]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/stable/9.git/blob - sys/amd64/amd64/pmap.c
MFC r263475:
[FreeBSD/stable/9.git] / sys / amd64 / amd64 / pmap.c
1 /*-
2  * Copyright (c) 1991 Regents of the University of California.
3  * All rights reserved.
4  * Copyright (c) 1994 John S. Dyson
5  * All rights reserved.
6  * Copyright (c) 1994 David Greenman
7  * All rights reserved.
8  * Copyright (c) 2003 Peter Wemm
9  * All rights reserved.
10  * Copyright (c) 2005-2010 Alan L. Cox <alc@cs.rice.edu>
11  * All rights reserved.
12  *
13  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
14  * the Systems Programming Group of the University of Utah Computer
15  * Science Department and William Jolitz of UUNET Technologies Inc.
16  *
17  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
18  * modification, are permitted provided that the following conditions
19  * are met:
20  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
21  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
22  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
23  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
24  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
25  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
26  *    must display the following acknowledgement:
27  *      This product includes software developed by the University of
28  *      California, Berkeley and its contributors.
29  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
30  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
31  *    without specific prior written permission.
32  *
33  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
34  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
35  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
36  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
37  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
38  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
39  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
40  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
41  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
42  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
43  * SUCH DAMAGE.
44  *
45  *      from:   @(#)pmap.c      7.7 (Berkeley)  5/12/91
46  */
47 /*-
48  * Copyright (c) 2003 Networks Associates Technology, Inc.
49  * All rights reserved.
50  *
51  * This software was developed for the FreeBSD Project by Jake Burkholder,
52  * Safeport Network Services, and Network Associates Laboratories, the
53  * Security Research Division of Network Associates, Inc. under
54  * DARPA/SPAWAR contract N66001-01-C-8035 ("CBOSS"), as part of the DARPA
55  * CHATS research program.
56  *
57  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
58  * modification, are permitted provided that the following conditions
59  * are met:
60  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
61  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
62  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
63  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
64  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
65  *
66  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
67  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
68  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
69  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
70  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
71  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
72  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
73  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
74  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
75  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
76  * SUCH DAMAGE.
77  */
78
79 #include <sys/cdefs.h>
80 __FBSDID("$FreeBSD$");
81
82 /*
83  *      Manages physical address maps.
84  *
85  *      In addition to hardware address maps, this
86  *      module is called upon to provide software-use-only
87  *      maps which may or may not be stored in the same
88  *      form as hardware maps.  These pseudo-maps are
89  *      used to store intermediate results from copy
90  *      operations to and from address spaces.
91  *
92  *      Since the information managed by this module is
93  *      also stored by the logical address mapping module,
94  *      this module may throw away valid virtual-to-physical
95  *      mappings at almost any time.  However, invalidations
96  *      of virtual-to-physical mappings must be done as
97  *      requested.
98  *
99  *      In order to cope with hardware architectures which
100  *      make virtual-to-physical map invalidates expensive,
101  *      this module may delay invalidate or reduced protection
102  *      operations until such time as they are actually
103  *      necessary.  This module is given full information as
104  *      to which processors are currently using which maps,
105  *      and to when physical maps must be made correct.
106  */
107
108 #include "opt_pmap.h"
109 #include "opt_vm.h"
110
111 #include <sys/param.h>
112 #include <sys/bus.h>
113 #include <sys/systm.h>
114 #include <sys/kernel.h>
115 #include <sys/ktr.h>
116 #include <sys/lock.h>
117 #include <sys/malloc.h>
118 #include <sys/mman.h>
119 #include <sys/mutex.h>
120 #include <sys/proc.h>
121 #include <sys/rwlock.h>
122 #include <sys/sx.h>
123 #include <sys/vmmeter.h>
124 #include <sys/sched.h>
125 #include <sys/sysctl.h>
126 #ifdef SMP
127 #include <sys/smp.h>
128 #else
129 #include <sys/cpuset.h>
130 #endif
131
132 #include <vm/vm.h>
133 #include <vm/vm_param.h>
134 #include <vm/vm_kern.h>
135 #include <vm/vm_page.h>
136 #include <vm/vm_map.h>
137 #include <vm/vm_object.h>
138 #include <vm/vm_extern.h>
139 #include <vm/vm_pageout.h>
140 #include <vm/vm_pager.h>
141 #include <vm/vm_reserv.h>
142 #include <vm/uma.h>
143
144 #include <machine/intr_machdep.h>
145 #include <machine/apicvar.h>
146 #include <machine/cpu.h>
147 #include <machine/cputypes.h>
148 #include <machine/md_var.h>
149 #include <machine/pcb.h>
150 #include <machine/specialreg.h>
151 #ifdef SMP
152 #include <machine/smp.h>
153 #endif
154
155 #if !defined(DIAGNOSTIC)
156 #ifdef __GNUC_GNU_INLINE__
157 #define PMAP_INLINE     __attribute__((__gnu_inline__)) inline
158 #else
159 #define PMAP_INLINE     extern inline
160 #endif
161 #else
162 #define PMAP_INLINE
163 #endif
164
165 #ifdef PV_STATS
166 #define PV_STAT(x)      do { x ; } while (0)
167 #else
168 #define PV_STAT(x)      do { } while (0)
169 #endif
170
171 #define pa_index(pa)    ((pa) >> PDRSHIFT)
172 #define pa_to_pvh(pa)   (&pv_table[pa_index(pa)])
173
174 #define NPV_LIST_LOCKS  MAXCPU
175
176 #define PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa)        \
177                         (&pv_list_locks[pa_index(pa) % NPV_LIST_LOCKS])
178
179 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa)  do {    \
180         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
181         struct rwlock *_new_lock;                       \
182                                                         \
183         _new_lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);           \
184         if (_new_lock != *_lockp) {                     \
185                 if (*_lockp != NULL)                    \
186                         rw_wunlock(*_lockp);            \
187                 *_lockp = _new_lock;                    \
188                 rw_wlock(*_lockp);                      \
189         }                                               \
190 } while (0)
191
192 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m)        \
193                         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, VM_PAGE_TO_PHYS(m))
194
195 #define RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp)             do {    \
196         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
197                                                         \
198         if (*_lockp != NULL) {                          \
199                 rw_wunlock(*_lockp);                    \
200                 *_lockp = NULL;                         \
201         }                                               \
202 } while (0)
203
204 #define VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m)      \
205                         PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(VM_PAGE_TO_PHYS(m))
206
207 struct pmap kernel_pmap_store;
208
209 vm_offset_t virtual_avail;      /* VA of first avail page (after kernel bss) */
210 vm_offset_t virtual_end;        /* VA of last avail page (end of kernel AS) */
211
212 static int ndmpdp;
213 vm_paddr_t dmaplimit;
214 vm_offset_t kernel_vm_end = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
215 pt_entry_t pg_nx;
216
217 static SYSCTL_NODE(_vm, OID_AUTO, pmap, CTLFLAG_RD, 0, "VM/pmap parameters");
218
219 static int pat_works = 1;
220 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pat_works, CTLFLAG_RD, &pat_works, 1,
221     "Is page attribute table fully functional?");
222
223 static int pg_ps_enabled = 1;
224 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pg_ps_enabled, CTLFLAG_RDTUN, &pg_ps_enabled, 0,
225     "Are large page mappings enabled?");
226
227 #define PAT_INDEX_SIZE  8
228 static int pat_index[PAT_INDEX_SIZE];   /* cache mode to PAT index conversion */
229
230 static u_int64_t        KPTphys;        /* phys addr of kernel level 1 */
231 static u_int64_t        KPDphys;        /* phys addr of kernel level 2 */
232 u_int64_t               KPDPphys;       /* phys addr of kernel level 3 */
233 u_int64_t               KPML4phys;      /* phys addr of kernel level 4 */
234
235 static u_int64_t        DMPDphys;       /* phys addr of direct mapped level 2 */
236 static u_int64_t        DMPDPphys;      /* phys addr of direct mapped level 3 */
237
238 /*
239  * Isolate the global pv list lock from data and other locks to prevent false
240  * sharing within the cache.
241  */
242 static struct {
243         struct rwlock   lock;
244         char            padding[CACHE_LINE_SIZE - sizeof(struct rwlock)];
245 } pvh_global __aligned(CACHE_LINE_SIZE);
246
247 #define pvh_global_lock pvh_global.lock
248
249 /*
250  * Data for the pv entry allocation mechanism
251  */
252 static TAILQ_HEAD(pch, pv_chunk) pv_chunks = TAILQ_HEAD_INITIALIZER(pv_chunks);
253 static struct mtx pv_chunks_mutex;
254 static struct rwlock pv_list_locks[NPV_LIST_LOCKS];
255 static struct md_page *pv_table;
256
257 /*
258  * All those kernel PT submaps that BSD is so fond of
259  */
260 pt_entry_t *CMAP1 = 0;
261 caddr_t CADDR1 = 0;
262
263 /*
264  * Crashdump maps.
265  */
266 static caddr_t crashdumpmap;
267
268 static void     free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc);
269 static void     free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv);
270 static pv_entry_t get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp);
271 static int      popcnt_pc_map_elem(uint64_t elem);
272 static vm_page_t reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp);
273 static void     reserve_pv_entries(pmap_t pmap, int needed,
274                     struct rwlock **lockp);
275 static void     pmap_pv_demote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
276                     struct rwlock **lockp);
277 static boolean_t pmap_pv_insert_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
278                     struct rwlock **lockp);
279 static void     pmap_pv_promote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
280                     struct rwlock **lockp);
281 static void     pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va);
282 static pv_entry_t pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap,
283                     vm_offset_t va);
284 static int      pmap_pvh_wired_mappings(struct md_page *pvh, int count);
285
286 static int pmap_change_attr_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode);
287 static boolean_t pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va);
288 static boolean_t pmap_demote_pde_locked(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde,
289     vm_offset_t va, struct rwlock **lockp);
290 static boolean_t pmap_demote_pdpe(pmap_t pmap, pdp_entry_t *pdpe,
291     vm_offset_t va);
292 static boolean_t pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
293     vm_prot_t prot, struct rwlock **lockp);
294 static vm_page_t pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
295     vm_page_t m, vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp);
296 static void pmap_fill_ptp(pt_entry_t *firstpte, pt_entry_t newpte);
297 static void pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte);
298 static boolean_t pmap_is_modified_pvh(struct md_page *pvh);
299 static boolean_t pmap_is_referenced_pvh(struct md_page *pvh);
300 static void pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode);
301 static vm_page_t pmap_lookup_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
302 static void pmap_pde_attr(pd_entry_t *pde, int cache_bits);
303 static void pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
304     struct rwlock **lockp);
305 static boolean_t pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva,
306     vm_prot_t prot);
307 static void pmap_pte_attr(pt_entry_t *pte, int cache_bits);
308 static int pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
309                 vm_page_t *free, struct rwlock **lockp);
310 static int pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq,
311                 vm_offset_t sva, pd_entry_t ptepde, vm_page_t *free,
312                 struct rwlock **lockp);
313 static void pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte);
314 static void pmap_remove_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
315     vm_page_t *free);
316 static boolean_t pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
317     vm_page_t m, struct rwlock **lockp);
318 static void pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
319     pd_entry_t newpde);
320 static void pmap_update_pde_invalidate(vm_offset_t va, pd_entry_t newpde);
321
322 static vm_page_t _pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex,
323                 struct rwlock **lockp);
324 static vm_page_t pmap_allocpde(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
325                 struct rwlock **lockp);
326 static vm_page_t pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
327                 struct rwlock **lockp);
328
329 static void _pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
330                 vm_page_t *free);
331 static int pmap_unuse_pt(pmap_t, vm_offset_t, pd_entry_t, vm_page_t *);
332 static vm_offset_t pmap_kmem_choose(vm_offset_t addr);
333
334 CTASSERT(1 << PDESHIFT == sizeof(pd_entry_t));
335 CTASSERT(1 << PTESHIFT == sizeof(pt_entry_t));
336
337 /*
338  * Move the kernel virtual free pointer to the next
339  * 2MB.  This is used to help improve performance
340  * by using a large (2MB) page for much of the kernel
341  * (.text, .data, .bss)
342  */
343 static vm_offset_t
344 pmap_kmem_choose(vm_offset_t addr)
345 {
346         vm_offset_t newaddr = addr;
347
348         newaddr = (addr + (NBPDR - 1)) & ~(NBPDR - 1);
349         return (newaddr);
350 }
351
352 /********************/
353 /* Inline functions */
354 /********************/
355
356 /* Return a non-clipped PD index for a given VA */
357 static __inline vm_pindex_t
358 pmap_pde_pindex(vm_offset_t va)
359 {
360         return (va >> PDRSHIFT);
361 }
362
363
364 /* Return various clipped indexes for a given VA */
365 static __inline vm_pindex_t
366 pmap_pte_index(vm_offset_t va)
367 {
368
369         return ((va >> PAGE_SHIFT) & ((1ul << NPTEPGSHIFT) - 1));
370 }
371
372 static __inline vm_pindex_t
373 pmap_pde_index(vm_offset_t va)
374 {
375
376         return ((va >> PDRSHIFT) & ((1ul << NPDEPGSHIFT) - 1));
377 }
378
379 static __inline vm_pindex_t
380 pmap_pdpe_index(vm_offset_t va)
381 {
382
383         return ((va >> PDPSHIFT) & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1));
384 }
385
386 static __inline vm_pindex_t
387 pmap_pml4e_index(vm_offset_t va)
388 {
389
390         return ((va >> PML4SHIFT) & ((1ul << NPML4EPGSHIFT) - 1));
391 }
392
393 /* Return a pointer to the PML4 slot that corresponds to a VA */
394 static __inline pml4_entry_t *
395 pmap_pml4e(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
396 {
397
398         return (&pmap->pm_pml4[pmap_pml4e_index(va)]);
399 }
400
401 /* Return a pointer to the PDP slot that corresponds to a VA */
402 static __inline pdp_entry_t *
403 pmap_pml4e_to_pdpe(pml4_entry_t *pml4e, vm_offset_t va)
404 {
405         pdp_entry_t *pdpe;
406
407         pdpe = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4e & PG_FRAME);
408         return (&pdpe[pmap_pdpe_index(va)]);
409 }
410
411 /* Return a pointer to the PDP slot that corresponds to a VA */
412 static __inline pdp_entry_t *
413 pmap_pdpe(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
414 {
415         pml4_entry_t *pml4e;
416
417         pml4e = pmap_pml4e(pmap, va);
418         if ((*pml4e & PG_V) == 0)
419                 return (NULL);
420         return (pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, va));
421 }
422
423 /* Return a pointer to the PD slot that corresponds to a VA */
424 static __inline pd_entry_t *
425 pmap_pdpe_to_pde(pdp_entry_t *pdpe, vm_offset_t va)
426 {
427         pd_entry_t *pde;
428
429         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdpe & PG_FRAME);
430         return (&pde[pmap_pde_index(va)]);
431 }
432
433 /* Return a pointer to the PD slot that corresponds to a VA */
434 static __inline pd_entry_t *
435 pmap_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
436 {
437         pdp_entry_t *pdpe;
438
439         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
440         if (pdpe == NULL || (*pdpe & PG_V) == 0)
441                 return (NULL);
442         return (pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va));
443 }
444
445 /* Return a pointer to the PT slot that corresponds to a VA */
446 static __inline pt_entry_t *
447 pmap_pde_to_pte(pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
448 {
449         pt_entry_t *pte;
450
451         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pde & PG_FRAME);
452         return (&pte[pmap_pte_index(va)]);
453 }
454
455 /* Return a pointer to the PT slot that corresponds to a VA */
456 static __inline pt_entry_t *
457 pmap_pte(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
458 {
459         pd_entry_t *pde;
460
461         pde = pmap_pde(pmap, va);
462         if (pde == NULL || (*pde & PG_V) == 0)
463                 return (NULL);
464         if ((*pde & PG_PS) != 0)        /* compat with i386 pmap_pte() */
465                 return ((pt_entry_t *)pde);
466         return (pmap_pde_to_pte(pde, va));
467 }
468
469 static __inline void
470 pmap_resident_count_inc(pmap_t pmap, int count)
471 {
472
473         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
474         pmap->pm_stats.resident_count += count;
475 }
476
477 static __inline void
478 pmap_resident_count_dec(pmap_t pmap, int count)
479 {
480
481         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
482         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count >= count,
483             ("pmap %p resident count underflow %ld %d", pmap,
484             pmap->pm_stats.resident_count, count));
485         pmap->pm_stats.resident_count -= count;
486 }
487
488 PMAP_INLINE pt_entry_t *
489 vtopte(vm_offset_t va)
490 {
491         u_int64_t mask = ((1ul << (NPTEPGSHIFT + NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT)) - 1);
492
493         return (PTmap + ((va >> PAGE_SHIFT) & mask));
494 }
495
496 static __inline pd_entry_t *
497 vtopde(vm_offset_t va)
498 {
499         u_int64_t mask = ((1ul << (NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT)) - 1);
500
501         return (PDmap + ((va >> PDRSHIFT) & mask));
502 }
503
504 static u_int64_t
505 allocpages(vm_paddr_t *firstaddr, int n)
506 {
507         u_int64_t ret;
508
509         ret = *firstaddr;
510         bzero((void *)ret, n * PAGE_SIZE);
511         *firstaddr += n * PAGE_SIZE;
512         return (ret);
513 }
514
515 CTASSERT(powerof2(NDMPML4E));
516
517 static void
518 create_pagetables(vm_paddr_t *firstaddr)
519 {
520         int i, j, ndm1g;
521
522         /* Allocate pages */
523         KPTphys = allocpages(firstaddr, NKPT);
524         KPML4phys = allocpages(firstaddr, 1);
525         KPDPphys = allocpages(firstaddr, NKPML4E);
526         KPDphys = allocpages(firstaddr, NKPDPE);
527
528         ndmpdp = (ptoa(Maxmem) + NBPDP - 1) >> PDPSHIFT;
529         if (ndmpdp < 4)         /* Minimum 4GB of dirmap */
530                 ndmpdp = 4;
531         DMPDPphys = allocpages(firstaddr, NDMPML4E);
532         ndm1g = 0;
533         if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0)
534                 ndm1g = ptoa(Maxmem) >> PDPSHIFT;
535         if (ndm1g < ndmpdp)
536                 DMPDphys = allocpages(firstaddr, ndmpdp - ndm1g);
537         dmaplimit = (vm_paddr_t)ndmpdp << PDPSHIFT;
538
539         /* Fill in the underlying page table pages */
540         /* Read-only from zero to physfree */
541         /* XXX not fully used, underneath 2M pages */
542         for (i = 0; (i << PAGE_SHIFT) < *firstaddr; i++) {
543                 ((pt_entry_t *)KPTphys)[i] = i << PAGE_SHIFT;
544                 ((pt_entry_t *)KPTphys)[i] |= PG_RW | PG_V | PG_G;
545         }
546
547         /* Now map the page tables at their location within PTmap */
548         for (i = 0; i < NKPT; i++) {
549                 ((pd_entry_t *)KPDphys)[i] = KPTphys + (i << PAGE_SHIFT);
550                 ((pd_entry_t *)KPDphys)[i] |= PG_RW | PG_V;
551         }
552
553         /* Map from zero to end of allocations under 2M pages */
554         /* This replaces some of the KPTphys entries above */
555         for (i = 0; (i << PDRSHIFT) < *firstaddr; i++) {
556                 ((pd_entry_t *)KPDphys)[i] = i << PDRSHIFT;
557                 ((pd_entry_t *)KPDphys)[i] |= PG_RW | PG_V | PG_PS | PG_G;
558         }
559
560         /* And connect up the PD to the PDP */
561         for (i = 0; i < NKPDPE; i++) {
562                 ((pdp_entry_t *)KPDPphys)[i + KPDPI] = KPDphys +
563                     (i << PAGE_SHIFT);
564                 ((pdp_entry_t *)KPDPphys)[i + KPDPI] |= PG_RW | PG_V | PG_U;
565         }
566
567         /*
568          * Now, set up the direct map region using 2MB and/or 1GB pages.  If
569          * the end of physical memory is not aligned to a 1GB page boundary,
570          * then the residual physical memory is mapped with 2MB pages.  Later,
571          * if pmap_mapdev{_attr}() uses the direct map for non-write-back
572          * memory, pmap_change_attr() will demote any 2MB or 1GB page mappings
573          * that are partially used. 
574          */
575         for (i = NPDEPG * ndm1g, j = 0; i < NPDEPG * ndmpdp; i++, j++) {
576                 ((pd_entry_t *)DMPDphys)[j] = (vm_paddr_t)i << PDRSHIFT;
577                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
578                 ((pd_entry_t *)DMPDphys)[j] |= PG_RW | PG_V | PG_PS | PG_G |
579                     PG_M | PG_A;
580         }
581         for (i = 0; i < ndm1g; i++) {
582                 ((pdp_entry_t *)DMPDPphys)[i] = (vm_paddr_t)i << PDPSHIFT;
583                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
584                 ((pdp_entry_t *)DMPDPphys)[i] |= PG_RW | PG_V | PG_PS | PG_G |
585                     PG_M | PG_A;
586         }
587         for (j = 0; i < ndmpdp; i++, j++) {
588                 ((pdp_entry_t *)DMPDPphys)[i] = DMPDphys + (j << PAGE_SHIFT);
589                 ((pdp_entry_t *)DMPDPphys)[i] |= PG_RW | PG_V | PG_U;
590         }
591
592         /* And recursively map PML4 to itself in order to get PTmap */
593         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[PML4PML4I] = KPML4phys;
594         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[PML4PML4I] |= PG_RW | PG_V | PG_U;
595
596         /* Connect the Direct Map slot(s) up to the PML4. */
597         for (i = 0; i < NDMPML4E; i++) {
598                 ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[DMPML4I + i] = DMPDPphys +
599                     (i << PAGE_SHIFT);
600                 ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[DMPML4I + i] |= PG_RW | PG_V | PG_U;
601         }
602
603         /* Connect the KVA slot up to the PML4 */
604         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[KPML4I] = KPDPphys;
605         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[KPML4I] |= PG_RW | PG_V | PG_U;
606 }
607
608 /*
609  *      Bootstrap the system enough to run with virtual memory.
610  *
611  *      On amd64 this is called after mapping has already been enabled
612  *      and just syncs the pmap module with what has already been done.
613  *      [We can't call it easily with mapping off since the kernel is not
614  *      mapped with PA == VA, hence we would have to relocate every address
615  *      from the linked base (virtual) address "KERNBASE" to the actual
616  *      (physical) address starting relative to 0]
617  */
618 void
619 pmap_bootstrap(vm_paddr_t *firstaddr)
620 {
621         vm_offset_t va;
622         pt_entry_t *pte, *unused;
623
624         /*
625          * Create an initial set of page tables to run the kernel in.
626          */
627         create_pagetables(firstaddr);
628
629         virtual_avail = (vm_offset_t) KERNBASE + *firstaddr;
630         virtual_avail = pmap_kmem_choose(virtual_avail);
631
632         virtual_end = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS;
633
634
635         /* XXX do %cr0 as well */
636         load_cr4(rcr4() | CR4_PGE | CR4_PSE);
637         load_cr3(KPML4phys);
638         if (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_SMEP)
639                 load_cr4(rcr4() | CR4_SMEP);
640
641         /*
642          * Initialize the kernel pmap (which is statically allocated).
643          */
644         PMAP_LOCK_INIT(kernel_pmap);
645         kernel_pmap->pm_pml4 = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(KPML4phys);
646         kernel_pmap->pm_root = NULL;
647         CPU_FILL(&kernel_pmap->pm_active);      /* don't allow deactivation */
648         TAILQ_INIT(&kernel_pmap->pm_pvchunk);
649
650         /*
651          * Initialize the global pv list lock.
