                         /*
6664                          * Although the PTE may still have PG_RW set, TLB
6665                          * invalidation may nonetheless be required because
6666                          * the PTE no longer has PG_M set.
6667                          */
6668                 } else if ((origpte & PG_NX) != 0 || (newpte & PG_NX) == 0) {
6669                         /*
6670                          * This PTE change does not require TLB invalidation.
6671                          */
6672                         goto unchanged;
6673                 }
6674                 if ((origpte & PG_A) != 0)
6675                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
6676         } else
6677                 pte_store(pte, newpte);
6678
6679 unchanged:
6680
6681 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
6682         /*
6683          * If both the page table page and the reservation are fully
6684          * populated, then attempt promotion.
6685          */
6686         if ((mpte == NULL || mpte->ref_count == NPTEPG) &&
6687             pmap_ps_enabled(pmap) &&
6688             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
6689             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0)
6690                 pmap_promote_pde(pmap, pde, va, &lock);
6691 #endif
6692
6693         rv = KERN_SUCCESS;
6694 out:
6695         if (lock != NULL)
6696                 rw_wunlock(lock);
6697         PMAP_UNLOCK(pmap);
6698         return (rv);
6699 }
6700
6701 /*
6702  * Tries to create a read- and/or execute-only 2MB page mapping.  Returns true
6703  * if successful.  Returns false if (1) a page table page cannot be allocated
6704  * without sleeping, (2) a mapping already exists at the specified virtual
6705  * address, or (3) a PV entry cannot be allocated without reclaiming another
6706  * PV entry.
6707  */
6708 static bool
6709 pmap_enter_2mpage(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
6710     struct rwlock **lockp)
6711 {
6712         pd_entry_t newpde;
6713         pt_entry_t PG_V;
6714
6715         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6716         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6717         newpde = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, 1) |
6718             PG_PS | PG_V;
6719         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
6720                 newpde |= PG_MANAGED;
6721         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
6722                 newpde |= pg_nx;
6723         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
6724                 newpde |= PG_U;
6725         return (pmap_enter_pde(pmap, va, newpde, PMAP_ENTER_NOSLEEP |
6726             PMAP_ENTER_NOREPLACE | PMAP_ENTER_NORECLAIM, NULL, lockp) ==
6727             KERN_SUCCESS);
6728 }
6729
6730 /*
6731  * Returns true if every page table entry in the specified page table page is
6732  * zero.
6733  */
6734 static bool
6735 pmap_every_pte_zero(vm_paddr_t pa)
6736 {
6737         pt_entry_t *pt_end, *pte;
6738
6739         KASSERT((pa & PAGE_MASK) == 0, ("pa is misaligned"));
6740         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
6741         for (pt_end = pte + NPTEPG; pte < pt_end; pte++) {
6742                 if (*pte != 0)
6743                         return (false);
6744         }
6745         return (true);
6746 }
6747
6748 /*
6749  * Tries to create the specified 2MB page mapping.  Returns KERN_SUCCESS if
6750  * the mapping was created, and either KERN_FAILURE or KERN_RESOURCE_SHORTAGE
6751  * otherwise.  Returns KERN_FAILURE if PMAP_ENTER_NOREPLACE was specified and
6752  * a mapping already exists at the specified virtual address.  Returns
6753  * KERN_RESOURCE_SHORTAGE if PMAP_ENTER_NOSLEEP was specified and a page table
6754  * page allocation failed.  Returns KERN_RESOURCE_SHORTAGE if
6755  * PMAP_ENTER_NORECLAIM was specified and a PV entry allocation failed.
6756  *
6757  * The parameter "m" is only used when creating a managed, writeable mapping.
6758  */
6759 static int
6760 pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t newpde, u_int flags,
6761     vm_page_t m, struct rwlock **lockp)
6762 {
6763         struct spglist free;
6764         pd_entry_t oldpde, *pde;
6765         pt_entry_t PG_G, PG_RW, PG_V;
6766         vm_page_t mt, pdpg;
6767
6768         KASSERT(pmap == kernel_pmap || (newpde & PG_W) == 0,
6769             ("pmap_enter_pde: cannot create wired user mapping"));
6770         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
6771         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6772         KASSERT((newpde & (pmap_modified_bit(pmap) | PG_RW)) != PG_RW,
6773             ("pmap_enter_pde: newpde is missing PG_M"));
6774         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6775         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6776
6777         if (!pmap_allow_2m_x_page(pmap, pmap_pde_ept_executable(pmap,
6778             newpde))) {
6779                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: 2m x blocked for va %#lx"
6780                     " in pmap %p", va, pmap);
6781                 return (KERN_FAILURE);
6782         }
6783         if ((pde = pmap_alloc_pde(pmap, va, &pdpg, (flags &
6784             PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0 ? NULL : lockp)) == NULL) {
6785                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
6786                     " in pmap %p", va, pmap);
6787                 return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
6788         }
6789
6790         /*
6791          * If pkru is not same for the whole pde range, return failure
6792          * and let vm_fault() cope.  Check after pde allocation, since
6793          * it could sleep.
6794          */
6795         if (!pmap_pkru_same(pmap, va, va + NBPDR)) {
6796                 pmap_abort_ptp(pmap, va, pdpg);
6797                 return (KERN_FAILURE);
6798         }
6799         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS && pmap->pm_type == PT_X86) {
6800                 newpde &= ~X86_PG_PKU_MASK;
6801                 newpde |= pmap_pkru_get(pmap, va);
6802         }
6803
6804         /*
6805          * If there are existing mappings, either abort or remove them.
6806          */
6807         oldpde = *pde;
6808         if ((oldpde & PG_V) != 0) {
6809                 KASSERT(pdpg == NULL || pdpg->ref_count > 1,
6810                     ("pmap_enter_pde: pdpg's reference count is too low"));
6811                 if ((flags & PMAP_ENTER_NOREPLACE) != 0 && (va <
6812                     VM_MAXUSER_ADDRESS || (oldpde & PG_PS) != 0 ||
6813                     !pmap_every_pte_zero(oldpde & PG_FRAME))) {
6814                         if (pdpg != NULL)
6815                                 pdpg->ref_count--;
6816                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
6817                             " in pmap %p", va, pmap);
6818                         return (KERN_FAILURE);
6819                 }
6820                 /* Break the existing mapping(s). */
6821                 SLIST_INIT(&free);
6822                 if ((oldpde & PG_PS) != 0) {
6823                         /*
6824                          * The reference to the PD page that was acquired by
6825                          * pmap_alloc_pde() ensures that it won't be freed.
6826                          * However, if the PDE resulted from a promotion, then
6827                          * a reserved PT page could be freed.
6828                          */
6829                         (void)pmap_remove_pde(pmap, pde, va, &free, lockp);
6830                         if ((oldpde & PG_G) == 0)
6831                                 pmap_invalidate_pde_page(pmap, va, oldpde);
6832                 } else {
6833                         pmap_delayed_invl_start();
6834                         if (pmap_remove_ptes(pmap, va, va + NBPDR, pde, &free,
6835                             lockp))
6836                                pmap_invalidate_all(pmap);
6837                         pmap_delayed_invl_finish();
6838                 }
6839                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
6840                         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
6841                         KASSERT(*pde == 0, ("pmap_enter_pde: non-zero pde %p",
6842                             pde));
6843                 } else {
6844                         KASSERT(SLIST_EMPTY(&free),
6845                             ("pmap_enter_pde: freed kernel page table page"));
6846
6847                         /*
6848                          * Both pmap_remove_pde() and pmap_remove_ptes() will
6849                          * leave the kernel page table page zero filled.
6850                          */
6851                         mt = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
6852                         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mt, false))
6853                                 panic("pmap_enter_pde: trie insert failed");
6854                 }
6855         }
6856
6857         if ((newpde & PG_MANAGED) != 0) {
6858                 /*
6859                  * Abort this mapping if its PV entry could not be created.
6860                  */
6861                 if (!pmap_pv_insert_pde(pmap, va, newpde, flags, lockp)) {
6862                         if (pdpg != NULL)
6863                                 pmap_abort_ptp(pmap, va, pdpg);
6864                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
6865                             " in pmap %p", va, pmap);
6866                         return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
6867                 }
6868                 if ((newpde & PG_RW) != 0) {
6869                         for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
6870                                 vm_page_aflag_set(mt, PGA_WRITEABLE);
6871                 }
6872         }
6873
6874         /*
6875          * Increment counters.
6876          */
6877         if ((newpde & PG_W) != 0)
6878                 pmap->pm_stats.wired_count += NBPDR / PAGE_SIZE;
6879         pmap_resident_count_inc(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
6880
6881         /*
6882          * Map the superpage.  (This is not a promoted mapping; there will not
6883          * be any lingering 4KB page mappings in the TLB.)
6884          */
6885         pde_store(pde, newpde);
6886
6887         atomic_add_long(&pmap_pde_mappings, 1);
6888         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: success for va %#lx in pmap %p",
6889             va, pmap);
6890         return (KERN_SUCCESS);
6891 }
6892
6893 /*
6894  * Maps a sequence of resident pages belonging to the same object.
6895  * The sequence begins with the given page m_start.  This page is
6896  * mapped at the given virtual address start.  Each subsequent page is
6897  * mapped at a virtual address that is offset from start by the same
6898  * amount as the page is offset from m_start within the object.  The
6899  * last page in the sequence is the page with the largest offset from
6900  * m_start that can be mapped at a virtual address less than the given
6901  * virtual address end.  Not every virtual page between start and end
6902  * is mapped; only those for which a resident page exists with the
6903  * corresponding offset from m_start are mapped.
6904  */
6905 void
6906 pmap_enter_object(pmap_t pmap, vm_offset_t start, vm_offset_t end,
6907     vm_page_t m_start, vm_prot_t prot)
6908 {
6909         struct rwlock *lock;
6910         vm_offset_t va;
6911         vm_page_t m, mpte;
6912         vm_pindex_t diff, psize;
6913
6914         VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m_start->object);
6915
6916         psize = atop(end - start);
6917         mpte = NULL;
6918         m = m_start;
6919         lock = NULL;
6920         PMAP_LOCK(pmap);
6921         while (m != NULL && (diff = m->pindex - m_start->pindex) < psize) {
6922                 va = start + ptoa(diff);
6923                 if ((va & PDRMASK) == 0 && va + NBPDR <= end &&
6924                     m->psind == 1 && pmap_ps_enabled(pmap) &&
6925                     pmap_allow_2m_x_page(pmap, (prot & VM_PROT_EXECUTE) != 0) &&
6926                     pmap_enter_2mpage(pmap, va, m, prot, &lock))
6927                         m = &m[NBPDR / PAGE_SIZE - 1];
6928                 else
6929                         mpte = pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot,
6930                             mpte, &lock);
6931                 m = TAILQ_NEXT(m, listq);
6932         }
6933         if (lock != NULL)
6934                 rw_wunlock(lock);
6935         PMAP_UNLOCK(pmap);
6936 }
6937
6938 /*
6939  * this code makes some *MAJOR* assumptions:
6940  * 1. Current pmap & pmap exists.
6941  * 2. Not wired.
6942  * 3. Read access.
6943  * 4. No page table pages.
6944  * but is *MUCH* faster than pmap_enter...
6945  */
6946
6947 void
6948 pmap_enter_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot)
6949 {
6950         struct rwlock *lock;
6951
6952         lock = NULL;
6953         PMAP_LOCK(pmap);
6954         (void)pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot, NULL, &lock);
6955         if (lock != NULL)
6956                 rw_wunlock(lock);
6957         PMAP_UNLOCK(pmap);
6958 }
6959
6960 static vm_page_t
6961 pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
6962     vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp)
6963 {
6964         pt_entry_t newpte, *pte, PG_V;
6965
6966         KASSERT(va < kmi.clean_sva || va >= kmi.clean_eva ||
6967             (m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0,
6968             ("pmap_enter_quick_locked: managed mapping within the clean submap"));
6969         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6970         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6971
6972         /*
6973          * In the case that a page table page is not
6974          * resident, we are creating it here.
6975          */
6976         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
6977                 vm_pindex_t ptepindex;
6978                 pd_entry_t *ptepa;
6979
6980                 /*
6981                  * Calculate pagetable page index
6982                  */
6983                 ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
6984                 if (mpte && (mpte->pindex == ptepindex)) {
6985                         mpte->ref_count++;
6986                 } else {
6987                         /*
6988                          * Get the page directory entry
6989                          */
6990                         ptepa = pmap_pde(pmap, va);
6991
6992                         /*
6993                          * If the page table page is mapped, we just increment
6994                          * the hold count, and activate it.  Otherwise, we
6995                          * attempt to allocate a page table page.  If this
6996                          * attempt fails, we don't retry.  Instead, we give up.
6997                          */
6998                         if (ptepa && (*ptepa & PG_V) != 0) {
6999                                 if (*ptepa & PG_PS)
7000                                         return (NULL);
7001                                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*ptepa & PG_FRAME);
7002                                 mpte->ref_count++;
7003                         } else {
7004                                 /*
7005                                  * Pass NULL instead of the PV list lock
7006                                  * pointer, because we don't intend to sleep.
7007                                  */
7008                                 mpte = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex, NULL,
7009                                     va);
7010                                 if (mpte == NULL)
7011                                         return (mpte);
7012                         }
7013                 }
7014                 pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mpte));
7015                 pte = &pte[pmap_pte_index(va)];
7016         } else {
7017                 mpte = NULL;
7018                 pte = vtopte(va);
7019         }
7020         if (*pte) {
7021                 if (mpte != NULL)
7022                         mpte->ref_count--;
7023                 return (NULL);
7024         }
7025
7026         /*
7027          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
7028          */
7029         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 &&
7030             !pmap_try_insert_pv_entry(pmap, va, m, lockp)) {
7031                 if (mpte != NULL)
7032                         pmap_abort_ptp(pmap, va, mpte);
7033                 return (NULL);
7034         }
7035
7036         /*
7037          * Increment counters
7038          */
7039         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
7040
7041         newpte = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_V |
7042             pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, 0);
7043         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
7044                 newpte |= PG_MANAGED;
7045         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
7046                 newpte |= pg_nx;
7047         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
7048                 newpte |= PG_U | pmap_pkru_get(pmap, va);
7049         pte_store(pte, newpte);
7050         return (mpte);
7051 }
7052
7053 /*
7054  * Make a temporary mapping for a physical address.  This is only intended
7055  * to be used for panic dumps.
7056  */
7057 void *
7058 pmap_kenter_temporary(vm_paddr_t pa, int i)
7059 {
7060         vm_offset_t va;
7061
7062         va = (vm_offset_t)crashdumpmap + (i * PAGE_SIZE);
7063         pmap_kenter(va, pa);
7064         invlpg(va);
7065         return ((void *)crashdumpmap);
7066 }
7067
7068 /*
7069  * This code maps large physical mmap regions into the
7070  * processor address space.  Note that some shortcuts
7071  * are taken, but the code works.
7072  */
7073 void
7074 pmap_object_init_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_object_t object,
7075     vm_pindex_t pindex, vm_size_t size)
7076 {
7077         pd_entry_t *pde;
7078         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
7079         vm_paddr_t pa, ptepa;
7080         vm_page_t p, pdpg;
7081         int pat_mode;
7082
7083         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
7084         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7085         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7086         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7087
7088         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
7089         KASSERT(object->type == OBJT_DEVICE || object->type == OBJT_SG,
7090             ("pmap_object_init_pt: non-device object"));
7091         if ((addr & (NBPDR - 1)) == 0 && (size & (NBPDR - 1)) == 0) {
7092                 if (!pmap_ps_enabled(pmap))
7093                         return;
7094                 if (!vm_object_populate(object, pindex, pindex + atop(size)))
7095                         return;
7096                 p = vm_page_lookup(object, pindex);
7097                 KASSERT(p->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
7098                     ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
7099                 pat_mode = p->md.pat_mode;
7100
7101                 /*
7102                  * Abort the mapping if the first page is not physically
7103                  * aligned to a 2MB page boundary.
7104                  */
7105                 ptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(p);
7106                 if (ptepa & (NBPDR - 1))
7107                         return;
7108
7109                 /*
7110                  * Skip the first page.  Abort the mapping if the rest of
7111                  * the pages are not physically contiguous or have differing
7112                  * memory attributes.
7113                  */
7114                 p = TAILQ_NEXT(p, listq);
7115                 for (pa = ptepa + PAGE_SIZE; pa < ptepa + size;
7116                     pa += PAGE_SIZE) {
7117                         KASSERT(p->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
7118                             ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
7119                         if (pa != VM_PAGE_TO_PHYS(p) ||
7120                             pat_mode != p->md.pat_mode)
7121                                 return;
7122                         p = TAILQ_NEXT(p, listq);
7123                 }
7124
7125                 /*
7126                  * Map using 2MB pages.  Since "ptepa" is 2M aligned and
7127                  * "size" is a multiple of 2M, adding the PAT setting to "pa"
7128                  * will not affect the termination of this loop.
7129                  */ 
7130                 PMAP_LOCK(pmap);
7131                 for (pa = ptepa | pmap_cache_bits(pmap, pat_mode, 1);
7132                     pa < ptepa + size; pa += NBPDR) {
7133                         pde = pmap_alloc_pde(pmap, addr, &pdpg, NULL);
7134                         if (pde == NULL) {
7135                                 /*
7136                                  * The creation of mappings below is only an
7137                                  * optimization.  If a page directory page
7138                                  * cannot be allocated without blocking,
7139                                  * continue on to the next mapping rather than
7140                                  * blocking.
7141                                  */
7142                                 addr += NBPDR;
7143                                 continue;
7144                         }
7145                         if ((*pde & PG_V) == 0) {
7146                                 pde_store(pde, pa | PG_PS | PG_M | PG_A |
7147                                     PG_U | PG_RW | PG_V);
7148                                 pmap_resident_count_inc(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
7149                                 atomic_add_long(&pmap_pde_mappings, 1);
7150                         } else {
7151                                 /* Continue on if the PDE is already valid. */
7152                                 pdpg->ref_count--;
7153                                 KASSERT(pdpg->ref_count > 0,
7154                                     ("pmap_object_init_pt: missing reference "
7155                                     "to page directory page, va: 0x%lx", addr));
7156                         }
7157                         addr += NBPDR;
7158                 }
7159                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7160         }
7161 }
7162
7163 /*
7164  *      Clear the wired attribute from the mappings for the specified range of
7165  *      addresses in the given pmap.  Every valid mapping within that range
7166  *      must have the wired attribute set.  In contrast, invalid mappings
7167  *      cannot have the wired attribute set, so they are ignored.
7168  *
7169  *      The wired attribute of the page table entry is not a hardware
7170  *      feature, so there is no need to invalidate any TLB entries.
7171  *      Since pmap_demote_pde() for the wired entry must never fail,
7172  *      pmap_delayed_invl_start()/finish() calls around the
7173  *      function are not needed.
7174  */
7175 void
7176 pmap_unwire(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
7177 {
7178         vm_offset_t va_next;
7179         pml4_entry_t *pml4e;
7180         pdp_entry_t *pdpe;
7181         pd_entry_t *pde;
7182         pt_entry_t *pte, PG_V;
7183
7184         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7185         PMAP_LOCK(pmap);
7186         for (; sva < eva; sva = va_next) {
7187                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
7188                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
7189                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
7190                         if (va_next < sva)
7191                                 va_next = eva;
7192                         continue;
7193                 }
7194                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
7195                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
7196                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
7197                         if (va_next < sva)
7198                                 va_next = eva;
7199                         continue;
7200                 }
7201                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
7202                 if (va_next < sva)
7203                         va_next = eva;
7204                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
7205                 if ((*pde & PG_V) == 0)
7206                         continue;
7207                 if ((*pde & PG_PS) != 0) {
7208                         if ((*pde & PG_W) == 0)
7209                                 panic("pmap_unwire: pde %#jx is missing PG_W",
7210                                     (uintmax_t)*pde);
7211
7212                         /*
7213                          * Are we unwiring the entire large page?  If not,
7214                          * demote the mapping and fall through.
7215                          */
7216                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
7217                                 atomic_clear_long(pde, PG_W);
7218                                 pmap->pm_stats.wired_count -= NBPDR /
7219                                     PAGE_SIZE;
7220                                 continue;
7221                         } else if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, sva))
7222                                 panic("pmap_unwire: demotion failed");
7223                 }
7224                 if (va_next > eva)
7225                         va_next = eva;
7226                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
7227                     sva += PAGE_SIZE) {
7228                         if ((*pte & PG_V) == 0)
7229                                 continue;
7230                         if ((*pte & PG_W) == 0)
7231                                 panic("pmap_unwire: pte %#jx is missing PG_W",
7232                                     (uintmax_t)*pte);
7233
7234                         /*
7235                          * PG_W must be cleared atomically.  Although the pmap
7236                          * lock synchronizes access to PG_W, another processor
7237                          * could be setting PG_M and/or PG_A concurrently.
