]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/amd64/amd64/pmap.c
IFC @r273206
[FreeBSD/FreeBSD.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 #define AMD64_NPT_AWARE
80
81 #include <sys/cdefs.h>
82 __FBSDID("$FreeBSD$");
83
84 /*
85  *      Manages physical address maps.
86  *
87  *      Since the information managed by this module is
88  *      also stored by the logical address mapping module,
89  *      this module may throw away valid virtual-to-physical
90  *      mappings at almost any time.  However, invalidations
91  *      of virtual-to-physical mappings must be done as
92  *      requested.
93  *
94  *      In order to cope with hardware architectures which
95  *      make virtual-to-physical map invalidates expensive,
96  *      this module may delay invalidate or reduced protection
97  *      operations until such time as they are actually
98  *      necessary.  This module is given full information as
99  *      to which processors are currently using which maps,
100  *      and to when physical maps must be made correct.
101  */
102
103 #include "opt_pmap.h"
104 #include "opt_vm.h"
105
106 #include <sys/param.h>
107 #include <sys/bus.h>
108 #include <sys/systm.h>
109 #include <sys/kernel.h>
110 #include <sys/ktr.h>
111 #include <sys/lock.h>
112 #include <sys/malloc.h>
113 #include <sys/mman.h>
114 #include <sys/mutex.h>
115 #include <sys/proc.h>
116 #include <sys/rwlock.h>
117 #include <sys/sx.h>
118 #include <sys/vmmeter.h>
119 #include <sys/sched.h>
120 #include <sys/sysctl.h>
121 #include <sys/_unrhdr.h>
122 #include <sys/smp.h>
123
124 #include <vm/vm.h>
125 #include <vm/vm_param.h>
126 #include <vm/vm_kern.h>
127 #include <vm/vm_page.h>
128 #include <vm/vm_map.h>
129 #include <vm/vm_object.h>
130 #include <vm/vm_extern.h>
131 #include <vm/vm_pageout.h>
132 #include <vm/vm_pager.h>
133 #include <vm/vm_radix.h>
134 #include <vm/vm_reserv.h>
135 #include <vm/uma.h>
136
137 #include <machine/intr_machdep.h>
138 #include <x86/apicvar.h>
139 #include <machine/cpu.h>
140 #include <machine/cputypes.h>
141 #include <machine/md_var.h>
142 #include <machine/pcb.h>
143 #include <machine/specialreg.h>
144 #ifdef SMP
145 #include <machine/smp.h>
146 #endif
147
148 static __inline boolean_t
149 pmap_type_guest(pmap_t pmap)
150 {
151
152         return ((pmap->pm_type == PT_EPT) || (pmap->pm_type == PT_RVI));
153 }
154
155 static __inline boolean_t
156 pmap_emulate_ad_bits(pmap_t pmap)
157 {
158
159         return ((pmap->pm_flags & PMAP_EMULATE_AD_BITS) != 0);
160 }
161
162 static __inline pt_entry_t
163 pmap_valid_bit(pmap_t pmap)
164 {
165         pt_entry_t mask;
166
167         switch (pmap->pm_type) {
168         case PT_X86:
169         case PT_RVI:
170                 mask = X86_PG_V;
171                 break;
172         case PT_EPT:
173                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
174                         mask = EPT_PG_EMUL_V;
175                 else
176                         mask = EPT_PG_READ;
177                 break;
178         default:
179                 panic("pmap_valid_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
180         }
181
182         return (mask);
183 }
184
185 static __inline pt_entry_t
186 pmap_rw_bit(pmap_t pmap)
187 {
188         pt_entry_t mask;
189
190         switch (pmap->pm_type) {
191         case PT_X86:
192         case PT_RVI:
193                 mask = X86_PG_RW;
194                 break;
195         case PT_EPT:
196                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
197                         mask = EPT_PG_EMUL_RW;
198                 else
199                         mask = EPT_PG_WRITE;
200                 break;
201         default:
202                 panic("pmap_rw_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
203         }
204
205         return (mask);
206 }
207
208 static __inline pt_entry_t
209 pmap_global_bit(pmap_t pmap)
210 {
211         pt_entry_t mask;
212
213         switch (pmap->pm_type) {
214         case PT_X86:
215                 mask = X86_PG_G;
216                 break;
217         case PT_RVI:
218         case PT_EPT:
219                 mask = 0;
220                 break;
221         default:
222                 panic("pmap_global_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
223         }
224
225         return (mask);
226 }
227
228 static __inline pt_entry_t
229 pmap_accessed_bit(pmap_t pmap)
230 {
231         pt_entry_t mask;
232
233         switch (pmap->pm_type) {
234         case PT_X86:
235         case PT_RVI:
236                 mask = X86_PG_A;
237                 break;
238         case PT_EPT:
239                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
240                         mask = EPT_PG_READ;
241                 else
242                         mask = EPT_PG_A;
243                 break;
244         default:
245                 panic("pmap_accessed_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
246         }
247
248         return (mask);
249 }
250
251 static __inline pt_entry_t
252 pmap_modified_bit(pmap_t pmap)
253 {
254         pt_entry_t mask;
255
256         switch (pmap->pm_type) {
257         case PT_X86:
258         case PT_RVI:
259                 mask = X86_PG_M;
260                 break;
261         case PT_EPT:
262                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
263                         mask = EPT_PG_WRITE;
264                 else
265                         mask = EPT_PG_M;
266                 break;