652          */
653         rw_init(&pvh_global_lock, "pmap pv global");
654
655         /*
656          * Reserve some special page table entries/VA space for temporary
657          * mapping of pages.
658          */
659 #define SYSMAP(c, p, v, n)      \
660         v = (c)va; va += ((n)*PAGE_SIZE); p = pte; pte += (n);
661
662         va = virtual_avail;
663         pte = vtopte(va);
664
665         /*
666          * CMAP1 is only used for the memory test.
667          */
668         SYSMAP(caddr_t, CMAP1, CADDR1, 1)
669
670         /*
671          * Crashdump maps.
672          */
673         SYSMAP(caddr_t, unused, crashdumpmap, MAXDUMPPGS)
674
675         virtual_avail = va;
676
677         /* Initialize the PAT MSR. */
678         pmap_init_pat();
679 }
680
681 /*
682  * Setup the PAT MSR.
683  */
684 void
685 pmap_init_pat(void)
686 {
687         int pat_table[PAT_INDEX_SIZE];
688         uint64_t pat_msr;
689         u_long cr0, cr4;
690         int i;
691
692         /* Bail if this CPU doesn't implement PAT. */
693         if ((cpu_feature & CPUID_PAT) == 0)
694                 panic("no PAT??");
695
696         /* Set default PAT index table. */
697         for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
698                 pat_table[i] = -1;
699         pat_table[PAT_WRITE_BACK] = 0;
700         pat_table[PAT_WRITE_THROUGH] = 1;
701         pat_table[PAT_UNCACHEABLE] = 3;
702         pat_table[PAT_WRITE_COMBINING] = 3;
703         pat_table[PAT_WRITE_PROTECTED] = 3;
704         pat_table[PAT_UNCACHED] = 3;
705
706         /* Initialize default PAT entries. */
707         pat_msr = PAT_VALUE(0, PAT_WRITE_BACK) |
708             PAT_VALUE(1, PAT_WRITE_THROUGH) |
709             PAT_VALUE(2, PAT_UNCACHED) |
710             PAT_VALUE(3, PAT_UNCACHEABLE) |
711             PAT_VALUE(4, PAT_WRITE_BACK) |
712             PAT_VALUE(5, PAT_WRITE_THROUGH) |
713             PAT_VALUE(6, PAT_UNCACHED) |
714             PAT_VALUE(7, PAT_UNCACHEABLE);
715
716         if (pat_works) {
717                 /*
718                  * Leave the indices 0-3 at the default of WB, WT, UC-, and UC.
719                  * Program 5 and 6 as WP and WC.
720                  * Leave 4 and 7 as WB and UC.
721                  */
722                 pat_msr &= ~(PAT_MASK(5) | PAT_MASK(6));
723                 pat_msr |= PAT_VALUE(5, PAT_WRITE_PROTECTED) |
724                     PAT_VALUE(6, PAT_WRITE_COMBINING);
725                 pat_table[PAT_UNCACHED] = 2;
726                 pat_table[PAT_WRITE_PROTECTED] = 5;
727                 pat_table[PAT_WRITE_COMBINING] = 6;
728         } else {
729                 /*
730                  * Just replace PAT Index 2 with WC instead of UC-.
731                  */
732                 pat_msr &= ~PAT_MASK(2);
733                 pat_msr |= PAT_VALUE(2, PAT_WRITE_COMBINING);
734                 pat_table[PAT_WRITE_COMBINING] = 2;
735         }
736
737         /* Disable PGE. */
738         cr4 = rcr4();
739         load_cr4(cr4 & ~CR4_PGE);
740
741         /* Disable caches (CD = 1, NW = 0). */
742         cr0 = rcr0();
743         load_cr0((cr0 & ~CR0_NW) | CR0_CD);
744
745         /* Flushes caches and TLBs. */
746         wbinvd();
747         invltlb();
748
749         /* Update PAT and index table. */
750         wrmsr(MSR_PAT, pat_msr);
751         for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
752                 pat_index[i] = pat_table[i];
753
754         /* Flush caches and TLBs again. */
755         wbinvd();
756         invltlb();
757
758         /* Restore caches and PGE. */
759         load_cr0(cr0);
760         load_cr4(cr4);
761 }
762
763 /*
764  *      Initialize a vm_page's machine-dependent fields.
765  */
766 void
767 pmap_page_init(vm_page_t m)
768 {
769
770         TAILQ_INIT(&m->md.pv_list);
771         m->md.pat_mode = PAT_WRITE_BACK;
772 }
773
774 /*
775  *      Initialize the pmap module.
776  *      Called by vm_init, to initialize any structures that the pmap
777  *      system needs to map virtual memory.
778  */
779 void
780 pmap_init(void)
781 {
782         vm_page_t mpte;
783         vm_size_t s;
784         int i, pv_npg;
785
786         /*
787          * Initialize the vm page array entries for the kernel pmap's
788          * page table pages.
789          */ 
790         for (i = 0; i < NKPT; i++) {
791                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(KPTphys + (i << PAGE_SHIFT));
792                 KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
793                     mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
794                     ("pmap_init: page table page is out of range"));
795                 mpte->pindex = pmap_pde_pindex(KERNBASE) + i;
796                 mpte->phys_addr = KPTphys + (i << PAGE_SHIFT);
797         }
798
799         /*
800          * If the kernel is running in a virtual machine on an AMD Family 10h
801          * processor, then it must assume that MCA is enabled by the virtual
802          * machine monitor.
803          */
804         if (vm_guest == VM_GUEST_VM && cpu_vendor_id == CPU_VENDOR_AMD &&
805             CPUID_TO_FAMILY(cpu_id) == 0x10)
806                 workaround_erratum383 = 1;
807
808         /*
809          * Are large page mappings enabled?
810          */
811         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.pg_ps_enabled", &pg_ps_enabled);
812         if (pg_ps_enabled) {
813                 KASSERT(MAXPAGESIZES > 1 && pagesizes[1] == 0,
814                     ("pmap_init: can't assign to pagesizes[1]"));
815                 pagesizes[1] = NBPDR;
816         }
817
818         /*
819          * Initialize the pv chunk list mutex.
820          */
821         mtx_init(&pv_chunks_mutex, "pmap pv chunk list", NULL, MTX_DEF);
822
823         /*
824          * Initialize the pool of pv list locks.
825          */
826         for (i = 0; i < NPV_LIST_LOCKS; i++)
827                 rw_init(&pv_list_locks[i], "pmap pv list");
828
829         /*
830          * Calculate the size of the pv head table for superpages.
831          */
832         for (i = 0; phys_avail[i + 1]; i += 2);
833         pv_npg = round_2mpage(phys_avail[(i - 2) + 1]) / NBPDR;
834
835         /*
836          * Allocate memory for the pv head table for superpages.
837          */
838         s = (vm_size_t)(pv_npg * sizeof(struct md_page));
839         s = round_page(s);
840         pv_table = (struct md_page *)kmem_alloc(kernel_map, s);
841         for (i = 0; i < pv_npg; i++)
842                 TAILQ_INIT(&pv_table[i].pv_list);
843 }
844
845 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, pde, CTLFLAG_RD, 0,
846     "2MB page mapping counters");
847
848 static u_long pmap_pde_demotions;
849 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
850     &pmap_pde_demotions, 0, "2MB page demotions");
851
852 static u_long pmap_pde_mappings;
853 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, mappings, CTLFLAG_RD,
854     &pmap_pde_mappings, 0, "2MB page mappings");
855
856 static u_long pmap_pde_p_failures;
857 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, p_failures, CTLFLAG_RD,
858     &pmap_pde_p_failures, 0, "2MB page promotion failures");
859
860 static u_long pmap_pde_promotions;
861 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, promotions, CTLFLAG_RD,
862     &pmap_pde_promotions, 0, "2MB page promotions");
863
864 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, pdpe, CTLFLAG_RD, 0,
865     "1GB page mapping counters");
866
867 static u_long pmap_pdpe_demotions;
868 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pdpe, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
869     &pmap_pdpe_demotions, 0, "1GB page demotions");
870
871 /***************************************************
872  * Low level helper routines.....
873  ***************************************************/
874
875 /*
876  * Determine the appropriate bits to set in a PTE or PDE for a specified
877  * caching mode.
878  */
879 static int
880 pmap_cache_bits(int mode, boolean_t is_pde)
881 {
882         int cache_bits, pat_flag, pat_idx;
883
884         if (mode < 0 || mode >= PAT_INDEX_SIZE || pat_index[mode] < 0)
885                 panic("Unknown caching mode %d\n", mode);
886
887         /* The PAT bit is different for PTE's and PDE's. */
888         pat_flag = is_pde ? PG_PDE_PAT : PG_PTE_PAT;
889
890         /* Map the caching mode to a PAT index. */
891         pat_idx = pat_index[mode];
892
893         /* Map the 3-bit index value into the PAT, PCD, and PWT bits. */
894         cache_bits = 0;
895         if (pat_idx & 0x4)
896                 cache_bits |= pat_flag;
897         if (pat_idx & 0x2)
898                 cache_bits |= PG_NC_PCD;
899         if (pat_idx & 0x1)
900                 cache_bits |= PG_NC_PWT;
901         return (cache_bits);
902 }
903
904 /*
905  * After changing the page size for the specified virtual address in the page
906  * table, flush the corresponding entries from the processor's TLB.  Only the
907  * calling processor's TLB is affected.
908  *
909  * The calling thread must be pinned to a processor.
910  */
911 static void
912 pmap_update_pde_invalidate(vm_offset_t va, pd_entry_t newpde)
913 {
914         u_long cr4;
915
916         if ((newpde & PG_PS) == 0)
917                 /* Demotion: flush a specific 2MB page mapping. */
918                 invlpg(va);
919         else if ((newpde & PG_G) == 0)
920                 /*
921                  * Promotion: flush every 4KB page mapping from the TLB
922                  * because there are too many to flush individually.
923                  */
924                 invltlb();
925         else {
926                 /*
927                  * Promotion: flush every 4KB page mapping from the TLB,
928                  * including any global (PG_G) mappings.
929                  */
930                 cr4 = rcr4();
931                 load_cr4(cr4 & ~CR4_PGE);
932                 /*
933                  * Although preemption at this point could be detrimental to
934                  * performance, it would not lead to an error.  PG_G is simply
935                  * ignored if CR4.PGE is clear.  Moreover, in case this block
936                  * is re-entered, the load_cr4() either above or below will
937                  * modify CR4.PGE flushing the TLB.
938                  */
939                 load_cr4(cr4 | CR4_PGE);
940         }
941 }
942 #ifdef SMP
943 /*
944  * For SMP, these functions have to use the IPI mechanism for coherence.
945  *
946  * N.B.: Before calling any of the following TLB invalidation functions,
947  * the calling processor must ensure that all stores updating a non-
948  * kernel page table are globally performed.  Otherwise, another
949  * processor could cache an old, pre-update entry without being
950  * invalidated.  This can happen one of two ways: (1) The pmap becomes
951  * active on another processor after its pm_active field is checked by
952  * one of the following functions but before a store updating the page
953  * table is globally performed. (2) The pmap becomes active on another
954  * processor before its pm_active field is checked but due to
955  * speculative loads one of the following functions stills reads the
956  * pmap as inactive on the other processor.
957  * 
958  * The kernel page table is exempt because its pm_active field is
959  * immutable.  The kernel page table is always active on every
960  * processor.
961  */
962 void
963 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
964 {
965         cpuset_t other_cpus;
966         u_int cpuid;
967
968         sched_pin();
969         if (pmap == kernel_pmap || !CPU_CMP(&pmap->pm_active, &all_cpus)) {
970                 invlpg(va);
971                 smp_invlpg(va);
972         } else {
973                 cpuid = PCPU_GET(cpuid);
974                 other_cpus = all_cpus;
975                 CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
976                 if (CPU_ISSET(cpuid, &pmap->pm_active))
977                         invlpg(va);
978                 CPU_AND(&other_cpus, &pmap->pm_active);
979                 if (!CPU_EMPTY(&other_cpus))
980                         smp_masked_invlpg(other_cpus, va);
981         }
982         sched_unpin();
983 }
984
985 void
986 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
987 {
988         cpuset_t other_cpus;
989         vm_offset_t addr;
990         u_int cpuid;
991
992         sched_pin();
993         if (pmap == kernel_pmap || !CPU_CMP(&pmap->pm_active, &all_cpus)) {
994                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
995                         invlpg(addr);
996                 smp_invlpg_range(sva, eva);
997         } else {
998                 cpuid = PCPU_GET(cpuid);
999                 other_cpus = all_cpus;
1000                 CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
1001                 if (CPU_ISSET(cpuid, &pmap->pm_active))
1002                         for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
1003                                 invlpg(addr);
1004                 CPU_AND(&other_cpus, &pmap->pm_active);
1005                 if (!CPU_EMPTY(&other_cpus))
1006                         smp_masked_invlpg_range(other_cpus, sva, eva);
1007         }
1008         sched_unpin();
1009 }
1010
1011 void
1012 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
1013 {
1014         cpuset_t other_cpus;
1015         u_int cpuid;
1016
1017         sched_pin();
1018         if (pmap == kernel_pmap || !CPU_CMP(&pmap->pm_active, &all_cpus)) {
1019                 invltlb();
1020                 smp_invltlb();
1021         } else {
1022                 cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1023                 other_cpus = all_cpus;
1024                 CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
1025                 if (CPU_ISSET(cpuid, &pmap->pm_active))
1026                         invltlb();
1027                 CPU_AND(&other_cpus, &pmap->pm_active);
1028                 if (!CPU_EMPTY(&other_cpus))
1029                         smp_masked_invltlb(other_cpus);
1030         }
1031         sched_unpin();
1032 }
1033
1034 void
1035 pmap_invalidate_cache(void)
1036 {
1037
1038         sched_pin();
1039         wbinvd();
1040         smp_cache_flush();
1041         sched_unpin();
1042 }
1043
1044 struct pde_action {
1045         cpuset_t invalidate;    /* processors that invalidate their TLB */
1046         vm_offset_t va;
1047         pd_entry_t *pde;
1048         pd_entry_t newpde;
1049         u_int store;            /* processor that updates the PDE */
1050 };
1051
1052 static void
1053 pmap_update_pde_action(void *arg)
1054 {
1055         struct pde_action *act = arg;
1056
1057         if (act->store == PCPU_GET(cpuid))
1058                 pde_store(act->pde, act->newpde);
1059 }
1060
1061 static void
1062 pmap_update_pde_teardown(void *arg)
1063 {
1064         struct pde_action *act = arg;
1065
1066         if (CPU_ISSET(PCPU_GET(cpuid), &act->invalidate))
1067                 pmap_update_pde_invalidate(act->va, act->newpde);
1068 }
1069
1070 /*
1071  * Change the page size for the specified virtual address in a way that
1072  * prevents any possibility of the TLB ever having two entries that map the
1073  * same virtual address using different page sizes.  This is the recommended
1074  * workaround for Erratum 383 on AMD Family 10h processors.  It prevents a
1075  * machine check exception for a TLB state that is improperly diagnosed as a
1076  * hardware error.
1077  */
1078 static void
1079 pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
1080 {
1081         struct pde_action act;
1082         cpuset_t active, other_cpus;
1083         u_int cpuid;
1084
1085         sched_pin();
1086         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1087         other_cpus = all_cpus;
1088         CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
1089         if (pmap == kernel_pmap)
1090                 active = all_cpus;
1091         else
1092                 active = pmap->pm_active;
1093         if (CPU_OVERLAP(&active, &other_cpus)) { 
1094                 act.store = cpuid;
1095                 act.invalidate = active;
1096                 act.va = va;
1097                 act.pde = pde;
1098                 act.newpde = newpde;
1099                 CPU_SET(cpuid, &active);
1100                 smp_rendezvous_cpus(active,
1101                     smp_no_rendevous_barrier, pmap_update_pde_action,
1102                     pmap_update_pde_teardown, &act);
1103         } else {
1104                 pde_store(pde, newpde);
1105                 if (CPU_ISSET(cpuid, &active))
1106                         pmap_update_pde_invalidate(va, newpde);
1107         }
1108         sched_unpin();
1109 }
1110 #else /* !SMP */
1111 /*
1112  * Normal, non-SMP, invalidation functions.
1113  * We inline these within pmap.c for speed.
1114  */
1115 PMAP_INLINE void
1116 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1117 {
1118
1119         if (pmap == kernel_pmap || !CPU_EMPTY(&pmap->pm_active))
1120                 invlpg(va);
1121 }
1122
1123 PMAP_INLINE void
1124 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
1125 {
1126         vm_offset_t addr;
1127
1128         if (pmap == kernel_pmap || !CPU_EMPTY(&pmap->pm_active))
1129                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
1130                         invlpg(addr);
1131 }
1132
1133 PMAP_INLINE void
1134 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
1135 {
1136
1137         if (pmap == kernel_pmap || !CPU_EMPTY(&pmap->pm_active))
1138                 invltlb();
1139 }
1140
1141 PMAP_INLINE void
1142 pmap_invalidate_cache(void)
1143 {
1144
1145         wbinvd();
1146 }
1147
1148 static void
1149 pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
1150 {
1151
1152         pde_store(pde, newpde);
1153         if (pmap == kernel_pmap || !CPU_EMPTY(&pmap->pm_active))
1154                 pmap_update_pde_invalidate(va, newpde);
1155 }
1156 #endif /* !SMP */
1157
1158 #define PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD   (2 * 1024 * 1024)
1159
1160 void
1161 pmap_invalidate_cache_range(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
1162 {
1163
1164         KASSERT((sva & PAGE_MASK) == 0,
1165             ("pmap_invalidate_cache_range: sva not page-aligned"));
1166         KASSERT((eva & PAGE_MASK) == 0,
1167             ("pmap_invalidate_cache_range: eva not page-aligned"));
1168
1169         if (cpu_feature & CPUID_SS)
1170                 ; /* If "Self Snoop" is supported, do nothing. */
1171         else if ((cpu_feature & CPUID_CLFSH) != 0 &&
1172             eva - sva < PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD) {
1173
1174                 /*
1175                  * XXX: Some CPUs fault, hang, or trash the local APIC
1176                  * registers if we use CLFLUSH on the local APIC
1177                  * range.  The local APIC is always uncached, so we
1178                  * don't need to flush for that range anyway.
1179                  */
1180                 if (pmap_kextract(sva) == lapic_paddr)
1181                         return;
1182
1183                 /*
1184                  * Otherwise, do per-cache line flush.  Use the mfence
1185                  * instruction to insure that previous stores are
1186                  * included in the write-back.  The processor
1187                  * propagates flush to other processors in the cache
1188                  * coherence domain.
1189                  */
1190                 mfence();
1191                 for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size)
1192                         clflush(sva);
1193                 mfence();
1194         } else {
1195
1196                 /*
1197                  * No targeted cache flush methods are supported by CPU,
1198                  * or the supplied range is bigger than 2MB.
1199                  * Globally invalidate cache.
1200                  */
1201                 pmap_invalidate_cache();
1202         }
1203 }
1204
1205 /*
1206  * Remove the specified set of pages from the data and instruction caches.
1207  *
1208  * In contrast to pmap_invalidate_cache_range(), this function does not
1209  * rely on the CPU's self-snoop feature, because it is intended for use
1210  * when moving pages into a different cache domain.
1211  */
1212 void
1213 pmap_invalidate_cache_pages(vm_page_t *pages, int count)
1214 {
1215         vm_offset_t daddr, eva;
1216         int i;
1217
1218         if (count >= PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD / PAGE_SIZE ||
1219             (cpu_feature & CPUID_CLFSH) == 0)
1220                 pmap_invalidate_cache();
1221         else {
1222                 mfence();
1223                 for (i = 0; i < count; i++) {
1224                         daddr = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pages[i]));
1225                         eva = daddr + PAGE_SIZE;
1226                         for (; daddr < eva; daddr += cpu_clflush_line_size)
1227                                 clflush(daddr);
1228                 }
1229                 mfence();
1230         }
1231 }
1232
1233 /*
1234  *      Routine:        pmap_extract
1235  *      Function:
1236  *              Extract the physical page address associated
1237  *              with the given map/virtual_address pair.
1238  */
1239 vm_paddr_t 
1240 pmap_extract(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1241 {
1242         pdp_entry_t *pdpe;
1243         pd_entry_t *pde;
1244         pt_entry_t *pte;
1245         vm_paddr_t pa;
1246
1247         pa = 0;
1248         PMAP_LOCK(pmap);
1249         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
1250         if (pdpe != NULL && (*pdpe & PG_V) != 0) {
1251                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0)
1252                         pa = (*pdpe & PG_PS_FRAME) | (va & PDPMASK);
1253                 else {
1254                         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
1255                         if ((*pde & PG_V) != 0) {
1256                                 if ((*pde & PG_PS) != 0) {
1257                                         pa = (*pde & PG_PS_FRAME) |
1258                                             (va & PDRMASK);
1259                                 } else {
1260                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
1261                                         pa = (*pte & PG_FRAME) |
1262                                             (va & PAGE_MASK);
1263                                 }
1264                         }
1265                 }
1266         }
1267         PMAP_UNLOCK(pmap);
1268         return (pa);
1269 }
1270
1271 /*
1272  *      Routine:        pmap_extract_and_hold
1273  *      Function:
1274  *              Atomically extract and hold the physical page
1275  *              with the given pmap and virtual address pair
1276  *              if that mapping permits the given protection.
1277  */
1278 vm_page_t
1279 pmap_extract_and_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_prot_t prot)
1280 {
1281         pd_entry_t pde, *pdep;
1282         pt_entry_t pte;
1283         vm_paddr_t pa;
1284         vm_page_t m;
1285
1286         pa = 0;
1287         m = NULL;
1288         PMAP_LOCK(pmap);
1289 retry:
1290         pdep = pmap_pde(pmap, va);
1291         if (pdep != NULL && (pde = *pdep)) {
1292                 if (pde & PG_PS) {
1293                         if ((pde & PG_RW) || (prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
1294                                 if (vm_page_pa_tryrelock(pmap, (pde &
1295                                     PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK), &pa))
1296                                         goto retry;
1297                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE((pde & PG_PS_FRAME) |
1298                                     (va & PDRMASK));
1299                                 vm_page_hold(m);
1300                         }
1301                 } else {
1302                         pte = *pmap_pde_to_pte(pdep, va);
1303                         if ((pte & PG_V) &&
1304                             ((pte & PG_RW) || (prot & VM_PROT_WRITE) == 0)) {
1305                                 if (vm_page_pa_tryrelock(pmap, pte & PG_FRAME,
1306                                     &pa))
1307                                         goto retry;
1308                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pte & PG_FRAME);
1309                                 vm_page_hold(m);
1310                         }
1311                 }
1312         }
1313         PA_UNLOCK_COND(pa);
1314         PMAP_UNLOCK(pmap);
1315         return (m);
1316 }
1317
1318 vm_paddr_t
1319 pmap_kextract(vm_offset_t va)
1320 {
1321         pd_entry_t pde;
1322         vm_paddr_t pa;
1323
1324         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS) {
1325                 pa = DMAP_TO_PHYS(va);
1326         } else {
1327                 pde = *vtopde(va);
1328                 if (pde & PG_PS) {
1329                         pa = (pde & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK);
1330                 } else {
1331                         /*
1332                          * Beware of a concurrent promotion that changes the
1333                          * PDE at this point!  For example, vtopte() must not
1334                          * be used to access the PTE because it would use the
1335                          * new PDE.  It is, however, safe to use the old PDE
1336                          * because the page table page is preserved by the
1337                          * promotion.
1338                          */
1339                         pa = *pmap_pde_to_pte(&pde, va);
1340                         pa = (pa & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK);
1341                 }
1342         }
1343         return (pa);
1344 }
1345
1346 /***************************************************
1347  * Low level mapping routines.....