7238                          */
7239                         atomic_clear_long(pte, PG_W);
7240                         pmap->pm_stats.wired_count--;
7241                 }
7242         }
7243         PMAP_UNLOCK(pmap);
7244 }
7245
7246 /*
7247  *      Copy the range specified by src_addr/len
7248  *      from the source map to the range dst_addr/len
7249  *      in the destination map.
7250  *
7251  *      This routine is only advisory and need not do anything.
7252  */
7253 void
7254 pmap_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap, vm_offset_t dst_addr, vm_size_t len,
7255     vm_offset_t src_addr)
7256 {
7257         struct rwlock *lock;
7258         pml4_entry_t *pml4e;
7259         pdp_entry_t *pdpe;
7260         pd_entry_t *pde, srcptepaddr;
7261         pt_entry_t *dst_pte, PG_A, PG_M, PG_V, ptetemp, *src_pte;
7262         vm_offset_t addr, end_addr, va_next;
7263         vm_page_t dst_pdpg, dstmpte, srcmpte;
7264
7265         if (dst_addr != src_addr)
7266                 return;
7267
7268         if (dst_pmap->pm_type != src_pmap->pm_type)
7269                 return;
7270
7271         /*
7272          * EPT page table entries that require emulation of A/D bits are
7273          * sensitive to clearing the PG_A bit (aka EPT_PG_READ). Although
7274          * we clear PG_M (aka EPT_PG_WRITE) concomitantly, the PG_U bit
7275          * (aka EPT_PG_EXECUTE) could still be set. Since some EPT
7276          * implementations flag an EPT misconfiguration for exec-only
7277          * mappings we skip this function entirely for emulated pmaps.
7278          */
7279         if (pmap_emulate_ad_bits(dst_pmap))
7280                 return;
7281
7282         end_addr = src_addr + len;
7283         lock = NULL;
7284         if (dst_pmap < src_pmap) {
7285                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
7286                 PMAP_LOCK(src_pmap);
7287         } else {
7288                 PMAP_LOCK(src_pmap);
7289                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
7290         }
7291
7292         PG_A = pmap_accessed_bit(dst_pmap);
7293         PG_M = pmap_modified_bit(dst_pmap);
7294         PG_V = pmap_valid_bit(dst_pmap);
7295
7296         for (addr = src_addr; addr < end_addr; addr = va_next) {
7297                 KASSERT(addr < UPT_MIN_ADDRESS,
7298                     ("pmap_copy: invalid to pmap_copy page tables"));
7299
7300                 pml4e = pmap_pml4e(src_pmap, addr);
7301                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
7302                         va_next = (addr + NBPML4) & ~PML4MASK;
7303                         if (va_next < addr)
7304                                 va_next = end_addr;
7305                         continue;
7306                 }
7307
7308                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, addr);
7309                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
7310                         va_next = (addr + NBPDP) & ~PDPMASK;
7311                         if (va_next < addr)
7312                                 va_next = end_addr;
7313                         continue;
7314                 }
7315
7316                 va_next = (addr + NBPDR) & ~PDRMASK;
7317                 if (va_next < addr)
7318                         va_next = end_addr;
7319
7320                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, addr);
7321                 srcptepaddr = *pde;
7322                 if (srcptepaddr == 0)
7323                         continue;
7324                         
7325                 if (srcptepaddr & PG_PS) {
7326                         if ((addr & PDRMASK) != 0 || addr + NBPDR > end_addr)
7327                                 continue;
7328                         pde = pmap_alloc_pde(dst_pmap, addr, &dst_pdpg, NULL);
7329                         if (pde == NULL)
7330                                 break;
7331                         if (*pde == 0 && ((srcptepaddr & PG_MANAGED) == 0 ||
7332                             pmap_pv_insert_pde(dst_pmap, addr, srcptepaddr,
7333                             PMAP_ENTER_NORECLAIM, &lock))) {
7334                                 *pde = srcptepaddr & ~PG_W;
7335                                 pmap_resident_count_inc(dst_pmap, NBPDR /
7336                                     PAGE_SIZE);
7337                                 atomic_add_long(&pmap_pde_mappings, 1);
7338                         } else
7339                                 pmap_abort_ptp(dst_pmap, addr, dst_pdpg);
7340                         continue;
7341                 }
7342
7343                 srcptepaddr &= PG_FRAME;
7344                 srcmpte = PHYS_TO_VM_PAGE(srcptepaddr);
7345                 KASSERT(srcmpte->ref_count > 0,
7346                     ("pmap_copy: source page table page is unused"));
7347
7348                 if (va_next > end_addr)
7349                         va_next = end_addr;
7350
7351                 src_pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(srcptepaddr);
7352                 src_pte = &src_pte[pmap_pte_index(addr)];
7353                 dstmpte = NULL;
7354                 for (; addr < va_next; addr += PAGE_SIZE, src_pte++) {
7355                         ptetemp = *src_pte;
7356
7357                         /*
7358                          * We only virtual copy managed pages.
7359                          */
7360                         if ((ptetemp & PG_MANAGED) == 0)
7361                                 continue;
7362
7363                         if (dstmpte != NULL) {
7364                                 KASSERT(dstmpte->pindex ==
7365                                     pmap_pde_pindex(addr),
7366                                     ("dstmpte pindex/addr mismatch"));
7367                                 dstmpte->ref_count++;
7368                         } else if ((dstmpte = pmap_allocpte(dst_pmap, addr,
7369                             NULL)) == NULL)
7370                                 goto out;
7371                         dst_pte = (pt_entry_t *)
7372                             PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(dstmpte));
7373                         dst_pte = &dst_pte[pmap_pte_index(addr)];
7374                         if (*dst_pte == 0 &&
7375                             pmap_try_insert_pv_entry(dst_pmap, addr,
7376                             PHYS_TO_VM_PAGE(ptetemp & PG_FRAME), &lock)) {
7377                                 /*
7378                                  * Clear the wired, modified, and accessed
7379                                  * (referenced) bits during the copy.
7380                                  */
7381                                 *dst_pte = ptetemp & ~(PG_W | PG_M | PG_A);
7382                                 pmap_resident_count_inc(dst_pmap, 1);
7383                         } else {
7384                                 pmap_abort_ptp(dst_pmap, addr, dstmpte);
7385                                 goto out;
7386                         }
7387                         /* Have we copied all of the valid mappings? */ 
7388                         if (dstmpte->ref_count >= srcmpte->ref_count)
7389                                 break;
7390                 }
7391         }
7392 out:
7393         if (lock != NULL)
7394                 rw_wunlock(lock);
7395         PMAP_UNLOCK(src_pmap);
7396         PMAP_UNLOCK(dst_pmap);
7397 }
7398
7399 int
7400 pmap_vmspace_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap)
7401 {
7402         int error;
7403
7404         if (dst_pmap->pm_type != src_pmap->pm_type ||
7405             dst_pmap->pm_type != PT_X86 ||
7406             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) == 0)
7407                 return (0);
7408         for (;;) {
7409                 if (dst_pmap < src_pmap) {
7410                         PMAP_LOCK(dst_pmap);
7411                         PMAP_LOCK(src_pmap);
7412                 } else {
7413                         PMAP_LOCK(src_pmap);
7414                         PMAP_LOCK(dst_pmap);
7415                 }
7416                 error = pmap_pkru_copy(dst_pmap, src_pmap);
7417                 /* Clean up partial copy on failure due to no memory. */
7418                 if (error == ENOMEM)
7419                         pmap_pkru_deassign_all(dst_pmap);
7420                 PMAP_UNLOCK(src_pmap);
7421                 PMAP_UNLOCK(dst_pmap);
7422                 if (error != ENOMEM)
7423                         break;
7424                 vm_wait(NULL);
7425         }
7426         return (error);
7427 }
7428
7429 /*
7430  * Zero the specified hardware page.
7431  */
7432 void
7433 pmap_zero_page(vm_page_t m)
7434 {
7435         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
7436
7437         pagezero((void *)va);
7438 }
7439
7440 /*
7441  * Zero an an area within a single hardware page.  off and size must not
7442  * cover an area beyond a single hardware page.
7443  */
7444 void
7445 pmap_zero_page_area(vm_page_t m, int off, int size)
7446 {
7447         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
7448
7449         if (off == 0 && size == PAGE_SIZE)
7450                 pagezero((void *)va);
7451         else
7452                 bzero((char *)va + off, size);
7453 }
7454
7455 /*
7456  * Copy 1 specified hardware page to another.
7457  */
7458 void
7459 pmap_copy_page(vm_page_t msrc, vm_page_t mdst)
7460 {
7461         vm_offset_t src = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(msrc));
7462         vm_offset_t dst = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mdst));
7463
7464         pagecopy((void *)src, (void *)dst);
7465 }
7466
7467 int unmapped_buf_allowed = 1;
7468
7469 void
7470 pmap_copy_pages(vm_page_t ma[], vm_offset_t a_offset, vm_page_t mb[],
7471     vm_offset_t b_offset, int xfersize)
7472 {
7473         void *a_cp, *b_cp;
7474         vm_page_t pages[2];
7475         vm_offset_t vaddr[2], a_pg_offset, b_pg_offset;
7476         int cnt;
7477         boolean_t mapped;
7478
7479         while (xfersize > 0) {
7480                 a_pg_offset = a_offset & PAGE_MASK;
7481                 pages[0] = ma[a_offset >> PAGE_SHIFT];
7482                 b_pg_offset = b_offset & PAGE_MASK;
7483                 pages[1] = mb[b_offset >> PAGE_SHIFT];
7484                 cnt = min(xfersize, PAGE_SIZE - a_pg_offset);
7485                 cnt = min(cnt, PAGE_SIZE - b_pg_offset);
7486                 mapped = pmap_map_io_transient(pages, vaddr, 2, FALSE);
7487                 a_cp = (char *)vaddr[0] + a_pg_offset;
7488                 b_cp = (char *)vaddr[1] + b_pg_offset;
7489                 bcopy(a_cp, b_cp, cnt);
7490                 if (__predict_false(mapped))
7491                         pmap_unmap_io_transient(pages, vaddr, 2, FALSE);
7492                 a_offset += cnt;
7493                 b_offset += cnt;
7494                 xfersize -= cnt;
7495         }
7496 }
7497
7498 /*
7499  * Returns true if the pmap's pv is one of the first
7500  * 16 pvs linked to from this page.  This count may
7501  * be changed upwards or downwards in the future; it
7502  * is only necessary that true be returned for a small
7503  * subset of pmaps for proper page aging.
7504  */
7505 boolean_t
7506 pmap_page_exists_quick(pmap_t pmap, vm_page_t m)
7507 {
7508         struct md_page *pvh;
7509         struct rwlock *lock;
7510         pv_entry_t pv;
7511         int loops = 0;
7512         boolean_t rv;
7513
7514         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
7515             ("pmap_page_exists_quick: page %p is not managed", m));
7516         rv = FALSE;
7517         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
7518         rw_rlock(lock);
7519         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
7520                 if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
7521                         rv = TRUE;
7522                         break;
7523                 }
7524                 loops++;
7525                 if (loops >= 16)
7526                         break;
7527         }
7528         if (!rv && loops < 16 && (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
7529                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
7530                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
7531                         if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
7532                                 rv = TRUE;
7533                                 break;
7534                         }
7535                         loops++;
7536                         if (loops >= 16)
7537                                 break;
7538                 }
7539         }
7540         rw_runlock(lock);
7541         return (rv);
7542 }
7543
7544 /*
7545  *      pmap_page_wired_mappings:
7546  *
7547  *      Return the number of managed mappings to the given physical page
7548  *      that are wired.
7549  */
7550 int
7551 pmap_page_wired_mappings(vm_page_t m)
7552 {
7553         struct rwlock *lock;
7554         struct md_page *pvh;
7555         pmap_t pmap;
7556         pt_entry_t *pte;
7557         pv_entry_t pv;
7558         int count, md_gen, pvh_gen;
7559
7560         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
7561                 return (0);
7562         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
7563         rw_rlock(lock);
7564 restart:
7565         count = 0;
7566         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
7567                 pmap = PV_PMAP(pv);
7568                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
7569                         md_gen = m->md.pv_gen;
7570                         rw_runlock(lock);
7571                         PMAP_LOCK(pmap);
7572                         rw_rlock(lock);
7573                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
7574                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7575                                 goto restart;
7576                         }
7577                 }
7578                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va);
7579                 if ((*pte & PG_W) != 0)
7580                         count++;
7581                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7582         }
7583         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
7584                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
7585                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
7586                         pmap = PV_PMAP(pv);
7587                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
7588                                 md_gen = m->md.pv_gen;
7589                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
7590                                 rw_runlock(lock);
7591                                 PMAP_LOCK(pmap);
7592                                 rw_rlock(lock);
7593                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
7594                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
7595                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
7596                                         goto restart;
7597                                 }
7598                         }
7599                         pte = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
7600                         if ((*pte & PG_W) != 0)
7601                                 count++;
7602                         PMAP_UNLOCK(pmap);
7603                 }
7604         }
7605         rw_runlock(lock);
7606         return (count);
7607 }
7608
7609 /*
7610  * Returns TRUE if the given page is mapped individually or as part of
7611  * a 2mpage.  Otherwise, returns FALSE.
7612  */
7613 boolean_t
7614 pmap_page_is_mapped(vm_page_t m)
7615 {
7616         struct rwlock *lock;
7617         boolean_t rv;
7618
7619         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
7620                 return (FALSE);
7621         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
7622         rw_rlock(lock);
7623         rv = !TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) ||
7624             ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
7625             !TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m))->pv_list));
7626         rw_runlock(lock);
7627         return (rv);
7628 }
7629
7630 /*
7631  * Destroy all managed, non-wired mappings in the given user-space
7632  * pmap.  This pmap cannot be active on any processor besides the
7633  * caller.
7634  *
7635  * This function cannot be applied to the kernel pmap.  Moreover, it
7636  * is not intended for general use.  It is only to be used during
7637  * process termination.  Consequently, it can be implemented in ways
7638  * that make it faster than pmap_remove().  First, it can more quickly
7639  * destroy mappings by iterating over the pmap's collection of PV
7640  * entries, rather than searching the page table.  Second, it doesn't
7641  * have to test and clear the page table entries atomically, because
7642  * no processor is currently accessing the user address space.  In
7643  * particular, a page table entry's dirty bit won't change state once
7644  * this function starts.
7645  *
7646  * Although this function destroys all of the pmap's managed,
7647  * non-wired mappings, it can delay and batch the invalidation of TLB
7648  * entries without calling pmap_delayed_invl_start() and
7649  * pmap_delayed_invl_finish().  Because the pmap is not active on
7650  * any other processor, none of these TLB entries will ever be used
7651  * before their eventual invalidation.  Consequently, there is no need
7652  * for either pmap_remove_all() or pmap_remove_write() to wait for
7653  * that eventual TLB invalidation.
7654  */
7655 void
7656 pmap_remove_pages(pmap_t pmap)
7657 {
7658         pd_entry_t ptepde;
7659         pt_entry_t *pte, tpte;
7660         pt_entry_t PG_M, PG_RW, PG_V;
7661         struct spglist free;
7662         struct pv_chunklist free_chunks[PMAP_MEMDOM];
7663         vm_page_t m, mpte, mt;
7664         pv_entry_t pv;
7665         struct md_page *pvh;
7666         struct pv_chunk *pc, *npc;
7667         struct rwlock *lock;
7668         int64_t bit;
7669         uint64_t inuse, bitmask;
7670         int allfree, field, freed, i, idx;
7671         boolean_t superpage;
7672         vm_paddr_t pa;
7673
7674         /*
7675          * Assert that the given pmap is only active on the current
7676          * CPU.  Unfortunately, we cannot block another CPU from
7677          * activating the pmap while this function is executing.
7678          */
7679         KASSERT(pmap == PCPU_GET(curpmap), ("non-current pmap %p", pmap));
7680 #ifdef INVARIANTS
7681         {
7682                 cpuset_t other_cpus;
7683
7684                 other_cpus = all_cpus;
7685                 critical_enter();
7686                 CPU_CLR(PCPU_GET(cpuid), &other_cpus);
7687                 CPU_AND(&other_cpus, &pmap->pm_active);
7688                 critical_exit();
7689                 KASSERT(CPU_EMPTY(&other_cpus), ("pmap active %p", pmap));
7690         }
7691 #endif
7692
7693         lock = NULL;
7694         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7695         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7696         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7697
7698         for (i = 0; i < PMAP_MEMDOM; i++)
7699                 TAILQ_INIT(&free_chunks[i]);
7700         SLIST_INIT(&free);
7701         PMAP_LOCK(pmap);
7702         TAILQ_FOREACH_SAFE(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list, npc) {
7703                 allfree = 1;
7704                 freed = 0;
7705                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
7706                         inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
7707                         while (inuse != 0) {
7708                                 bit = bsfq(inuse);
7709                                 bitmask = 1UL << bit;
7710                                 idx = field * 64 + bit;
7711                                 pv = &pc->pc_pventry[idx];
7712                                 inuse &= ~bitmask;
7713
7714                                 pte = pmap_pdpe(pmap, pv->pv_va);
7715                                 ptepde = *pte;
7716                                 pte = pmap_pdpe_to_pde(pte, pv->pv_va);
7717                                 tpte = *pte;
7718                                 if ((tpte & (PG_PS | PG_V)) == PG_V) {
7719                                         superpage = FALSE;
7720                                         ptepde = tpte;
7721                                         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(tpte &
7722                                             PG_FRAME);
7723                                         pte = &pte[pmap_pte_index(pv->pv_va)];
7724                                         tpte = *pte;
7725                                 } else {
7726                                         /*
7727                                          * Keep track whether 'tpte' is a
7728                                          * superpage explicitly instead of
7729                                          * relying on PG_PS being set.
7730                                          *
7731                                          * This is because PG_PS is numerically
7732                                          * identical to PG_PTE_PAT and thus a
7733                                          * regular page could be mistaken for
7734                                          * a superpage.
7735                                          */
7736                                         superpage = TRUE;
7737                                 }
7738
7739                                 if ((tpte & PG_V) == 0) {
7740                                         panic("bad pte va %lx pte %lx",
7741                                             pv->pv_va, tpte);
7742                                 }
7743
7744 /*
7745  * We cannot remove wired pages from a process' mapping at this time
7746  */
7747                                 if (tpte & PG_W) {
7748                                         allfree = 0;
7749                                         continue;
7750                                 }
7751
7752                                 if (superpage)
7753                                         pa = tpte & PG_PS_FRAME;
7754                                 else
7755                                         pa = tpte & PG_FRAME;
7756
7757                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
7758                                 KASSERT(m->phys_addr == pa,
7759                                     ("vm_page_t %p phys_addr mismatch %016jx %016jx",
7760                                     m, (uintmax_t)m->phys_addr,
7761                                     (uintmax_t)tpte));
7762
7763                                 KASSERT((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
7764                                     m < &vm_page_array[vm_page_array_size],
7765                                     ("pmap_remove_pages: bad tpte %#jx",
7766                                     (uintmax_t)tpte));
7767
7768                                 pte_clear(pte);
7769
7770                                 /*
7771                                  * Update the vm_page_t clean/reference bits.
7772                                  */
7773                                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
7774                                         if (superpage) {
7775                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
7776                                                         vm_page_dirty(mt);
7777                                         } else
7778                                                 vm_page_dirty(m);
7779                                 }
7780
7781                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(&lock, m);
7782
7783                                 /* Mark free */
7784                                 pc->pc_map[field] |= bitmask;
7785                                 if (superpage) {
7786                                         pmap_resident_count_dec(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
7787                                         pvh = pa_to_pvh(tpte & PG_PS_FRAME);
7788                                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
7789                                         pvh->pv_gen++;
7790                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
7791                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
7792                                                         if ((mt->a.flags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
7793                                                             TAILQ_EMPTY(&mt->md.pv_list))
7794                                                                 vm_page_aflag_clear(mt, PGA_WRITEABLE);
7795                                         }
7796                                         mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, pv->pv_va);
7797                                         if (mpte != NULL) {
7798                                                 KASSERT(mpte->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
7799                                                     ("pmap_remove_pages: pte page not promoted"));
7800                                                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
7801                                                 KASSERT(mpte->ref_count == NPTEPG,
7802                                                     ("pmap_remove_pages: pte page reference count error"));
7803                                                 mpte->ref_count = 0;
7804                                                 pmap_add_delayed_free_list(mpte, &free, FALSE);
7805                                         }
7806                                 } else {
7807                                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
7808                                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
7809                                         m->md.pv_gen++;
7810                                         if ((m->a.flags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
7811                                             TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
7812                                             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
7813                                                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
7814                                                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
7815                                                         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
7816                                         }
7817                                 }
7818                                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, ptepde, &free);
7819                                 freed++;
7820                         }
7821                 }
7822                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
7823                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
7824                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
7825                 if (allfree) {
7826                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
7827                         TAILQ_INSERT_TAIL(&free_chunks[pc_to_domain(pc)], pc, pc_list);
7828                 }
7829         }
7830         if (lock != NULL)
7831                 rw_wunlock(lock);
7832         pmap_invalidate_all(pmap);
7833         pmap_pkru_deassign_all(pmap);
7834         free_pv_chunk_batch((struct pv_chunklist *)&free_chunks);
7835         PMAP_UNLOCK(pmap);
7836         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
7837 }
7838
7839 static boolean_t
7840 pmap_page_test_mappings(vm_page_t m, boolean_t accessed, boolean_t modified)
7841 {
7842         struct rwlock *lock;
7843         pv_entry_t pv;
7844         struct md_page *pvh;
7845         pt_entry_t *pte, mask;
7846         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
7847         pmap_t pmap;
7848         int md_gen, pvh_gen;
7849         boolean_t rv;
7850
7851         rv = FALSE;
7852         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
7853         rw_rlock(lock);
7854 restart:
7855         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
7856                 pmap = PV_PMAP(pv);
7857                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
7858                         md_gen = m->md.pv_gen;
7859                         rw_runlock(lock);
7860                         PMAP_LOCK(pmap);
7861                         rw_rlock(lock);
7862                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
7863                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7864                                 goto restart;
7865                         }
7866                 }
7867                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va);
7868                 mask = 0;
7869                 if (modified) {
7870                         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7871                         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7872                         mask |= PG_RW | PG_M;
7873                 }
7874                 if (accessed) {
7875                         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
7876                         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7877                         mask |= PG_V | PG_A;
7878                 }
7879                 rv = (*pte & mask) == mask;
7880                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7881                 if (rv)
7882                         goto out;
7883         }
7884         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
7885                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
7886                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
7887                         pmap = PV_PMAP(pv);
7888                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
7889                                 md_gen = m->md.pv_gen;
7890                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
7891                                 rw_runlock(lock);
7892                                 PMAP_LOCK(pmap);
7893                                 rw_rlock(lock);
7894                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
7895                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
7896                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
7897                                         goto restart;
7898                                 }
7899                         }
7900                         pte = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
7901                         mask = 0;
7902                         if (modified) {
7903                                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7904                                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7905                                 mask |= PG_RW | PG_M;
7906                         }
7907                         if (accessed) {
7908                                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
7909                                 PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7910                                 mask |= PG_V | PG_A;
7911                         }
7912                         rv = (*pte & mask) == mask;
7913                         PMAP_UNLOCK(pmap);
7914                         if (rv)
7915                                 goto out;
7916                 }
7917         }
7918 out:
7919         rw_runlock(lock);
7920         return (rv);
7921 }
7922
7923 /*
7924  *      pmap_is_modified:
7925  *
7926  *      Return whether or not the specified physical page was modified
7927  *      in any physical maps.
7928  */
7929 boolean_t
7930 pmap_is_modified(vm_page_t m)
7931 {
7932
7933         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
7934             ("pmap_is_modified: page %p is not managed", m));
7935
7936         /*
7937          * If the page is not busied then this check is racy.
7938          */
7939         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
7940                 return (FALSE);
7941         return (pmap_page_test_mappings(m, FALSE, TRUE));
7942 }
7943
7944 /*
7945  *      pmap_is_prefaultable:
7946  *
7947  *      Return whether or not the specified virtual address is eligible
7948  *      for prefault.
7949  */
7950 boolean_t
7951 pmap_is_prefaultable(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
7952 {
7953         pd_entry_t *pde;
7954         pt_entry_t *pte, PG_V;
7955         boolean_t rv;
7956
7957         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7958         rv = FALSE;
7959         PMAP_LOCK(pmap);
7960         pde = pmap_pde(pmap, addr);
7961         if (pde != NULL && (*pde & (PG_PS | PG_V)) == PG_V) {
7962                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, addr);
7963                 rv = (*pte & PG_V) == 0;
7964         }
7965         PMAP_UNLOCK(pmap);
7966         return (rv);
7967 }
7968
7969 /*
7970  *      pmap_is_referenced:
7971  *
7972  *      Return whether or not the specified physical page was referenced
7973  *      in any physical maps.
7974  */
7975 boolean_t
7976 pmap_is_referenced(vm_page_t m)
7977 {
7978
7979         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
7980             ("pmap_is_referenced: page %p is not managed", m));
7981         return (pmap_page_test_mappings(m, TRUE, FALSE));
7982 }
7983
7984 /*
7985  * Clear the write and modified bits in each of the given page's mappings.
7986  */
7987 void
7988 pmap_remove_write(vm_page_t m)
7989 {
7990         struct md_page *pvh;
7991         pmap_t pmap;
7992         struct rwlock *lock;
7993         pv_entry_t next_pv, pv;
7994         pd_entry_t *pde;
7995         pt_entry_t oldpte, *pte, PG_M, PG_RW;
7996         vm_offset_t va;
7997         int pvh_gen, md_gen;
7998
7999         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
8000             ("pmap_remove_write: page %p is not managed", m));
8001
8002         vm_page_assert_busied(m);
8003         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
8004                 return;
8005
8006         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
8007         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
8008             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
8009 retry_pv_loop:
8010         rw_wlock(lock);
8011         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
8012                 pmap = PV_PMAP(pv);
8013                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
8014                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
8015                         rw_wunlock(lock);
8016                         PMAP_LOCK(pmap);
8017                         rw_wlock(lock);
8018                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
8019                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8020                                 rw_wunlock(lock);
8021                                 goto retry_pv_loop;
8022                         }
8023                 }
8024                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8025                 va = pv->pv_va;
8026                 pde = pmap_pde(pmap, va);
8027                 if ((*pde & PG_RW) != 0)
8028                         (void)pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
8029                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
8030                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
8031                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
8032                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8033         }
8034         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
8035                 pmap = PV_PMAP(pv);
8036                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
8037                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
8038                         md_gen = m->md.pv_gen;
8039                         rw_wunlock(lock);
8040                         PMAP_LOCK(pmap);
8041                         rw_wlock(lock);
8042                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen ||
8043                             md_gen != m->md.pv_gen) {
8044                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8045                                 rw_wunlock(lock);
8046                                 goto retry_pv_loop;
8047                         }
8048                 }
8049                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
8050                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8051                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
8052                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0,
8053                     ("pmap_remove_write: found a 2mpage in page %p's pv list",
8054                     m));
8055                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
8056 retry:
8057                 oldpte = *pte;
8058                 if (oldpte & PG_RW) {
8059                         if (!atomic_cmpset_long(pte, oldpte, oldpte &
8060                             ~(PG_RW | PG_M)))
8061                                 goto retry;
8062                         if ((oldpte & PG_M) != 0)
8063                                 vm_page_dirty(m);
8064                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
8065                 }
8066                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8067         }
8068         rw_wunlock(lock);
8069         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
8070         pmap_delayed_invl_wait(m);
8071 }
8072
8073 static __inline boolean_t
8074 safe_to_clear_referenced(pmap_t pmap, pt_entry_t pte)
8075 {
8076
8077         if (!pmap_emulate_ad_bits(pmap))
8078                 return (TRUE);
8079
8080         KASSERT(pmap->pm_type == PT_EPT, ("invalid pm_type %d", pmap->pm_type));
8081
8082         /*
8083          * XWR = 010 or 110 will cause an unconditional EPT misconfiguration
8084          * so we don't let the referenced (aka EPT_PG_READ) bit to be cleared
8085          * if the EPT_PG_WRITE bit is set.
8086          */
8087         if ((pte & EPT_PG_WRITE) != 0)
8088                 return (FALSE);
8089
8090         /*
8091          * XWR = 100 is allowed only if the PMAP_SUPPORTS_EXEC_ONLY is set.
8092          */
8093         if ((pte & EPT_PG_EXECUTE) == 0 ||
8094             ((pmap->pm_flags & PMAP_SUPPORTS_EXEC_ONLY) != 0))
8095                 return (TRUE);
8096         else
8097                 return (FALSE);
8098 }
8099
8100 /*
8101  *      pmap_ts_referenced:
8102  *
8103  *      Return a count of reference bits for a page, clearing those bits.
8104  *      It is not necessary for every reference bit to be cleared, but it
8105  *      is necessary that 0 only be returned when there are truly no
8106  *      reference bits set.
8107  *
8108  *      As an optimization, update the page's dirty field if a modified bit is
8109  *      found while counting reference bits.  This opportunistic update can be
8110  *      performed at low cost and can eliminate the need for some future calls
8111  *      to pmap_is_modified().  However, since this function stops after
8112  *      finding PMAP_TS_REFERENCED_MAX reference bits, it may not detect some
8113  *      dirty pages.  Those dirty pages will only be detected by a future call
8114  *      to pmap_is_modified().
8115  *
8116  *      A DI block is not needed within this function, because
8117  *      invalidations are performed before the PV list lock is
8118  *      released.
8119  */
8120 int
8121 pmap_ts_referenced(vm_page_t m)
8122 {
8123         struct md_page *pvh;
8124         pv_entry_t pv, pvf;
8125         pmap_t pmap;
8126         struct rwlock *lock;
8127         pd_entry_t oldpde, *pde;
8128         pt_entry_t *pte, PG_A, PG_M, PG_RW;
8129         vm_offset_t va;
8130         vm_paddr_t pa;
8131         int cleared, md_gen, not_cleared, pvh_gen;
8132         struct spglist free;
8133         boolean_t demoted;
8134
8135         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
8136             ("pmap_ts_referenced: page %p is not managed", m));
8137         SLIST_INIT(&free);
8138         cleared = 0;
8139         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
8140         lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);
8141         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy : pa_to_pvh(pa);
8142         rw_wlock(lock);
8143 retry:
8144         not_cleared = 0;
8145         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) == NULL)
8146                 goto small_mappings;
8147         pv = pvf;
8148         do {
8149                 if (pvf == NULL)
8150                         pvf = pv;
8151                 pmap = PV_PMAP(pv);
8152                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
8153                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
8154                         rw_wunlock(lock);
8155                         PMAP_LOCK(pmap);
8156                         rw_wlock(lock);
8157                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
8158                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8159                                 goto retry;
8160                         }
8161                 }
8162                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
8163                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
8164                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8165                 va = pv->pv_va;
8166                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
8167                 oldpde = *pde;
8168                 if ((oldpde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
8169                         /*
8170                          * Although "oldpde" is mapping a 2MB page, because
8171                          * this function is called at a 4KB page granularity,
8172                          * we only update the 4KB page under test.
8173                          */
8174                         vm_page_dirty(m);
8175                 }
8176                 if ((oldpde & PG_A) != 0) {
8177                         /*
8178                          * Since this reference bit is shared by 512 4KB
8179                          * pages, it should not be cleared every time it is
8180                          * tested.  Apply a simple "hash" function on the
8181                          * physical page number, the virtual superpage number,
8182                          * and the pmap address to select one 4KB page out of
8183                          * the 512 on which testing the reference bit will
8184                          * result in clearing that reference bit.  This
8185                          * function is designed to avoid the selection of the
8186                          * same 4KB page for every 2MB page mapping.
8187                          *
8188                          * On demotion, a mapping that hasn't been referenced
8189                          * is simply destroyed.  To avoid the possibility of a
8190                          * subsequent page fault on a demoted wired mapping,
8191                          * always leave its reference bit set.  Moreover,
8192                          * since the superpage is wired, the current state of
8193                          * its reference bit won't affect page replacement.
8194                          */
8195                         if ((((pa >> PAGE_SHIFT) ^ (pv->pv_va >> PDRSHIFT) ^
8196                             (uintptr_t)pmap) & (NPTEPG - 1)) == 0 &&
8197                             (oldpde & PG_W) == 0) {
8198                                 if (safe_to_clear_referenced(pmap, oldpde)) {
8199                                         atomic_clear_long(pde, PG_A);
8200                                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
8201                                         demoted = FALSE;
8202                                 } else if (pmap_demote_pde_locked(pmap, pde,
8203                                     pv->pv_va, &lock)) {
8204                                         /*
8205                                          * Remove the mapping to a single page
8206                                          * so that a subsequent access may
8207                                          * repromote.  Since the underlying
8208                                          * page table page is fully populated,
8209                                          * this removal never frees a page
8210                                          * table page.
8211                                          */
8212                                         demoted = TRUE;
8213                                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde &
8214                                             PG_PS_FRAME);
8215                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
8216                                         pmap_remove_pte(pmap, pte, va, *pde,
8217                                             NULL, &lock);
8218                                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
8219                                 } else
8220                                         demoted = TRUE;
8221
8222                                 if (demoted) {
8223                                         /*
8224                                          * The superpage mapping was removed
8225                                          * entirely and therefore 'pv' is no
8226                                          * longer valid.
8227                                          */
8228                                         if (pvf == pv)
8229                                                 pvf = NULL;
8230                                         pv = NULL;
8231                                 }
8232                                 cleared++;
8233                                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
8234                                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
8235                                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
8236                         } else
8237                                 not_cleared++;
8238                 }
8239                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8240                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
8241                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
8242                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
8243                         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
8244                         pvh->pv_gen++;
8245                 }
8246                 if (cleared + not_cleared >= PMAP_TS_REFERENCED_MAX)
8247                         goto out;
8248         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != pvf);
8249 small_mappings:
8250         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) == NULL)
8251                 goto out;
8252         pv = pvf;
8253         do {
8254                 if (pvf == NULL)
8255                         pvf = pv;
8256                 pmap = PV_PMAP(pv);
8257                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
8258                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
8259                         md_gen = m->md.pv_gen;
8260                         rw_wunlock(lock);
8261                         PMAP_LOCK(pmap);
8262                         rw_wlock(lock);
8263                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
8264                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8265                                 goto retry;
8266                         }
8267                 }
8268                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
8269                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
8270                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8271                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
8272                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0,
8273                     ("pmap_ts_referenced: found a 2mpage in page %p's pv list",
8274                     m));
8275                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
8276                 if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
8277                         vm_page_dirty(m);
8278                 if ((*pte & PG_A) != 0) {
8279                         if (safe_to_clear_referenced(pmap, *pte)) {
8280                                 atomic_clear_long(pte, PG_A);
8281                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
8282                                 cleared++;
8283                         } else if ((*pte & PG_W) == 0) {
8284                                 /*
8285                                  * Wired pages cannot be paged out so
8286                                  * doing accessed bit emulation for
8287                                  * them is wasted effort. We do the
8288                                  * hard work for unwired pages only.
8289                                  */
8290                                 pmap_remove_pte(pmap, pte, pv->pv_va,
8291                                     *pde, &free, &lock);
8292                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
8293                                 cleared++;
8294                                 if (pvf == pv)
8295                                         pvf = NULL;
8296                                 pv = NULL;
8297                                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
8298                                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
8299                                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
8300                         } else
8301                                 not_cleared++;
8302                 }
8303                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8304                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
8305                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
8306                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
8307                         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
8308                         m->md.pv_gen++;
8309                 }
8310         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != pvf && cleared +
8311             not_cleared < PMAP_TS_REFERENCED_MAX);
8312 out:
8313         rw_wunlock(lock);
8314         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
8315         return (cleared + not_cleared);
8316 }
8317
8318 /*
8319  *      Apply the given advice to the specified range of addresses within the
8320  *      given pmap.  Depending on the advice, clear the referenced and/or
8321  *      modified flags in each mapping and set the mapped page's dirty field.
8322  */
8323 void
8324 pmap_advise(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, int advice)
8325 {
8326         struct rwlock *lock;
8327         pml4_entry_t *pml4e;
8328         pdp_entry_t *pdpe;
8329         pd_entry_t oldpde, *pde;
8330         pt_entry_t *pte, PG_A, PG_G, PG_M, PG_RW, PG_V;
8331         vm_offset_t va, va_next;
8332         vm_page_t m;
8333         bool anychanged;
8334
8335         if (advice != MADV_DONTNEED && advice != MADV_FREE)
8336                 return;
8337
8338         /*
8339          * A/D bit emulation requires an alternate code path when clearing
8340          * the modified and accessed bits below. Since this function is
8341          * advisory in nature we skip it entirely for pmaps that require
8342          * A/D bit emulation.
8343          */
8344         if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
8345                 return;
8346
8347         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
8348         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
8349         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
8350         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
8351         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8352         anychanged = false;
8353         pmap_delayed_invl_start();
8354         PMAP_LOCK(pmap);
8355         for (; sva < eva; sva = va_next) {
8356                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
8357                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
8358                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
8359                         if (va_next < sva)
8360                                 va_next = eva;
8361                         continue;
8362                 }
8363                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
8364                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
8365                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
8366                         if (va_next < sva)
8367                                 va_next = eva;
8368                         continue;
8369                 }
8370                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
8371                 if (va_next < sva)
8372                         va_next = eva;
8373                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
8374                 oldpde = *pde;
8375                 if ((oldpde & PG_V) == 0)
8376                         continue;
8377                 else if ((oldpde & PG_PS) != 0) {
8378                         if ((oldpde & PG_MANAGED) == 0)
8379                                 continue;
8380                         lock = NULL;
8381                         if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, sva, &lock)) {
8382                                 if (lock != NULL)
8383                                         rw_wunlock(lock);
8384
8385                                 /*
8386                                  * The large page mapping was destroyed.
8387                                  */
8388                                 continue;
8389                         }
8390
8391                         /*
8392                          * Unless the page mappings are wired, remove the
8393                          * mapping to a single page so that a subsequent
8394                          * access may repromote.  Choosing the last page
8395                          * within the address range [sva, min(va_next, eva))
8396                          * generally results in more repromotions.  Since the
8397                          * underlying page table page is fully populated, this
8398                          * removal never frees a page table page.
8399                          */
8400                         if ((oldpde & PG_W) == 0) {
8401                                 va = eva;
8402                                 if (va > va_next)
8403                                         va = va_next;
8404                                 va -= PAGE_SIZE;
8405                                 KASSERT(va >= sva,
8406                                     ("pmap_advise: no address gap"));
8407                                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
8408                                 KASSERT((*pte & PG_V) != 0,
8409                                     ("pmap_advise: invalid PTE"));
8410                                 pmap_remove_pte(pmap, pte, va, *pde, NULL,
8411                                     &lock);
8412                                 anychanged = true;
8413                         }
8414                         if (lock != NULL)
8415                                 rw_wunlock(lock);
8416                 }
8417                 if (va_next > eva)
8418                         va_next = eva;
8419                 va = va_next;
8420                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
8421                     sva += PAGE_SIZE) {
8422                         if ((*pte & (PG_MANAGED | PG_V)) != (PG_MANAGED | PG_V))
8423                                 goto maybe_invlrng;
8424                         else if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
8425                                 if (advice == MADV_DONTNEED) {
8426                                         /*
8427                                          * Future calls to pmap_is_modified()
8428                                          * can be avoided by making the page
8429                                          * dirty now.
8430                                          */
8431                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pte & PG_FRAME);
8432                                         vm_page_dirty(m);
8433                                 }
8434                                 atomic_clear_long(pte, PG_M | PG_A);
8435                         } else if ((*pte & PG_A) != 0)
8436                                 atomic_clear_long(pte, PG_A);
8437                         else
8438                                 goto maybe_invlrng;
8439
8440                         if ((*pte & PG_G) != 0) {
8441                                 if (va == va_next)
8442                                         va = sva;
8443                         } else
8444                                 anychanged = true;
8445                         continue;
8446 maybe_invlrng:
8447                         if (va != va_next) {
8448                                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
8449                                 va = va_next;
8450                         }
8451                 }
8452                 if (va != va_next)
8453                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
8454         }
8455         if (anychanged)
8456                 pmap_invalidate_all(pmap);
8457         PMAP_UNLOCK(pmap);
8458         pmap_delayed_invl_finish();
8459 }
8460
8461 /*
8462  *      Clear the modify bits on the specified physical page.