1348  ***************************************************/
1349
1350 /*
1351  * Add a wired page to the kva.
1352  * Note: not SMP coherent.
1353  */
1354 PMAP_INLINE void 
1355 pmap_kenter(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
1356 {
1357         pt_entry_t *pte;
1358
1359         pte = vtopte(va);
1360         pte_store(pte, pa | PG_RW | PG_V | PG_G);
1361 }
1362
1363 static __inline void
1364 pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode)
1365 {
1366         pt_entry_t *pte;
1367
1368         pte = vtopte(va);
1369         pte_store(pte, pa | PG_RW | PG_V | PG_G | pmap_cache_bits(mode, 0));
1370 }
1371
1372 /*
1373  * Remove a page from the kernel pagetables.
1374  * Note: not SMP coherent.
1375  */
1376 PMAP_INLINE void
1377 pmap_kremove(vm_offset_t va)
1378 {
1379         pt_entry_t *pte;
1380
1381         pte = vtopte(va);
1382         pte_clear(pte);
1383 }
1384
1385 /*
1386  *      Used to map a range of physical addresses into kernel
1387  *      virtual address space.
1388  *
1389  *      The value passed in '*virt' is a suggested virtual address for
1390  *      the mapping. Architectures which can support a direct-mapped
1391  *      physical to virtual region can return the appropriate address
1392  *      within that region, leaving '*virt' unchanged. Other
1393  *      architectures should map the pages starting at '*virt' and
1394  *      update '*virt' with the first usable address after the mapped
1395  *      region.
1396  */
1397 vm_offset_t
1398 pmap_map(vm_offset_t *virt, vm_paddr_t start, vm_paddr_t end, int prot)
1399 {
1400         return PHYS_TO_DMAP(start);
1401 }
1402
1403
1404 /*
1405  * Add a list of wired pages to the kva
1406  * this routine is only used for temporary
1407  * kernel mappings that do not need to have
1408  * page modification or references recorded.
1409  * Note that old mappings are simply written
1410  * over.  The page *must* be wired.
1411  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
1412  */
1413 void
1414 pmap_qenter(vm_offset_t sva, vm_page_t *ma, int count)
1415 {
1416         pt_entry_t *endpte, oldpte, pa, *pte;
1417         vm_page_t m;
1418
1419         oldpte = 0;
1420         pte = vtopte(sva);
1421         endpte = pte + count;
1422         while (pte < endpte) {
1423                 m = *ma++;
1424                 pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | pmap_cache_bits(m->md.pat_mode, 0);
1425                 if ((*pte & (PG_FRAME | PG_PTE_CACHE)) != pa) {
1426                         oldpte |= *pte;
1427                         pte_store(pte, pa | PG_G | PG_RW | PG_V);
1428                 }
1429                 pte++;
1430         }
1431         if (__predict_false((oldpte & PG_V) != 0))
1432                 pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, sva + count *
1433                     PAGE_SIZE);
1434 }
1435
1436 /*
1437  * This routine tears out page mappings from the
1438  * kernel -- it is meant only for temporary mappings.
1439  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
1440  */
1441 void
1442 pmap_qremove(vm_offset_t sva, int count)
1443 {
1444         vm_offset_t va;
1445
1446         va = sva;
1447         while (count-- > 0) {
1448                 KASSERT(va >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS, ("usermode va %lx", va));
1449                 pmap_kremove(va);
1450                 va += PAGE_SIZE;
1451         }
1452         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
1453 }
1454
1455 /***************************************************
1456  * Page table page management routines.....
1457  ***************************************************/
1458 static __inline void
1459 pmap_free_zero_pages(vm_page_t free)
1460 {
1461         vm_page_t m;
1462
1463         while (free != NULL) {
1464                 m = free;
1465                 free = m->right;
1466                 /* Preserve the page's PG_ZERO setting. */
1467                 vm_page_free_toq(m);
1468         }
1469 }
1470
1471 /*
1472  * Schedule the specified unused page table page to be freed.  Specifically,
1473  * add the page to the specified list of pages that will be released to the
1474  * physical memory manager after the TLB has been updated.
1475  */
1476 static __inline void
1477 pmap_add_delayed_free_list(vm_page_t m, vm_page_t *free, boolean_t set_PG_ZERO)
1478 {
1479
1480         if (set_PG_ZERO)
1481                 m->flags |= PG_ZERO;
1482         else
1483                 m->flags &= ~PG_ZERO;
1484         m->right = *free;
1485         *free = m;
1486 }
1487         
1488 /*
1489  * Inserts the specified page table page into the specified pmap's collection
1490  * of idle page table pages.  Each of a pmap's page table pages is responsible
1491  * for mapping a distinct range of virtual addresses.  The pmap's collection is
1492  * ordered by this virtual address range.
1493  */
1494 static void
1495 pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte)
1496 {
1497         vm_page_t root;
1498
1499         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1500         root = pmap->pm_root;
1501         if (root == NULL) {
1502                 mpte->left = NULL;
1503                 mpte->right = NULL;
1504         } else {
1505                 root = vm_page_splay(mpte->pindex, root);
1506                 if (mpte->pindex < root->pindex) {
1507                         mpte->left = root->left;
1508                         mpte->right = root;
1509                         root->left = NULL;
1510                 } else if (mpte->pindex == root->pindex)
1511                         panic("pmap_insert_pt_page: pindex already inserted");
1512                 else {
1513                         mpte->right = root->right;
1514                         mpte->left = root;
1515                         root->right = NULL;
1516                 }
1517         }
1518         pmap->pm_root = mpte;
1519 }
1520
1521 /*
1522  * Looks for a page table page mapping the specified virtual address in the
1523  * specified pmap's collection of idle page table pages.  Returns NULL if there
1524  * is no page table page corresponding to the specified virtual address.
1525  */
1526 static vm_page_t
1527 pmap_lookup_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1528 {
1529         vm_page_t mpte;
1530         vm_pindex_t pindex = pmap_pde_pindex(va);
1531
1532         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1533         if ((mpte = pmap->pm_root) != NULL && mpte->pindex != pindex) {
1534                 mpte = vm_page_splay(pindex, mpte);
1535                 if ((pmap->pm_root = mpte)->pindex != pindex)
1536                         mpte = NULL;
1537         }
1538         return (mpte);
1539 }
1540
1541 /*
1542  * Removes the specified page table page from the specified pmap's collection
1543  * of idle page table pages.  The specified page table page must be a member of
1544  * the pmap's collection.
1545  */
1546 static void
1547 pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte)
1548 {
1549         vm_page_t root;
1550
1551         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1552         if (mpte != pmap->pm_root) {
1553                 root = vm_page_splay(mpte->pindex, pmap->pm_root);
1554                 KASSERT(mpte == root,
1555                     ("pmap_remove_pt_page: mpte %p is missing from pmap %p",
1556                     mpte, pmap));
1557         }
1558         if (mpte->left == NULL)
1559                 root = mpte->right;
1560         else {
1561                 root = vm_page_splay(mpte->pindex, mpte->left);
1562                 root->right = mpte->right;
1563         }
1564         pmap->pm_root = root;
1565 }
1566
1567 /*
1568  * Decrements a page table page's wire count, which is used to record the
1569  * number of valid page table entries within the page.  If the wire count
1570  * drops to zero, then the page table page is unmapped.  Returns TRUE if the
1571  * page table page was unmapped and FALSE otherwise.
1572  */
1573 static inline boolean_t
1574 pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_page_t *free)
1575 {
1576
1577         --m->wire_count;
1578         if (m->wire_count == 0) {
1579                 _pmap_unwire_ptp(pmap, va, m, free);
1580                 return (TRUE);
1581         } else
1582                 return (FALSE);
1583 }
1584
1585 static void
1586 _pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_page_t *free)
1587 {
1588
1589         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1590         /*
1591          * unmap the page table page
1592          */
1593         if (m->pindex >= (NUPDE + NUPDPE)) {
1594                 /* PDP page */
1595                 pml4_entry_t *pml4;
1596                 pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
1597                 *pml4 = 0;
1598         } else if (m->pindex >= NUPDE) {
1599                 /* PD page */
1600                 pdp_entry_t *pdp;
1601                 pdp = pmap_pdpe(pmap, va);
1602                 *pdp = 0;
1603         } else {
1604                 /* PTE page */
1605                 pd_entry_t *pd;
1606                 pd = pmap_pde(pmap, va);
1607                 *pd = 0;
1608         }
1609         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
1610         if (m->pindex < NUPDE) {
1611                 /* We just released a PT, unhold the matching PD */
1612                 vm_page_t pdpg;
1613
1614                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pdpe(pmap, va) & PG_FRAME);
1615                 pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdpg, free);
1616         }
1617         if (m->pindex >= NUPDE && m->pindex < (NUPDE + NUPDPE)) {
1618                 /* We just released a PD, unhold the matching PDP */
1619                 vm_page_t pdppg;
1620
1621                 pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pml4e(pmap, va) & PG_FRAME);
1622                 pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdppg, free);
1623         }
1624
1625         /*
1626          * This is a release store so that the ordinary store unmapping
1627          * the page table page is globally performed before TLB shoot-
1628          * down is begun.
1629          */
1630         atomic_subtract_rel_int(&cnt.v_wire_count, 1);
1631
1632         /* 
1633          * Put page on a list so that it is released after
1634          * *ALL* TLB shootdown is done
1635          */
1636         pmap_add_delayed_free_list(m, free, TRUE);
1637 }
1638
1639 /*
1640  * After removing a page table entry, this routine is used to
1641  * conditionally free the page, and manage the hold/wire counts.
1642  */
1643 static int
1644 pmap_unuse_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t ptepde, vm_page_t *free)
1645 {
1646         vm_page_t mpte;
1647
1648         if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
1649                 return (0);
1650         KASSERT(ptepde != 0, ("pmap_unuse_pt: ptepde != 0"));
1651         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(ptepde & PG_FRAME);
1652         return (pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpte, free));
1653 }
1654
1655 void
1656 pmap_pinit0(pmap_t pmap)
1657 {
1658
1659         PMAP_LOCK_INIT(pmap);
1660         pmap->pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(KPML4phys);
1661         pmap->pm_root = NULL;
1662         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
1663         PCPU_SET(curpmap, pmap);
1664         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
1665         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
1666 }
1667
1668 /*
1669  * Initialize a preallocated and zeroed pmap structure,
1670  * such as one in a vmspace structure.
1671  */
1672 int
1673 pmap_pinit(pmap_t pmap)
1674 {
1675         vm_page_t pml4pg;
1676         int i;
1677
1678         PMAP_LOCK_INIT(pmap);
1679
1680         /*
1681          * allocate the page directory page
1682          */
1683         while ((pml4pg = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL |
1684             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO)) == NULL)
1685                 VM_WAIT;
1686
1687         pmap->pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg));
1688
1689         if ((pml4pg->flags & PG_ZERO) == 0)
1690                 pagezero(pmap->pm_pml4);
1691
1692         /* Wire in kernel global address entries. */
1693         pmap->pm_pml4[KPML4I] = KPDPphys | PG_RW | PG_V | PG_U;
1694         for (i = 0; i < NDMPML4E; i++) {
1695                 pmap->pm_pml4[DMPML4I + i] = (DMPDPphys + (i << PAGE_SHIFT)) |
1696                     PG_RW | PG_V | PG_U;
1697         }
1698
1699         /* install self-referential address mapping entry(s) */
1700         pmap->pm_pml4[PML4PML4I] = VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg) | PG_V | PG_RW | PG_A | PG_M;
1701
1702         pmap->pm_root = NULL;
1703         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
1704         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
1705         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
1706
1707         return (1);
1708 }
1709
1710 /*
1711  * This routine is called if the desired page table page does not exist.
1712  *
1713  * If page table page allocation fails, this routine may sleep before
1714  * returning NULL.  It sleeps only if a lock pointer was given.
1715  *
1716  * Note: If a page allocation fails at page table level two or three,
1717  * one or two pages may be held during the wait, only to be released
1718  * afterwards.  This conservative approach is easily argued to avoid
1719  * race conditions.
1720  */
1721 static vm_page_t
1722 _pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex, struct rwlock **lockp)
1723 {
1724         vm_page_t m, pdppg, pdpg;
1725
1726         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1727
1728         /*
1729          * Allocate a page table page.
1730          */
1731         if ((m = vm_page_alloc(NULL, ptepindex, VM_ALLOC_NOOBJ |
1732             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO)) == NULL) {
1733                 if (lockp != NULL) {
1734                         RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
1735                         PMAP_UNLOCK(pmap);
1736                         rw_runlock(&pvh_global_lock);
1737                         VM_WAIT;
1738                         rw_rlock(&pvh_global_lock);
1739                         PMAP_LOCK(pmap);
1740                 }
1741
1742                 /*
1743                  * Indicate the need to retry.  While waiting, the page table
1744                  * page may have been allocated.
1745                  */
1746                 return (NULL);
1747         }
1748         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0)
1749                 pmap_zero_page(m);
1750
1751         /*
1752          * Map the pagetable page into the process address space, if
1753          * it isn't already there.
1754          */
1755
1756         if (ptepindex >= (NUPDE + NUPDPE)) {
1757                 pml4_entry_t *pml4;
1758                 vm_pindex_t pml4index;
1759
1760                 /* Wire up a new PDPE page */
1761                 pml4index = ptepindex - (NUPDE + NUPDPE);
1762                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
1763                 *pml4 = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
1764
1765         } else if (ptepindex >= NUPDE) {
1766                 vm_pindex_t pml4index;
1767                 vm_pindex_t pdpindex;
1768                 pml4_entry_t *pml4;
1769                 pdp_entry_t *pdp;
1770
1771                 /* Wire up a new PDE page */
1772                 pdpindex = ptepindex - NUPDE;
1773                 pml4index = pdpindex >> NPML4EPGSHIFT;
1774
1775                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
1776                 if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
1777                         /* Have to allocate a new pdp, recurse */
1778                         if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + NUPDPE + pml4index,
1779                             lockp) == NULL) {
1780                                 --m->wire_count;
1781                                 atomic_subtract_int(&cnt.v_wire_count, 1);
1782                                 vm_page_free_zero(m);
1783                                 return (NULL);
1784                         }
1785                 } else {
1786                         /* Add reference to pdp page */
1787                         pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pml4 & PG_FRAME);
1788                         pdppg->wire_count++;
1789                 }
1790                 pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
1791
1792                 /* Now find the pdp page */
1793                 pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
1794                 *pdp = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
1795
1796         } else {
1797                 vm_pindex_t pml4index;
1798                 vm_pindex_t pdpindex;
1799                 pml4_entry_t *pml4;
1800                 pdp_entry_t *pdp;
1801                 pd_entry_t *pd;
1802
1803                 /* Wire up a new PTE page */
1804                 pdpindex = ptepindex >> NPDPEPGSHIFT;
1805                 pml4index = pdpindex >> NPML4EPGSHIFT;
1806
1807                 /* First, find the pdp and check that its valid. */
1808                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
1809                 if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
1810                         /* Have to allocate a new pd, recurse */
1811                         if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex,
1812                             lockp) == NULL) {
1813                                 --m->wire_count;
1814                                 atomic_subtract_int(&cnt.v_wire_count, 1);
1815                                 vm_page_free_zero(m);
1816                                 return (NULL);
1817                         }
1818                         pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
1819                         pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
1820                 } else {
1821                         pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
1822                         pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
1823                         if ((*pdp & PG_V) == 0) {
1824                                 /* Have to allocate a new pd, recurse */
1825                                 if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex,
1826                                     lockp) == NULL) {
1827                                         --m->wire_count;
1828                                         atomic_subtract_int(&cnt.v_wire_count,
1829                                             1);
1830                                         vm_page_free_zero(m);
1831                                         return (NULL);
1832                                 }
1833                         } else {
1834                                 /* Add reference to the pd page */
1835                                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdp & PG_FRAME);
1836                                 pdpg->wire_count++;
1837                         }
1838                 }
1839                 pd = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdp & PG_FRAME);
1840
1841                 /* Now we know where the page directory page is */
1842                 pd = &pd[ptepindex & ((1ul << NPDEPGSHIFT) - 1)];
1843                 *pd = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
1844         }
1845
1846         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
1847
1848         return (m);
1849 }
1850
1851 static vm_page_t
1852 pmap_allocpde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct rwlock **lockp)
1853 {
1854         vm_pindex_t pdpindex, ptepindex;
1855         pdp_entry_t *pdpe;
1856         vm_page_t pdpg;
1857
1858 retry:
1859         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
1860         if (pdpe != NULL && (*pdpe & PG_V) != 0) {
1861                 /* Add a reference to the pd page. */
1862                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdpe & PG_FRAME);
1863                 pdpg->wire_count++;
1864         } else {
1865                 /* Allocate a pd page. */
1866                 ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
1867                 pdpindex = ptepindex >> NPDPEPGSHIFT;
1868                 pdpg = _pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex, lockp);
1869                 if (pdpg == NULL && lockp != NULL)
1870                         goto retry;
1871         }
1872         return (pdpg);
1873 }
1874
1875 static vm_page_t
1876 pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct rwlock **lockp)
1877 {
1878         vm_pindex_t ptepindex;
1879         pd_entry_t *pd;
1880         vm_page_t m;
1881
1882         /*
1883          * Calculate pagetable page index
1884          */
1885         ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
1886 retry:
1887         /*
1888          * Get the page directory entry
1889          */
1890         pd = pmap_pde(pmap, va);
1891
1892         /*
1893          * This supports switching from a 2MB page to a
1894          * normal 4K page.
1895          */
1896         if (pd != NULL && (*pd & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V)) {
1897                 if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pd, va, lockp)) {
1898                         /*
1899                          * Invalidation of the 2MB page mapping may have caused
1900                          * the deallocation of the underlying PD page.
1901                          */
1902                         pd = NULL;
1903                 }
1904         }
1905
1906         /*
1907          * If the page table page is mapped, we just increment the
1908          * hold count, and activate it.
1909          */
1910         if (pd != NULL && (*pd & PG_V) != 0) {
1911                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pd & PG_FRAME);
1912                 m->wire_count++;
1913         } else {
1914                 /*
1915                  * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been
1916                  * deallocated.
1917                  */
1918                 m = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex, lockp);
1919                 if (m == NULL && lockp != NULL)
1920                         goto retry;
1921         }
1922         return (m);
1923 }
1924
1925
1926 /***************************************************
1927  * Pmap allocation/deallocation routines.
1928  ***************************************************/
1929
1930 /*
1931  * Release any resources held by the given physical map.
1932  * Called when a pmap initialized by pmap_pinit is being released.
1933  * Should only be called if the map contains no valid mappings.
1934  */
1935 void
1936 pmap_release(pmap_t pmap)
1937 {
1938         vm_page_t m;
1939         int i;
1940
1941         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count == 0,
1942             ("pmap_release: pmap resident count %ld != 0",
1943             pmap->pm_stats.resident_count));
1944         KASSERT(pmap->pm_root == NULL,
1945             ("pmap_release: pmap has reserved page table page(s)"));
1946
1947         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap->pm_pml4[PML4PML4I] & PG_FRAME);
1948
1949         pmap->pm_pml4[KPML4I] = 0;      /* KVA */
1950         for (i = 0; i < NDMPML4E; i++)  /* Direct Map */
1951                 pmap->pm_pml4[DMPML4I + i] = 0;
1952         pmap->pm_pml4[PML4PML4I] = 0;   /* Recursive Mapping */
1953
1954         m->wire_count--;
1955         atomic_subtract_int(&cnt.v_wire_count, 1);
1956         vm_page_free_zero(m);
1957         PMAP_LOCK_DESTROY(pmap);
1958 }
1959 \f
1960 static int
1961 kvm_size(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
1962 {
1963         unsigned long ksize = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
1964
1965         return sysctl_handle_long(oidp, &ksize, 0, req);
1966 }
1967 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_size, CTLTYPE_LONG|CTLFLAG_RD, 
1968     0, 0, kvm_size, "LU", "Size of KVM");
1969
1970 static int
1971 kvm_free(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
1972 {
1973         unsigned long kfree = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - kernel_vm_end;
1974
1975         return sysctl_handle_long(oidp, &kfree, 0, req);
1976 }
1977 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_free, CTLTYPE_LONG|CTLFLAG_RD, 
1978     0, 0, kvm_free, "LU", "Amount of KVM free");
1979
1980 /*
1981  * grow the number of kernel page table entries, if needed
1982  */
1983 void
1984 pmap_growkernel(vm_offset_t addr)
1985 {
1986         vm_paddr_t paddr;
1987         vm_page_t nkpg;
1988         pd_entry_t *pde, newpdir;
1989         pdp_entry_t *pdpe;
1990
1991         mtx_assert(&kernel_map->system_mtx, MA_OWNED);
1992
1993         /*
1994          * Return if "addr" is within the range of kernel page table pages
1995          * that were preallocated during pmap bootstrap.  Moreover, leave
1996          * "kernel_vm_end" and the kernel page table as they were.
1997          *
1998          * The correctness of this action is based on the following
1999          * argument: vm_map_findspace() allocates contiguous ranges of the
2000          * kernel virtual address space.  It calls this function if a range
2001          * ends after "kernel_vm_end".  If the kernel is mapped between
2002          * "kernel_vm_end" and "addr", then the range cannot begin at
2003          * "kernel_vm_end".  In fact, its beginning address cannot be less
2004          * than the kernel.  Thus, there is no immediate need to allocate
2005          * any new kernel page table pages between "kernel_vm_end" and
2006          * "KERNBASE".
2007          */
2008         if (KERNBASE < addr && addr <= KERNBASE + NKPT * NBPDR)
2009                 return;
2010
2011         addr = roundup2(addr, NBPDR);
2012         if (addr - 1 >= kernel_map->max_offset)
2013                 addr = kernel_map->max_offset;
2014         while (kernel_vm_end < addr) {
2015                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, kernel_vm_end);
2016                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
2017                         /* We need a new PDP entry */
2018                         nkpg = vm_page_alloc(NULL, kernel_vm_end >> PDPSHIFT,
2019                             VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ |
2020                             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
2021                         if (nkpg == NULL)
2022                                 panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
2023                         if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
2024                                 pmap_zero_page(nkpg);
2025                         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
2026                         *pdpe = (pdp_entry_t)
2027                                 (paddr | PG_V | PG_RW | PG_A | PG_M);
2028                         continue; /* try again */
2029                 }
2030                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, kernel_vm_end);
2031                 if ((*pde & PG_V) != 0) {
2032                         kernel_vm_end = (kernel_vm_end + NBPDR) & ~PDRMASK;
2033                         if (kernel_vm_end - 1 >= kernel_map->max_offset) {
2034                                 kernel_vm_end = kernel_map->max_offset;
2035                                 break;                       
2036                         }
2037                         continue;
2038                 }
2039
2040                 nkpg = vm_page_alloc(NULL, pmap_pde_pindex(kernel_vm_end),
2041                     VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED |
2042                     VM_ALLOC_ZERO);
2043                 if (nkpg == NULL)
2044                         panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
2045                 if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
2046                         pmap_zero_page(nkpg);
2047                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
2048                 newpdir = (pd_entry_t) (paddr | PG_V | PG_RW | PG_A | PG_M);
2049                 pde_store(pde, newpdir);
2050
2051                 kernel_vm_end = (kernel_vm_end + NBPDR) & ~PDRMASK;
2052                 if (kernel_vm_end - 1 >= kernel_map->max_offset) {
2053                         kernel_vm_end = kernel_map->max_offset;
2054                         break;                       
2055                 }
2056         }
2057 }
2058
2059
2060 /***************************************************
2061  * page management routines.
2062  ***************************************************/
2063
2064 CTASSERT(sizeof(struct pv_chunk) == PAGE_SIZE);
2065 CTASSERT(_NPCM == 3);
2066 CTASSERT(_NPCPV == 168);
2067
2068 static __inline struct pv_chunk *
2069 pv_to_chunk(pv_entry_t pv)
2070 {
2071
2072         return ((struct pv_chunk *)((uintptr_t)pv & ~(uintptr_t)PAGE_MASK));
2073 }
2074
2075 #define PV_PMAP(pv) (pv_to_chunk(pv)->pc_pmap)
2076
2077 #define PC_FREE0        0xfffffffffffffffful
2078 #define PC_FREE1        0xfffffffffffffffful
2079 #define PC_FREE2        0x000000fffffffffful
2080
2081 static const uint64_t pc_freemask[_NPCM] = { PC_FREE0, PC_FREE1, PC_FREE2 };
2082
2083 #ifdef PV_STATS
2084 static int pc_chunk_count, pc_chunk_allocs, pc_chunk_frees, pc_chunk_tryfail;
2085
2086 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_count, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_count, 0,
2087         "Current number of pv entry chunks");
2088 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_allocs, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_allocs, 0,
2089         "Current number of pv entry chunks allocated");
2090 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_frees, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_frees, 0,
2091         "Current number of pv entry chunks frees");
2092 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_tryfail, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_tryfail, 0,
2093         "Number of times tried to get a chunk page but failed.");
2094
2095 static long pv_entry_frees, pv_entry_allocs, pv_entry_count;
2096 static int pv_entry_spare;
2097
2098 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_frees, CTLFLAG_RD, &pv_entry_frees, 0,
2099         "Current number of pv entry frees");
2100 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_allocs, CTLFLAG_RD, &pv_entry_allocs, 0,
2101         "Current number of pv entry allocs");
2102 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_count, CTLFLAG_RD, &pv_entry_count, 0,
2103         "Current number of pv entries");
2104 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_spare, CTLFLAG_RD, &pv_entry_spare, 0,
2105         "Current number of spare pv entries");
2106 #endif
2107
2108 /*
2109  * We are in a serious low memory condition.  Resort to
2110  * drastic measures to free some pages so we can allocate
2111  * another pv entry chunk.
2112  *
2113  * Returns NULL if PV entries were reclaimed from the specified pmap.
2114  *
2115  * We do not, however, unmap 2mpages because subsequent accesses will
2116  * allocate per-page pv entries until repromotion occurs, thereby
2117  * exacerbating the shortage of free pv entries.
2118  */
2119 static vm_page_t
2120 reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp)
2121 {
2122         struct pch new_tail;
2123         struct pv_chunk *pc;
2124         struct md_page *pvh;
2125         pd_entry_t *pde;
2126         pmap_t pmap;
2127         pt_entry_t *pte, tpte;
2128         pv_entry_t pv;
2129         vm_offset_t va;
2130         vm_page_t free, m, m_pc;
2131         uint64_t inuse;
2132         int bit, field, freed;
2133         
2134         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
2135         PMAP_LOCK_ASSERT(locked_pmap, MA_OWNED);
2136         KASSERT(lockp != NULL, ("reclaim_pv_chunk: lockp is NULL"));
2137         pmap = NULL;
2138         free = m_pc = NULL;
2139         TAILQ_INIT(&new_tail);
2140         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2141         while ((pc = TAILQ_FIRST(&pv_chunks)) != NULL && free == NULL) {
2142                 TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2143                 mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
2144                 if (pmap != pc->pc_pmap) {
2145                         if (pmap != NULL) {
2146                                 pmap_invalidate_all(pmap);
2147                                 if (pmap != locked_pmap)
2148                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
2149                         }
2150                         pmap = pc->pc_pmap;
2151                         /* Avoid deadlock and lock recursion. */
2152                         if (pmap > locked_pmap) {
2153                                 RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
2154                                 PMAP_LOCK(pmap);
2155                         } else if (pmap != locked_pmap &&
2156                             !PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
2157                                 pmap = NULL;
2158                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail, pc, pc_lru);
2159                                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2160                                 continue;
2161                         }
2162                 }
2163
2164                 /*
2165                  * Destroy every non-wired, 4 KB page mapping in the chunk.
2166                  */
2167                 freed = 0;
2168                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
2169                         for (inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
2170                             inuse != 0; inuse &= ~(1UL << bit)) {
2171                                 bit = bsfq(inuse);
2172                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
2173                                 va = pv->pv_va;
2174                                 pde = pmap_pde(pmap, va);
2175                                 if ((*pde & PG_PS) != 0)
2176                                         continue;
2177                                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
2178                                 if ((*pte & PG_W) != 0)
2179                                         continue;
2180                                 tpte = pte_load_clear(pte);
2181                                 if ((tpte & PG_G) != 0)
2182                                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
2183                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpte & PG_FRAME);
2184                                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
2185                                         vm_page_dirty(m);
2186                                 if ((tpte & PG_A) != 0)
2187                                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2188                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
2189                                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
2190                                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
2191                                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
2192                                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2193                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
2194                                                 vm_page_aflag_clear(m,
2195                                                     PGA_WRITEABLE);
2196                                         }
2197                                 }
2198                                 pc->pc_map[field] |= 1UL << bit;
2199                                 pmap_unuse_pt(pmap, va, *pde, &free);   
2200                                 freed++;
2201                         }
2202                 }
2203                 if (freed == 0) {
2204                         TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail, pc, pc_lru);
2205                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2206                         continue;
2207                 }
2208                 /* Every freed mapping is for a 4 KB page. */
2209                 pmap_resident_count_dec(pmap, freed);
2210                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
2211                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
2212                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
2213                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2214                 if (pc->pc_map[0] == PC_FREE0 && pc->pc_map[1] == PC_FREE1 &&
2215                     pc->pc_map[2] == PC_FREE2) {
2216                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
2217                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
2218                         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
2219                         /* Entire chunk is free; return it. */
2220                         m_pc = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
2221                         dump_drop_page(m_pc->phys_addr);
2222                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2223                         break;
2224                 }
2225                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2226                 TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail, pc, pc_lru);
2227                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2228                 /* One freed pv entry in locked_pmap is sufficient. */
2229                 if (pmap == locked_pmap)
2230                         break;
2231         }
2232         TAILQ_CONCAT(&pv_chunks, &new_tail, pc_lru);
2233         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
2234         if (pmap != NULL) {
2235                 pmap_invalidate_all(pmap);
2236                 if (pmap != locked_pmap)
2237                         PMAP_UNLOCK(pmap);
2238         }
2239         if (m_pc == NULL && free != NULL) {
2240                 m_pc = free;
2241                 free = m_pc->right;
2242                 /* Recycle a freed page table page. */
2243                 m_pc->wire_count = 1;
2244                 atomic_add_int(&cnt.v_wire_count, 1);
2245         }
2246         pmap_free_zero_pages(free);
2247         return (m_pc);
2248 }
2249
2250 /*
2251  * free the pv_entry back to the free list
2252  */
2253 static void
2254 free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv)
2255 {
2256         struct pv_chunk *pc;
2257         int idx, field, bit;
2258
2259         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
2260         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2261         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, 1));
2262         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, 1));
2263         PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, 1));
2264         pc = pv_to_chunk(pv);
2265         idx = pv - &pc->pc_pventry[0];
2266         field = idx / 64;
2267         bit = idx % 64;
2268         pc->pc_map[field] |= 1ul << bit;
2269         if (pc->pc_map[0] != PC_FREE0 || pc->pc_map[1] != PC_FREE1 ||
2270             pc->pc_map[2] != PC_FREE2) {
2271                 /* 98% of the time, pc is already at the head of the list. */
2272                 if (__predict_false(pc != TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk))) {
2273                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2274                         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2275                 }
2276                 return;
2277         }
2278         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2279         free_pv_chunk(pc);
2280 }
2281
2282 static void
2283 free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc)
2284 {
2285         vm_page_t m;
2286
2287         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2288         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2289         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
2290         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
2291         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
2292         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
2293         /* entire chunk is free, return it */
2294         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
2295         dump_drop_page(m->phys_addr);
2296         vm_page_unwire(m, 0);
2297         vm_page_free(m);
2298 }
2299
2300 /*
2301  * Returns a new PV entry, allocating a new PV chunk from the system when
2302  * needed.  If this PV chunk allocation fails and a PV list lock pointer was
2303  * given, a PV chunk is reclaimed from an arbitrary pmap.  Otherwise, NULL is
2304  * returned.
2305  *
2306  * The given PV list lock may be released.
2307  */
2308 static pv_entry_t
2309 get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp)
2310 {
2311         int bit, field;
2312         pv_entry_t pv;
2313         struct pv_chunk *pc;
2314         vm_page_t m;
2315
2316         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
2317         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2318         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, 1));
2319 retry:
2320         pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
2321         if (pc != NULL) {
2322                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
2323                         if (pc->pc_map[field]) {
2324                                 bit = bsfq(pc->pc_map[field]);
2325                                 break;
2326                         }
2327                 }
2328                 if (field < _NPCM) {
2329                         pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
2330                         pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
2331                         /* If this was the last item, move it to tail */
2332                         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 &&
2333                             pc->pc_map[2] == 0) {
2334                                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2335                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc,
2336                                     pc_list);
2337                         }
2338                         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
2339                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, 1));
2340                         return (pv);
2341                 }
2342         }
2343         /* No free items, allocate another chunk */
2344         m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
2345             VM_ALLOC_WIRED);
2346         if (m == NULL) {
2347                 if (lockp == NULL) {
2348                         PV_STAT(pc_chunk_tryfail++);
2349                         return (NULL);
2350                 }
2351                 m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
2352                 if (m == NULL)
2353                         goto retry;
2354         }
2355         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
2356         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
2357         dump_add_page(m->phys_addr);
2358         pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
2359         pc->pc_pmap = pmap;
2360         pc->pc_map[0] = PC_FREE0 & ~1ul;        /* preallocated bit 0 */
2361         pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
2362         pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
2363         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2364         TAILQ_INSERT_TAIL(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2365         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
2366         pv = &pc->pc_pventry[0];
2367         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2368         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
2369         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV - 1));
2370         return (pv);
2371 }
2372
2373 /*
2374  * Returns the number of one bits within the given PV chunk map element.
2375  */
2376 static int
2377 popcnt_pc_map_elem(uint64_t elem)
2378 {
2379         int count;
2380
2381         /*
2382          * This simple method of counting the one bits performs well because
2383          * the given element typically contains more zero bits than one bits.
2384          */
2385         count = 0;
2386         for (; elem != 0; elem &= elem - 1)
2387                 count++;
2388         return (count);
2389 }
2390
2391 /*
2392  * Ensure that the number of spare PV entries in the specified pmap meets or
2393  * exceeds the given count, "needed".
2394  *
2395  * The given PV list lock may be released.
2396  */
2397 static void
2398 reserve_pv_entries(pmap_t pmap, int needed, struct rwlock **lockp)
2399 {
2400         struct pch new_tail;
2401         struct pv_chunk *pc;
2402         int avail, free;
2403         vm_page_t m;
2404
2405         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
2406         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2407         KASSERT(lockp != NULL, ("reserve_pv_entries: lockp is NULL"));
2408
2409         /*
2410          * Newly allocated PV chunks must be stored in a private list until
2411          * the required number of PV chunks have been allocated.  Otherwise,
2412          * reclaim_pv_chunk() could recycle one of these chunks.  In
2413          * contrast, these chunks must be added to the pmap upon allocation.
2414          */
2415         TAILQ_INIT(&new_tail);
2416 retry:
2417         avail = 0;
2418         TAILQ_FOREACH(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list) {
2419                 if ((cpu_feature2 & CPUID2_POPCNT) == 0) {
2420                         free = popcnt_pc_map_elem(pc->pc_map[0]);
2421                         free += popcnt_pc_map_elem(pc->pc_map[1]);
2422                         free += popcnt_pc_map_elem(pc->pc_map[2]);
2423                 } else {
2424                         free = popcntq(pc->pc_map[0]);
2425                         free += popcntq(pc->pc_map[1]);
2426                         free += popcntq(pc->pc_map[2]);
2427                 }
2428                 if (free == 0)
2429                         break;
2430                 avail += free;
2431                 if (avail >= needed)
2432                         break;
2433         }
2434         for (; avail < needed; avail += _NPCPV) {
2435                 m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
2436                     VM_ALLOC_WIRED);
2437                 if (m == NULL) {
2438                         m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
2439                         if (m == NULL)
2440                                 goto retry;
2441                 }
2442                 PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
2443                 PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
2444                 dump_add_page(m->phys_addr);
2445                 pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
2446                 pc->pc_pmap = pmap;
2447                 pc->pc_map[0] = PC_FREE0;
2448                 pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
2449                 pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
2450                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2451                 TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail, pc, pc_lru);
2452                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
2453         }
2454         if (!TAILQ_EMPTY(&new_tail)) {
2455                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2456                 TAILQ_CONCAT(&pv_chunks, &new_tail, pc_lru);
2457                 mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
2458         }
2459 }
2460
2461 /*
2462  * First find and then remove the pv entry for the specified pmap and virtual
2463  * address from the specified pv list.  Returns the pv entry if found and NULL
2464  * otherwise.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or
2465  * 2MB page mappings.
2466  */
2467 static __inline pv_entry_t
2468 pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2469 {
2470         pv_entry_t pv;
2471
2472         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
2473         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_list) {
2474                 if (pmap == PV_PMAP(pv) && va == pv->pv_va) {
2475                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_list);
2476                         break;
2477                 }
2478         }
2479         return (pv);
2480 }
2481
2482 /*
2483  * After demotion from a 2MB page mapping to 512 4KB page mappings,
2484  * destroy the pv entry for the 2MB page mapping and reinstantiate the pv
2485  * entries for each of the 4KB page mappings.
2486  */
2487 static void
2488 pmap_pv_demote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
2489     struct rwlock **lockp)
2490 {
2491         struct md_page *pvh;
2492         struct pv_chunk *pc;
2493         pv_entry_t pv;
2494         vm_offset_t va_last;
2495         vm_page_t m;
2496         int bit, field;
2497
2498         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
2499         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2500         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
2501             ("pmap_pv_demote_pde: pa is not 2mpage aligned"));
2502         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
2503
2504         /*
2505          * Transfer the 2mpage's pv entry for this mapping to the first
2506          * page's pv list.  Once this transfer begins, the pv list lock
2507          * must not be released until the last pv entry is reinstantiated.
2508          */
2509         pvh = pa_to_pvh(pa);
2510         va = trunc_2mpage(va);
2511         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
2512         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_demote_pde: pv not found"));
2513         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
2514         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
2515         /* Instantiate the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
2516         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, NPTEPG - 1));
2517         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
2518         for (;;) {
2519                 pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
2520                 KASSERT(pc->pc_map[0] != 0 || pc->pc_map[1] != 0 ||
2521                     pc->pc_map[2] != 0, ("pmap_pv_demote_pde: missing spare"));
2522                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
2523                         while (pc->pc_map[field]) {
2524                                 bit = bsfq(pc->pc_map[field]);
2525                                 pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
2526                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
2527                                 va += PAGE_SIZE;
2528                                 pv->pv_va = va;
2529                                 m++;
2530                                 KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
2531                             ("pmap_pv_demote_pde: page %p is not managed", m));
2532                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
2533                                 if (va == va_last)
2534                                         goto out;
2535                         }
2536                 }
2537                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2538                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2539         }
2540 out:
2541         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 && pc->pc_map[2] == 0) {
2542                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2543                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2544         }
2545         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, NPTEPG - 1));
2546         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, NPTEPG - 1));
2547 }
2548
2549 /*
2550  * After promotion from 512 4KB page mappings to a single 2MB page mapping,
2551  * replace the many pv entries for the 4KB page mappings by a single pv entry
2552  * for the 2MB page mapping.
2553  */
2554 static void
2555 pmap_pv_promote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
2556     struct rwlock **lockp)
2557 {
2558         struct md_page *pvh;
2559         pv_entry_t pv;
2560         vm_offset_t va_last;
2561         vm_page_t m;
2562
2563         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
2564         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
2565             ("pmap_pv_promote_pde: pa is not 2mpage aligned"));
2566         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
2567
2568         /*
2569          * Transfer the first page's pv entry for this mapping to the 2mpage's
2570          * pv list.  Aside from avoiding the cost of a call to get_pv_entry(),
2571          * a transfer avoids the possibility that get_pv_entry() calls
2572          * reclaim_pv_chunk() and that reclaim_pv_chunk() removes one of the
2573          * mappings that is being promoted.
2574          */
2575         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
2576         va = trunc_2mpage(va);
2577         pv = pmap_pvh_remove(&m->md, pmap, va);
2578         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_promote_pde: pv not found"));
2579         pvh = pa_to_pvh(pa);
2580         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_list);
2581         /* Free the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
2582         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
2583         do {
2584                 m++;
2585                 va += PAGE_SIZE;
2586                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
2587         } while (va < va_last);
2588 }
2589
2590 /*
2591  * First find and then destroy the pv entry for the specified pmap and virtual
2592  * address.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or 2MB
2593  * page mappings.
2594  */
2595 static void
2596 pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2597 {
2598         pv_entry_t pv;
2599
2600         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
2601         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pvh_free: pv not found"));
2602         free_pv_entry(pmap, pv);
2603 }
2604
2605 /*
2606  * Conditionally create the PV entry for a 4KB page mapping if the required
2607  * memory can be allocated without resorting to reclamation.
2608  */
2609 static boolean_t
2610 pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
2611     struct rwlock **lockp)
2612 {
2613         pv_entry_t pv;
2614
2615         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
2616         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2617         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
2618         if ((pv = get_pv_entry(pmap, NULL)) != NULL) {
2619                 pv->pv_va = va;
2620                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
2621                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
2622                 return (TRUE);
2623         } else
2624                 return (FALSE);
2625 }
2626
2627 /*
2628  * Conditionally create the PV entry for a 2MB page mapping if the required
2629  * memory can be allocated without resorting to reclamation.
2630  */
2631 static boolean_t
2632 pmap_pv_insert_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
2633     struct rwlock **lockp)
2634 {
2635         struct md_page *pvh;
2636         pv_entry_t pv;
2637
2638         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
2639         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2640         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
2641         if ((pv = get_pv_entry(pmap, NULL)) != NULL) {
2642                 pv->pv_va = va;
2643                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
2644                 pvh = pa_to_pvh(pa);
2645                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_list);
2646                 return (TRUE);
2647         } else
2648                 return (FALSE);
2649 }
2650
2651 /*
2652  * Fills a page table page with mappings to consecutive physical pages.
2653  */
2654 static void
2655 pmap_fill_ptp(pt_entry_t *firstpte, pt_entry_t newpte)
2656 {
2657         pt_entry_t *pte;
2658
2659         for (pte = firstpte; pte < firstpte + NPTEPG; pte++) {
2660                 *pte = newpte;
2661                 newpte += PAGE_SIZE;
2662         }
2663 }
2664
2665 /*
2666  * Tries to demote a 2MB page mapping.  If demotion fails, the 2MB page
2667  * mapping is invalidated.
2668  */
2669 static boolean_t
2670 pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
2671 {
2672         struct rwlock *lock;
2673         boolean_t rv;
2674
2675         lock = NULL;
2676         rv = pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
2677         if (lock != NULL)
2678                 rw_wunlock(lock);
2679         return (rv);
2680 }
2681
2682 static boolean_t
2683 pmap_demote_pde_locked(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
2684     struct rwlock **lockp)
2685 {
2686         pd_entry_t newpde, oldpde;
2687         pt_entry_t *firstpte, newpte;
2688         vm_paddr_t mptepa;
2689         vm_page_t free, mpte;
2690
2691         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2692         oldpde = *pde;
2693         KASSERT((oldpde & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V),
2694             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_PS and/or PG_V"));
2695         mpte = pmap_lookup_pt_page(pmap, va);
2696         if (mpte != NULL)
2697                 pmap_remove_pt_page(pmap, mpte);
2698         else {
2699                 KASSERT((oldpde & PG_W) == 0,
2700                     ("pmap_demote_pde: page table page for a wired mapping"
2701                     " is missing"));
2702
2703                 /*
2704                  * Invalidate the 2MB page mapping and return "failure" if the
2705                  * mapping was never accessed or the allocation of the new
2706                  * page table page fails.  If the 2MB page mapping belongs to
2707                  * the direct map region of the kernel's address space, then
2708                  * the page allocation request specifies the highest possible
2709                  * priority (VM_ALLOC_INTERRUPT).  Otherwise, the priority is
2710                  * normal.  Page table pages are preallocated for every other
2711                  * part of the kernel address space, so the direct map region
2712                  * is the only part of the kernel address space that must be
2713                  * handled here.
2714                  */
2715                 if ((oldpde & PG_A) == 0 || (mpte = vm_page_alloc(NULL,
2716                     pmap_pde_pindex(va), (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va <
2717                     DMAP_MAX_ADDRESS ? VM_ALLOC_INTERRUPT : VM_ALLOC_NORMAL) |
2718                     VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED)) == NULL) {
2719                         free = NULL;
2720                         pmap_remove_pde(pmap, pde, trunc_2mpage(va), &free,
2721                             lockp);
2722                         pmap_invalidate_page(pmap, trunc_2mpage(va));
2723                         pmap_free_zero_pages(free);
2724                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: failure for va %#lx"
2725                             " in pmap %p", va, pmap);
2726                         return (FALSE);
2727                 }
2728                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
2729                         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
2730         }
2731         mptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpte);
2732         firstpte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mptepa);
2733         newpde = mptepa | PG_M | PG_A | (oldpde & PG_U) | PG_RW | PG_V;
2734         KASSERT((oldpde & PG_A) != 0,
2735             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_A"));
2736         KASSERT((oldpde & (PG_M | PG_RW)) != PG_RW,
2737             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_M"));
2738         newpte = oldpde & ~PG_PS;
2739         if ((newpte & PG_PDE_PAT) != 0)
2740                 newpte ^= PG_PDE_PAT | PG_PTE_PAT;
2741
2742         /*
2743          * If the page table page is new, initialize it.
2744          */
2745         if (mpte->wire_count == 1) {
2746                 mpte->wire_count = NPTEPG;
2747                 pmap_fill_ptp(firstpte, newpte);
2748         }
2749         KASSERT((*firstpte & PG_FRAME) == (newpte & PG_FRAME),
2750             ("pmap_demote_pde: firstpte and newpte map different physical"
2751             " addresses"));
2752
2753         /*
2754          * If the mapping has changed attributes, update the page table
2755          * entries.
2756          */
2757         if ((*firstpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpte & PG_PTE_PROMOTE))
2758                 pmap_fill_ptp(firstpte, newpte);
2759
2760         /*
2761          * The spare PV entries must be reserved prior to demoting the
2762          * mapping, that is, prior to changing the PDE.  Otherwise, the state
2763          * of the PDE and the PV lists will be inconsistent, which can result
2764          * in reclaim_pv_chunk() attempting to remove a PV entry from the
2765          * wrong PV list and pmap_pv_demote_pde() failing to find the expected
2766          * PV entry for the 2MB page mapping that is being demoted.
2767          */
2768         if ((oldpde & PG_MANAGED) != 0)
2769                 reserve_pv_entries(pmap, NPTEPG - 1, lockp);
2770
2771         /*
2772          * Demote the mapping.  This pmap is locked.  The old PDE has
2773          * PG_A set.  If the old PDE has PG_RW set, it also has PG_M
2774          * set.  Thus, there is no danger of a race with another
2775          * processor changing the setting of PG_A and/or PG_M between
2776          * the read above and the store below. 
2777          */
2778         if (workaround_erratum383)
2779                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, newpde);
2780         else
2781                 pde_store(pde, newpde);
2782
2783         /*
2784          * Invalidate a stale recursive mapping of the page table page.