8463  */
8464 void
8465 pmap_clear_modify(vm_page_t m)
8466 {
8467         struct md_page *pvh;
8468         pmap_t pmap;
8469         pv_entry_t next_pv, pv;
8470         pd_entry_t oldpde, *pde;
8471         pt_entry_t *pte, PG_M, PG_RW;
8472         struct rwlock *lock;
8473         vm_offset_t va;
8474         int md_gen, pvh_gen;
8475
8476         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
8477             ("pmap_clear_modify: page %p is not managed", m));
8478         vm_page_assert_busied(m);
8479
8480         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
8481                 return;
8482         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
8483             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
8484         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
8485         rw_wlock(lock);
8486 restart:
8487         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
8488                 pmap = PV_PMAP(pv);
8489                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
8490                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
8491                         rw_wunlock(lock);
8492                         PMAP_LOCK(pmap);
8493                         rw_wlock(lock);
8494                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
8495                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8496                                 goto restart;
8497                         }
8498                 }
8499                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
8500                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8501                 va = pv->pv_va;
8502                 pde = pmap_pde(pmap, va);
8503                 oldpde = *pde;
8504                 /* If oldpde has PG_RW set, then it also has PG_M set. */
8505                 if ((oldpde & PG_RW) != 0 &&
8506                     pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock) &&
8507                     (oldpde & PG_W) == 0) {
8508                         /*
8509                          * Write protect the mapping to a single page so that
8510                          * a subsequent write access may repromote.
8511                          */
8512                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde & PG_PS_FRAME);
8513                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
8514                         atomic_clear_long(pte, PG_M | PG_RW);
8515                         vm_page_dirty(m);
8516                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
8517                 }
8518                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8519         }
8520         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
8521                 pmap = PV_PMAP(pv);
8522                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
8523                         md_gen = m->md.pv_gen;
8524                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
8525                         rw_wunlock(lock);
8526                         PMAP_LOCK(pmap);
8527                         rw_wlock(lock);
8528                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
8529                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8530                                 goto restart;
8531                         }
8532                 }
8533                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
8534                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8535                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
8536                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_clear_modify: found"
8537                     " a 2mpage in page %p's pv list", m));
8538                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
8539                 if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
8540                         atomic_clear_long(pte, PG_M);
8541                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
8542                 }
8543                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8544         }
8545         rw_wunlock(lock);
8546 }
8547
8548 /*
8549  * Miscellaneous support routines follow
8550  */
8551
8552 /* Adjust the properties for a leaf page table entry. */
8553 static __inline void
8554 pmap_pte_props(pt_entry_t *pte, u_long bits, u_long mask)
8555 {
8556         u_long opte, npte;
8557
8558         opte = *(u_long *)pte;
8559         do {
8560                 npte = opte & ~mask;
8561                 npte |= bits;
8562         } while (npte != opte && !atomic_fcmpset_long((u_long *)pte, &opte,
8563             npte));
8564 }
8565
8566 /*
8567  * Map a set of physical memory pages into the kernel virtual
8568  * address space. Return a pointer to where it is mapped. This
8569  * routine is intended to be used for mapping device memory,
8570  * NOT real memory.
8571  */
8572 static void *
8573 pmap_mapdev_internal(vm_paddr_t pa, vm_size_t size, int mode, int flags)
8574 {
8575         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
8576         vm_offset_t va, offset;
8577         vm_size_t tmpsize;
8578         int i;
8579
8580         offset = pa & PAGE_MASK;
8581         size = round_page(offset + size);
8582         pa = trunc_page(pa);
8583
8584         if (!pmap_initialized) {
8585                 va = 0;
8586                 for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
8587                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
8588                         if (ppim->va == 0) {
8589                                 ppim->pa = pa;
8590                                 ppim->sz = size;
8591                                 ppim->mode = mode;
8592                                 ppim->va = virtual_avail;
8593                                 virtual_avail += size;
8594                                 va = ppim->va;
8595                                 break;
8596                         }
8597                 }
8598                 if (va == 0)
8599                         panic("%s: too many preinit mappings", __func__);
8600         } else {
8601                 /*
8602                  * If we have a preinit mapping, re-use it.
8603                  */
8604                 for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
8605                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
8606                         if (ppim->pa == pa && ppim->sz == size &&
8607                             (ppim->mode == mode ||
8608                             (flags & MAPDEV_SETATTR) == 0))
8609                                 return ((void *)(ppim->va + offset));
8610                 }
8611                 /*
8612                  * If the specified range of physical addresses fits within
8613                  * the direct map window, use the direct map.
8614                  */
8615                 if (pa < dmaplimit && pa + size <= dmaplimit) {
8616                         va = PHYS_TO_DMAP(pa);
8617                         if ((flags & MAPDEV_SETATTR) != 0) {
8618                                 PMAP_LOCK(kernel_pmap);
8619                                 i = pmap_change_props_locked(va, size,
8620                                     PROT_NONE, mode, flags);
8621                                 PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
8622                         } else
8623                                 i = 0;
8624                         if (!i)
8625                                 return ((void *)(va + offset));
8626                 }
8627                 va = kva_alloc(size);
8628                 if (va == 0)
8629                         panic("%s: Couldn't allocate KVA", __func__);
8630         }
8631         for (tmpsize = 0; tmpsize < size; tmpsize += PAGE_SIZE)
8632                 pmap_kenter_attr(va + tmpsize, pa + tmpsize, mode);
8633         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, va, va + tmpsize);
8634         if ((flags & MAPDEV_FLUSHCACHE) != 0)
8635                 pmap_invalidate_cache_range(va, va + tmpsize);
8636         return ((void *)(va + offset));
8637 }
8638
8639 void *
8640 pmap_mapdev_attr(vm_paddr_t pa, vm_size_t size, int mode)
8641 {
8642
8643         return (pmap_mapdev_internal(pa, size, mode, MAPDEV_FLUSHCACHE |
8644             MAPDEV_SETATTR));
8645 }
8646
8647 void *
8648 pmap_mapdev(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
8649 {
8650
8651         return (pmap_mapdev_attr(pa, size, PAT_UNCACHEABLE));
8652 }
8653
8654 void *
8655 pmap_mapdev_pciecfg(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
8656 {
8657
8658         return (pmap_mapdev_internal(pa, size, PAT_UNCACHEABLE,
8659             MAPDEV_SETATTR));
8660 }
8661
8662 void *
8663 pmap_mapbios(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
8664 {
8665
8666         return (pmap_mapdev_internal(pa, size, PAT_WRITE_BACK,
8667             MAPDEV_FLUSHCACHE));
8668 }
8669
8670 void
8671 pmap_unmapdev(vm_offset_t va, vm_size_t size)
8672 {
8673         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
8674         vm_offset_t offset;
8675         int i;
8676
8677         /* If we gave a direct map region in pmap_mapdev, do nothing */
8678         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS)
8679                 return;
8680         offset = va & PAGE_MASK;
8681         size = round_page(offset + size);
8682         va = trunc_page(va);
8683         for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
8684                 ppim = pmap_preinit_mapping + i;
8685                 if (ppim->va == va && ppim->sz == size) {
8686                         if (pmap_initialized)
8687                                 return;
8688                         ppim->pa = 0;
8689                         ppim->va = 0;
8690                         ppim->sz = 0;
8691                         ppim->mode = 0;
8692                         if (va + size == virtual_avail)
8693                                 virtual_avail = va;
8694                         return;
8695                 }
8696         }
8697         if (pmap_initialized) {
8698                 pmap_qremove(va, atop(size));
8699                 kva_free(va, size);
8700         }
8701 }
8702
8703 /*
8704  * Tries to demote a 1GB page mapping.
8705  */
8706 static boolean_t
8707 pmap_demote_pdpe(pmap_t pmap, pdp_entry_t *pdpe, vm_offset_t va)
8708 {
8709         pdp_entry_t newpdpe, oldpdpe;
8710         pd_entry_t *firstpde, newpde, *pde;
8711         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
8712         vm_paddr_t pdpgpa;
8713         vm_page_t pdpg;
8714
8715         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
8716         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
8717         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
8718         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8719
8720         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
8721         oldpdpe = *pdpe;
8722         KASSERT((oldpdpe & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V),
8723             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_PS and/or PG_V"));
8724         if ((pdpg = vm_page_alloc(NULL, va >> PDPSHIFT, VM_ALLOC_INTERRUPT |
8725             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED)) == NULL) {
8726                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pdpe: failure for va %#lx"
8727                     " in pmap %p", va, pmap);
8728                 return (FALSE);
8729         }
8730         pdpgpa = VM_PAGE_TO_PHYS(pdpg);
8731         firstpde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pdpgpa);
8732         newpdpe = pdpgpa | PG_M | PG_A | (oldpdpe & PG_U) | PG_RW | PG_V;
8733         KASSERT((oldpdpe & PG_A) != 0,
8734             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_A"));
8735         KASSERT((oldpdpe & (PG_M | PG_RW)) != PG_RW,
8736             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_M"));
8737         newpde = oldpdpe;
8738
8739         /*
8740          * Initialize the page directory page.
8741          */
8742         for (pde = firstpde; pde < firstpde + NPDEPG; pde++) {
8743                 *pde = newpde;
8744                 newpde += NBPDR;
8745         }
8746
8747         /*
8748          * Demote the mapping.
8749          */
8750         *pdpe = newpdpe;
8751
8752         /*
8753          * Invalidate a stale recursive mapping of the page directory page.
8754          */
8755         pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopde(va));
8756
8757         pmap_pdpe_demotions++;
8758         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pdpe: success for va %#lx"
8759             " in pmap %p", va, pmap);
8760         return (TRUE);
8761 }
8762
8763 /*
8764  * Sets the memory attribute for the specified page.
8765  */
8766 void
8767 pmap_page_set_memattr(vm_page_t m, vm_memattr_t ma)
8768 {
8769
8770         m->md.pat_mode = ma;
8771
8772         /*
8773          * If "m" is a normal page, update its direct mapping.  This update
8774          * can be relied upon to perform any cache operations that are
8775          * required for data coherence.
8776          */
8777         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
8778             pmap_change_attr(PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m)), PAGE_SIZE,
8779             m->md.pat_mode))
8780                 panic("memory attribute change on the direct map failed");
8781 }
8782
8783 /*
8784  * Changes the specified virtual address range's memory type to that given by
8785  * the parameter "mode".  The specified virtual address range must be
8786  * completely contained within either the direct map or the kernel map.  If
8787  * the virtual address range is contained within the kernel map, then the
8788  * memory type for each of the corresponding ranges of the direct map is also
8789  * changed.  (The corresponding ranges of the direct map are those ranges that
8790  * map the same physical pages as the specified virtual address range.)  These
8791  * changes to the direct map are necessary because Intel describes the
8792  * behavior of their processors as "undefined" if two or more mappings to the
8793  * same physical page have different memory types.
8794  *
8795  * Returns zero if the change completed successfully, and either EINVAL or
8796  * ENOMEM if the change failed.  Specifically, EINVAL is returned if some part
8797  * of the virtual address range was not mapped, and ENOMEM is returned if
8798  * there was insufficient memory available to complete the change.  In the
8799  * latter case, the memory type may have been changed on some part of the
8800  * virtual address range or the direct map.
8801  */
8802 int
8803 pmap_change_attr(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
8804 {
8805         int error;
8806
8807         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
8808         error = pmap_change_props_locked(va, size, PROT_NONE, mode,
8809             MAPDEV_FLUSHCACHE);
8810         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
8811         return (error);
8812 }
8813
8814 /*
8815  * Changes the specified virtual address range's protections to those
8816  * specified by "prot".  Like pmap_change_attr(), protections for aliases
8817  * in the direct map are updated as well.  Protections on aliasing mappings may
8818  * be a subset of the requested protections; for example, mappings in the direct
8819  * map are never executable.
8820  */
8821 int
8822 pmap_change_prot(vm_offset_t va, vm_size_t size, vm_prot_t prot)
8823 {
8824         int error;
8825
8826         /* Only supported within the kernel map. */
8827         if (va < VM_MIN_KERNEL_ADDRESS)
8828                 return (EINVAL);
8829
8830         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
8831         error = pmap_change_props_locked(va, size, prot, -1,
8832             MAPDEV_ASSERTVALID);
8833         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
8834         return (error);
8835 }
8836
8837 static int
8838 pmap_change_props_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size, vm_prot_t prot,
8839     int mode, int flags)
8840 {
8841         vm_offset_t base, offset, tmpva;
8842         vm_paddr_t pa_start, pa_end, pa_end1;
8843         pdp_entry_t *pdpe;
8844         pd_entry_t *pde, pde_bits, pde_mask;
8845         pt_entry_t *pte, pte_bits, pte_mask;
8846         int error;
8847         bool changed;
8848
8849         PMAP_LOCK_ASSERT(kernel_pmap, MA_OWNED);
8850         base = trunc_page(va);
8851         offset = va & PAGE_MASK;
8852         size = round_page(offset + size);
8853
8854         /*
8855          * Only supported on kernel virtual addresses, including the direct
8856          * map but excluding the recursive map.
8857          */
8858         if (base < DMAP_MIN_ADDRESS)
8859                 return (EINVAL);
8860
8861         /*
8862          * Construct our flag sets and masks.  "bits" is the subset of
8863          * "mask" that will be set in each modified PTE.
8864          *
8865          * Mappings in the direct map are never allowed to be executable.
8866          */
8867         pde_bits = pte_bits = 0;
8868         pde_mask = pte_mask = 0;
8869         if (mode != -1) {
8870                 pde_bits |= pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, true);
8871                 pde_mask |= X86_PG_PDE_CACHE;
8872                 pte_bits |= pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, false);
8873                 pte_mask |= X86_PG_PTE_CACHE;
8874         }
8875         if (prot != VM_PROT_NONE) {
8876                 if ((prot & VM_PROT_WRITE) != 0) {
8877                         pde_bits |= X86_PG_RW;
8878                         pte_bits |= X86_PG_RW;
8879                 }
8880                 if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0 ||
8881                     va < VM_MIN_KERNEL_ADDRESS) {
8882                         pde_bits |= pg_nx;
8883                         pte_bits |= pg_nx;
8884                 }
8885                 pde_mask |= X86_PG_RW | pg_nx;
8886                 pte_mask |= X86_PG_RW | pg_nx;
8887         }
8888
8889         /*
8890          * Pages that aren't mapped aren't supported.  Also break down 2MB pages
8891          * into 4KB pages if required.
8892          */
8893         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
8894                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, tmpva);
8895                 if (pdpe == NULL || *pdpe == 0) {
8896                         KASSERT((flags & MAPDEV_ASSERTVALID) == 0,
8897                             ("%s: addr %#lx is not mapped", __func__, tmpva));
8898                         return (EINVAL);
8899                 }
8900                 if (*pdpe & PG_PS) {
8901                         /*
8902                          * If the current 1GB page already has the required
8903                          * properties, then we need not demote this page.  Just
8904                          * increment tmpva to the next 1GB page frame.
8905                          */
8906                         if ((*pdpe & pde_mask) == pde_bits) {
8907                                 tmpva = trunc_1gpage(tmpva) + NBPDP;
8908                                 continue;
8909                         }
8910
8911                         /*
8912                          * If the current offset aligns with a 1GB page frame
8913                          * and there is at least 1GB left within the range, then
8914                          * we need not break down this page into 2MB pages.
8915                          */
8916                         if ((tmpva & PDPMASK) == 0 &&
8917                             tmpva + PDPMASK < base + size) {
8918                                 tmpva += NBPDP;
8919                                 continue;
8920                         }
8921                         if (!pmap_demote_pdpe(kernel_pmap, pdpe, tmpva))
8922                                 return (ENOMEM);
8923                 }
8924                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, tmpva);
8925                 if (*pde == 0) {
8926                         KASSERT((flags & MAPDEV_ASSERTVALID) == 0,
8927                             ("%s: addr %#lx is not mapped", __func__, tmpva));
8928                         return (EINVAL);
8929                 }
8930                 if (*pde & PG_PS) {
8931                         /*
8932                          * If the current 2MB page already has the required
8933                          * properties, then we need not demote this page.  Just
8934                          * increment tmpva to the next 2MB page frame.
8935                          */
8936                         if ((*pde & pde_mask) == pde_bits) {
8937                                 tmpva = trunc_2mpage(tmpva) + NBPDR;
8938                                 continue;
8939                         }
8940
8941                         /*
8942                          * If the current offset aligns with a 2MB page frame
8943                          * and there is at least 2MB left within the range, then
8944                          * we need not break down this page into 4KB pages.
8945                          */
8946                         if ((tmpva & PDRMASK) == 0 &&
8947                             tmpva + PDRMASK < base + size) {
8948                                 tmpva += NBPDR;
8949                                 continue;
8950                         }
8951                         if (!pmap_demote_pde(kernel_pmap, pde, tmpva))
8952                                 return (ENOMEM);
8953                 }
8954                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, tmpva);
8955                 if (*pte == 0) {
8956                         KASSERT((flags & MAPDEV_ASSERTVALID) == 0,
8957                             ("%s: addr %#lx is not mapped", __func__, tmpva));
8958                         return (EINVAL);
8959                 }
8960                 tmpva += PAGE_SIZE;
8961         }
8962         error = 0;
8963
8964         /*
8965          * Ok, all the pages exist, so run through them updating their
8966          * properties if required.
8967          */
8968         changed = false;
8969         pa_start = pa_end = 0;
8970         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
8971                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, tmpva);
8972                 if (*pdpe & PG_PS) {
8973                         if ((*pdpe & pde_mask) != pde_bits) {
8974                                 pmap_pte_props(pdpe, pde_bits, pde_mask);
8975                                 changed = true;
8976                         }
8977                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS &&
8978                             (*pdpe & PG_PS_FRAME) < dmaplimit) {
8979                                 if (pa_start == pa_end) {
8980                                         /* Start physical address run. */
8981                                         pa_start = *pdpe & PG_PS_FRAME;
8982                                         pa_end = pa_start + NBPDP;
8983                                 } else if (pa_end == (*pdpe & PG_PS_FRAME))
8984                                         pa_end += NBPDP;
8985                                 else {
8986                                         /* Run ended, update direct map. */
8987                                         error = pmap_change_props_locked(
8988                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
8989                                             pa_end - pa_start, prot, mode,
8990                                             flags);
8991                                         if (error != 0)
8992                                                 break;
8993                                         /* Start physical address run. */
8994                                         pa_start = *pdpe & PG_PS_FRAME;
8995                                         pa_end = pa_start + NBPDP;
8996                                 }
8997                         }
8998                         tmpva = trunc_1gpage(tmpva) + NBPDP;
8999                         continue;
9000                 }
9001                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, tmpva);
9002                 if (*pde & PG_PS) {
9003                         if ((*pde & pde_mask) != pde_bits) {
9004                                 pmap_pte_props(pde, pde_bits, pde_mask);
9005                                 changed = true;
9006                         }
9007                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS &&
9008                             (*pde & PG_PS_FRAME) < dmaplimit) {
9009                                 if (pa_start == pa_end) {
9010                                         /* Start physical address run. */
9011                                         pa_start = *pde & PG_PS_FRAME;
9012                                         pa_end = pa_start + NBPDR;
9013                                 } else if (pa_end == (*pde & PG_PS_FRAME))
9014                                         pa_end += NBPDR;
9015                                 else {
9016                                         /* Run ended, update direct map. */
9017                                         error = pmap_change_props_locked(
9018                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
9019                                             pa_end - pa_start, prot, mode,
9020                                             flags);
9021                                         if (error != 0)
9022                                                 break;
9023                                         /* Start physical address run. */
9024                                         pa_start = *pde & PG_PS_FRAME;
9025                                         pa_end = pa_start + NBPDR;
9026                                 }
9027                         }
9028                         tmpva = trunc_2mpage(tmpva) + NBPDR;
9029                 } else {
9030                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, tmpva);
9031                         if ((*pte & pte_mask) != pte_bits) {
9032                                 pmap_pte_props(pte, pte_bits, pte_mask);
9033                                 changed = true;
9034                         }
9035                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS &&
9036                             (*pte & PG_FRAME) < dmaplimit) {
9037                                 if (pa_start == pa_end) {
9038                                         /* Start physical address run. */
9039                                         pa_start = *pte & PG_FRAME;
9040                                         pa_end = pa_start + PAGE_SIZE;
9041                                 } else if (pa_end == (*pte & PG_FRAME))
9042                                         pa_end += PAGE_SIZE;
9043                                 else {
9044                                         /* Run ended, update direct map. */
9045                                         error = pmap_change_props_locked(
9046                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
9047                                             pa_end - pa_start, prot, mode,
9048                                             flags);
9049                                         if (error != 0)
9050                                                 break;
9051                                         /* Start physical address run. */
9052                                         pa_start = *pte & PG_FRAME;
9053                                         pa_end = pa_start + PAGE_SIZE;
9054                                 }
9055                         }
9056                         tmpva += PAGE_SIZE;
9057                 }
9058         }
9059         if (error == 0 && pa_start != pa_end && pa_start < dmaplimit) {
9060                 pa_end1 = MIN(pa_end, dmaplimit);
9061                 if (pa_start != pa_end1)
9062                         error = pmap_change_props_locked(PHYS_TO_DMAP(pa_start),
9063                             pa_end1 - pa_start, prot, mode, flags);
9064         }
9065
9066         /*
9067          * Flush CPU caches if required to make sure any data isn't cached that
9068          * shouldn't be, etc.