2785          */
2786         if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
2787                 pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopte(va));
2788
2789         /*
2790          * Demote the PV entry.
2791          */
2792         if ((oldpde & PG_MANAGED) != 0)
2793                 pmap_pv_demote_pde(pmap, va, oldpde & PG_PS_FRAME, lockp);
2794
2795         atomic_add_long(&pmap_pde_demotions, 1);
2796         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: success for va %#lx"
2797             " in pmap %p", va, pmap);
2798         return (TRUE);
2799 }
2800
2801 /*
2802  * pmap_remove_pde: do the things to unmap a superpage in a process
2803  */
2804 static int
2805 pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
2806     vm_page_t *free, struct rwlock **lockp)
2807 {
2808         struct md_page *pvh;
2809         pd_entry_t oldpde;
2810         vm_offset_t eva, va;
2811         vm_page_t m, mpte;
2812
2813         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2814         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
2815             ("pmap_remove_pde: sva is not 2mpage aligned"));
2816         oldpde = pte_load_clear(pdq);
2817         if (oldpde & PG_W)
2818                 pmap->pm_stats.wired_count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
2819
2820         /*
2821          * Machines that don't support invlpg, also don't support
2822          * PG_G.
2823          */
2824         if (oldpde & PG_G)
2825                 pmap_invalidate_page(kernel_pmap, sva);
2826         pmap_resident_count_dec(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
2827         if (oldpde & PG_MANAGED) {
2828                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, oldpde & PG_PS_FRAME);
2829                 pvh = pa_to_pvh(oldpde & PG_PS_FRAME);
2830                 pmap_pvh_free(pvh, pmap, sva);
2831                 eva = sva + NBPDR;
2832                 for (va = sva, m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
2833                     va < eva; va += PAGE_SIZE, m++) {
2834                         if ((oldpde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
2835                                 vm_page_dirty(m);
2836                         if (oldpde & PG_A)
2837                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2838                         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
2839                             TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
2840                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
2841                 }
2842         }
2843         if (pmap == kernel_pmap) {
2844                 if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pdq, sva, lockp))
2845                         panic("pmap_remove_pde: failed demotion");
2846         } else {
2847                 mpte = pmap_lookup_pt_page(pmap, sva);
2848                 if (mpte != NULL) {
2849                         pmap_remove_pt_page(pmap, mpte);
2850                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
2851                         KASSERT(mpte->wire_count == NPTEPG,
2852                             ("pmap_remove_pde: pte page wire count error"));
2853                         mpte->wire_count = 0;
2854                         pmap_add_delayed_free_list(mpte, free, FALSE);
2855                         atomic_subtract_int(&cnt.v_wire_count, 1);
2856                 }
2857         }
2858         return (pmap_unuse_pt(pmap, sva, *pmap_pdpe(pmap, sva), free));
2859 }
2860
2861 /*
2862  * pmap_remove_pte: do the things to unmap a page in a process
2863  */
2864 static int
2865 pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t va, 
2866     pd_entry_t ptepde, vm_page_t *free, struct rwlock **lockp)
2867 {
2868         struct md_page *pvh;
2869         pt_entry_t oldpte;
2870         vm_page_t m;
2871
2872         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2873         oldpte = pte_load_clear(ptq);
2874         if (oldpte & PG_W)
2875                 pmap->pm_stats.wired_count -= 1;
2876         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
2877         if (oldpte & PG_MANAGED) {
2878                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpte & PG_FRAME);
2879                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
2880                         vm_page_dirty(m);
2881                 if (oldpte & PG_A)
2882                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2883                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
2884                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
2885                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
2886                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
2887                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2888                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
2889                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
2890                 }
2891         }
2892         return (pmap_unuse_pt(pmap, va, ptepde, free));
2893 }
2894
2895 /*
2896  * Remove a single page from a process address space
2897  */
2898 static void
2899 pmap_remove_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, vm_page_t *free)
2900 {
2901         struct rwlock *lock;
2902         pt_entry_t *pte;
2903
2904         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2905         if ((*pde & PG_V) == 0)
2906                 return;
2907         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
2908         if ((*pte & PG_V) == 0)
2909                 return;
2910         lock = NULL;
2911         pmap_remove_pte(pmap, pte, va, *pde, free, &lock);
2912         if (lock != NULL)
2913                 rw_wunlock(lock);
2914         pmap_invalidate_page(pmap, va);
2915 }
2916
2917 /*
2918  *      Remove the given range of addresses from the specified map.
2919  *
2920  *      It is assumed that the start and end are properly
2921  *      rounded to the page size.
2922  */
2923 void
2924 pmap_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2925 {
2926         struct rwlock *lock;
2927         vm_offset_t va, va_next;
2928         pml4_entry_t *pml4e;
2929         pdp_entry_t *pdpe;
2930         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
2931         pt_entry_t *pte;
2932         vm_page_t free = NULL;
2933         int anyvalid;
2934
2935         /*
2936          * Perform an unsynchronized read.  This is, however, safe.
2937          */
2938         if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
2939                 return;
2940
2941         anyvalid = 0;
2942
2943         rw_rlock(&pvh_global_lock);
2944         PMAP_LOCK(pmap);
2945
2946         /*
2947          * special handling of removing one page.  a very
2948          * common operation and easy to short circuit some
2949          * code.
2950          */
2951         if (sva + PAGE_SIZE == eva) {
2952                 pde = pmap_pde(pmap, sva);
2953                 if (pde && (*pde & PG_PS) == 0) {
2954                         pmap_remove_page(pmap, sva, pde, &free);
2955                         goto out;
2956                 }
2957         }
2958
2959         lock = NULL;
2960         for (; sva < eva; sva = va_next) {
2961
2962                 if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
2963                         break;
2964
2965                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
2966                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
2967                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
2968                         if (va_next < sva)
2969                                 va_next = eva;
2970                         continue;
2971                 }
2972
2973                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
2974                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
2975                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
2976                         if (va_next < sva)
2977                                 va_next = eva;
2978                         continue;
2979                 }
2980
2981                 /*
2982                  * Calculate index for next page table.
2983                  */
2984                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
2985                 if (va_next < sva)
2986                         va_next = eva;
2987
2988                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
2989                 ptpaddr = *pde;
2990
2991                 /*
2992                  * Weed out invalid mappings.
2993                  */
2994                 if (ptpaddr == 0)
2995                         continue;
2996
2997                 /*
2998                  * Check for large page.
2999                  */
3000                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
3001                         /*
3002                          * Are we removing the entire large page?  If not,
3003                          * demote the mapping and fall through.
3004                          */
3005                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
3006                                 /*
3007                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
3008                                  * invalidated by pmap_remove_pde().
3009                                  */
3010                                 if ((ptpaddr & PG_G) == 0)
3011                                         anyvalid = 1;
3012                                 pmap_remove_pde(pmap, pde, sva, &free, &lock);
3013                                 continue;
3014                         } else if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, sva,
3015                             &lock)) {
3016                                 /* The large page mapping was destroyed. */
3017                                 continue;
3018                         } else
3019                                 ptpaddr = *pde;
3020                 }
3021
3022                 /*
3023                  * Limit our scan to either the end of the va represented
3024                  * by the current page table page, or to the end of the
3025                  * range being removed.
3026                  */
3027                 if (va_next > eva)
3028                         va_next = eva;
3029
3030                 va = va_next;
3031                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
3032                     sva += PAGE_SIZE) {
3033                         if (*pte == 0) {
3034                                 if (va != va_next) {
3035                                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
3036                                         va = va_next;
3037                                 }
3038                                 continue;
3039                         }
3040                         if ((*pte & PG_G) == 0)
3041                                 anyvalid = 1;
3042                         else if (va == va_next)
3043                                 va = sva;
3044                         if (pmap_remove_pte(pmap, pte, sva, ptpaddr, &free,
3045                             &lock)) {
3046                                 sva += PAGE_SIZE;
3047                                 break;
3048                         }
3049                 }
3050                 if (va != va_next)
3051                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
3052         }
3053         if (lock != NULL)
3054                 rw_wunlock(lock);
3055 out:
3056         if (anyvalid)
3057                 pmap_invalidate_all(pmap);
3058         rw_runlock(&pvh_global_lock);   
3059         PMAP_UNLOCK(pmap);
3060         pmap_free_zero_pages(free);
3061 }
3062
3063 /*
3064  *      Routine:        pmap_remove_all
3065  *      Function:
3066  *              Removes this physical page from
3067  *              all physical maps in which it resides.
3068  *              Reflects back modify bits to the pager.
3069  *
3070  *      Notes:
3071  *              Original versions of this routine were very
3072  *              inefficient because they iteratively called
3073  *              pmap_remove (slow...)
3074  */
3075
3076 void
3077 pmap_remove_all(vm_page_t m)
3078 {
3079         struct md_page *pvh;
3080         pv_entry_t pv;
3081         pmap_t pmap;
3082         pt_entry_t *pte, tpte;
3083         pd_entry_t *pde;
3084         vm_offset_t va;
3085         vm_page_t free;
3086
3087         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
3088             ("pmap_remove_all: page %p is not managed", m));
3089         free = NULL;
3090         rw_wlock(&pvh_global_lock);
3091         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0)
3092                 goto small_mappings;
3093         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3094         while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != NULL) {
3095                 pmap = PV_PMAP(pv);
3096                 PMAP_LOCK(pmap);
3097                 va = pv->pv_va;
3098                 pde = pmap_pde(pmap, va);
3099                 (void)pmap_demote_pde(pmap, pde, va);
3100                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3101         }
3102 small_mappings:
3103         while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
3104                 pmap = PV_PMAP(pv);
3105                 PMAP_LOCK(pmap);
3106                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3107                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
3108                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_remove_all: found"
3109                     " a 2mpage in page %p's pv list", m));
3110                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
3111                 tpte = pte_load_clear(pte);
3112                 if (tpte & PG_W)
3113                         pmap->pm_stats.wired_count--;
3114                 if (tpte & PG_A)
3115                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
3116
3117                 /*
3118                  * Update the vm_page_t clean and reference bits.
3119                  */
3120                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
3121                         vm_page_dirty(m);
3122                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, *pde, &free);
3123                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
3124                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
3125                 free_pv_entry(pmap, pv);
3126                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3127         }
3128         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
3129         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
3130         pmap_free_zero_pages(free);
3131 }
3132
3133 /*
3134  * pmap_protect_pde: do the things to protect a 2mpage in a process
3135  */
3136 static boolean_t
3137 pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva, vm_prot_t prot)
3138 {
3139         pd_entry_t newpde, oldpde;
3140         vm_offset_t eva, va;
3141         vm_page_t m;
3142         boolean_t anychanged;
3143
3144         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3145         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
3146             ("pmap_protect_pde: sva is not 2mpage aligned"));
3147         anychanged = FALSE;
3148 retry:
3149         oldpde = newpde = *pde;
3150         if (oldpde & PG_MANAGED) {
3151                 eva = sva + NBPDR;
3152                 for (va = sva, m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
3153                     va < eva; va += PAGE_SIZE, m++)
3154                         if ((oldpde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
3155                                 vm_page_dirty(m);
3156         }
3157         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0)
3158                 newpde &= ~(PG_RW | PG_M);
3159         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
3160                 newpde |= pg_nx;
3161         if (newpde != oldpde) {
3162                 if (!atomic_cmpset_long(pde, oldpde, newpde))
3163                         goto retry;
3164                 if (oldpde & PG_G)
3165                         pmap_invalidate_page(pmap, sva);
3166                 else
3167                         anychanged = TRUE;
3168         }
3169         return (anychanged);
3170 }
3171
3172 /*
3173  *      Set the physical protection on the
3174  *      specified range of this map as requested.
3175  */
3176 void
3177 pmap_protect(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, vm_prot_t prot)
3178 {
3179         vm_offset_t va_next;
3180         pml4_entry_t *pml4e;
3181         pdp_entry_t *pdpe;
3182         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
3183         pt_entry_t *pte;
3184         boolean_t anychanged, pv_lists_locked;
3185
3186         if ((prot & VM_PROT_READ) == VM_PROT_NONE) {
3187                 pmap_remove(pmap, sva, eva);
3188                 return;
3189         }
3190
3191         if ((prot & (VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE)) ==
3192             (VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE))
3193                 return;
3194
3195         pv_lists_locked = FALSE;
3196 resume:
3197         anychanged = FALSE;
3198
3199         PMAP_LOCK(pmap);
3200         for (; sva < eva; sva = va_next) {
3201
3202                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
3203                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
3204                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
3205                         if (va_next < sva)
3206                                 va_next = eva;
3207                         continue;
3208                 }
3209
3210                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
3211                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
3212                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
3213                         if (va_next < sva)
3214                                 va_next = eva;
3215                         continue;
3216                 }
3217
3218                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
3219                 if (va_next < sva)
3220                         va_next = eva;
3221
3222                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
3223                 ptpaddr = *pde;
3224
3225                 /*
3226                  * Weed out invalid mappings.
3227                  */
3228                 if (ptpaddr == 0)
3229                         continue;
3230
3231                 /*
3232                  * Check for large page.
3233                  */
3234                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
3235                         /*
3236                          * Are we protecting the entire large page?  If not,
3237                          * demote the mapping and fall through.
3238                          */
3239                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
3240                                 /*
3241                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
3242                                  * invalidated by pmap_protect_pde().
3243                                  */
3244                                 if (pmap_protect_pde(pmap, pde, sva, prot))
3245                                         anychanged = TRUE;
3246                                 continue;
3247                         } else {
3248                                 if (!pv_lists_locked) {
3249                                         pv_lists_locked = TRUE;
3250                                         if (!rw_try_rlock(&pvh_global_lock)) {
3251                                                 if (anychanged)
3252                                                         pmap_invalidate_all(
3253                                                             pmap);
3254                                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3255                                                 rw_rlock(&pvh_global_lock);
3256                                                 goto resume;
3257                                         }
3258                                 }
3259                                 if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, sva)) {
3260                                         /*
3261                                          * The large page mapping was
3262                                          * destroyed.
3263                                          */
3264                                         continue;
3265                                 }
3266                         }
3267                 }
3268
3269                 if (va_next > eva)
3270                         va_next = eva;
3271
3272                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
3273                     sva += PAGE_SIZE) {
3274                         pt_entry_t obits, pbits;
3275                         vm_page_t m;
3276
3277 retry:
3278                         obits = pbits = *pte;
3279                         if ((pbits & PG_V) == 0)
3280                                 continue;
3281
3282                         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
3283                                 if ((pbits & (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) ==
3284                                     (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) {
3285                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pbits & PG_FRAME);
3286                                         vm_page_dirty(m);
3287                                 }
3288                                 pbits &= ~(PG_RW | PG_M);
3289                         }
3290                         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
3291                                 pbits |= pg_nx;
3292
3293                         if (pbits != obits) {
3294                                 if (!atomic_cmpset_long(pte, obits, pbits))
3295                                         goto retry;
3296                                 if (obits & PG_G)
3297                                         pmap_invalidate_page(pmap, sva);
3298                                 else
3299                                         anychanged = TRUE;
3300                         }
3301                 }
3302         }
3303         if (anychanged)
3304                 pmap_invalidate_all(pmap);
3305         if (pv_lists_locked)
3306                 rw_runlock(&pvh_global_lock);
3307         PMAP_UNLOCK(pmap);
3308 }
3309
3310 /*
3311  * Tries to promote the 512, contiguous 4KB page mappings that are within a
3312  * single page table page (PTP) to a single 2MB page mapping.  For promotion
3313  * to occur, two conditions must be met: (1) the 4KB page mappings must map
3314  * aligned, contiguous physical memory and (2) the 4KB page mappings must have
3315  * identical characteristics. 
3316  */
3317 static void
3318 pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
3319     struct rwlock **lockp)
3320 {
3321         pd_entry_t newpde;
3322         pt_entry_t *firstpte, oldpte, pa, *pte;
3323         vm_offset_t oldpteva;
3324         vm_page_t mpte;
3325
3326         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3327
3328         /*
3329          * Examine the first PTE in the specified PTP.  Abort if this PTE is
3330          * either invalid, unused, or does not map the first 4KB physical page
3331          * within a 2MB page. 
3332          */
3333         firstpte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pde & PG_FRAME);
3334 setpde:
3335         newpde = *firstpte;
3336         if ((newpde & ((PG_FRAME & PDRMASK) | PG_A | PG_V)) != (PG_A | PG_V)) {
3337                 atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
3338                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
3339                     " in pmap %p", va, pmap);
3340                 return;
3341         }
3342         if ((newpde & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
3343                 /*
3344                  * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared without
3345                  * a TLB invalidation.
3346                  */
3347                 if (!atomic_cmpset_long(firstpte, newpde, newpde & ~PG_RW))
3348                         goto setpde;
3349                 newpde &= ~PG_RW;
3350         }
3351
3352         /*
3353          * Examine each of the other PTEs in the specified PTP.  Abort if this
3354          * PTE maps an unexpected 4KB physical page or does not have identical
3355          * characteristics to the first PTE.
3356          */
3357         pa = (newpde & (PG_PS_FRAME | PG_A | PG_V)) + NBPDR - PAGE_SIZE;
3358         for (pte = firstpte + NPTEPG - 1; pte > firstpte; pte--) {
3359 setpte:
3360                 oldpte = *pte;
3361                 if ((oldpte & (PG_FRAME | PG_A | PG_V)) != pa) {
3362                         atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
3363                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
3364                             " in pmap %p", va, pmap);
3365                         return;
3366                 }
3367                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
3368                         /*
3369                          * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared
3370                          * without a TLB invalidation.
3371                          */
3372                         if (!atomic_cmpset_long(pte, oldpte, oldpte & ~PG_RW))
3373                                 goto setpte;
3374                         oldpte &= ~PG_RW;
3375                         oldpteva = (oldpte & PG_FRAME & PDRMASK) |
3376                             (va & ~PDRMASK);
3377                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: protect for va %#lx"
3378                             " in pmap %p", oldpteva, pmap);
3379                 }
3380                 if ((oldpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpde & PG_PTE_PROMOTE)) {
3381                         atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
3382                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
3383                             " in pmap %p", va, pmap);
3384                         return;
3385                 }
3386                 pa -= PAGE_SIZE;
3387         }
3388
3389         /*
3390          * Save the page table page in its current state until the PDE
3391          * mapping the superpage is demoted by pmap_demote_pde() or
3392          * destroyed by pmap_remove_pde(). 
3393          */
3394         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
3395         KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
3396             mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
3397             ("pmap_promote_pde: page table page is out of range"));
3398         KASSERT(mpte->pindex == pmap_pde_pindex(va),
3399             ("pmap_promote_pde: page table page's pindex is wrong"));
3400         pmap_insert_pt_page(pmap, mpte);
3401
3402         /*
3403          * Promote the pv entries.
3404          */
3405         if ((newpde & PG_MANAGED) != 0)
3406                 pmap_pv_promote_pde(pmap, va, newpde & PG_PS_FRAME, lockp);
3407
3408         /*
3409          * Propagate the PAT index to its proper position.
3410          */
3411         if ((newpde & PG_PTE_PAT) != 0)
3412                 newpde ^= PG_PDE_PAT | PG_PTE_PAT;
3413
3414         /*
3415          * Map the superpage.
3416          */
3417         if (workaround_erratum383)
3418                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, PG_PS | newpde);
3419         else
3420                 pde_store(pde, PG_PS | newpde);
3421
3422         atomic_add_long(&pmap_pde_promotions, 1);
3423         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: success for va %#lx"
3424             " in pmap %p", va, pmap);
3425 }
3426
3427 /*
3428  *      Insert the given physical page (p) at
3429  *      the specified virtual address (v) in the
3430  *      target physical map with the protection requested.
3431  *
3432  *      If specified, the page will be wired down, meaning
3433  *      that the related pte can not be reclaimed.
3434  *
3435  *      NB:  This is the only routine which MAY NOT lazy-evaluate
3436  *      or lose information.  That is, this routine must actually
3437  *      insert this page into the given map NOW.
3438  */
3439 void
3440 pmap_enter(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_prot_t access, vm_page_t m,
3441     vm_prot_t prot, boolean_t wired)
3442 {
3443         struct rwlock *lock;
3444         pd_entry_t *pde;
3445         pt_entry_t *pte;
3446         pt_entry_t newpte, origpte;
3447         pv_entry_t pv;
3448         vm_paddr_t opa, pa;
3449         vm_page_t mpte, om;
3450
3451         va = trunc_page(va);
3452         KASSERT(va <= VM_MAX_KERNEL_ADDRESS, ("pmap_enter: toobig"));
3453         KASSERT(va < UPT_MIN_ADDRESS || va >= UPT_MAX_ADDRESS,
3454             ("pmap_enter: invalid to pmap_enter page table pages (va: 0x%lx)",
3455             va));
3456         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0 || va < kmi.clean_sva ||
3457             va >= kmi.clean_eva,
3458             ("pmap_enter: managed mapping within the clean submap"));
3459         KASSERT((m->oflags & (VPO_UNMANAGED | VPO_BUSY)) != 0 ||
3460             VM_OBJECT_LOCKED(m->object),
3461             ("pmap_enter: page %p is not busy", m));
3462         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
3463         newpte = (pt_entry_t)(pa | PG_A | PG_V);
3464         if ((access & VM_PROT_WRITE) != 0)
3465                 newpte |= PG_M;
3466         if ((prot & VM_PROT_WRITE) != 0)
3467                 newpte |= PG_RW;
3468         KASSERT((newpte & (PG_M | PG_RW)) != PG_M,
3469             ("pmap_enter: access includes VM_PROT_WRITE but prot doesn't"));
3470         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
3471                 newpte |= pg_nx;
3472         if (wired)
3473                 newpte |= PG_W;
3474         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
3475                 newpte |= PG_U;
3476         if (pmap == kernel_pmap)
3477                 newpte |= PG_G;
3478         newpte |= pmap_cache_bits(m->md.pat_mode, 0);
3479
3480         mpte = NULL;
3481
3482         lock = NULL;
3483         rw_rlock(&pvh_global_lock);
3484         PMAP_LOCK(pmap);
3485
3486         /*
3487          * In the case that a page table page is not
3488          * resident, we are creating it here.
3489          */
3490 retry:
3491         pde = pmap_pde(pmap, va);
3492         if (pde != NULL && (*pde & PG_V) != 0 && ((*pde & PG_PS) == 0 ||
3493             pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock))) {
3494                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
3495                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS && mpte == NULL) {
3496                         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
3497                         mpte->wire_count++;
3498                 }
3499         } else if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
3500                 /*
3501                  * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been
3502                  * deallocated.
3503                  */
3504                 mpte = _pmap_allocpte(pmap, pmap_pde_pindex(va), &lock);
3505                 goto retry;
3506         } else
3507                 panic("pmap_enter: invalid page directory va=%#lx", va);
3508
3509         origpte = *pte;
3510
3511         /*
3512          * Is the specified virtual address already mapped?
3513          */
3514         if ((origpte & PG_V) != 0) {
3515                 /*
3516                  * Wiring change, just update stats. We don't worry about
3517                  * wiring PT pages as they remain resident as long as there
3518                  * are valid mappings in them. Hence, if a user page is wired,
3519                  * the PT page will be also.
3520                  */
3521                 if ((newpte & PG_W) != 0 && (origpte & PG_W) == 0)
3522                         pmap->pm_stats.wired_count++;
3523                 else if ((newpte & PG_W) == 0 && (origpte & PG_W) != 0)
3524                         pmap->pm_stats.wired_count--;
3525
3526                 /*
3527                  * Remove the extra PT page reference.
3528                  */
3529                 if (mpte != NULL) {
3530                         mpte->wire_count--;
3531                         KASSERT(mpte->wire_count > 0,
3532                             ("pmap_enter: missing reference to page table page,"
3533                              " va: 0x%lx", va));
3534                 }
3535
3536                 /*
3537                  * Has the physical page changed?