9069          */
9070         if (changed) {
9071                 pmap_invalidate_range(kernel_pmap, base, tmpva);
9072                 if ((flags & MAPDEV_FLUSHCACHE) != 0)
9073                         pmap_invalidate_cache_range(base, tmpva);
9074         }
9075         return (error);
9076 }
9077
9078 /*
9079  * Demotes any mapping within the direct map region that covers more than the
9080  * specified range of physical addresses.  This range's size must be a power
9081  * of two and its starting address must be a multiple of its size.  Since the
9082  * demotion does not change any attributes of the mapping, a TLB invalidation
9083  * is not mandatory.  The caller may, however, request a TLB invalidation.
9084  */
9085 void
9086 pmap_demote_DMAP(vm_paddr_t base, vm_size_t len, boolean_t invalidate)
9087 {
9088         pdp_entry_t *pdpe;
9089         pd_entry_t *pde;
9090         vm_offset_t va;
9091         boolean_t changed;
9092
9093         if (len == 0)
9094                 return;
9095         KASSERT(powerof2(len), ("pmap_demote_DMAP: len is not a power of 2"));
9096         KASSERT((base & (len - 1)) == 0,
9097             ("pmap_demote_DMAP: base is not a multiple of len"));
9098         if (len < NBPDP && base < dmaplimit) {
9099                 va = PHYS_TO_DMAP(base);
9100                 changed = FALSE;
9101                 PMAP_LOCK(kernel_pmap);
9102                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, va);
9103                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0)
9104                         panic("pmap_demote_DMAP: invalid PDPE");
9105                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0) {
9106                         if (!pmap_demote_pdpe(kernel_pmap, pdpe, va))
9107                                 panic("pmap_demote_DMAP: PDPE failed");
9108                         changed = TRUE;
9109                 }
9110                 if (len < NBPDR) {
9111                         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
9112                         if ((*pde & X86_PG_V) == 0)
9113                                 panic("pmap_demote_DMAP: invalid PDE");
9114                         if ((*pde & PG_PS) != 0) {
9115                                 if (!pmap_demote_pde(kernel_pmap, pde, va))
9116                                         panic("pmap_demote_DMAP: PDE failed");
9117                                 changed = TRUE;
9118                         }
9119                 }
9120                 if (changed && invalidate)
9121                         pmap_invalidate_page(kernel_pmap, va);
9122                 PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
9123         }
9124 }
9125
9126 /*
9127  * Perform the pmap work for mincore(2).  If the page is not both referenced and
9128  * modified by this pmap, returns its physical address so that the caller can
9129  * find other mappings.
9130  */
9131 int
9132 pmap_mincore(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_paddr_t *pap)
9133 {
9134         pd_entry_t *pdep;
9135         pt_entry_t pte, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
9136         vm_paddr_t pa;
9137         int val;
9138
9139         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
9140         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
9141         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
9142         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
9143
9144         PMAP_LOCK(pmap);
9145         pdep = pmap_pde(pmap, addr);
9146         if (pdep != NULL && (*pdep & PG_V)) {
9147                 if (*pdep & PG_PS) {
9148                         pte = *pdep;
9149                         /* Compute the physical address of the 4KB page. */
9150                         pa = ((*pdep & PG_PS_FRAME) | (addr & PDRMASK)) &
9151                             PG_FRAME;
9152                         val = MINCORE_PSIND(1);
9153                 } else {
9154                         pte = *pmap_pde_to_pte(pdep, addr);
9155                         pa = pte & PG_FRAME;
9156                         val = 0;
9157                 }
9158         } else {
9159                 pte = 0;
9160                 pa = 0;
9161                 val = 0;
9162         }
9163         if ((pte & PG_V) != 0) {
9164                 val |= MINCORE_INCORE;
9165                 if ((pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
9166                         val |= MINCORE_MODIFIED | MINCORE_MODIFIED_OTHER;
9167                 if ((pte & PG_A) != 0)
9168                         val |= MINCORE_REFERENCED | MINCORE_REFERENCED_OTHER;
9169         }
9170         if ((val & (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER)) !=
9171             (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER) &&
9172             (pte & (PG_MANAGED | PG_V)) == (PG_MANAGED | PG_V)) {
9173                 *pap = pa;
9174         }
9175         PMAP_UNLOCK(pmap);
9176         return (val);
9177 }
9178
9179 static uint64_t
9180 pmap_pcid_alloc(pmap_t pmap, u_int cpuid)
9181 {
9182         uint32_t gen, new_gen, pcid_next;
9183
9184         CRITICAL_ASSERT(curthread);
9185         gen = PCPU_GET(pcid_gen);
9186         if (pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid == PMAP_PCID_KERN)
9187                 return (pti ? 0 : CR3_PCID_SAVE);
9188         if (pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen == gen)
9189                 return (CR3_PCID_SAVE);
9190         pcid_next = PCPU_GET(pcid_next);
9191         KASSERT((!pti && pcid_next <= PMAP_PCID_OVERMAX) ||
9192             (pti && pcid_next <= PMAP_PCID_OVERMAX_KERN),
9193             ("cpu %d pcid_next %#x", cpuid, pcid_next));
9194         if ((!pti && pcid_next == PMAP_PCID_OVERMAX) ||
9195             (pti && pcid_next == PMAP_PCID_OVERMAX_KERN)) {
9196                 new_gen = gen + 1;
9197                 if (new_gen == 0)
9198                         new_gen = 1;
9199                 PCPU_SET(pcid_gen, new_gen);
9200                 pcid_next = PMAP_PCID_KERN + 1;
9201         } else {
9202                 new_gen = gen;
9203         }
9204         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid = pcid_next;
9205         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = new_gen;
9206         PCPU_SET(pcid_next, pcid_next + 1);
9207         return (0);
9208 }
9209
9210 static uint64_t
9211 pmap_pcid_alloc_checked(pmap_t pmap, u_int cpuid)
9212 {
9213         uint64_t cached;
9214
9215         cached = pmap_pcid_alloc(pmap, cpuid);
9216         KASSERT(pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid < PMAP_PCID_OVERMAX,
9217             ("pmap %p cpu %d pcid %#x", pmap, cpuid,
9218             pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid));
9219         KASSERT(pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid != PMAP_PCID_KERN ||
9220             pmap == kernel_pmap,
9221             ("non-kernel pmap pmap %p cpu %d pcid %#x",
9222             pmap, cpuid, pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid));
9223         return (cached);
9224 }
9225
9226 static void
9227 pmap_activate_sw_pti_post(struct thread *td, pmap_t pmap)
9228 {
9229
9230         PCPU_GET(tssp)->tss_rsp0 = pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3 ?
9231             PCPU_GET(pti_rsp0) : (uintptr_t)td->td_md.md_stack_base;
9232 }
9233
9234 static void
9235 pmap_activate_sw_pcid_pti(struct thread *td, pmap_t pmap, u_int cpuid)
9236 {
9237         pmap_t old_pmap;
9238         uint64_t cached, cr3, kcr3, ucr3;
9239
9240         KASSERT((read_rflags() & PSL_I) == 0,
9241             ("PCID needs interrupts disabled in pmap_activate_sw()"));
9242
9243         /* See the comment in pmap_invalidate_page_pcid(). */
9244         if (PCPU_GET(ucr3_load_mask) != PMAP_UCR3_NOMASK) {
9245                 PCPU_SET(ucr3_load_mask, PMAP_UCR3_NOMASK);
9246                 old_pmap = PCPU_GET(curpmap);
9247                 MPASS(old_pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3);
9248                 old_pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = 0;
9249         }
9250
9251         cached = pmap_pcid_alloc_checked(pmap, cpuid);
9252         cr3 = rcr3();
9253         if ((cr3 & ~CR3_PCID_MASK) != pmap->pm_cr3)
9254                 load_cr3(pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid);
9255         PCPU_SET(curpmap, pmap);
9256         kcr3 = pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
9257         ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid |
9258             PMAP_PCID_USER_PT;
9259
9260         if (!cached && pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3)
9261                 PCPU_SET(ucr3_load_mask, ~CR3_PCID_SAVE);
9262
9263         PCPU_SET(kcr3, kcr3 | CR3_PCID_SAVE);
9264         PCPU_SET(ucr3, ucr3 | CR3_PCID_SAVE);
9265         if (cached)
9266                 PCPU_INC(pm_save_cnt);
9267
9268         pmap_activate_sw_pti_post(td, pmap);
9269 }
9270
9271 static void
9272 pmap_activate_sw_pcid_nopti(struct thread *td __unused, pmap_t pmap,
9273     u_int cpuid)
9274 {
9275         uint64_t cached, cr3;
9276
9277         KASSERT((read_rflags() & PSL_I) == 0,
9278             ("PCID needs interrupts disabled in pmap_activate_sw()"));
9279
9280         cached = pmap_pcid_alloc_checked(pmap, cpuid);
9281         cr3 = rcr3();
9282         if (!cached || (cr3 & ~CR3_PCID_MASK) != pmap->pm_cr3)
9283                 load_cr3(pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid |
9284                     cached);
9285         PCPU_SET(curpmap, pmap);
9286         if (cached)
9287                 PCPU_INC(pm_save_cnt);
9288 }
9289
9290 static void
9291 pmap_activate_sw_nopcid_nopti(struct thread *td __unused, pmap_t pmap,
9292     u_int cpuid __unused)
9293 {
9294
9295         load_cr3(pmap->pm_cr3);
9296         PCPU_SET(curpmap, pmap);
9297 }
9298
9299 static void
9300 pmap_activate_sw_nopcid_pti(struct thread *td, pmap_t pmap,
9301     u_int cpuid __unused)
9302 {
9303
9304         pmap_activate_sw_nopcid_nopti(td, pmap, cpuid);
9305         PCPU_SET(kcr3, pmap->pm_cr3);
9306         PCPU_SET(ucr3, pmap->pm_ucr3);
9307         pmap_activate_sw_pti_post(td, pmap);
9308 }
9309
9310 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_activate_sw_mode, (struct thread *, pmap_t,
9311     u_int))
9312 {
9313
9314         if (pmap_pcid_enabled && pti)
9315                 return (pmap_activate_sw_pcid_pti);
9316         else if (pmap_pcid_enabled && !pti)
9317                 return (pmap_activate_sw_pcid_nopti);
9318         else if (!pmap_pcid_enabled && pti)
9319                 return (pmap_activate_sw_nopcid_pti);
9320         else /* if (!pmap_pcid_enabled && !pti) */
9321                 return (pmap_activate_sw_nopcid_nopti);
9322 }
9323
9324 void
9325 pmap_activate_sw(struct thread *td)
9326 {
9327         pmap_t oldpmap, pmap;
9328         u_int cpuid;
9329
9330         oldpmap = PCPU_GET(curpmap);
9331         pmap = vmspace_pmap(td->td_proc->p_vmspace);
9332         if (oldpmap == pmap) {
9333                 if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
9334                         mfence();
9335                 return;
9336         }
9337         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
9338 #ifdef SMP
9339         CPU_SET_ATOMIC(cpuid, &pmap->pm_active);
9340 #else
9341         CPU_SET(cpuid, &pmap->pm_active);
9342 #endif
9343         pmap_activate_sw_mode(td, pmap, cpuid);
9344 #ifdef SMP
9345         CPU_CLR_ATOMIC(cpuid, &oldpmap->pm_active);
9346 #else
9347         CPU_CLR(cpuid, &oldpmap->pm_active);
9348 #endif
9349 }
9350
9351 void
9352 pmap_activate(struct thread *td)
9353 {
9354         /*
9355          * invltlb_{invpcid,}_pcid_handler() is used to handle an
9356          * invalidate_all IPI, which checks for curpmap ==
9357          * smp_tlb_pmap.  The below sequence of operations has a
9358          * window where %CR3 is loaded with the new pmap's PML4
9359          * address, but the curpmap value has not yet been updated.
9360          * This causes the invltlb IPI handler, which is called
9361          * between the updates, to execute as a NOP, which leaves
9362          * stale TLB entries.
9363          *
9364          * Note that the most common use of pmap_activate_sw(), from
9365          * a context switch, is immune to this race, because
9366          * interrupts are disabled (while the thread lock is owned),
9367          * so the IPI is delayed until after curpmap is updated.  Protect
9368          * other callers in a similar way, by disabling interrupts
9369          * around the %cr3 register reload and curpmap assignment.
9370          */
9371         spinlock_enter();
9372         pmap_activate_sw(td);
9373         spinlock_exit();
9374 }
9375
9376 void
9377 pmap_activate_boot(pmap_t pmap)
9378 {
9379         uint64_t kcr3;
9380         u_int cpuid;
9381
9382         /*
9383          * kernel_pmap must be never deactivated, and we ensure that
9384          * by never activating it at all.
9385          */
9386         MPASS(pmap != kernel_pmap);
9387
9388         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
9389 #ifdef SMP
9390         CPU_SET_ATOMIC(cpuid, &pmap->pm_active);
9391 #else
9392         CPU_SET(cpuid, &pmap->pm_active);
9393 #endif
9394         PCPU_SET(curpmap, pmap);
9395         if (pti) {
9396                 kcr3 = pmap->pm_cr3;
9397                 if (pmap_pcid_enabled)
9398                         kcr3 |= pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid | CR3_PCID_SAVE;
9399         } else {
9400                 kcr3 = PMAP_NO_CR3;
9401         }
9402         PCPU_SET(kcr3, kcr3);
9403         PCPU_SET(ucr3, PMAP_NO_CR3);
9404 }
9405
9406 void
9407 pmap_sync_icache(pmap_t pm, vm_offset_t va, vm_size_t sz)
9408 {
9409 }
9410
9411 /*
9412  *      Increase the starting virtual address of the given mapping if a
9413  *      different alignment might result in more superpage mappings.
9414  */
9415 void
9416 pmap_align_superpage(vm_object_t object, vm_ooffset_t offset,
9417     vm_offset_t *addr, vm_size_t size)
9418 {
9419         vm_offset_t superpage_offset;
9420
9421         if (size < NBPDR)
9422                 return;
9423         if (object != NULL && (object->flags & OBJ_COLORED) != 0)
9424                 offset += ptoa(object->pg_color);
9425         superpage_offset = offset & PDRMASK;
9426         if (size - ((NBPDR - superpage_offset) & PDRMASK) < NBPDR ||
9427             (*addr & PDRMASK) == superpage_offset)
9428                 return;
9429         if ((*addr & PDRMASK) < superpage_offset)
9430                 *addr = (*addr & ~PDRMASK) + superpage_offset;
9431         else
9432                 *addr = ((*addr + PDRMASK) & ~PDRMASK) + superpage_offset;
9433 }
9434
9435 #ifdef INVARIANTS
9436 static unsigned long num_dirty_emulations;
9437 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_dirty_emulations, CTLFLAG_RW,
9438              &num_dirty_emulations, 0, NULL);
9439
9440 static unsigned long num_accessed_emulations;
9441 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_accessed_emulations, CTLFLAG_RW,
9442              &num_accessed_emulations, 0, NULL);
9443
9444 static unsigned long num_superpage_accessed_emulations;
9445 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_superpage_accessed_emulations, CTLFLAG_RW,
9446              &num_superpage_accessed_emulations, 0, NULL);
9447
9448 static unsigned long ad_emulation_superpage_promotions;
9449 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, ad_emulation_superpage_promotions, CTLFLAG_RW,
9450              &ad_emulation_superpage_promotions, 0, NULL);
9451 #endif  /* INVARIANTS */
9452
9453 int
9454 pmap_emulate_accessed_dirty(pmap_t pmap, vm_offset_t va, int ftype)
9455 {
9456         int rv;
9457         struct rwlock *lock;
9458 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
9459         vm_page_t m, mpte;
9460 #endif
9461         pd_entry_t *pde;
9462         pt_entry_t *pte, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
9463
9464         KASSERT(ftype == VM_PROT_READ || ftype == VM_PROT_WRITE,
9465             ("pmap_emulate_accessed_dirty: invalid fault type %d", ftype));
9466
9467         if (!pmap_emulate_ad_bits(pmap))
9468                 return (-1);
9469
9470         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
9471         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
9472         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
9473         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
9474
9475         rv = -1;
9476         lock = NULL;
9477         PMAP_LOCK(pmap);
9478
9479         pde = pmap_pde(pmap, va);
9480         if (pde == NULL || (*pde & PG_V) == 0)
9481                 goto done;
9482
9483         if ((*pde & PG_PS) != 0) {
9484                 if (ftype == VM_PROT_READ) {
9485 #ifdef INVARIANTS
9486                         atomic_add_long(&num_superpage_accessed_emulations, 1);
9487 #endif
9488                         *pde |= PG_A;
9489                         rv = 0;
9490                 }
9491                 goto done;
9492         }
9493
9494         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
9495         if ((*pte & PG_V) == 0)
9496                 goto done;
9497
9498         if (ftype == VM_PROT_WRITE) {
9499                 if ((*pte & PG_RW) == 0)
9500                         goto done;
9501                 /*
9502                  * Set the modified and accessed bits simultaneously.
9503                  *
9504                  * Intel EPT PTEs that do software emulation of A/D bits map
9505                  * PG_A and PG_M to EPT_PG_READ and EPT_PG_WRITE respectively.
9506                  * An EPT misconfiguration is triggered if the PTE is writable
9507                  * but not readable (WR=10). This is avoided by setting PG_A
9508                  * and PG_M simultaneously.
9509                  */
9510                 *pte |= PG_M | PG_A;
9511         } else {
9512                 *pte |= PG_A;
9513         }
9514
9515 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
9516         /* try to promote the mapping */
9517         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
9518                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
9519         else
9520                 mpte = NULL;
9521
9522         m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pte & PG_FRAME);
9523
9524         if ((mpte == NULL || mpte->ref_count == NPTEPG) &&
9525             pmap_ps_enabled(pmap) &&
9526             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
9527             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0) {
9528                 pmap_promote_pde(pmap, pde, va, &lock);
9529 #ifdef INVARIANTS
9530                 atomic_add_long(&ad_emulation_superpage_promotions, 1);
9531 #endif
9532         }
9533 #endif
9534
9535 #ifdef INVARIANTS
9536         if (ftype == VM_PROT_WRITE)
9537                 atomic_add_long(&num_dirty_emulations, 1);
9538         else
9539                 atomic_add_long(&num_accessed_emulations, 1);
9540 #endif
9541         rv = 0;         /* success */
9542 done:
9543         if (lock != NULL)
9544                 rw_wunlock(lock);
9545         PMAP_UNLOCK(pmap);
9546         return (rv);
9547 }
9548
9549 void
9550 pmap_get_mapping(pmap_t pmap, vm_offset_t va, uint64_t *ptr, int *num)
9551 {
9552         pml4_entry_t *pml4;
9553         pdp_entry_t *pdp;
9554         pd_entry_t *pde;
9555         pt_entry_t *pte, PG_V;
9556         int idx;
9557
9558         idx = 0;
9559         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
9560         PMAP_LOCK(pmap);
9561
9562         pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
9563         ptr[idx++] = *pml4;
9564         if ((*pml4 & PG_V) == 0)
9565                 goto done;
9566
9567         pdp = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4, va);
9568         ptr[idx++] = *pdp;
9569         if ((*pdp & PG_V) == 0 || (*pdp & PG_PS) != 0)
9570                 goto done;
9571
9572         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdp, va);
9573         ptr[idx++] = *pde;
9574         if ((*pde & PG_V) == 0 || (*pde & PG_PS) != 0)
9575                 goto done;
9576
9577         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
9578         ptr[idx++] = *pte;
9579
9580 done:
9581         PMAP_UNLOCK(pmap);
9582         *num = idx;
9583 }
9584
9585 /**
9586  * Get the kernel virtual address of a set of physical pages. If there are
9587  * physical addresses not covered by the DMAP perform a transient mapping
9588  * that will be removed when calling pmap_unmap_io_transient.