3538                  */
3539                 opa = origpte & PG_FRAME;
3540                 if (opa == pa) {
3541                         /*
3542                          * No, might be a protection or wiring change.
3543                          */
3544                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0) {
3545                                 newpte |= PG_MANAGED;
3546                                 if ((newpte & PG_RW) != 0)
3547                                         vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
3548                         }
3549                         if (((origpte ^ newpte) & ~(PG_M | PG_A)) == 0)
3550                                 goto unchanged;
3551                         goto validate;
3552                 }
3553         } else {
3554                 /*
3555                  * Increment the counters.
3556                  */
3557                 if ((newpte & PG_W) != 0)
3558                         pmap->pm_stats.wired_count++;
3559                 pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
3560         }
3561
3562         /*
3563          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
3564          */
3565         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
3566                 newpte |= PG_MANAGED;
3567                 pv = get_pv_entry(pmap, &lock);
3568                 pv->pv_va = va;
3569                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, pa);
3570                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
3571                 if ((newpte & PG_RW) != 0)
3572                         vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
3573         }
3574
3575         /*
3576          * Update the PTE.
3577          */
3578         if ((origpte & PG_V) != 0) {
3579 validate:
3580                 origpte = pte_load_store(pte, newpte);
3581                 opa = origpte & PG_FRAME;
3582                 if (opa != pa) {
3583                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0) {
3584                                 om = PHYS_TO_VM_PAGE(opa);
3585                                 if ((origpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M |
3586                                     PG_RW))
3587                                         vm_page_dirty(om);
3588                                 if ((origpte & PG_A) != 0)
3589                                         vm_page_aflag_set(om, PGA_REFERENCED);
3590                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, opa);
3591                                 pmap_pvh_free(&om->md, pmap, va);
3592                                 if ((om->aflags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
3593                                     TAILQ_EMPTY(&om->md.pv_list) &&
3594                                     ((om->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
3595                                     TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(opa)->pv_list)))
3596                                         vm_page_aflag_clear(om, PGA_WRITEABLE);
3597                         }
3598                 } else if ((newpte & PG_M) == 0 && (origpte & (PG_M |
3599                     PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
3600                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0)
3601                                 vm_page_dirty(m);
3602
3603                         /*
3604                          * Although the PTE may still have PG_RW set, TLB
3605                          * invalidation may nonetheless be required because
3606                          * the PTE no longer has PG_M set.
3607                          */
3608                 } else if ((origpte & PG_NX) != 0 || (newpte & PG_NX) == 0) {
3609                         /*
3610                          * This PTE change does not require TLB invalidation.
3611                          */
3612                         goto unchanged;
3613                 }
3614                 if ((origpte & PG_A) != 0)
3615                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
3616         } else
3617                 pte_store(pte, newpte);
3618
3619 unchanged:
3620
3621         /*
3622          * If both the page table page and the reservation are fully
3623          * populated, then attempt promotion.
3624          */
3625         if ((mpte == NULL || mpte->wire_count == NPTEPG) &&
3626             pg_ps_enabled && (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
3627             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0)
3628                 pmap_promote_pde(pmap, pde, va, &lock);
3629
3630         if (lock != NULL)
3631                 rw_wunlock(lock);
3632         rw_runlock(&pvh_global_lock);
3633         PMAP_UNLOCK(pmap);
3634 }
3635
3636 /*
3637  * Tries to create a 2MB page mapping.  Returns TRUE if successful and FALSE
3638  * otherwise.  Fails if (1) a page table page cannot be allocated without
3639  * blocking, (2) a mapping already exists at the specified virtual address, or
3640  * (3) a pv entry cannot be allocated without reclaiming another pv entry. 
3641  */
3642 static boolean_t
3643 pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
3644     struct rwlock **lockp)
3645 {
3646         pd_entry_t *pde, newpde;
3647         vm_page_t free, mpde;
3648
3649         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
3650         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3651         if ((mpde = pmap_allocpde(pmap, va, NULL)) == NULL) {
3652                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
3653                     " in pmap %p", va, pmap);
3654                 return (FALSE);
3655         }
3656         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mpde));
3657         pde = &pde[pmap_pde_index(va)];
3658         if ((*pde & PG_V) != 0) {
3659                 KASSERT(mpde->wire_count > 1,
3660                     ("pmap_enter_pde: mpde's wire count is too low"));
3661                 mpde->wire_count--;
3662                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
3663                     " in pmap %p", va, pmap);
3664                 return (FALSE);
3665         }
3666         newpde = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | pmap_cache_bits(m->md.pat_mode, 1) |
3667             PG_PS | PG_V;
3668         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
3669                 newpde |= PG_MANAGED;
3670
3671                 /*
3672                  * Abort this mapping if its PV entry could not be created.
3673                  */
3674                 if (!pmap_pv_insert_pde(pmap, va, VM_PAGE_TO_PHYS(m),
3675                     lockp)) {
3676                         free = NULL;
3677                         if (pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpde, &free)) {
3678                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
3679                                 pmap_free_zero_pages(free);
3680                         }
3681                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
3682                             " in pmap %p", va, pmap);
3683                         return (FALSE);
3684                 }
3685         }
3686         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
3687                 newpde |= pg_nx;
3688         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
3689                 newpde |= PG_U;
3690
3691         /*
3692          * Increment counters.
3693          */
3694         pmap_resident_count_inc(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
3695
3696         /*
3697          * Map the superpage.
3698          */
3699         pde_store(pde, newpde);
3700
3701         atomic_add_long(&pmap_pde_mappings, 1);
3702         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: success for va %#lx"
3703             " in pmap %p", va, pmap);
3704         return (TRUE);
3705 }
3706
3707 /*
3708  * Maps a sequence of resident pages belonging to the same object.
3709  * The sequence begins with the given page m_start.  This page is
3710  * mapped at the given virtual address start.  Each subsequent page is
3711  * mapped at a virtual address that is offset from start by the same
3712  * amount as the page is offset from m_start within the object.  The
3713  * last page in the sequence is the page with the largest offset from
3714  * m_start that can be mapped at a virtual address less than the given
3715  * virtual address end.  Not every virtual page between start and end
3716  * is mapped; only those for which a resident page exists with the
3717  * corresponding offset from m_start are mapped.
3718  */
3719 void
3720 pmap_enter_object(pmap_t pmap, vm_offset_t start, vm_offset_t end,
3721     vm_page_t m_start, vm_prot_t prot)
3722 {
3723         struct rwlock *lock;
3724         vm_offset_t va;
3725         vm_page_t m, mpte;
3726         vm_pindex_t diff, psize;
3727
3728         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(m_start->object, MA_OWNED);
3729         psize = atop(end - start);
3730         mpte = NULL;
3731         m = m_start;
3732         lock = NULL;
3733         rw_rlock(&pvh_global_lock);
3734         PMAP_LOCK(pmap);
3735         while (m != NULL && (diff = m->pindex - m_start->pindex) < psize) {
3736                 va = start + ptoa(diff);
3737                 if ((va & PDRMASK) == 0 && va + NBPDR <= end &&
3738                     (VM_PAGE_TO_PHYS(m) & PDRMASK) == 0 &&
3739                     pg_ps_enabled && vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0 &&
3740                     pmap_enter_pde(pmap, va, m, prot, &lock))
3741                         m = &m[NBPDR / PAGE_SIZE - 1];
3742                 else
3743                         mpte = pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot,
3744                             mpte, &lock);
3745                 m = TAILQ_NEXT(m, listq);
3746         }
3747         if (lock != NULL)
3748                 rw_wunlock(lock);
3749         rw_runlock(&pvh_global_lock);
3750         PMAP_UNLOCK(pmap);
3751 }
3752
3753 /*
3754  * this code makes some *MAJOR* assumptions:
3755  * 1. Current pmap & pmap exists.
3756  * 2. Not wired.
3757  * 3. Read access.
3758  * 4. No page table pages.
3759  * but is *MUCH* faster than pmap_enter...
3760  */
3761
3762 void
3763 pmap_enter_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot)
3764 {
3765         struct rwlock *lock;
3766
3767         lock = NULL;
3768         rw_rlock(&pvh_global_lock);
3769         PMAP_LOCK(pmap);
3770         (void)pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot, NULL, &lock);
3771         if (lock != NULL)
3772                 rw_wunlock(lock);
3773         rw_runlock(&pvh_global_lock);
3774         PMAP_UNLOCK(pmap);
3775 }
3776
3777 static vm_page_t
3778 pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
3779     vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp)
3780 {
3781         vm_page_t free;
3782         pt_entry_t *pte;
3783         vm_paddr_t pa;
3784
3785         KASSERT(va < kmi.clean_sva || va >= kmi.clean_eva ||
3786             (m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0,
3787             ("pmap_enter_quick_locked: managed mapping within the clean submap"));
3788         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
3789         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3790
3791         /*
3792          * In the case that a page table page is not
3793          * resident, we are creating it here.
3794          */
3795         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
3796                 vm_pindex_t ptepindex;
3797                 pd_entry_t *ptepa;
3798
3799                 /*
3800                  * Calculate pagetable page index
3801                  */
3802                 ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
3803                 if (mpte && (mpte->pindex == ptepindex)) {
3804                         mpte->wire_count++;
3805                 } else {
3806                         /*
3807                          * Get the page directory entry
3808                          */
3809                         ptepa = pmap_pde(pmap, va);
3810
3811                         /*
3812                          * If the page table page is mapped, we just increment
3813                          * the hold count, and activate it.  Otherwise, we
3814                          * attempt to allocate a page table page.  If this
3815                          * attempt fails, we don't retry.  Instead, we give up.
3816                          */
3817                         if (ptepa && (*ptepa & PG_V) != 0) {
3818                                 if (*ptepa & PG_PS)
3819                                         return (NULL);
3820                                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*ptepa & PG_FRAME);
3821                                 mpte->wire_count++;
3822                         } else {
3823                                 /*
3824                                  * Pass NULL instead of the PV list lock
3825                                  * pointer, because we don't intend to sleep.
3826                                  */
3827                                 mpte = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex, NULL);
3828                                 if (mpte == NULL)
3829                                         return (mpte);
3830                         }
3831                 }
3832                 pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mpte));
3833                 pte = &pte[pmap_pte_index(va)];
3834         } else {
3835                 mpte = NULL;
3836                 pte = vtopte(va);
3837         }
3838         if (*pte) {
3839                 if (mpte != NULL) {
3840                         mpte->wire_count--;
3841                         mpte = NULL;
3842                 }
3843                 return (mpte);
3844         }
3845
3846         /*
3847          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
3848          */
3849         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 &&
3850             !pmap_try_insert_pv_entry(pmap, va, m, lockp)) {
3851                 if (mpte != NULL) {
3852                         free = NULL;
3853                         if (pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpte, &free)) {
3854                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
3855                                 pmap_free_zero_pages(free);
3856                         }
3857                         mpte = NULL;
3858                 }
3859                 return (mpte);
3860         }
3861
3862         /*
3863          * Increment counters
3864          */
3865         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
3866
3867         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | pmap_cache_bits(m->md.pat_mode, 0);
3868         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
3869                 pa |= pg_nx;
3870
3871         /*
3872          * Now validate mapping with RO protection
3873          */
3874         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
3875                 pte_store(pte, pa | PG_V | PG_U);
3876         else
3877                 pte_store(pte, pa | PG_V | PG_U | PG_MANAGED);
3878         return (mpte);
3879 }
3880
3881 /*
3882  * Make a temporary mapping for a physical address.  This is only intended
3883  * to be used for panic dumps.
3884  */
3885 void *
3886 pmap_kenter_temporary(vm_paddr_t pa, int i)
3887 {
3888         vm_offset_t va;
3889
3890         va = (vm_offset_t)crashdumpmap + (i * PAGE_SIZE);
3891         pmap_kenter(va, pa);
3892         invlpg(va);
3893         return ((void *)crashdumpmap);
3894 }
3895
3896 /*
3897  * This code maps large physical mmap regions into the
3898  * processor address space.  Note that some shortcuts
3899  * are taken, but the code works.
3900  */
3901 void
3902 pmap_object_init_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_object_t object,
3903     vm_pindex_t pindex, vm_size_t size)
3904 {
3905         pd_entry_t *pde;
3906         vm_paddr_t pa, ptepa;
3907         vm_page_t p, pdpg;
3908         int pat_mode;
3909
3910         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(object, MA_OWNED);
3911         KASSERT(object->type == OBJT_DEVICE || object->type == OBJT_SG,
3912             ("pmap_object_init_pt: non-device object"));
3913         if ((addr & (NBPDR - 1)) == 0 && (size & (NBPDR - 1)) == 0) {
3914                 if (!vm_object_populate(object, pindex, pindex + atop(size)))
3915                         return;
3916                 p = vm_page_lookup(object, pindex);
3917                 KASSERT(p->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
3918                     ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
3919                 pat_mode = p->md.pat_mode;
3920
3921                 /*
3922                  * Abort the mapping if the first page is not physically
3923                  * aligned to a 2MB page boundary.
3924                  */
3925                 ptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(p);
3926                 if (ptepa & (NBPDR - 1))
3927                         return;
3928
3929                 /*
3930                  * Skip the first page.  Abort the mapping if the rest of
3931                  * the pages are not physically contiguous or have differing
3932                  * memory attributes.
3933                  */
3934                 p = TAILQ_NEXT(p, listq);
3935                 for (pa = ptepa + PAGE_SIZE; pa < ptepa + size;
3936                     pa += PAGE_SIZE) {
3937                         KASSERT(p->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
3938                             ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
3939                         if (pa != VM_PAGE_TO_PHYS(p) ||
3940                             pat_mode != p->md.pat_mode)
3941                                 return;
3942                         p = TAILQ_NEXT(p, listq);
3943                 }
3944
3945                 /*
3946                  * Map using 2MB pages.  Since "ptepa" is 2M aligned and
3947                  * "size" is a multiple of 2M, adding the PAT setting to "pa"
3948                  * will not affect the termination of this loop.
3949                  */ 
3950                 PMAP_LOCK(pmap);
3951                 for (pa = ptepa | pmap_cache_bits(pat_mode, 1); pa < ptepa +
3952                     size; pa += NBPDR) {
3953                         pdpg = pmap_allocpde(pmap, addr, NULL);
3954                         if (pdpg == NULL) {
3955                                 /*
3956                                  * The creation of mappings below is only an
3957                                  * optimization.  If a page directory page
3958                                  * cannot be allocated without blocking,
3959                                  * continue on to the next mapping rather than
3960                                  * blocking.
3961                                  */
3962                                 addr += NBPDR;
3963                                 continue;
3964                         }
3965                         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pdpg));
3966                         pde = &pde[pmap_pde_index(addr)];
3967                         if ((*pde & PG_V) == 0) {
3968                                 pde_store(pde, pa | PG_PS | PG_M | PG_A |
3969                                     PG_U | PG_RW | PG_V);
3970                                 pmap_resident_count_inc(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
3971                                 atomic_add_long(&pmap_pde_mappings, 1);
3972                         } else {
3973                                 /* Continue on if the PDE is already valid. */
3974                                 pdpg->wire_count--;
3975                                 KASSERT(pdpg->wire_count > 0,
3976                                     ("pmap_object_init_pt: missing reference "
3977                                     "to page directory page, va: 0x%lx", addr));
3978                         }
3979                         addr += NBPDR;
3980                 }
3981                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3982         }
3983 }
3984
3985 /*
3986  *      Routine:        pmap_change_wiring
3987  *      Function:       Change the wiring attribute for a map/virtual-address
3988  *                      pair.
3989  *      In/out conditions:
3990  *                      The mapping must already exist in the pmap.
3991  */
3992 void
3993 pmap_change_wiring(pmap_t pmap, vm_offset_t va, boolean_t wired)
3994 {
3995         pd_entry_t *pde;
3996         pt_entry_t *pte;
3997         boolean_t pv_lists_locked;
3998
3999         pv_lists_locked = FALSE;
4000
4001         /*
4002          * Wiring is not a hardware characteristic so there is no need to
4003          * invalidate TLB.
4004          */
4005 retry:
4006         PMAP_LOCK(pmap);
4007         pde = pmap_pde(pmap, va);
4008         if ((*pde & PG_PS) != 0) {
4009                 if (!wired != ((*pde & PG_W) == 0)) {
4010                         if (!pv_lists_locked) {
4011                                 pv_lists_locked = TRUE;
4012                                 if (!rw_try_rlock(&pvh_global_lock)) {
4013                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
4014                                         rw_rlock(&pvh_global_lock);
4015                                         goto retry;
4016                                 }
4017                         }
4018                         if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, va))
4019                                 panic("pmap_change_wiring: demotion failed");
4020                 } else
4021                         goto out;
4022         }
4023         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
4024         if (wired && (*pte & PG_W) == 0) {
4025                 pmap->pm_stats.wired_count++;
4026                 atomic_set_long(pte, PG_W);
4027         } else if (!wired && (*pte & PG_W) != 0) {
4028                 pmap->pm_stats.wired_count--;
4029                 atomic_clear_long(pte, PG_W);
4030         }
4031 out:
4032         if (pv_lists_locked)
4033                 rw_runlock(&pvh_global_lock);
4034         PMAP_UNLOCK(pmap);
4035 }
4036
4037 /*
4038  *      Copy the range specified by src_addr/len
4039  *      from the source map to the range dst_addr/len
4040  *      in the destination map.
4041  *
4042  *      This routine is only advisory and need not do anything.
4043  */
4044
4045 void
4046 pmap_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap, vm_offset_t dst_addr, vm_size_t len,
4047     vm_offset_t src_addr)
4048 {
4049         struct rwlock *lock;
4050         vm_page_t   free;
4051         vm_offset_t addr;
4052         vm_offset_t end_addr = src_addr + len;
4053         vm_offset_t va_next;
4054
4055         if (dst_addr != src_addr)
4056                 return;
4057
4058         lock = NULL;
4059         rw_rlock(&pvh_global_lock);
4060         if (dst_pmap < src_pmap) {
4061                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
4062                 PMAP_LOCK(src_pmap);
4063         } else {
4064                 PMAP_LOCK(src_pmap);
4065                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
4066         }
4067         for (addr = src_addr; addr < end_addr; addr = va_next) {
4068                 pt_entry_t *src_pte, *dst_pte;
4069                 vm_page_t dstmpde, dstmpte, srcmpte;
4070                 pml4_entry_t *pml4e;
4071                 pdp_entry_t *pdpe;
4072                 pd_entry_t srcptepaddr, *pde;
4073
4074                 KASSERT(addr < UPT_MIN_ADDRESS,
4075                     ("pmap_copy: invalid to pmap_copy page tables"));
4076
4077                 pml4e = pmap_pml4e(src_pmap, addr);
4078                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
4079                         va_next = (addr + NBPML4) & ~PML4MASK;
4080                         if (va_next < addr)
4081                                 va_next = end_addr;
4082                         continue;
4083                 }
4084
4085                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, addr);
4086                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
4087                         va_next = (addr + NBPDP) & ~PDPMASK;
4088                         if (va_next < addr)
4089                                 va_next = end_addr;
4090                         continue;
4091                 }
4092
4093                 va_next = (addr + NBPDR) & ~PDRMASK;
4094                 if (va_next < addr)
4095                         va_next = end_addr;
4096
4097                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, addr);
4098                 srcptepaddr = *pde;
4099                 if (srcptepaddr == 0)
4100                         continue;
4101                         
4102                 if (srcptepaddr & PG_PS) {
4103                         if ((addr & PDRMASK) != 0 || addr + NBPDR > end_addr)
4104                                 continue;
4105                         dstmpde = pmap_allocpde(dst_pmap, addr, NULL);
4106                         if (dstmpde == NULL)
4107                                 break;
4108                         pde = (pd_entry_t *)
4109                             PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(dstmpde));
4110                         pde = &pde[pmap_pde_index(addr)];
4111                         if (*pde == 0 && ((srcptepaddr & PG_MANAGED) == 0 ||
4112                             pmap_pv_insert_pde(dst_pmap, addr, srcptepaddr &
4113                             PG_PS_FRAME, &lock))) {
4114                                 *pde = srcptepaddr & ~PG_W;
4115                                 pmap_resident_count_inc(dst_pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
4116                         } else
4117                                 dstmpde->wire_count--;
4118                         continue;
4119                 }
4120
4121                 srcptepaddr &= PG_FRAME;
4122                 srcmpte = PHYS_TO_VM_PAGE(srcptepaddr);
4123                 KASSERT(srcmpte->wire_count > 0,
4124                     ("pmap_copy: source page table page is unused"));
4125
4126                 if (va_next > end_addr)
4127                         va_next = end_addr;
4128
4129                 src_pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(srcptepaddr);
4130                 src_pte = &src_pte[pmap_pte_index(addr)];
4131                 dstmpte = NULL;
4132                 while (addr < va_next) {
4133                         pt_entry_t ptetemp;
4134                         ptetemp = *src_pte;
4135                         /*
4136                          * we only virtual copy managed pages
4137                          */
4138                         if ((ptetemp & PG_MANAGED) != 0) {
4139                                 if (dstmpte != NULL &&
4140                                     dstmpte->pindex == pmap_pde_pindex(addr))
4141                                         dstmpte->wire_count++;
4142                                 else if ((dstmpte = pmap_allocpte(dst_pmap,
4143                                     addr, NULL)) == NULL)
4144                                         goto out;
4145                                 dst_pte = (pt_entry_t *)
4146                                     PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(dstmpte));
4147                                 dst_pte = &dst_pte[pmap_pte_index(addr)];
4148                                 if (*dst_pte == 0 &&
4149                                     pmap_try_insert_pv_entry(dst_pmap, addr,
4150                                     PHYS_TO_VM_PAGE(ptetemp & PG_FRAME),
4151                                     &lock)) {
4152                                         /*
4153                                          * Clear the wired, modified, and
4154                                          * accessed (referenced) bits
4155                                          * during the copy.
4156                                          */
4157                                         *dst_pte = ptetemp & ~(PG_W | PG_M |
4158                                             PG_A);
4159                                         pmap_resident_count_inc(dst_pmap, 1);
4160                                 } else {
4161                                         free = NULL;
4162                                         if (pmap_unwire_ptp(dst_pmap, addr,
4163                                             dstmpte, &free)) {
4164                                                 pmap_invalidate_page(dst_pmap,
4165                                                     addr);
4166                                                 pmap_free_zero_pages(free);
4167                                         }
4168                                         goto out;
4169                                 }
4170                                 if (dstmpte->wire_count >= srcmpte->wire_count)
4171                                         break;
4172                         }
4173                         addr += PAGE_SIZE;
4174                         src_pte++;
4175                 }
4176         }
4177 out:
4178         if (lock != NULL)
4179                 rw_wunlock(lock);
4180         rw_runlock(&pvh_global_lock);
4181         PMAP_UNLOCK(src_pmap);
4182         PMAP_UNLOCK(dst_pmap);
4183 }       
4184
4185 /*
4186  *      pmap_zero_page zeros the specified hardware page by mapping 
4187  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.
4188  */
4189 void
4190 pmap_zero_page(vm_page_t m)
4191 {
4192         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4193
4194         pagezero((void *)va);
4195 }
4196
4197 /*
4198  *      pmap_zero_page_area zeros the specified hardware page by mapping 
4199  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.
4200  *
4201  *      off and size may not cover an area beyond a single hardware page.
4202  */
4203 void
4204 pmap_zero_page_area(vm_page_t m, int off, int size)
4205 {
4206         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4207
4208         if (off == 0 && size == PAGE_SIZE)
4209                 pagezero((void *)va);
4210         else
4211                 bzero((char *)va + off, size);
4212 }
4213
4214 /*
4215  *      pmap_zero_page_idle zeros the specified hardware page by mapping 
4216  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.  This
4217  *      is intended to be called from the vm_pagezero process only and
4218  *      outside of Giant.
4219  */
4220 void
4221 pmap_zero_page_idle(vm_page_t m)
4222 {
4223         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4224
4225         pagezero((void *)va);
4226 }
4227
4228 /*
4229  *      pmap_copy_page copies the specified (machine independent)
4230  *      page by mapping the page into virtual memory and using
4231  *      bcopy to copy the page, one machine dependent page at a
4232  *      time.
4233  */
4234 void
4235 pmap_copy_page(vm_page_t msrc, vm_page_t mdst)
4236 {
4237         vm_offset_t src = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(msrc));
4238         vm_offset_t dst = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mdst));
4239
4240         pagecopy((void *)src, (void *)dst);
4241 }
4242
4243 int unmapped_buf_allowed = 1;
4244
4245 void
4246 pmap_copy_pages(vm_page_t ma[], vm_offset_t a_offset, vm_page_t mb[],
4247     vm_offset_t b_offset, int xfersize)
4248 {
4249         void *a_cp, *b_cp;
4250         vm_offset_t a_pg_offset, b_pg_offset;
4251         int cnt;
4252
4253         while (xfersize > 0) {
4254                 a_pg_offset = a_offset & PAGE_MASK;
4255                 cnt = min(xfersize, PAGE_SIZE - a_pg_offset);
4256                 a_cp = (char *)PHYS_TO_DMAP(ma[a_offset >> PAGE_SHIFT]->
4257                     phys_addr) + a_pg_offset;
4258                 b_pg_offset = b_offset & PAGE_MASK;
4259                 cnt = min(cnt, PAGE_SIZE - b_pg_offset);
4260                 b_cp = (char *)PHYS_TO_DMAP(mb[b_offset >> PAGE_SHIFT]->
4261                     phys_addr) + b_pg_offset;
4262                 bcopy(a_cp, b_cp, cnt);
4263                 a_offset += cnt;
4264                 b_offset += cnt;
4265                 xfersize -= cnt;
4266         }
4267 }
4268
4269 /*
4270  * Returns true if the pmap's pv is one of the first
4271  * 16 pvs linked to from this page.  This count may
4272  * be changed upwards or downwards in the future; it
4273  * is only necessary that true be returned for a small
4274  * subset of pmaps for proper page aging.
4275  */
4276 boolean_t
4277 pmap_page_exists_quick(pmap_t pmap, vm_page_t m)
4278 {
4279         struct md_page *pvh;
4280         struct rwlock *lock;
4281         pv_entry_t pv;
4282         int loops = 0;
4283         boolean_t rv;
4284
4285         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4286             ("pmap_page_exists_quick: page %p is not managed", m));
4287         rv = FALSE;
4288         rw_rlock(&pvh_global_lock);
4289         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
4290         rw_rlock(lock);
4291         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
4292                 if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
4293                         rv = TRUE;
4294                         break;
4295                 }
4296                 loops++;
4297                 if (loops >= 16)
4298                         break;
4299         }
4300         if (!rv && loops < 16 && (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
4301                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4302                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_list) {
4303                         if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
4304                                 rv = TRUE;
4305                                 break;
4306                         }
4307                         loops++;
4308                         if (loops >= 16)
4309                                 break;
4310                 }
4311         }
4312         rw_runlock(lock);
4313         rw_runlock(&pvh_global_lock);
4314         return (rv);
4315 }
4316
4317 /*
4318  *      pmap_page_wired_mappings:
4319  *
4320  *      Return the number of managed mappings to the given physical page
4321  *      that are wired.
4322  */
4323 int
4324 pmap_page_wired_mappings(vm_page_t m)
4325 {
4326         int count;
4327
4328         count = 0;
4329         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
4330                 return (count);
4331         rw_wlock(&pvh_global_lock);
4332         count = pmap_pvh_wired_mappings(&m->md, count);
4333         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
4334             count = pmap_pvh_wired_mappings(pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m)),
4335                 count);
4336         }
4337         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4338         return (count);
4339 }
4340
4341 /*
4342  *      pmap_pvh_wired_mappings:
4343  *
4344  *      Return the updated number "count" of managed mappings that are wired.
4345  */
4346 static int
4347 pmap_pvh_wired_mappings(struct md_page *pvh, int count)
4348 {
4349         pmap_t pmap;
4350         pt_entry_t *pte;
4351         pv_entry_t pv;
4352
4353         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
4354         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_list) {
4355                 pmap = PV_PMAP(pv);
4356                 PMAP_LOCK(pmap);
4357                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va);
4358                 if ((*pte & PG_W) != 0)
4359                         count++;
4360                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4361         }
4362         return (count);
4363 }
4364
4365 /*
4366  * Returns TRUE if the given page is mapped individually or as part of
4367  * a 2mpage.  Otherwise, returns FALSE.
4368  */
4369 boolean_t
4370 pmap_page_is_mapped(vm_page_t m)
4371 {
4372         struct rwlock *lock;
4373         boolean_t rv;
4374
4375         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
4376                 return (FALSE);
4377         rw_rlock(&pvh_global_lock);
4378         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
4379         rw_rlock(lock);
4380         rv = !TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) ||
4381             ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
4382             !TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m))->pv_list));
4383         rw_runlock(lock);
4384         rw_runlock(&pvh_global_lock);
4385         return (rv);
4386 }
4387
4388 /*
4389  * Destroy all managed, non-wired mappings in the given user-space
4390  * pmap.  This pmap cannot be active on any processor besides the
4391  * caller.
4392  *                                                                                
4393  * This function cannot be applied to the kernel pmap.  Moreover, it
4394  * is not intended for general use.  It is only to be used during
4395  * process termination.  Consequently, it can be implemented in ways
4396  * that make it faster than pmap_remove().  First, it can more quickly
4397  * destroy mappings by iterating over the pmap's collection of PV
4398  * entries, rather than searching the page table.  Second, it doesn't
4399  * have to test and clear the page table entries atomically, because
4400  * no processor is currently accessing the user address space.  In
4401  * particular, a page table entry's dirty bit won't change state once
4402  * this function starts.
4403  */
4404 void
4405 pmap_remove_pages(pmap_t pmap)
4406 {
4407         pd_entry_t ptepde;
4408         pt_entry_t *pte, tpte;
4409         vm_page_t free = NULL;
4410         vm_page_t m, mpte, mt;
4411         pv_entry_t pv;
4412         struct md_page *pvh;
4413         struct pv_chunk *pc, *npc;
4414         struct rwlock *lock;
4415         int64_t bit;
4416         uint64_t inuse, bitmask;
4417         int allfree, field, freed, idx;
4418
4419         /*
4420          * Assert that the given pmap is only active on the current
4421          * CPU.  Unfortunately, we cannot block another CPU from
4422          * activating the pmap while this function is executing.
4423          */
4424         KASSERT(pmap == PCPU_GET(curpmap), ("non-current pmap %p", pmap));
4425 #ifdef INVARIANTS
4426         {
4427                 cpuset_t other_cpus;
4428
4429                 other_cpus = all_cpus;
4430                 critical_enter();
4431                 CPU_CLR(PCPU_GET(cpuid), &other_cpus);
4432                 CPU_AND(&other_cpus, &pmap->pm_active);
4433                 critical_exit();
4434                 KASSERT(CPU_EMPTY(&other_cpus), ("pmap active %p", pmap));
4435         }
4436 #endif
4437
4438         lock = NULL;
4439         rw_rlock(&pvh_global_lock);
4440         PMAP_LOCK(pmap);
4441         TAILQ_FOREACH_SAFE(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list, npc) {
4442                 allfree = 1;
4443                 freed = 0;
4444                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
4445                         inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
4446                         while (inuse != 0) {
4447                                 bit = bsfq(inuse);
4448                                 bitmask = 1UL << bit;
4449                                 idx = field * 64 + bit;
4450                                 pv = &pc->pc_pventry[idx];
4451                                 inuse &= ~bitmask;
4452
4453                                 pte = pmap_pdpe(pmap, pv->pv_va);
4454                                 ptepde = *pte;
4455                                 pte = pmap_pdpe_to_pde(pte, pv->pv_va);
4456                                 tpte = *pte;
4457                                 if ((tpte & (PG_PS | PG_V)) == PG_V) {
4458                                         ptepde = tpte;
4459                                         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(tpte &
4460                                             PG_FRAME);
4461                                         pte = &pte[pmap_pte_index(pv->pv_va)];
4462                                         tpte = *pte & ~PG_PTE_PAT;
4463                                 }
4464                                 if ((tpte & PG_V) == 0) {
4465                                         panic("bad pte va %lx pte %lx",
4466                                             pv->pv_va, tpte);
4467                                 }
4468
4469 /*
4470  * We cannot remove wired pages from a process' mapping at this time
4471  */
4472                                 if (tpte & PG_W) {
4473                                         allfree = 0;
4474                                         continue;
4475                                 }
4476
4477                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpte & PG_FRAME);
4478                                 KASSERT(m->phys_addr == (tpte & PG_FRAME),
4479                                     ("vm_page_t %p phys_addr mismatch %016jx %016jx",
4480                                     m, (uintmax_t)m->phys_addr,
4481                                     (uintmax_t)tpte));
4482
4483                                 KASSERT((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
4484                                     m < &vm_page_array[vm_page_array_size],
4485                                     ("pmap_remove_pages: bad tpte %#jx",
4486                                     (uintmax_t)tpte));
4487
4488                                 pte_clear(pte);
4489
4490                                 /*
4491                                  * Update the vm_page_t clean/reference bits.
4492                                  */
4493                                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
4494                                         if ((tpte & PG_PS) != 0) {
4495                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
4496                                                         vm_page_dirty(mt);
4497                                         } else
4498                                                 vm_page_dirty(m);
4499                                 }
4500
4501                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(&lock, m);
4502
4503                                 /* Mark free */
4504                                 pc->pc_map[field] |= bitmask;
4505                                 if ((tpte & PG_PS) != 0) {
4506                                         pmap_resident_count_dec(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
4507                                         pvh = pa_to_pvh(tpte & PG_PS_FRAME);
4508                                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_list);
4509                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
4510                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
4511                                                         if ((mt->aflags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
4512                                                             TAILQ_EMPTY(&mt->md.pv_list))
4513                                                                 vm_page_aflag_clear(mt, PGA_WRITEABLE);
4514                                         }
4515                                         mpte = pmap_lookup_pt_page(pmap, pv->pv_va);
4516                                         if (mpte != NULL) {
4517                                                 pmap_remove_pt_page(pmap, mpte);
4518                                                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
4519                                                 KASSERT(mpte->wire_count == NPTEPG,
4520                                                     ("pmap_remove_pages: pte page wire count error"));
4521                                                 mpte->wire_count = 0;
4522                                                 pmap_add_delayed_free_list(mpte, &free, FALSE);
4523                                                 atomic_subtract_int(&cnt.v_wire_count, 1);
4524                                         }
4525                                 } else {
4526                                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
4527                                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
4528                                         if ((m->aflags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
4529                                             TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
4530                                             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
4531                                                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4532                                                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
4533                                                         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
4534                                         }
4535                                 }
4536                                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, ptepde, &free);
4537                                 freed++;
4538                         }
4539                 }
4540                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
4541                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
4542                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
4543                 if (allfree) {
4544                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4545                         free_pv_chunk(pc);
4546                 }
4547         }
4548         if (lock != NULL)
4549                 rw_wunlock(lock);
4550         pmap_invalidate_all(pmap);
4551         rw_runlock(&pvh_global_lock);
4552         PMAP_UNLOCK(pmap);
4553         pmap_free_zero_pages(free);
4554 }
4555
4556 /*
4557  *      pmap_is_modified:
4558  *
4559  *      Return whether or not the specified physical page was modified
4560  *      in any physical maps.
4561  */
4562 boolean_t
4563 pmap_is_modified(vm_page_t m)
4564 {
4565         boolean_t rv;
4566
4567         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4568             ("pmap_is_modified: page %p is not managed", m));
4569
4570         /*
4571          * If the page is not VPO_BUSY, then PGA_WRITEABLE cannot be
4572          * concurrently set while the object is locked.  Thus, if PGA_WRITEABLE
4573          * is clear, no PTEs can have PG_M set.
4574          */
4575         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(m->object, MA_OWNED);
4576         if ((m->oflags & VPO_BUSY) == 0 &&
4577             (m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
4578                 return (FALSE);
4579         rw_wlock(&pvh_global_lock);
4580         rv = pmap_is_modified_pvh(&m->md) ||
4581             ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
4582             pmap_is_modified_pvh(pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m))));
4583         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4584         return (rv);
4585 }
4586
4587 /*
4588  * Returns TRUE if any of the given mappings were used to modify
4589  * physical memory.  Otherwise, returns FALSE.  Both page and 2mpage
4590  * mappings are supported.
4591  */
4592 static boolean_t
4593 pmap_is_modified_pvh(struct md_page *pvh)
4594 {
4595         pv_entry_t pv;
4596         pt_entry_t *pte;
4597         pmap_t pmap;
4598         boolean_t rv;
4599
4600         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
4601         rv = FALSE;
4602         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_list) {
4603                 pmap = PV_PMAP(pv);
4604                 PMAP_LOCK(pmap);
4605                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va);
4606                 rv = (*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW);
4607                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4608                 if (rv)
4609                         break;
4610         }
4611         return (rv);
4612 }
4613
4614 /*
4615  *      pmap_is_prefaultable:
4616  *
4617  *      Return whether or not the specified virtual address is elgible
4618  *      for prefault.
4619  */
4620 boolean_t
4621 pmap_is_prefaultable(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
4622 {
4623         pd_entry_t *pde;
4624         pt_entry_t *pte;
4625         boolean_t rv;
4626
4627         rv = FALSE;
4628         PMAP_LOCK(pmap);
4629         pde = pmap_pde(pmap, addr);
4630         if (pde != NULL && (*pde & (PG_PS | PG_V)) == PG_V) {
4631                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, addr);
4632                 rv = (*pte & PG_V) == 0;
4633         }
4634         PMAP_UNLOCK(pmap);
4635         return (rv);
4636 }
4637
4638 /*
4639  *      pmap_is_referenced:
4640  *
4641  *      Return whether or not the specified physical page was referenced
4642  *      in any physical maps.
4643  */
4644 boolean_t
4645 pmap_is_referenced(vm_page_t m)
4646 {
4647         boolean_t rv;
4648
4649         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4650             ("pmap_is_referenced: page %p is not managed", m));
4651         rw_wlock(&pvh_global_lock);
4652         rv = pmap_is_referenced_pvh(&m->md) ||
4653             ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
4654             pmap_is_referenced_pvh(pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m))));
4655         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4656         return (rv);
4657 }
4658
4659 /*
4660  * Returns TRUE if any of the given mappings were referenced and FALSE
4661  * otherwise.  Both page and 2mpage mappings are supported.
4662  */
4663 static boolean_t
4664 pmap_is_referenced_pvh(struct md_page *pvh)
4665 {
4666         pv_entry_t pv;
4667         pt_entry_t *pte;
4668         pmap_t pmap;
4669         boolean_t rv;
4670
4671         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
4672         rv = FALSE;
4673         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_list) {
4674                 pmap = PV_PMAP(pv);
4675                 PMAP_LOCK(pmap);
4676                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va);
4677                 rv = (*pte & (PG_A | PG_V)) == (PG_A | PG_V);
4678                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4679                 if (rv)
4680                         break;
4681         }
4682         return (rv);
4683 }
4684
4685 /*
4686  * Clear the write and modified bits in each of the given page's mappings.
4687  */
4688 void
4689 pmap_remove_write(vm_page_t m)
4690 {
4691         struct md_page *pvh;
4692         pmap_t pmap;
4693         pv_entry_t next_pv, pv;
4694         pd_entry_t *pde;
4695         pt_entry_t oldpte, *pte;
4696         vm_offset_t va;
4697
4698         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4699             ("pmap_remove_write: page %p is not managed", m));
4700
4701         /*
4702          * If the page is not VPO_BUSY, then PGA_WRITEABLE cannot be set by
4703          * another thread while the object is locked.  Thus, if PGA_WRITEABLE
4704          * is clear, no page table entries need updating.
4705          */
4706         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(m->object, MA_OWNED);
4707         if ((m->oflags & VPO_BUSY) == 0 &&
4708             (m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
4709                 return;
4710         rw_wlock(&pvh_global_lock);
4711         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0)
4712                 goto small_mappings;
4713         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4714         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_list, next_pv) {
4715                 pmap = PV_PMAP(pv);
4716                 PMAP_LOCK(pmap);
4717                 va = pv->pv_va;
4718                 pde = pmap_pde(pmap, va);
4719                 if ((*pde & PG_RW) != 0)
4720                         (void)pmap_demote_pde(pmap, pde, va);
4721                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4722         }
4723 small_mappings:
4724         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
4725                 pmap = PV_PMAP(pv);
4726                 PMAP_LOCK(pmap);
4727                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
4728                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0,
4729                     ("pmap_remove_write: found a 2mpage in page %p's pv list",
4730                     m));
4731                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
4732 retry:
4733                 oldpte = *pte;
4734                 if (oldpte & PG_RW) {
4735                         if (!atomic_cmpset_long(pte, oldpte, oldpte &
4736                             ~(PG_RW | PG_M)))
4737                                 goto retry;
4738                         if ((oldpte & PG_M) != 0)
4739                                 vm_page_dirty(m);
4740                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
4741                 }
4742                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4743         }
4744         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
4745         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4746 }
4747
4748 /*
4749  *      pmap_ts_referenced:
4750  *
4751  *      Return a count of reference bits for a page, clearing those bits.
4752  *      It is not necessary for every reference bit to be cleared, but it
4753  *      is necessary that 0 only be returned when there are truly no
4754  *      reference bits set.
4755  *
4756  *      XXX: The exact number of bits to check and clear is a matter that
4757  *      should be tested and standardized at some point in the future for
4758  *      optimal aging of shared pages.
4759  */
4760 int
4761 pmap_ts_referenced(vm_page_t m)
4762 {
4763         struct md_page *pvh;
4764         pv_entry_t pv, pvf, pvn;
4765         pmap_t pmap;
4766         pd_entry_t oldpde, *pde;
4767         pt_entry_t *pte;
4768         vm_offset_t va;
4769         int rtval = 0;
4770
4771         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4772             ("pmap_ts_referenced: page %p is not managed", m));
4773         rw_wlock(&pvh_global_lock);
4774         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0)
4775                 goto small_mappings;
4776         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4777         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_list, pvn) {
4778                 pmap = PV_PMAP(pv);
4779                 PMAP_LOCK(pmap);
4780                 va = pv->pv_va;
4781                 pde = pmap_pde(pmap, va);
4782                 oldpde = *pde;
4783                 if ((oldpde & PG_A) != 0) {
4784                         if (pmap_demote_pde(pmap, pde, va)) {
4785                                 if ((oldpde & PG_W) == 0) {
4786                                         /*
4787                                          * Remove the mapping to a single page
4788                                          * so that a subsequent access may
4789                                          * repromote.  Since the underlying
4790                                          * page table page is fully populated,
4791                                          * this removal never frees a page
4792                                          * table page.
4793                                          */
4794                                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde &
4795                                             PG_PS_FRAME);
4796                                         pmap_remove_page(pmap, va, pde, NULL);
4797                                         rtval++;
4798                                         if (rtval > 4) {
4799                                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4800                                                 goto out;
4801                                         }
4802                                 }
4803                         }
4804                 }
4805                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4806         }
4807 small_mappings:
4808         if ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
4809                 pvf = pv;
4810                 do {
4811                         pvn = TAILQ_NEXT(pv, pv_list);
4812                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
4813                         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
4814                         pmap = PV_PMAP(pv);
4815                         PMAP_LOCK(pmap);
4816                         pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
4817                         KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_ts_referenced:"
4818                             " found a 2mpage in page %p's pv list", m));
4819                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
4820                         if ((*pte & PG_A) != 0) {
4821                                 atomic_clear_long(pte, PG_A);
4822                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
4823                                 rtval++;
4824                                 if (rtval > 4)
4825                                         pvn = NULL;
4826                         }
4827                         PMAP_UNLOCK(pmap);
4828                 } while ((pv = pvn) != NULL && pv != pvf);
4829         }
4830 out:
4831         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4832         return (rtval);
4833 }
4834
4835 /*
4836  *      Clear the modify bits on the specified physical page.
4837  */
4838 void
4839 pmap_clear_modify(vm_page_t m)
4840 {
4841         struct md_page *pvh;
4842         pmap_t pmap;
4843         pv_entry_t next_pv, pv;
4844         pd_entry_t oldpde, *pde;
4845         pt_entry_t oldpte, *pte;
4846         vm_offset_t va;
4847
4848         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4849             ("pmap_clear_modify: page %p is not managed", m));
4850         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(m->object, MA_OWNED);
4851         KASSERT((m->oflags & VPO_BUSY) == 0,
4852             ("pmap_clear_modify: page %p is busy", m));
4853
4854         /*
4855          * If the page is not PGA_WRITEABLE, then no PTEs can have PG_M set.
4856          * If the object containing the page is locked and the page is not
4857          * VPO_BUSY, then PGA_WRITEABLE cannot be concurrently set.
4858          */
4859         if ((m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
4860                 return;
4861         rw_wlock(&pvh_global_lock);
4862         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0)
4863                 goto small_mappings;
4864         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4865         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_list, next_pv) {
4866                 pmap = PV_PMAP(pv);
4867                 PMAP_LOCK(pmap);
4868                 va = pv->pv_va;
4869                 pde = pmap_pde(pmap, va);
4870                 oldpde = *pde;
4871                 if ((oldpde & PG_RW) != 0) {
4872                         if (pmap_demote_pde(pmap, pde, va)) {
4873                                 if ((oldpde & PG_W) == 0) {
4874                                         /*
4875                                          * Write protect the mapping to a
4876                                          * single page so that a subsequent
4877                                          * write access may repromote.
4878                                          */
4879                                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde &
4880                                             PG_PS_FRAME);
4881                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
4882                                         oldpte = *pte;
4883                                         if ((oldpte & PG_V) != 0) {
4884                                                 while (!atomic_cmpset_long(pte,
4885                                                     oldpte,
4886                                                     oldpte & ~(PG_M | PG_RW)))
4887                                                         oldpte = *pte;
4888                                                 vm_page_dirty(m);
4889                                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
4890                                         }
4891                                 }
4892                         }
4893                 }
4894                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4895         }
4896 small_mappings:
4897         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
4898                 pmap = PV_PMAP(pv);
4899                 PMAP_LOCK(pmap);
4900                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
4901                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_clear_modify: found"
4902                     " a 2mpage in page %p's pv list", m));
4903                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
4904                 if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
4905                         atomic_clear_long(pte, PG_M);
4906                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
4907                 }
4908                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4909         }
4910         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4911 }
4912
4913 /*
4914  *      pmap_clear_reference:
4915  *
4916  *      Clear the reference bit on the specified physical page.
4917  */
4918 void
4919 pmap_clear_reference(vm_page_t m)
4920 {
4921         struct md_page *pvh;
4922         pmap_t pmap;
4923         pv_entry_t next_pv, pv;
4924         pd_entry_t oldpde, *pde;
4925         pt_entry_t *pte;
4926         vm_offset_t va;
4927
4928         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4929             ("pmap_clear_reference: page %p is not managed", m));
4930         rw_wlock(&pvh_global_lock);
4931         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0)
4932                 goto small_mappings;
4933         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4934         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_list, next_pv) {
4935                 pmap = PV_PMAP(pv);
4936                 PMAP_LOCK(pmap);
4937                 va = pv->pv_va;
4938                 pde = pmap_pde(pmap, va);
4939                 oldpde = *pde;
4940                 if ((oldpde & PG_A) != 0) {
4941                         if (pmap_demote_pde(pmap, pde, va)) {
4942                                 /*
4943                                  * Remove the mapping to a single page so
4944                                  * that a subsequent access may repromote.