9589  *
9590  * \param page        The pages the caller wishes to obtain the virtual
9591  *                    address on the kernel memory map.
9592  * \param vaddr       On return contains the kernel virtual memory address
9593  *                    of the pages passed in the page parameter.
9594  * \param count       Number of pages passed in.
9595  * \param can_fault   TRUE if the thread using the mapped pages can take
9596  *                    page faults, FALSE otherwise.
9597  *
9598  * \returns TRUE if the caller must call pmap_unmap_io_transient when
9599  *          finished or FALSE otherwise.
9600  *
9601  */
9602 boolean_t
9603 pmap_map_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
9604     boolean_t can_fault)
9605 {
9606         vm_paddr_t paddr;
9607         boolean_t needs_mapping;
9608         pt_entry_t *pte;
9609         int cache_bits, error __unused, i;
9610
9611         /*
9612          * Allocate any KVA space that we need, this is done in a separate
9613          * loop to prevent calling vmem_alloc while pinned.
9614          */
9615         needs_mapping = FALSE;
9616         for (i = 0; i < count; i++) {
9617                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
9618                 if (__predict_false(paddr >= dmaplimit)) {
9619                         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE,
9620                             M_BESTFIT | M_WAITOK, &vaddr[i]);
9621                         KASSERT(error == 0, ("vmem_alloc failed: %d", error));
9622                         needs_mapping = TRUE;
9623                 } else {
9624                         vaddr[i] = PHYS_TO_DMAP(paddr);
9625                 }
9626         }
9627
9628         /* Exit early if everything is covered by the DMAP */
9629         if (!needs_mapping)
9630                 return (FALSE);
9631
9632         /*
9633          * NB:  The sequence of updating a page table followed by accesses
9634          * to the corresponding pages used in the !DMAP case is subject to
9635          * the situation described in the "AMD64 Architecture Programmer's
9636          * Manual Volume 2: System Programming" rev. 3.23, "7.3.1 Special
9637          * Coherency Considerations".  Therefore, issuing the INVLPG right
9638          * after modifying the PTE bits is crucial.
9639          */
9640         if (!can_fault)
9641                 sched_pin();
9642         for (i = 0; i < count; i++) {
9643                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
9644                 if (paddr >= dmaplimit) {
9645                         if (can_fault) {
9646                                 /*
9647                                  * Slow path, since we can get page faults
9648                                  * while mappings are active don't pin the
9649                                  * thread to the CPU and instead add a global
9650                                  * mapping visible to all CPUs.
9651                                  */
9652                                 pmap_qenter(vaddr[i], &page[i], 1);
9653                         } else {
9654                                 pte = vtopte(vaddr[i]);
9655                                 cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap,
9656                                     page[i]->md.pat_mode, 0);
9657                                 pte_store(pte, paddr | X86_PG_RW | X86_PG_V |
9658                                     cache_bits);
9659                                 invlpg(vaddr[i]);
9660                         }
9661                 }
9662         }
9663
9664         return (needs_mapping);
9665 }
9666
9667 void
9668 pmap_unmap_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
9669     boolean_t can_fault)
9670 {
9671         vm_paddr_t paddr;
9672         int i;
9673
9674         if (!can_fault)
9675                 sched_unpin();
9676         for (i = 0; i < count; i++) {
9677                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
9678                 if (paddr >= dmaplimit) {
9679                         if (can_fault)
9680                                 pmap_qremove(vaddr[i], 1);
9681                         vmem_free(kernel_arena, vaddr[i], PAGE_SIZE);
9682                 }
9683         }
9684 }
9685
9686 vm_offset_t
9687 pmap_quick_enter_page(vm_page_t m)
9688 {
9689         vm_paddr_t paddr;
9690
9691         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
9692         if (paddr < dmaplimit)
9693                 return (PHYS_TO_DMAP(paddr));
9694         mtx_lock_spin(&qframe_mtx);
9695         KASSERT(*vtopte(qframe) == 0, ("qframe busy"));
9696         pte_store(vtopte(qframe), paddr | X86_PG_RW | X86_PG_V | X86_PG_A |
9697             X86_PG_M | pmap_cache_bits(kernel_pmap, m->md.pat_mode, 0));
9698         return (qframe);
9699 }
9700
9701 void
9702 pmap_quick_remove_page(vm_offset_t addr)
9703 {
9704
9705         if (addr != qframe)
9706                 return;
9707         pte_store(vtopte(qframe), 0);
9708         invlpg(qframe);
9709         mtx_unlock_spin(&qframe_mtx);
9710 }
9711
9712 /*
9713  * Pdp pages from the large map are managed differently from either
9714  * kernel or user page table pages.  They are permanently allocated at
9715  * initialization time, and their reference count is permanently set to
9716  * zero.  The pml4 entries pointing to those pages are copied into
9717  * each allocated pmap.
9718  *
9719  * In contrast, pd and pt pages are managed like user page table
9720  * pages.  They are dynamically allocated, and their reference count
9721  * represents the number of valid entries within the page.
9722  */
9723 static vm_page_t
9724 pmap_large_map_getptp_unlocked(void)
9725 {
9726         vm_page_t m;
9727
9728         m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
9729             VM_ALLOC_ZERO);
9730         if (m != NULL && (m->flags & PG_ZERO) == 0)
9731                 pmap_zero_page(m);
9732         return (m);
9733 }
9734
9735 static vm_page_t
9736 pmap_large_map_getptp(void)
9737 {
9738         vm_page_t m;
9739
9740         PMAP_LOCK_ASSERT(kernel_pmap, MA_OWNED);
9741         m = pmap_large_map_getptp_unlocked();
9742         if (m == NULL) {
9743                 PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
9744                 vm_wait(NULL);
9745                 PMAP_LOCK(kernel_pmap);
9746                 /* Callers retry. */
9747         }
9748         return (m);
9749 }
9750
9751 static pdp_entry_t *
9752 pmap_large_map_pdpe(vm_offset_t va)
9753 {
9754         vm_pindex_t pml4_idx;
9755         vm_paddr_t mphys;
9756
9757         pml4_idx = pmap_pml4e_index(va);
9758         KASSERT(LMSPML4I <= pml4_idx && pml4_idx < LMSPML4I + lm_ents,
9759             ("pmap_large_map_pdpe: va %#jx out of range idx %#jx LMSPML4I "
9760             "%#jx lm_ents %d",
9761             (uintmax_t)va, (uintmax_t)pml4_idx, LMSPML4I, lm_ents));
9762         KASSERT((kernel_pml4[pml4_idx] & X86_PG_V) != 0,
9763             ("pmap_large_map_pdpe: invalid pml4 for va %#jx idx %#jx "
9764             "LMSPML4I %#jx lm_ents %d",
9765             (uintmax_t)va, (uintmax_t)pml4_idx, LMSPML4I, lm_ents));
9766         mphys = kernel_pml4[pml4_idx] & PG_FRAME;
9767         return ((pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys) + pmap_pdpe_index(va));
9768 }
9769
9770 static pd_entry_t *
9771 pmap_large_map_pde(vm_offset_t va)
9772 {
9773         pdp_entry_t *pdpe;
9774         vm_page_t m;
9775         vm_paddr_t mphys;
9776
9777 retry:
9778         pdpe = pmap_large_map_pdpe(va);
9779         if (*pdpe == 0) {
9780                 m = pmap_large_map_getptp();
9781                 if (m == NULL)
9782                         goto retry;
9783                 mphys = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
9784                 *pdpe = mphys | X86_PG_A | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
9785         } else {
9786                 MPASS((*pdpe & X86_PG_PS) == 0);
9787                 mphys = *pdpe & PG_FRAME;
9788         }
9789         return ((pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys) + pmap_pde_index(va));
9790 }
9791
9792 static pt_entry_t *
9793 pmap_large_map_pte(vm_offset_t va)
9794 {
9795         pd_entry_t *pde;
9796         vm_page_t m;
9797         vm_paddr_t mphys;
9798
9799 retry:
9800         pde = pmap_large_map_pde(va);
9801         if (*pde == 0) {
9802                 m = pmap_large_map_getptp();
9803                 if (m == NULL)
9804                         goto retry;
9805                 mphys = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
9806                 *pde = mphys | X86_PG_A | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
9807                 PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pde))->ref_count++;
9808         } else {
9809                 MPASS((*pde & X86_PG_PS) == 0);
9810                 mphys = *pde & PG_FRAME;
9811         }
9812         return ((pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys) + pmap_pte_index(va));
9813 }
9814
9815 static vm_paddr_t
9816 pmap_large_map_kextract(vm_offset_t va)
9817 {
9818         pdp_entry_t *pdpe, pdp;
9819         pd_entry_t *pde, pd;
9820         pt_entry_t *pte, pt;
9821
9822         KASSERT(PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(va),
9823             ("not largemap range %#lx", (u_long)va));
9824         pdpe = pmap_large_map_pdpe(va);
9825         pdp = *pdpe;
9826         KASSERT((pdp & X86_PG_V) != 0,
9827             ("invalid pdp va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
9828             (u_long)pdpe, pdp));
9829         if ((pdp & X86_PG_PS) != 0) {
9830                 KASSERT((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0,
9831                     ("no 1G pages, va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
9832                     (u_long)pdpe, pdp));
9833                 return ((pdp & PG_PS_PDP_FRAME) | (va & PDPMASK));
9834         }
9835         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
9836         pd = *pde;
9837         KASSERT((pd & X86_PG_V) != 0,
9838             ("invalid pd va %#lx pde %#lx pd %#lx", va, (u_long)pde, pd));
9839         if ((pd & X86_PG_PS) != 0)
9840                 return ((pd & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK));
9841         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
9842         pt = *pte;
9843         KASSERT((pt & X86_PG_V) != 0,
9844             ("invalid pte va %#lx pte %#lx pt %#lx", va, (u_long)pte, pt));
9845         return ((pt & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK));
9846 }
9847
9848 static int
9849 pmap_large_map_getva(vm_size_t len, vm_offset_t align, vm_offset_t phase,
9850     vmem_addr_t *vmem_res)
9851 {
9852
9853         /*
9854          * Large mappings are all but static.  Consequently, there
9855          * is no point in waiting for an earlier allocation to be
9856          * freed.
9857          */
9858         return (vmem_xalloc(large_vmem, len, align, phase, 0, VMEM_ADDR_MIN,
9859             VMEM_ADDR_MAX, M_NOWAIT | M_BESTFIT, vmem_res));
9860 }
9861
9862 int
9863 pmap_large_map(vm_paddr_t spa, vm_size_t len, void **addr,
9864     vm_memattr_t mattr)
9865 {
9866         pdp_entry_t *pdpe;
9867         pd_entry_t *pde;
9868         pt_entry_t *pte;
9869         vm_offset_t va, inc;
9870         vmem_addr_t vmem_res;
9871         vm_paddr_t pa;
9872         int error;
9873
9874         if (len == 0 || spa + len < spa)
9875                 return (EINVAL);
9876
9877         /* See if DMAP can serve. */
9878         if (spa + len <= dmaplimit) {
9879                 va = PHYS_TO_DMAP(spa);
9880                 *addr = (void *)va;
9881                 return (pmap_change_attr(va, len, mattr));
9882         }
9883
9884         /*
9885          * No, allocate KVA.  Fit the address with best possible
9886          * alignment for superpages.  Fall back to worse align if
9887          * failed.
9888          */
9889         error = ENOMEM;
9890         if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0 && rounddown2(spa + len,
9891             NBPDP) >= roundup2(spa, NBPDP) + NBPDP)
9892                 error = pmap_large_map_getva(len, NBPDP, spa & PDPMASK,
9893                     &vmem_res);
9894         if (error != 0 && rounddown2(spa + len, NBPDR) >= roundup2(spa,
9895             NBPDR) + NBPDR)
9896                 error = pmap_large_map_getva(len, NBPDR, spa & PDRMASK,
9897                     &vmem_res);
9898         if (error != 0)
9899                 error = pmap_large_map_getva(len, PAGE_SIZE, 0, &vmem_res);
9900         if (error != 0)
9901                 return (error);
9902
9903         /*
9904          * Fill pagetable.  PG_M is not pre-set, we scan modified bits
9905          * in the pagetable to minimize flushing.  No need to
9906          * invalidate TLB, since we only update invalid entries.
9907          */
9908         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
9909         for (pa = spa, va = vmem_res; len > 0; pa += inc, va += inc,
9910             len -= inc) {
9911                 if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0 && len >= NBPDP &&
9912                     (pa & PDPMASK) == 0 && (va & PDPMASK) == 0) {
9913                         pdpe = pmap_large_map_pdpe(va);
9914                         MPASS(*pdpe == 0);
9915                         *pdpe = pa | pg_g | X86_PG_PS | X86_PG_RW |
9916                             X86_PG_V | X86_PG_A | pg_nx |
9917                             pmap_cache_bits(kernel_pmap, mattr, TRUE);
9918                         inc = NBPDP;
9919                 } else if (len >= NBPDR && (pa & PDRMASK) == 0 &&
9920                     (va & PDRMASK) == 0) {
9921                         pde = pmap_large_map_pde(va);
9922                         MPASS(*pde == 0);
9923                         *pde = pa | pg_g | X86_PG_PS | X86_PG_RW |
9924                             X86_PG_V | X86_PG_A | pg_nx |
9925                             pmap_cache_bits(kernel_pmap, mattr, TRUE);
9926                         PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pde))->
9927                             ref_count++;
9928                         inc = NBPDR;
9929                 } else {
9930                         pte = pmap_large_map_pte(va);
9931                         MPASS(*pte == 0);
9932                         *pte = pa | pg_g | X86_PG_RW | X86_PG_V |
9933                             X86_PG_A | pg_nx | pmap_cache_bits(kernel_pmap,
9934                             mattr, FALSE);
9935                         PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pte))->
9936                             ref_count++;
9937                         inc = PAGE_SIZE;
9938                 }
9939         }
9940         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
9941         MPASS(len == 0);
9942
9943         *addr = (void *)vmem_res;
9944         return (0);
9945 }
9946
9947 void
9948 pmap_large_unmap(void *svaa, vm_size_t len)
9949 {
9950         vm_offset_t sva, va;
9951         vm_size_t inc;
9952         pdp_entry_t *pdpe, pdp;
9953         pd_entry_t *pde, pd;
9954         pt_entry_t *pte;
9955         vm_page_t m;
9956         struct spglist spgf;
9957
9958         sva = (vm_offset_t)svaa;
9959         if (len == 0 || sva + len < sva || (sva >= DMAP_MIN_ADDRESS &&
9960             sva + len <= DMAP_MIN_ADDRESS + dmaplimit))
9961                 return;
9962
9963         SLIST_INIT(&spgf);
9964         KASSERT(PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(sva) &&
9965             PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(sva + len - 1),
9966             ("not largemap range %#lx %#lx", (u_long)svaa, (u_long)svaa + len));
9967         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
9968         for (va = sva; va < sva + len; va += inc) {
9969                 pdpe = pmap_large_map_pdpe(va);
9970                 pdp = *pdpe;
9971                 KASSERT((pdp & X86_PG_V) != 0,
9972                     ("invalid pdp va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
9973                     (u_long)pdpe, pdp));
9974                 if ((pdp & X86_PG_PS) != 0) {
9975                         KASSERT((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0,
9976                             ("no 1G pages, va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
9977                             (u_long)pdpe, pdp));
9978                         KASSERT((va & PDPMASK) == 0,
9979                             ("PDPMASK bit set, va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
9980                             (u_long)pdpe, pdp));
9981                         KASSERT(va + NBPDP <= sva + len,
9982                             ("unmap covers partial 1GB page, sva %#lx va %#lx "
9983                             "pdpe %#lx pdp %#lx len %#lx", sva, va,
9984                             (u_long)pdpe, pdp, len));
9985                         *pdpe = 0;
9986                         inc = NBPDP;
9987                         continue;
9988                 }
9989                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
9990                 pd = *pde;
9991                 KASSERT((pd & X86_PG_V) != 0,
9992                     ("invalid pd va %#lx pde %#lx pd %#lx", va,
9993                     (u_long)pde, pd));
9994                 if ((pd & X86_PG_PS) != 0) {
9995                         KASSERT((va & PDRMASK) == 0,
9996                             ("PDRMASK bit set, va %#lx pde %#lx pd %#lx", va,
9997                             (u_long)pde, pd));
9998                         KASSERT(va + NBPDR <= sva + len,
9999                             ("unmap covers partial 2MB page, sva %#lx va %#lx "
10000                             "pde %#lx pd %#lx len %#lx", sva, va, (u_long)pde,
10001                             pd, len));
10002                         pde_store(pde, 0);
10003                         inc = NBPDR;
10004                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pde));
10005                         m->ref_count--;
10006                         if (m->ref_count == 0) {
10007                                 *pdpe = 0;
10008                                 SLIST_INSERT_HEAD(&spgf, m, plinks.s.ss);
10009                         }
10010                         continue;
10011                 }
10012                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
10013                 KASSERT((*pte & X86_PG_V) != 0,
10014                     ("invalid pte va %#lx pte %#lx pt %#lx", va,
10015                     (u_long)pte, *pte));
10016                 pte_clear(pte);
10017                 inc = PAGE_SIZE;
10018                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pte));
10019                 m->ref_count--;
10020                 if (m->ref_count == 0) {
10021                         *pde = 0;
10022                         SLIST_INSERT_HEAD(&spgf, m, plinks.s.ss);
10023                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pde));
10024                         m->ref_count--;
10025                         if (m->ref_count == 0) {
10026                                 *pdpe = 0;
10027                                 SLIST_INSERT_HEAD(&spgf, m, plinks.s.ss);
10028                         }
10029                 }
10030         }
10031         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, sva + len);
10032         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
10033         vm_page_free_pages_toq(&spgf, false);
10034         vmem_free(large_vmem, sva, len);
10035 }
10036
10037 static void
10038 pmap_large_map_wb_fence_mfence(void)
10039 {
10040
10041         mfence();
10042 }
10043
10044 static void
10045 pmap_large_map_wb_fence_atomic(void)
10046 {
10047
10048         atomic_thread_fence_seq_cst();
10049 }
10050
10051 static void
10052 pmap_large_map_wb_fence_nop(void)
10053 {
10054 }
10055
10056 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_large_map_wb_fence, (void))
10057 {
10058
10059         if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
10060                 return (pmap_large_map_wb_fence_mfence);
10061         else if ((cpu_stdext_feature & (CPUID_STDEXT_CLWB |
10062             CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT)) == 0)
10063                 return (pmap_large_map_wb_fence_atomic);
10064         else
10065                 /* clflush is strongly enough ordered */
10066                 return (pmap_large_map_wb_fence_nop);
10067 }
10068
10069 static void
10070 pmap_large_map_flush_range_clwb(vm_offset_t va, vm_size_t len)
10071 {
10072
10073         for (; len > 0; len -= cpu_clflush_line_size,
10074             va += cpu_clflush_line_size)
10075                 clwb(va);
10076 }
10077
10078 static void
10079 pmap_large_map_flush_range_clflushopt(vm_offset_t va, vm_size_t len)
10080 {
10081
10082         for (; len > 0; len -= cpu_clflush_line_size,
10083             va += cpu_clflush_line_size)
10084                 clflushopt(va);
10085 }
10086
10087 static void
10088 pmap_large_map_flush_range_clflush(vm_offset_t va, vm_size_t len)
10089 {
10090
10091         for (; len > 0; len -= cpu_clflush_line_size,
10092             va += cpu_clflush_line_size)
10093                 clflush(va);
10094 }
10095
10096 static void
10097 pmap_large_map_flush_range_nop(vm_offset_t sva __unused, vm_size_t len __unused)
10098 {
10099 }
10100
10101 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_large_map_flush_range, (vm_offset_t, vm_size_t))
10102 {
10103
10104         if ((cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLWB) != 0)
10105                 return (pmap_large_map_flush_range_clwb);
10106         else if ((cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT) != 0)
10107                 return (pmap_large_map_flush_range_clflushopt);
10108         else if ((cpu_feature & CPUID_CLFSH) != 0)
10109                 return (pmap_large_map_flush_range_clflush);
10110         else
10111                 return (pmap_large_map_flush_range_nop);
10112 }
10113
10114 static void
10115 pmap_large_map_wb_large(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
10116 {
10117         volatile u_long *pe;
10118         u_long p;
10119         vm_offset_t va;
10120         vm_size_t inc;
10121         bool seen_other;
10122
10123         for (va = sva; va < eva; va += inc) {
10124                 inc = 0;
10125                 if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0) {
10126                         pe = (volatile u_long *)pmap_large_map_pdpe(va);
10127                         p = *pe;
10128                         if ((p & X86_PG_PS) != 0)
10129                                 inc = NBPDP;
10130                 }
10131                 if (inc == 0) {
10132                         pe = (volatile u_long *)pmap_large_map_pde(va);
10133                         p = *pe;
10134                         if ((p & X86_PG_PS) != 0)
10135                                 inc = NBPDR;
10136                 }
10137                 if (inc == 0) {
10138                         pe = (volatile u_long *)pmap_large_map_pte(va);
10139                         p = *pe;
10140                         inc = PAGE_SIZE;
10141                 }
10142                 seen_other = false;
10143                 for (;;) {
10144                         if ((p & X86_PG_AVAIL1) != 0) {
10145                                 /*
10146                                  * Spin-wait for the end of a parallel
10147                                  * write-back.