4945                                  * Since the underlying page table page is
4946                                  * fully populated, this removal never frees
4947                                  * a page table page.
4948                                  */
4949                                 va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde &
4950                                     PG_PS_FRAME);
4951                                 pmap_remove_page(pmap, va, pde, NULL);
4952                         }
4953                 }
4954                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4955         }
4956 small_mappings:
4957         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
4958                 pmap = PV_PMAP(pv);
4959                 PMAP_LOCK(pmap);
4960                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
4961                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_clear_reference: found"
4962                     " a 2mpage in page %p's pv list", m));
4963                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
4964                 if (*pte & PG_A) {
4965                         atomic_clear_long(pte, PG_A);
4966                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
4967                 }
4968                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4969         }
4970         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4971 }
4972
4973 /*
4974  * Miscellaneous support routines follow
4975  */
4976
4977 /* Adjust the cache mode for a 4KB page mapped via a PTE. */
4978 static __inline void
4979 pmap_pte_attr(pt_entry_t *pte, int cache_bits)
4980 {
4981         u_int opte, npte;
4982
4983         /*
4984          * The cache mode bits are all in the low 32-bits of the
4985          * PTE, so we can just spin on updating the low 32-bits.
4986          */
4987         do {
4988                 opte = *(u_int *)pte;
4989                 npte = opte & ~PG_PTE_CACHE;
4990                 npte |= cache_bits;
4991         } while (npte != opte && !atomic_cmpset_int((u_int *)pte, opte, npte));
4992 }
4993
4994 /* Adjust the cache mode for a 2MB page mapped via a PDE. */
4995 static __inline void
4996 pmap_pde_attr(pd_entry_t *pde, int cache_bits)
4997 {
4998         u_int opde, npde;
4999
5000         /*
5001          * The cache mode bits are all in the low 32-bits of the
5002          * PDE, so we can just spin on updating the low 32-bits.
5003          */
5004         do {
5005                 opde = *(u_int *)pde;
5006                 npde = opde & ~PG_PDE_CACHE;
5007                 npde |= cache_bits;
5008         } while (npde != opde && !atomic_cmpset_int((u_int *)pde, opde, npde));
5009 }
5010
5011 /*
5012  * Map a set of physical memory pages into the kernel virtual
5013  * address space. Return a pointer to where it is mapped. This
5014  * routine is intended to be used for mapping device memory,
5015  * NOT real memory.
5016  */
5017 void *
5018 pmap_mapdev_attr(vm_paddr_t pa, vm_size_t size, int mode)
5019 {
5020         vm_offset_t va, offset;
5021         vm_size_t tmpsize;
5022
5023         /*
5024          * If the specified range of physical addresses fits within the direct
5025          * map window, use the direct map. 
5026          */
5027         if (pa < dmaplimit && pa + size < dmaplimit) {
5028                 va = PHYS_TO_DMAP(pa);
5029                 if (!pmap_change_attr(va, size, mode))
5030                         return ((void *)va);
5031         }
5032         offset = pa & PAGE_MASK;
5033         size = roundup(offset + size, PAGE_SIZE);
5034         va = kmem_alloc_nofault(kernel_map, size);
5035         if (!va)
5036                 panic("pmap_mapdev: Couldn't alloc kernel virtual memory");
5037         pa = trunc_page(pa);
5038         for (tmpsize = 0; tmpsize < size; tmpsize += PAGE_SIZE)
5039                 pmap_kenter_attr(va + tmpsize, pa + tmpsize, mode);
5040         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, va, va + tmpsize);
5041         pmap_invalidate_cache_range(va, va + tmpsize);
5042         return ((void *)(va + offset));
5043 }
5044
5045 void *
5046 pmap_mapdev(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
5047 {
5048
5049         return (pmap_mapdev_attr(pa, size, PAT_UNCACHEABLE));
5050 }
5051
5052 void *
5053 pmap_mapbios(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
5054 {
5055
5056         return (pmap_mapdev_attr(pa, size, PAT_WRITE_BACK));
5057 }
5058
5059 void
5060 pmap_unmapdev(vm_offset_t va, vm_size_t size)
5061 {
5062         vm_offset_t base, offset;
5063
5064         /* If we gave a direct map region in pmap_mapdev, do nothing */
5065         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS)
5066                 return;
5067         base = trunc_page(va);
5068         offset = va & PAGE_MASK;
5069         size = roundup(offset + size, PAGE_SIZE);
5070         kmem_free(kernel_map, base, size);
5071 }
5072
5073 /*
5074  * Tries to demote a 1GB page mapping.
5075  */
5076 static boolean_t
5077 pmap_demote_pdpe(pmap_t pmap, pdp_entry_t *pdpe, vm_offset_t va)
5078 {
5079         pdp_entry_t newpdpe, oldpdpe;
5080         pd_entry_t *firstpde, newpde, *pde;
5081         vm_paddr_t mpdepa;
5082         vm_page_t mpde;
5083
5084         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5085         oldpdpe = *pdpe;
5086         KASSERT((oldpdpe & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V),
5087             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_PS and/or PG_V"));
5088         if ((mpde = vm_page_alloc(NULL, va >> PDPSHIFT, VM_ALLOC_INTERRUPT |
5089             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED)) == NULL) {
5090                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pdpe: failure for va %#lx"
5091                     " in pmap %p", va, pmap);
5092                 return (FALSE);
5093         }
5094         mpdepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpde);
5095         firstpde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mpdepa);
5096         newpdpe = mpdepa | PG_M | PG_A | (oldpdpe & PG_U) | PG_RW | PG_V;
5097         KASSERT((oldpdpe & PG_A) != 0,
5098             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_A"));
5099         KASSERT((oldpdpe & (PG_M | PG_RW)) != PG_RW,
5100             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_M"));
5101         newpde = oldpdpe;
5102
5103         /*
5104          * Initialize the page directory page.
5105          */
5106         for (pde = firstpde; pde < firstpde + NPDEPG; pde++) {
5107                 *pde = newpde;
5108                 newpde += NBPDR;
5109         }
5110
5111         /*
5112          * Demote the mapping.
5113          */
5114         *pdpe = newpdpe;
5115
5116         /*
5117          * Invalidate a stale recursive mapping of the page directory page.
5118          */
5119         pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopde(va));
5120
5121         pmap_pdpe_demotions++;
5122         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pdpe: success for va %#lx"
5123             " in pmap %p", va, pmap);
5124         return (TRUE);
5125 }
5126
5127 /*
5128  * Sets the memory attribute for the specified page.
5129  */
5130 void
5131 pmap_page_set_memattr(vm_page_t m, vm_memattr_t ma)
5132 {
5133
5134         m->md.pat_mode = ma;
5135
5136         /*
5137          * If "m" is a normal page, update its direct mapping.  This update
5138          * can be relied upon to perform any cache operations that are
5139          * required for data coherence.
5140          */
5141         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
5142             pmap_change_attr(PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m)), PAGE_SIZE,
5143             m->md.pat_mode))
5144                 panic("memory attribute change on the direct map failed");
5145 }
5146
5147 /*
5148  * Changes the specified virtual address range's memory type to that given by
5149  * the parameter "mode".  The specified virtual address range must be
5150  * completely contained within either the direct map or the kernel map.  If
5151  * the virtual address range is contained within the kernel map, then the
5152  * memory type for each of the corresponding ranges of the direct map is also
5153  * changed.  (The corresponding ranges of the direct map are those ranges that
5154  * map the same physical pages as the specified virtual address range.)  These
5155  * changes to the direct map are necessary because Intel describes the
5156  * behavior of their processors as "undefined" if two or more mappings to the
5157  * same physical page have different memory types.
5158  *
5159  * Returns zero if the change completed successfully, and either EINVAL or
5160  * ENOMEM if the change failed.  Specifically, EINVAL is returned if some part
5161  * of the virtual address range was not mapped, and ENOMEM is returned if
5162  * there was insufficient memory available to complete the change.  In the
5163  * latter case, the memory type may have been changed on some part of the
5164  * virtual address range or the direct map.
5165  */
5166 int
5167 pmap_change_attr(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
5168 {
5169         int error;
5170
5171         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
5172         error = pmap_change_attr_locked(va, size, mode);
5173         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
5174         return (error);
5175 }
5176
5177 static int
5178 pmap_change_attr_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
5179 {
5180         vm_offset_t base, offset, tmpva;
5181         vm_paddr_t pa_start, pa_end;
5182         pdp_entry_t *pdpe;
5183         pd_entry_t *pde;
5184         pt_entry_t *pte;
5185         int cache_bits_pte, cache_bits_pde, error;
5186         boolean_t changed;
5187
5188         PMAP_LOCK_ASSERT(kernel_pmap, MA_OWNED);
5189         base = trunc_page(va);
5190         offset = va & PAGE_MASK;
5191         size = roundup(offset + size, PAGE_SIZE);
5192
5193         /*
5194          * Only supported on kernel virtual addresses, including the direct
5195          * map but excluding the recursive map.
5196          */
5197         if (base < DMAP_MIN_ADDRESS)
5198                 return (EINVAL);
5199
5200         cache_bits_pde = pmap_cache_bits(mode, 1);
5201         cache_bits_pte = pmap_cache_bits(mode, 0);
5202         changed = FALSE;
5203
5204         /*
5205          * Pages that aren't mapped aren't supported.  Also break down 2MB pages
5206          * into 4KB pages if required.
5207          */
5208         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
5209                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, tmpva);
5210                 if (*pdpe == 0)
5211                         return (EINVAL);
5212                 if (*pdpe & PG_PS) {
5213                         /*
5214                          * If the current 1GB page already has the required
5215                          * memory type, then we need not demote this page. Just
5216                          * increment tmpva to the next 1GB page frame.
5217                          */
5218                         if ((*pdpe & PG_PDE_CACHE) == cache_bits_pde) {
5219                                 tmpva = trunc_1gpage(tmpva) + NBPDP;
5220                                 continue;
5221                         }
5222
5223                         /*
5224                          * If the current offset aligns with a 1GB page frame
5225                          * and there is at least 1GB left within the range, then
5226                          * we need not break down this page into 2MB pages.
5227                          */
5228                         if ((tmpva & PDPMASK) == 0 &&
5229                             tmpva + PDPMASK < base + size) {
5230                                 tmpva += NBPDP;
5231                                 continue;
5232                         }
5233                         if (!pmap_demote_pdpe(kernel_pmap, pdpe, tmpva))
5234                                 return (ENOMEM);
5235                 }
5236                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, tmpva);
5237                 if (*pde == 0)
5238                         return (EINVAL);
5239                 if (*pde & PG_PS) {
5240                         /*
5241                          * If the current 2MB page already has the required
5242                          * memory type, then we need not demote this page. Just
5243                          * increment tmpva to the next 2MB page frame.
5244                          */
5245                         if ((*pde & PG_PDE_CACHE) == cache_bits_pde) {
5246                                 tmpva = trunc_2mpage(tmpva) + NBPDR;
5247                                 continue;
5248                         }
5249
5250                         /*
5251                          * If the current offset aligns with a 2MB page frame
5252                          * and there is at least 2MB left within the range, then
5253                          * we need not break down this page into 4KB pages.
5254                          */
5255                         if ((tmpva & PDRMASK) == 0 &&
5256                             tmpva + PDRMASK < base + size) {
5257                                 tmpva += NBPDR;
5258                                 continue;
5259                         }
5260                         if (!pmap_demote_pde(kernel_pmap, pde, tmpva))
5261                                 return (ENOMEM);
5262                 }
5263                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, tmpva);
5264                 if (*pte == 0)
5265                         return (EINVAL);
5266                 tmpva += PAGE_SIZE;
5267         }
5268         error = 0;
5269
5270         /*
5271          * Ok, all the pages exist, so run through them updating their
5272          * cache mode if required.
5273          */
5274         pa_start = pa_end = 0;
5275         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
5276                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, tmpva);
5277                 if (*pdpe & PG_PS) {
5278                         if ((*pdpe & PG_PDE_CACHE) != cache_bits_pde) {
5279                                 pmap_pde_attr(pdpe, cache_bits_pde);
5280                                 changed = TRUE;
5281                         }
5282                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS) {
5283                                 if (pa_start == pa_end) {
5284                                         /* Start physical address run. */
5285                                         pa_start = *pdpe & PG_PS_FRAME;
5286                                         pa_end = pa_start + NBPDP;
5287                                 } else if (pa_end == (*pdpe & PG_PS_FRAME))
5288                                         pa_end += NBPDP;
5289                                 else {
5290                                         /* Run ended, update direct map. */
5291                                         error = pmap_change_attr_locked(
5292                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
5293                                             pa_end - pa_start, mode);
5294                                         if (error != 0)
5295                                                 break;
5296                                         /* Start physical address run. */
5297                                         pa_start = *pdpe & PG_PS_FRAME;
5298                                         pa_end = pa_start + NBPDP;
5299                                 }
5300                         }
5301                         tmpva = trunc_1gpage(tmpva) + NBPDP;
5302                         continue;
5303                 }
5304                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, tmpva);
5305                 if (*pde & PG_PS) {
5306                         if ((*pde & PG_PDE_CACHE) != cache_bits_pde) {
5307                                 pmap_pde_attr(pde, cache_bits_pde);
5308                                 changed = TRUE;
5309                         }
5310                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS) {
5311                                 if (pa_start == pa_end) {
5312                                         /* Start physical address run. */
5313                                         pa_start = *pde & PG_PS_FRAME;
5314                                         pa_end = pa_start + NBPDR;
5315                                 } else if (pa_end == (*pde & PG_PS_FRAME))
5316                                         pa_end += NBPDR;
5317                                 else {
5318                                         /* Run ended, update direct map. */
5319                                         error = pmap_change_attr_locked(
5320                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
5321                                             pa_end - pa_start, mode);
5322                                         if (error != 0)
5323                                                 break;
5324                                         /* Start physical address run. */
5325                                         pa_start = *pde & PG_PS_FRAME;
5326                                         pa_end = pa_start + NBPDR;
5327                                 }
5328                         }
5329                         tmpva = trunc_2mpage(tmpva) + NBPDR;
5330                 } else {
5331                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, tmpva);
5332                         if ((*pte & PG_PTE_CACHE) != cache_bits_pte) {
5333                                 pmap_pte_attr(pte, cache_bits_pte);
5334                                 changed = TRUE;
5335                         }
5336                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS) {
5337                                 if (pa_start == pa_end) {
5338                                         /* Start physical address run. */
5339                                         pa_start = *pte & PG_FRAME;
5340                                         pa_end = pa_start + PAGE_SIZE;
5341                                 } else if (pa_end == (*pte & PG_FRAME))
5342                                         pa_end += PAGE_SIZE;
5343                                 else {
5344                                         /* Run ended, update direct map. */
5345                                         error = pmap_change_attr_locked(
5346                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
5347                                             pa_end - pa_start, mode);
5348                                         if (error != 0)
5349                                                 break;
5350                                         /* Start physical address run. */
5351                                         pa_start = *pte & PG_FRAME;
5352                                         pa_end = pa_start + PAGE_SIZE;
5353                                 }
5354                         }
5355                         tmpva += PAGE_SIZE;
5356                 }
5357         }
5358         if (error == 0 && pa_start != pa_end)
5359                 error = pmap_change_attr_locked(PHYS_TO_DMAP(pa_start),
5360                     pa_end - pa_start, mode);
5361
5362         /*
5363          * Flush CPU caches if required to make sure any data isn't cached that
5364          * shouldn't be, etc.
5365          */
5366         if (changed) {
5367                 pmap_invalidate_range(kernel_pmap, base, tmpva);
5368                 pmap_invalidate_cache_range(base, tmpva);
5369         }
5370         return (error);
5371 }
5372
5373 /*
5374  * Demotes any mapping within the direct map region that covers more than the
5375  * specified range of physical addresses.  This range's size must be a power
5376  * of two and its starting address must be a multiple of its size.  Since the
5377  * demotion does not change any attributes of the mapping, a TLB invalidation
5378  * is not mandatory.  The caller may, however, request a TLB invalidation.
5379  */
5380 void
5381 pmap_demote_DMAP(vm_paddr_t base, vm_size_t len, boolean_t invalidate)
5382 {
5383         pdp_entry_t *pdpe;
5384         pd_entry_t *pde;
5385         vm_offset_t va;
5386         boolean_t changed;
5387
5388         if (len == 0)
5389                 return;
5390         KASSERT(powerof2(len), ("pmap_demote_DMAP: len is not a power of 2"));
5391         KASSERT((base & (len - 1)) == 0,
5392             ("pmap_demote_DMAP: base is not a multiple of len"));
5393         if (len < NBPDP && base < dmaplimit) {
5394                 va = PHYS_TO_DMAP(base);
5395                 changed = FALSE;
5396                 PMAP_LOCK(kernel_pmap);
5397                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, va);
5398                 if ((*pdpe & PG_V) == 0)
5399                         panic("pmap_demote_DMAP: invalid PDPE");
5400                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0) {
5401                         if (!pmap_demote_pdpe(kernel_pmap, pdpe, va))
5402                                 panic("pmap_demote_DMAP: PDPE failed");
5403                         changed = TRUE;
5404                 }
5405                 if (len < NBPDR) {
5406                         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
5407                         if ((*pde & PG_V) == 0)
5408                                 panic("pmap_demote_DMAP: invalid PDE");
5409                         if ((*pde & PG_PS) != 0) {
5410                                 if (!pmap_demote_pde(kernel_pmap, pde, va))
5411                                         panic("pmap_demote_DMAP: PDE failed");
5412                                 changed = TRUE;
5413                         }
5414                 }
5415                 if (changed && invalidate)
5416                         pmap_invalidate_page(kernel_pmap, va);
5417                 PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
5418         }
5419 }
5420
5421 /*
5422  * perform the pmap work for mincore
5423  */
5424 int
5425 pmap_mincore(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_paddr_t *locked_pa)
5426 {
5427         pd_entry_t *pdep;
5428         pt_entry_t pte;
5429         vm_paddr_t pa;
5430         int val;
5431
5432         PMAP_LOCK(pmap);
5433 retry:
5434         pdep = pmap_pde(pmap, addr);
5435         if (pdep != NULL && (*pdep & PG_V)) {
5436                 if (*pdep & PG_PS) {
5437                         pte = *pdep;
5438                         /* Compute the physical address of the 4KB page. */
5439                         pa = ((*pdep & PG_PS_FRAME) | (addr & PDRMASK)) &
5440                             PG_FRAME;
5441                         val = MINCORE_SUPER;
5442                 } else {
5443                         pte = *pmap_pde_to_pte(pdep, addr);
5444                         pa = pte & PG_FRAME;
5445                         val = 0;
5446                 }
5447         } else {
5448                 pte = 0;
5449                 pa = 0;
5450                 val = 0;
5451         }
5452         if ((pte & PG_V) != 0) {
5453                 val |= MINCORE_INCORE;
5454                 if ((pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
5455                         val |= MINCORE_MODIFIED | MINCORE_MODIFIED_OTHER;
5456                 if ((pte & PG_A) != 0)
5457                         val |= MINCORE_REFERENCED | MINCORE_REFERENCED_OTHER;
5458         }
5459         if ((val & (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER)) !=
5460             (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER) &&
5461             (pte & (PG_MANAGED | PG_V)) == (PG_MANAGED | PG_V)) {
5462                 /* Ensure that "PHYS_TO_VM_PAGE(pa)->object" doesn't change. */
5463                 if (vm_page_pa_tryrelock(pmap, pa, locked_pa))
5464                         goto retry;
5465         } else
5466                 PA_UNLOCK_COND(*locked_pa);
5467         PMAP_UNLOCK(pmap);
5468         return (val);
5469 }
5470
5471 void
5472 pmap_activate(struct thread *td)
5473 {
5474         pmap_t  pmap, oldpmap;
5475         u_int   cpuid;
5476         u_int64_t  cr3;
5477
5478         critical_enter();
5479         pmap = vmspace_pmap(td->td_proc->p_vmspace);
5480         oldpmap = PCPU_GET(curpmap);
5481         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
5482 #ifdef SMP
5483         CPU_CLR_ATOMIC(cpuid, &oldpmap->pm_active);
5484         CPU_SET_ATOMIC(cpuid, &pmap->pm_active);
5485 #else
5486         CPU_CLR(cpuid, &oldpmap->pm_active);
5487         CPU_SET(cpuid, &pmap->pm_active);
5488 #endif
5489         cr3 = DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pmap->pm_pml4);
5490         td->td_pcb->pcb_cr3 = cr3;
5491         load_cr3(cr3);
5492         PCPU_SET(curpmap, pmap);
5493         critical_exit();
5494 }
5495
5496 void
5497 pmap_sync_icache(pmap_t pm, vm_offset_t va, vm_size_t sz)
5498 {
5499 }
5500
5501 /*
5502  *      Increase the starting virtual address of the given mapping if a
5503  *      different alignment might result in more superpage mappings.
5504  */
5505 void
5506 pmap_align_superpage(vm_object_t object, vm_ooffset_t offset,
5507     vm_offset_t *addr, vm_size_t size)
5508 {
5509         vm_offset_t superpage_offset;
5510
5511         if (size < NBPDR)
5512                 return;
5513         if (object != NULL && (object->flags & OBJ_COLORED) != 0)
5514                 offset += ptoa(object->pg_color);
5515         superpage_offset = offset & PDRMASK;
5516         if (size - ((NBPDR - superpage_offset) & PDRMASK) < NBPDR ||
5517             (*addr & PDRMASK) == superpage_offset)
5518                 return;
5519         if ((*addr & PDRMASK) < superpage_offset)
5520                 *addr = (*addr & ~PDRMASK) + superpage_offset;
5521         else
5522                 *addr = ((*addr + PDRMASK) & ~PDRMASK) + superpage_offset;
5523 }
5524
5525 #include "opt_ddb.h"
5526 #ifdef DDB
5527 #include <ddb/ddb.h>
5528
5529 DB_SHOW_COMMAND(pte, pmap_print_pte)
5530 {
5531         pmap_t pmap;
5532         pml4_entry_t *pml4;
5533         pdp_entry_t *pdp;
5534         pd_entry_t *pde;
5535         pt_entry_t *pte;
5536         vm_offset_t va;
5537
5538         if (have_addr) {
5539                 va = (vm_offset_t)addr;
5540                 pmap = PCPU_GET(curpmap); /* XXX */
5541         } else {
5542                 db_printf("show pte addr\n");
5543                 return;
5544         }
5545         pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
5546         db_printf("VA %#016lx pml4e %#016lx", va, *pml4);
5547         if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
5548                 db_printf("\n");
5549                 return;
5550         }
5551         pdp = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4, va);
5552         db_printf(" pdpe %#016lx", *pdp);
5553         if ((*pdp & PG_V) == 0 || (*pdp & PG_PS) != 0) {
5554                 db_printf("\n");
5555                 return;
5556         }
5557         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdp, va);
5558         db_printf(" pde %#016lx", *pde);
5559         if ((*pde & PG_V) == 0 || (*pde & PG_PS) != 0) {
5560                 db_printf("\n");
5561                 return;
5562         }
5563         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
5564         db_printf(" pte %#016lx\n", *pte);
5565 }
5566
5567 DB_SHOW_COMMAND(phys2dmap, pmap_phys2dmap)
5568 {
5569         vm_paddr_t a;
5570
5571         if (have_addr) {
5572                 a = (vm_paddr_t)addr;
5573                 db_printf("0x%jx\n", (uintmax_t)PHYS_TO_DMAP(a));
5574         } else {
5575                 db_printf("show phys2dmap addr\n");
5576         }
5577 }
5578 #endif