10148                                  */
10149                                 cpu_spinwait();
10150                                 p = *pe;
10151
10152                                 /*
10153                                  * If we saw other write-back
10154                                  * occuring, we cannot rely on PG_M to
10155                                  * indicate state of the cache.  The
10156                                  * PG_M bit is cleared before the
10157                                  * flush to avoid ignoring new writes,
10158                                  * and writes which are relevant for
10159                                  * us might happen after.
10160                                  */
10161                                 seen_other = true;
10162                                 continue;
10163                         }
10164
10165                         if ((p & X86_PG_M) != 0 || seen_other) {
10166                                 if (!atomic_fcmpset_long(pe, &p,
10167                                     (p & ~X86_PG_M) | X86_PG_AVAIL1))
10168                                         /*
10169                                          * If we saw PG_M without
10170                                          * PG_AVAIL1, and then on the
10171                                          * next attempt we do not
10172                                          * observe either PG_M or
10173                                          * PG_AVAIL1, the other
10174                                          * write-back started after us
10175                                          * and finished before us.  We
10176                                          * can rely on it doing our
10177                                          * work.
10178                                          */
10179                                         continue;
10180                                 pmap_large_map_flush_range(va, inc);
10181                                 atomic_clear_long(pe, X86_PG_AVAIL1);
10182                         }
10183                         break;
10184                 }
10185                 maybe_yield();
10186         }
10187 }
10188
10189 /*
10190  * Write-back cache lines for the given address range.
10191  *
10192  * Must be called only on the range or sub-range returned from
10193  * pmap_large_map().  Must not be called on the coalesced ranges.
10194  *
10195  * Does nothing on CPUs without CLWB, CLFLUSHOPT, or CLFLUSH
10196  * instructions support.
10197  */
10198 void
10199 pmap_large_map_wb(void *svap, vm_size_t len)
10200 {
10201         vm_offset_t eva, sva;
10202
10203         sva = (vm_offset_t)svap;
10204         eva = sva + len;
10205         pmap_large_map_wb_fence();
10206         if (sva >= DMAP_MIN_ADDRESS && eva <= DMAP_MIN_ADDRESS + dmaplimit) {
10207                 pmap_large_map_flush_range(sva, len);
10208         } else {
10209                 KASSERT(sva >= LARGEMAP_MIN_ADDRESS &&
10210                     eva <= LARGEMAP_MIN_ADDRESS + lm_ents * NBPML4,
10211                     ("pmap_large_map_wb: not largemap %#lx %#lx", sva, len));
10212                 pmap_large_map_wb_large(sva, eva);
10213         }
10214         pmap_large_map_wb_fence();
10215 }
10216
10217 static vm_page_t
10218 pmap_pti_alloc_page(void)
10219 {
10220         vm_page_t m;
10221
10222         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
10223         m = vm_page_grab(pti_obj, pti_pg_idx++, VM_ALLOC_NOBUSY |
10224             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
10225         return (m);
10226 }
10227
10228 static bool
10229 pmap_pti_free_page(vm_page_t m)
10230 {
10231
10232         KASSERT(m->ref_count > 0, ("page %p not referenced", m));
10233         if (!vm_page_unwire_noq(m))
10234                 return (false);
10235         vm_page_free_zero(m);
10236         return (true);
10237 }
10238
10239 static void
10240 pmap_pti_init(void)
10241 {
10242         vm_page_t pml4_pg;
10243         pdp_entry_t *pdpe;
10244         vm_offset_t va;
10245         int i;
10246
10247         if (!pti)
10248                 return;
10249         pti_obj = vm_pager_allocate(OBJT_PHYS, NULL, 0, VM_PROT_ALL, 0, NULL);
10250         VM_OBJECT_WLOCK(pti_obj);
10251         pml4_pg = pmap_pti_alloc_page();
10252         pti_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml4_pg));
10253         for (va = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS; va <= VM_MAX_KERNEL_ADDRESS &&
10254             va >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS && va > NBPML4; va += NBPML4) {
10255                 pdpe = pmap_pti_pdpe(va);
10256                 pmap_pti_wire_pte(pdpe);
10257         }
10258         pmap_pti_add_kva_locked((vm_offset_t)&__pcpu[0],
10259             (vm_offset_t)&__pcpu[0] + sizeof(__pcpu[0]) * MAXCPU, false);
10260         pmap_pti_add_kva_locked((vm_offset_t)idt, (vm_offset_t)idt +
10261             sizeof(struct gate_descriptor) * NIDT, false);
10262         CPU_FOREACH(i) {
10263                 /* Doublefault stack IST 1 */
10264                 va = __pcpu[i].pc_common_tss.tss_ist1;
10265                 pmap_pti_add_kva_locked(va - PAGE_SIZE, va, false);
10266                 /* NMI stack IST 2 */
10267                 va = __pcpu[i].pc_common_tss.tss_ist2 + sizeof(struct nmi_pcpu);
10268                 pmap_pti_add_kva_locked(va - PAGE_SIZE, va, false);
10269                 /* MC# stack IST 3 */
10270                 va = __pcpu[i].pc_common_tss.tss_ist3 +
10271                     sizeof(struct nmi_pcpu);
10272                 pmap_pti_add_kva_locked(va - PAGE_SIZE, va, false);
10273                 /* DB# stack IST 4 */
10274                 va = __pcpu[i].pc_common_tss.tss_ist4 + sizeof(struct nmi_pcpu);
10275                 pmap_pti_add_kva_locked(va - PAGE_SIZE, va, false);
10276         }
10277         pmap_pti_add_kva_locked((vm_offset_t)kernphys + KERNBASE,
10278             (vm_offset_t)etext, true);
10279         pti_finalized = true;
10280         VM_OBJECT_WUNLOCK(pti_obj);
10281 }
10282 SYSINIT(pmap_pti, SI_SUB_CPU + 1, SI_ORDER_ANY, pmap_pti_init, NULL);
10283
10284 static pdp_entry_t *
10285 pmap_pti_pdpe(vm_offset_t va)
10286 {
10287         pml4_entry_t *pml4e;
10288         pdp_entry_t *pdpe;
10289         vm_page_t m;
10290         vm_pindex_t pml4_idx;
10291         vm_paddr_t mphys;
10292
10293         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
10294
10295         pml4_idx = pmap_pml4e_index(va);
10296         pml4e = &pti_pml4[pml4_idx];
10297         m = NULL;
10298         if (*pml4e == 0) {
10299                 if (pti_finalized)
10300                         panic("pml4 alloc after finalization\n");
10301                 m = pmap_pti_alloc_page();
10302                 if (*pml4e != 0) {
10303                         pmap_pti_free_page(m);
10304                         mphys = *pml4e & ~PAGE_MASK;
10305                 } else {
10306                         mphys = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
10307                         *pml4e = mphys | X86_PG_RW | X86_PG_V;
10308                 }
10309         } else {
10310                 mphys = *pml4e & ~PAGE_MASK;
10311         }
10312         pdpe = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys) + pmap_pdpe_index(va);
10313         return (pdpe);
10314 }
10315
10316 static void
10317 pmap_pti_wire_pte(void *pte)
10318 {
10319         vm_page_t m;
10320
10321         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
10322         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pte));
10323         m->ref_count++;
10324 }
10325
10326 static void
10327 pmap_pti_unwire_pde(void *pde, bool only_ref)
10328 {
10329         vm_page_t m;
10330
10331         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
10332         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pde));
10333         MPASS(m->ref_count > 0);
10334         MPASS(only_ref || m->ref_count > 1);
10335         pmap_pti_free_page(m);
10336 }
10337
10338 static void
10339 pmap_pti_unwire_pte(void *pte, vm_offset_t va)
10340 {
10341         vm_page_t m;
10342         pd_entry_t *pde;
10343
10344         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
10345         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pte));
10346         MPASS(m->ref_count > 0);
10347         if (pmap_pti_free_page(m)) {
10348                 pde = pmap_pti_pde(va);
10349                 MPASS((*pde & (X86_PG_PS | X86_PG_V)) == X86_PG_V);
10350                 *pde = 0;
10351                 pmap_pti_unwire_pde(pde, false);
10352         }
10353 }
10354
10355 static pd_entry_t *
10356 pmap_pti_pde(vm_offset_t va)
10357 {
10358         pdp_entry_t *pdpe;
10359         pd_entry_t *pde;
10360         vm_page_t m;
10361         vm_pindex_t pd_idx;
10362         vm_paddr_t mphys;
10363
10364         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
10365
10366         pdpe = pmap_pti_pdpe(va);
10367         if (*pdpe == 0) {
10368                 m = pmap_pti_alloc_page();
10369                 if (*pdpe != 0) {
10370                         pmap_pti_free_page(m);
10371                         MPASS((*pdpe & X86_PG_PS) == 0);
10372                         mphys = *pdpe & ~PAGE_MASK;
10373                 } else {
10374                         mphys =  VM_PAGE_TO_PHYS(m);
10375                         *pdpe = mphys | X86_PG_RW | X86_PG_V;
10376                 }
10377         } else {
10378                 MPASS((*pdpe & X86_PG_PS) == 0);
10379                 mphys = *pdpe & ~PAGE_MASK;
10380         }
10381
10382         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys);
10383         pd_idx = pmap_pde_index(va);
10384         pde += pd_idx;
10385         return (pde);
10386 }
10387
10388 static pt_entry_t *
10389 pmap_pti_pte(vm_offset_t va, bool *unwire_pde)
10390 {
10391         pd_entry_t *pde;
10392         pt_entry_t *pte;
10393         vm_page_t m;
10394         vm_paddr_t mphys;
10395
10396         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
10397
10398         pde = pmap_pti_pde(va);
10399         if (unwire_pde != NULL) {
10400                 *unwire_pde = true;
10401                 pmap_pti_wire_pte(pde);
10402         }
10403         if (*pde == 0) {
10404                 m = pmap_pti_alloc_page();
10405                 if (*pde != 0) {
10406                         pmap_pti_free_page(m);
10407                         MPASS((*pde & X86_PG_PS) == 0);
10408                         mphys = *pde & ~(PAGE_MASK | pg_nx);
10409                 } else {
10410                         mphys = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
10411                         *pde = mphys | X86_PG_RW | X86_PG_V;
10412                         if (unwire_pde != NULL)
10413                                 *unwire_pde = false;
10414                 }
10415         } else {
10416                 MPASS((*pde & X86_PG_PS) == 0);
10417                 mphys = *pde & ~(PAGE_MASK | pg_nx);
10418         }
10419
10420         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys);
10421         pte += pmap_pte_index(va);
10422
10423         return (pte);
10424 }
10425
10426 static void
10427 pmap_pti_add_kva_locked(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, bool exec)
10428 {
10429         vm_paddr_t pa;
10430         pd_entry_t *pde;
10431         pt_entry_t *pte, ptev;
10432         bool unwire_pde;
10433
10434         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
10435
10436         sva = trunc_page(sva);
10437         MPASS(sva > VM_MAXUSER_ADDRESS);
10438         eva = round_page(eva);
10439         MPASS(sva < eva);
10440         for (; sva < eva; sva += PAGE_SIZE) {
10441                 pte = pmap_pti_pte(sva, &unwire_pde);
10442                 pa = pmap_kextract(sva);
10443                 ptev = pa | X86_PG_RW | X86_PG_V | X86_PG_A | X86_PG_G |
10444                     (exec ? 0 : pg_nx) | pmap_cache_bits(kernel_pmap,
10445                     VM_MEMATTR_DEFAULT, FALSE);
10446                 if (*pte == 0) {
10447                         pte_store(pte, ptev);
10448                         pmap_pti_wire_pte(pte);
10449                 } else {
10450                         KASSERT(!pti_finalized,
10451                             ("pti overlap after fin %#lx %#lx %#lx",
10452                             sva, *pte, ptev));
10453                         KASSERT(*pte == ptev,
10454                             ("pti non-identical pte after fin %#lx %#lx %#lx",
10455                             sva, *pte, ptev));
10456                 }
10457                 if (unwire_pde) {
10458                         pde = pmap_pti_pde(sva);
10459                         pmap_pti_unwire_pde(pde, true);
10460                 }
10461         }
10462 }
10463
10464 void
10465 pmap_pti_add_kva(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, bool exec)
10466 {
10467
10468         if (!pti)
10469                 return;
10470         VM_OBJECT_WLOCK(pti_obj);
10471         pmap_pti_add_kva_locked(sva, eva, exec);
10472         VM_OBJECT_WUNLOCK(pti_obj);
10473 }
10474
10475 void
10476 pmap_pti_remove_kva(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
10477 {
10478         pt_entry_t *pte;
10479         vm_offset_t va;
10480
10481         if (!pti)
10482                 return;
10483         sva = rounddown2(sva, PAGE_SIZE);
10484         MPASS(sva > VM_MAXUSER_ADDRESS);
10485         eva = roundup2(eva, PAGE_SIZE);
10486         MPASS(sva < eva);
10487         VM_OBJECT_WLOCK(pti_obj);
10488         for (va = sva; va < eva; va += PAGE_SIZE) {
10489                 pte = pmap_pti_pte(va, NULL);
10490                 KASSERT((*pte & X86_PG_V) != 0,
10491                     ("invalid pte va %#lx pte %#lx pt %#lx", va,
10492                     (u_long)pte, *pte));
10493                 pte_clear(pte);
10494                 pmap_pti_unwire_pte(pte, va);
10495         }
10496         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, eva);
10497         VM_OBJECT_WUNLOCK(pti_obj);
10498 }
10499
10500 static void *
10501 pkru_dup_range(void *ctx __unused, void *data)
10502 {
10503         struct pmap_pkru_range *node, *new_node;
10504
10505         new_node = uma_zalloc(pmap_pkru_ranges_zone, M_NOWAIT);
10506         if (new_node == NULL)
10507                 return (NULL);
10508         node = data;
10509         memcpy(new_node, node, sizeof(*node));
10510         return (new_node);
10511 }
10512
10513 static void
10514 pkru_free_range(void *ctx __unused, void *node)
10515 {
10516
10517         uma_zfree(pmap_pkru_ranges_zone, node);
10518 }
10519
10520 static int
10521 pmap_pkru_assign(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, u_int keyidx,
10522     int flags)
10523 {
10524         struct pmap_pkru_range *ppr;
10525         int error;
10526
10527         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
10528         MPASS(pmap->pm_type == PT_X86);
10529         MPASS((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0);
10530         if ((flags & AMD64_PKRU_EXCL) != 0 &&
10531             !rangeset_check_empty(&pmap->pm_pkru, sva, eva))
10532                 return (EBUSY);
10533         ppr = uma_zalloc(pmap_pkru_ranges_zone, M_NOWAIT);
10534         if (ppr == NULL)
10535                 return (ENOMEM);
10536         ppr->pkru_keyidx = keyidx;
10537         ppr->pkru_flags = flags & AMD64_PKRU_PERSIST;
10538         error = rangeset_insert(&pmap->pm_pkru, sva, eva, ppr);
10539         if (error != 0)
10540                 uma_zfree(pmap_pkru_ranges_zone, ppr);
10541         return (error);
10542 }
10543
10544 static int
10545 pmap_pkru_deassign(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
10546 {
10547
10548         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
10549         MPASS(pmap->pm_type == PT_X86);
10550         MPASS((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0);
10551         return (rangeset_remove(&pmap->pm_pkru, sva, eva));
10552 }
10553
10554 static void
10555 pmap_pkru_deassign_all(pmap_t pmap)
10556 {
10557
10558         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
10559         if (pmap->pm_type == PT_X86 &&
10560             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0)
10561                 rangeset_remove_all(&pmap->pm_pkru);
10562 }
10563
10564 static bool
10565 pmap_pkru_same(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
10566 {
10567         struct pmap_pkru_range *ppr, *prev_ppr;
10568         vm_offset_t va;
10569
10570         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
10571         if (pmap->pm_type != PT_X86 ||
10572             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) == 0 ||
10573             sva >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
10574                 return (true);
10575         MPASS(eva <= VM_MAXUSER_ADDRESS);
10576         for (va = sva, prev_ppr = NULL; va < eva;) {
10577                 ppr = rangeset_lookup(&pmap->pm_pkru, va);
10578                 if ((ppr == NULL) ^ (prev_ppr == NULL))
10579                         return (false);
10580                 if (ppr == NULL) {
10581                         va += PAGE_SIZE;
10582                         continue;
10583                 }
10584                 if (prev_ppr->pkru_keyidx != ppr->pkru_keyidx)
10585                         return (false);
10586                 va = ppr->pkru_rs_el.re_end;
10587         }
10588         return (true);
10589 }
10590
10591 static pt_entry_t
10592 pmap_pkru_get(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
10593 {
10594         struct pmap_pkru_range *ppr;
10595
10596         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
10597         if (pmap->pm_type != PT_X86 ||
10598             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) == 0 ||
10599             va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
10600                 return (0);
10601         ppr = rangeset_lookup(&pmap->pm_pkru, va);
10602         if (ppr != NULL)
10603                 return (X86_PG_PKU(ppr->pkru_keyidx));
10604         return (0);
10605 }
10606
10607 static bool
10608 pred_pkru_on_remove(void *ctx __unused, void *r)
10609 {
10610         struct pmap_pkru_range *ppr;
10611
10612         ppr = r;
10613         return ((ppr->pkru_flags & AMD64_PKRU_PERSIST) == 0);
10614 }
10615
10616 static void
10617 pmap_pkru_on_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
10618 {
10619
10620         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
10621         if (pmap->pm_type == PT_X86 &&
10622             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0) {
10623                 rangeset_remove_pred(&pmap->pm_pkru, sva, eva,
10624                     pred_pkru_on_remove);
10625         }
10626 }
10627
10628 static int
10629 pmap_pkru_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap)
10630 {
10631
10632         PMAP_LOCK_ASSERT(dst_pmap, MA_OWNED);
10633         PMAP_LOCK_ASSERT(src_pmap, MA_OWNED);
10634         MPASS(dst_pmap->pm_type == PT_X86);
10635         MPASS(src_pmap->pm_type == PT_X86);
10636         MPASS((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0);
10637         if (src_pmap->pm_pkru.rs_data_ctx == NULL)
10638                 return (0);
10639         return (rangeset_copy(&dst_pmap->pm_pkru, &src_pmap->pm_pkru));
10640 }
10641
10642 static void
10643 pmap_pkru_update_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
10644     u_int keyidx)
10645 {
10646         pml4_entry_t *pml4e;
10647         pdp_entry_t *pdpe;
10648         pd_entry_t newpde, ptpaddr, *pde;
10649         pt_entry_t newpte, *ptep, pte;
10650         vm_offset_t va, va_next;
10651         bool changed;
10652
10653         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
10654         MPASS(pmap->pm_type == PT_X86);
10655         MPASS(keyidx <= PMAP_MAX_PKRU_IDX);
10656
10657         for (changed = false, va = sva; va < eva; va = va_next) {
10658                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, va);
10659                 if ((*pml4e & X86_PG_V) == 0) {
10660                         va_next = (va + NBPML4) & ~PML4MASK;
10661                         if (va_next < va)
10662                                 va_next = eva;
10663                         continue;
10664                 }
10665
10666                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, va);
10667                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0) {
10668                         va_next = (va + NBPDP) & ~PDPMASK;
10669                         if (va_next < va)
10670                                 va_next = eva;
10671                         continue;
10672                 }
10673
10674                 va_next = (va + NBPDR) & ~PDRMASK;
10675                 if (va_next < va)
10676                         va_next = eva;
10677
10678                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
10679                 ptpaddr = *pde;
10680                 if (ptpaddr == 0)
10681                         continue;
10682
10683                 MPASS((ptpaddr & X86_PG_V) != 0);
10684                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
10685                         if (va + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
10686                                 newpde = (ptpaddr & ~X86_PG_PKU_MASK) |
10687                                     X86_PG_PKU(keyidx);
10688                                 if (newpde != ptpaddr) {
10689                                         *pde = newpde;
10690                                         changed = true;
10691                                 }
10692                                 continue;
10693                         } else if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, va)) {
10694                                 continue;
10695                         }
10696                 }
10697
10698                 if (va_next > eva)
10699                         va_next = eva;
10700
10701                 for (ptep = pmap_pde_to_pte(pde, va); va != va_next;
10702                     ptep++, va += PAGE_SIZE) {
10703                         pte = *ptep;
10704                         if ((pte & X86_PG_V) == 0)
10705                                 continue;
10706                         newpte = (pte & ~X86_PG_PKU_MASK) | X86_PG_PKU(keyidx);
10707                         if (newpte != pte) {
10708                                 *ptep = newpte;
10709                                 changed = true;
10710                         }
10711                 }
10712         }
10713         if (changed)
10714                 pmap_invalidate_range(pmap, sva, eva);
10715 }
10716
10717 static int
10718 pmap_pkru_check_uargs(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
10719     u_int keyidx, int flags)
10720 {
10721
10722         if (pmap->pm_type != PT_X86 || keyidx > PMAP_MAX_PKRU_IDX ||
10723             (flags & ~(AMD64_PKRU_PERSIST | AMD64_PKRU_EXCL)) != 0)
10724                 return (EINVAL);
10725         if (eva <= sva || eva > VM_MAXUSER_ADDRESS)
10726                 return (EFAULT);
10727         if ((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) == 0)
10728                 return (ENOTSUP);
10729         return (0);
10730 }
10731
10732 int
10733 pmap_pkru_set(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, u_int keyidx,
10734     int flags)
10735 {
10736         int error;
10737
10738         sva = trunc_page(sva);
10739         eva = round_page(eva);
10740         error = pmap_pkru_check_uargs(pmap, sva, eva, keyidx, flags);
10741         if (error != 0)
10742                 return (error);
10743         for (;;) {
10744                 PMAP_LOCK(pmap);
10745                 error = pmap_pkru_assign(pmap, sva, eva, keyidx, flags);
10746                 if (error == 0)
10747                         pmap_pkru_update_range(pmap, sva, eva, keyidx);
10748                 PMAP_UNLOCK(pmap);
10749                 if (error != ENOMEM)
10750                         break;
10751                 vm_wait(NULL);
10752         }
10753         return (error);
10754 }
10755
10756 int
10757 pmap_pkru_clear(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
10758 {
10759         int error;
10760
10761         sva = trunc_page(sva);
10762         eva = round_page(eva);
10763         error = pmap_pkru_check_uargs(pmap, sva, eva, 0, 0);
10764         if (error != 0)
10765                 return (error);
10766         for (;;) {
10767                 PMAP_LOCK(pmap);
10768                 error = pmap_pkru_deassign(pmap, sva, eva);
10769                 if (error == 0)
10770                         pmap_pkru_update_range(pmap, sva, eva, 0);
10771                 PMAP_UNLOCK(pmap);
10772                 if (error != ENOMEM)
10773                         break;
10774                 vm_wait(NULL);
10775         }
10776         return (error);
10777 }
10778
10779 /*
10780  * Track a range of the kernel's virtual address space that is contiguous
10781  * in various mapping attributes.
10782  */
10783 struct pmap_kernel_map_range {
10784         vm_offset_t sva;
10785         pt_entry_t attrs;
10786         int ptes;
10787         int pdes;
10788         int pdpes;
10789 };
10790
10791 static void
10792 sysctl_kmaps_dump(struct sbuf *sb, struct pmap_kernel_map_range *range,
10793     vm_offset_t eva)
10794 {
10795         const char *mode;
10796         int i, pat_idx;
10797
10798         if (eva <= range->sva)
10799                 return;
10800
10801         pat_idx = pmap_pat_index(kernel_pmap, range->attrs, true);
10802         for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
10803                 if (pat_index[i] == pat_idx)
10804                         break;
10805
10806         switch (i) {
10807         case PAT_WRITE_BACK:
10808                 mode = "WB";
10809                 break;
10810         case PAT_WRITE_THROUGH:
10811                 mode = "WT";
10812                 break;
10813         case PAT_UNCACHEABLE:
10814                 mode = "UC";
10815                 break;
10816         case PAT_UNCACHED:
10817                 mode = "U-";
10818                 break;
10819         case PAT_WRITE_PROTECTED:
10820                 mode = "WP";
10821                 break;
10822         case PAT_WRITE_COMBINING:
10823                 mode = "WC";
10824                 break;
10825         default:
10826                 printf("%s: unknown PAT mode %#x for range 0x%016lx-0x%016lx\n",
10827                     __func__, pat_idx, range->sva, eva);
10828                 mode = "??";
10829                 break;
10830         }
10831
10832         sbuf_printf(sb, "0x%016lx-0x%016lx r%c%c%c%c %s %d %d %d\n",
10833             range->sva, eva,
10834             (range->attrs & X86_PG_RW) != 0 ? 'w' : '-',
10835             (range->attrs & pg_nx) != 0 ? '-' : 'x',
10836             (range->attrs & X86_PG_U) != 0 ? 'u' : 's',
10837             (range->attrs & X86_PG_G) != 0 ? 'g' : '-',
10838             mode, range->pdpes, range->pdes, range->ptes);
10839
10840         /* Reset to sentinel value. */
10841         range->sva = la57 ? KV5ADDR(NPML5EPG - 1, NPML4EPG - 1, NPDPEPG - 1,
10842             NPDEPG - 1, NPTEPG - 1) : KV4ADDR(NPML4EPG - 1, NPDPEPG - 1,
10843             NPDEPG - 1, NPTEPG - 1);
10844 }
10845
10846 /*
10847  * Determine whether the attributes specified by a page table entry match those
10848  * being tracked by the current range.  This is not quite as simple as a direct
10849  * flag comparison since some PAT modes have multiple representations.
10850  */
10851 static bool
10852 sysctl_kmaps_match(struct pmap_kernel_map_range *range, pt_entry_t attrs)
10853 {
10854         pt_entry_t diff, mask;
10855
10856         mask = X86_PG_G | X86_PG_RW | X86_PG_U | X86_PG_PDE_CACHE | pg_nx;
10857         diff = (range->attrs ^ attrs) & mask;
10858         if (diff == 0)
10859                 return (true);
10860         if ((diff & ~X86_PG_PDE_PAT) == 0 &&
10861             pmap_pat_index(kernel_pmap, range->attrs, true) ==
10862             pmap_pat_index(kernel_pmap, attrs, true))
10863                 return (true);
10864         return (false);
10865 }
10866
10867 static void
10868 sysctl_kmaps_reinit(struct pmap_kernel_map_range *range, vm_offset_t va,
10869     pt_entry_t attrs)
10870 {
10871
10872         memset(range, 0, sizeof(*range));
10873         range->sva = va;
10874         range->attrs = attrs;
10875 }
10876
10877 /*
10878  * Given a leaf PTE, derive the mapping's attributes.  If they do not match
10879  * those of the current run, dump the address range and its attributes, and
10880  * begin a new run.
10881  */
10882 static void
10883 sysctl_kmaps_check(struct sbuf *sb, struct pmap_kernel_map_range *range,
10884     vm_offset_t va, pml4_entry_t pml4e, pdp_entry_t pdpe, pd_entry_t pde,
10885     pt_entry_t pte)
10886 {
10887         pt_entry_t attrs;
10888
10889         attrs = pml4e & (X86_PG_RW | X86_PG_U | pg_nx);
10890
10891         attrs |= pdpe & pg_nx;
10892         attrs &= pg_nx | (pdpe & (X86_PG_RW | X86_PG_U));
10893         if ((pdpe & PG_PS) != 0) {
10894                 attrs |= pdpe & (X86_PG_G | X86_PG_PDE_CACHE);
10895         } else if (pde != 0) {
10896                 attrs |= pde & pg_nx;
10897                 attrs &= pg_nx | (pde & (X86_PG_RW | X86_PG_U));
10898         }
10899         if ((pde & PG_PS) != 0) {
10900                 attrs |= pde & (X86_PG_G | X86_PG_PDE_CACHE);
10901         } else if (pte != 0) {
10902                 attrs |= pte & pg_nx;
10903                 attrs &= pg_nx | (pte & (X86_PG_RW | X86_PG_U));
10904                 attrs |= pte & (X86_PG_G | X86_PG_PTE_CACHE);
10905
10906                 /* Canonicalize by always using the PDE PAT bit. */
10907                 if ((attrs & X86_PG_PTE_PAT) != 0)
10908                         attrs ^= X86_PG_PDE_PAT | X86_PG_PTE_PAT;
10909         }
10910
10911         if (range->sva > va || !sysctl_kmaps_match(range, attrs)) {
10912                 sysctl_kmaps_dump(sb, range, va);
10913                 sysctl_kmaps_reinit(range, va, attrs);
10914         }
10915 }
10916
10917 static int
10918 sysctl_kmaps(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
10919 {
10920         struct pmap_kernel_map_range range;
10921         struct sbuf sbuf, *sb;
10922         pml4_entry_t pml4e;
10923         pdp_entry_t *pdp, pdpe;
10924         pd_entry_t *pd, pde;
10925         pt_entry_t *pt, pte;
10926         vm_offset_t sva;
10927         vm_paddr_t pa;
10928         int error, i, j, k, l;
10929
10930         error = sysctl_wire_old_buffer(req, 0);
10931         if (error != 0)
10932                 return (error);
10933         sb = &sbuf;
10934         sbuf_new_for_sysctl(sb, NULL, PAGE_SIZE, req);
10935
10936         /* Sentinel value. */
10937         range.sva = la57 ? KV5ADDR(NPML5EPG - 1, NPML4EPG - 1, NPDPEPG - 1,
10938             NPDEPG - 1, NPTEPG - 1) : KV4ADDR(NPML4EPG - 1, NPDPEPG - 1,
10939             NPDEPG - 1, NPTEPG - 1);
10940
10941         /*
10942          * Iterate over the kernel page tables without holding the kernel pmap
10943          * lock.  Outside of the large map, kernel page table pages are never
10944          * freed, so at worst we will observe inconsistencies in the output.
10945          * Within the large map, ensure that PDP and PD page addresses are
10946          * valid before descending.
10947          */
10948         for (sva = 0, i = pmap_pml4e_index(sva); i < NPML4EPG; i++) {
10949                 switch (i) {
10950                 case PML4PML4I:
10951                         sbuf_printf(sb, "\nRecursive map:\n");
10952                         break;
10953                 case DMPML4I:
10954                         sbuf_printf(sb, "\nDirect map:\n");
10955                         break;
10956                 case KPML4BASE:
10957                         sbuf_printf(sb, "\nKernel map:\n");
10958                         break;
10959                 case LMSPML4I:
10960                         sbuf_printf(sb, "\nLarge map:\n");
10961                         break;
10962                 }
10963
10964                 /* Convert to canonical form. */
10965                 if (sva == 1ul << 47)
10966                         sva |= -1ul << 48;
10967
10968 restart:
10969                 pml4e = kernel_pml4[i];
10970                 if ((pml4e & X86_PG_V) == 0) {
10971                         sva = rounddown2(sva, NBPML4);
10972                         sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
10973                         sva += NBPML4;
10974                         continue;
10975                 }
10976                 pa = pml4e & PG_FRAME;
10977                 pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
10978
10979                 for (j = pmap_pdpe_index(sva); j < NPDPEPG; j++) {
10980                         pdpe = pdp[j];
10981                         if ((pdpe & X86_PG_V) == 0) {
10982                                 sva = rounddown2(sva, NBPDP);
10983                                 sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
10984                                 sva += NBPDP;
10985                                 continue;
10986                         }
10987                         pa = pdpe & PG_FRAME;
10988                         if (PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(sva) &&
10989                             vm_phys_paddr_to_vm_page(pa) == NULL)
10990                                 goto restart;
10991                         if ((pdpe & PG_PS) != 0) {
10992                                 sva = rounddown2(sva, NBPDP);
10993                                 sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva, pml4e, pdpe,
10994                                     0, 0);
10995                                 range.pdpes++;
10996                                 sva += NBPDP;
10997                                 continue;
10998                         }
10999                         pd = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
11000
11001                         for (k = pmap_pde_index(sva); k < NPDEPG; k++) {
11002                                 pde = pd[k];
11003                                 if ((pde & X86_PG_V) == 0) {
11004                                         sva = rounddown2(sva, NBPDR);
11005                                         sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
11006                                         sva += NBPDR;
11007                                         continue;
11008                                 }
11009                                 pa = pde & PG_FRAME;
11010                                 if (PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(sva) &&
11011                                     vm_phys_paddr_to_vm_page(pa) == NULL)
11012                                         goto restart;
11013                                 if ((pde & PG_PS) != 0) {
11014                                         sva = rounddown2(sva, NBPDR);
11015                                         sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva,
11016                                             pml4e, pdpe, pde, 0);
11017                                         range.pdes++;
11018                                         sva += NBPDR;
11019                                         continue;
11020                                 }
11021                                 pt = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
11022
11023                                 for (l = pmap_pte_index(sva); l < NPTEPG; l++,
11024                                     sva += PAGE_SIZE) {
11025                                         pte = pt[l];
11026                                         if ((pte & X86_PG_V) == 0) {
11027                                                 sysctl_kmaps_dump(sb, &range,
11028                                                     sva);
11029                                                 continue;
11030                                         }
11031                                         sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva,
11032                                             pml4e, pdpe, pde, pte);
11033                                         range.ptes++;
11034                                 }
11035                         }
11036                 }
11037         }
11038
11039         error = sbuf_finish(sb);
11040         sbuf_delete(sb);
11041         return (error);
11042 }
11043 SYSCTL_OID(_vm_pmap, OID_AUTO, kernel_maps,
11044     CTLTYPE_STRING | CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE,
11045     NULL, 0, sysctl_kmaps, "A",
11046     "Dump kernel address layout");
11047
11048 #ifdef DDB
11049 DB_SHOW_COMMAND(pte, pmap_print_pte)
11050 {
11051         pmap_t pmap;
11052         pml5_entry_t *pml5;
11053         pml4_entry_t *pml4;
11054         pdp_entry_t *pdp;
11055         pd_entry_t *pde;
11056         pt_entry_t *pte, PG_V;
11057         vm_offset_t va;
11058
11059         if (!have_addr) {
11060                 db_printf("show pte addr\n");
11061                 return;
11062         }
11063         va = (vm_offset_t)addr;
11064
11065         if (kdb_thread != NULL)
11066                 pmap = vmspace_pmap(kdb_thread->td_proc->p_vmspace);
11067         else
11068                 pmap = PCPU_GET(curpmap);
11069
11070         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
11071         db_printf("VA 0x%016lx", va);
11072
11073         if (pmap_is_la57(pmap)) {
11074                 pml5 = pmap_pml5e(pmap, va);
11075                 db_printf(" pml5e 0x%016lx", *pml5);
11076                 if ((*pml5 & PG_V) == 0) {
11077                         db_printf("\n");
11078                         return;
11079                 }
11080                 pml4 = pmap_pml5e_to_pml4e(pml5, va);
11081         } else {
11082                 pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
11083         }
11084         db_printf(" pml4e 0x%016lx", *pml4);
11085         if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
11086                 db_printf("\n");
11087                 return;
11088         }
11089         pdp = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4, va);
11090         db_printf(" pdpe 0x%016lx", *pdp);
11091         if ((*pdp & PG_V) == 0 || (*pdp & PG_PS) != 0) {
11092                 db_printf("\n");
11093                 return;
11094         }
11095         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdp, va);
11096         db_printf(" pde 0x%016lx", *pde);
11097         if ((*pde & PG_V) == 0 || (*pde & PG_PS) != 0) {
11098                 db_printf("\n");
11099                 return;
11100         }
11101         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
11102         db_printf(" pte 0x%016lx\n", *pte);
11103 }
11104
11105 DB_SHOW_COMMAND(phys2dmap, pmap_phys2dmap)
11106 {
11107         vm_paddr_t a;
11108
11109         if (have_addr) {
11110                 a = (vm_paddr_t)addr;
11111                 db_printf("0x%jx\n", (uintmax_t)PHYS_TO_DMAP(a));
11112         } else {
11113                 db_printf("show phys2dmap addr\n");
11114         }
11115 }
11116
11117 static void
11118 ptpages_show_page(int level, int idx, vm_page_t pg)
11119 {
11120         db_printf("l %d i %d pg %p phys %#lx ref %x\n",
11121             level, idx, pg, VM_PAGE_TO_PHYS(pg), pg->ref_count);
11122 }
11123
11124 static void
11125 ptpages_show_complain(int level, int idx, uint64_t pte)
11126 {
11127         db_printf("l %d i %d pte %#lx\n", level, idx, pte);
11128 }
11129
11130 static void
11131 ptpages_show_pml4(vm_page_t pg4, int num_entries, uint64_t PG_V)
11132 {
11133         vm_page_t pg3, pg2, pg1;
11134         pml4_entry_t *pml4;
11135         pdp_entry_t *pdp;
11136         pd_entry_t *pd;
11137         int i4, i3, i2;
11138
11139         pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pg4));
11140         for (i4 = 0; i4 < num_entries; i4++) {
11141                 if ((pml4[i4] & PG_V) == 0)
11142                         continue;
11143                 pg3 = PHYS_TO_VM_PAGE(pml4[i4] & PG_FRAME);
11144                 if (pg3 == NULL) {
11145                         ptpages_show_complain(3, i4, pml4[i4]);
11146                         continue;
11147                 }
11148                 ptpages_show_page(3, i4, pg3);
11149                 pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pg3));
11150                 for (i3 = 0; i3 < NPDPEPG; i3++) {
11151                         if ((pdp[i3] & PG_V) == 0)
11152                                 continue;
11153                         pg2 = PHYS_TO_VM_PAGE(pdp[i3] & PG_FRAME);
11154                         if (pg3 == NULL) {
11155                                 ptpages_show_complain(2, i3, pdp[i3]);
11156                                 continue;
11157                         }
11158                         ptpages_show_page(2, i3, pg2);
11159                         pd = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pg2));
11160                         for (i2 = 0; i2 < NPDEPG; i2++) {
11161                                 if ((pd[i2] & PG_V) == 0)
11162                                         continue;
11163                                 pg1 = PHYS_TO_VM_PAGE(pd[i2] & PG_FRAME);
11164                                 if (pg1 == NULL) {
11165                                         ptpages_show_complain(1, i2, pd[i2]);
11166                                         continue;
11167                                 }
11168                                 ptpages_show_page(1, i2, pg1);
11169                         }
11170                 }
11171         }
11172 }
11173
11174 DB_SHOW_COMMAND(ptpages, pmap_ptpages)
11175 {
11176         pmap_t pmap;
11177         vm_page_t pg;
11178         pml5_entry_t *pml5;
11179         uint64_t PG_V;
11180         int i5;
11181
11182         if (have_addr)
11183                 pmap = (pmap_t)addr;
11184         else
11185                 pmap = PCPU_GET(curpmap);
11186
11187         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
11188
11189         if (pmap_is_la57(pmap)) {
11190                 pml5 = pmap->pm_pmltop;
11191                 for (i5 = 0; i5 < NUPML5E; i5++) {
11192                         if ((pml5[i5] & PG_V) == 0)
11193                                 continue;
11194                         pg = PHYS_TO_VM_PAGE(pml5[i5] & PG_FRAME);
11195                         if (pg == NULL) {
11196                                 ptpages_show_complain(4, i5, pml5[i5]);
11197                                 continue;
11198                         }
11199                         ptpages_show_page(4, i5, pg);
11200                         ptpages_show_pml4(pg, NPML4EPG, PG_V);
11201                 }
11202         } else {
11203                 ptpages_show_pml4(PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS(
11204                     (vm_offset_t)pmap->pm_pmltop)), NUP4ML4E, PG_V);
11205         }
11206 }
11207 #endif