267         default:
268                 panic("pmap_modified_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
269         }
270
271         return (mask);
272 }
273
274 #if !defined(DIAGNOSTIC)
275 #ifdef __GNUC_GNU_INLINE__
276 #define PMAP_INLINE     __attribute__((__gnu_inline__)) inline
277 #else
278 #define PMAP_INLINE     extern inline
279 #endif
280 #else
281 #define PMAP_INLINE
282 #endif
283
284 #ifdef PV_STATS
285 #define PV_STAT(x)      do { x ; } while (0)
286 #else
287 #define PV_STAT(x)      do { } while (0)
288 #endif
289
290 #define pa_index(pa)    ((pa) >> PDRSHIFT)
291 #define pa_to_pvh(pa)   (&pv_table[pa_index(pa)])
292
293 #define NPV_LIST_LOCKS  MAXCPU
294
295 #define PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa)        \
296                         (&pv_list_locks[pa_index(pa) % NPV_LIST_LOCKS])
297
298 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa)  do {    \
299         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
300         struct rwlock *_new_lock;                       \
301                                                         \
302         _new_lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);           \
303         if (_new_lock != *_lockp) {                     \
304                 if (*_lockp != NULL)                    \
305                         rw_wunlock(*_lockp);            \
306                 *_lockp = _new_lock;                    \
307                 rw_wlock(*_lockp);                      \
308         }                                               \
309 } while (0)
310
311 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m)        \
312                         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, VM_PAGE_TO_PHYS(m))
313
314 #define RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp)             do {    \
315         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
316                                                         \
317         if (*_lockp != NULL) {                          \
318                 rw_wunlock(*_lockp);                    \
319                 *_lockp = NULL;                         \
320         }                                               \
321 } while (0)
322
323 #define VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m)      \
324                         PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(VM_PAGE_TO_PHYS(m))
325
326 struct pmap kernel_pmap_store;
327
328 vm_offset_t virtual_avail;      /* VA of first avail page (after kernel bss) */
329 vm_offset_t virtual_end;        /* VA of last avail page (end of kernel AS) */
330
331 int nkpt;
332 SYSCTL_INT(_machdep, OID_AUTO, nkpt, CTLFLAG_RD, &nkpt, 0,
333     "Number of kernel page table pages allocated on bootup");
334
335 static int ndmpdp;
336 vm_paddr_t dmaplimit;
337 vm_offset_t kernel_vm_end = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
338 pt_entry_t pg_nx;
339
340 static SYSCTL_NODE(_vm, OID_AUTO, pmap, CTLFLAG_RD, 0, "VM/pmap parameters");
341
342 static int pat_works = 1;
343 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pat_works, CTLFLAG_RD, &pat_works, 1,
344     "Is page attribute table fully functional?");
345
346 static int pg_ps_enabled = 1;
347 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pg_ps_enabled, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
348     &pg_ps_enabled, 0, "Are large page mappings enabled?");
349
350 #define PAT_INDEX_SIZE  8
351 static int pat_index[PAT_INDEX_SIZE];   /* cache mode to PAT index conversion */
352
353 static u_int64_t        KPTphys;        /* phys addr of kernel level 1 */
354 static u_int64_t        KPDphys;        /* phys addr of kernel level 2 */
355 u_int64_t               KPDPphys;       /* phys addr of kernel level 3 */
356 u_int64_t               KPML4phys;      /* phys addr of kernel level 4 */
357
358 static u_int64_t        DMPDphys;       /* phys addr of direct mapped level 2 */
359 static u_int64_t        DMPDPphys;      /* phys addr of direct mapped level 3 */
360 static int              ndmpdpphys;     /* number of DMPDPphys pages */
361
362 static struct rwlock_padalign pvh_global_lock;
363
364 /*
365  * Data for the pv entry allocation mechanism
366  */
367 static TAILQ_HEAD(pch, pv_chunk) pv_chunks = TAILQ_HEAD_INITIALIZER(pv_chunks);
368 static struct mtx pv_chunks_mutex;
369 static struct rwlock pv_list_locks[NPV_LIST_LOCKS];
370 static struct md_page *pv_table;
371
372 /*
373  * All those kernel PT submaps that BSD is so fond of
374  */
375 pt_entry_t *CMAP1 = 0;
376 caddr_t CADDR1 = 0;
377
378 static int pmap_flags = PMAP_PDE_SUPERPAGE;     /* flags for x86 pmaps */
379
380 static struct unrhdr pcid_unr;
381 static struct mtx pcid_mtx;
382 int pmap_pcid_enabled = 0;
383 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pcid_enabled, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
384     &pmap_pcid_enabled, 0, "Is TLB Context ID enabled ?");
385 int invpcid_works = 0;
386 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, invpcid_works, CTLFLAG_RD, &invpcid_works, 0,
387     "Is the invpcid instruction available ?");
388
389 static int
390 pmap_pcid_save_cnt_proc(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
391 {
392         int i;
393         uint64_t res;
394
395         res = 0;
396         CPU_FOREACH(i) {
397                 res += cpuid_to_pcpu[i]->pc_pm_save_cnt;
398         }
399         return (sysctl_handle_64(oidp, &res, 0, req));
400 }
401 SYSCTL_PROC(_vm_pmap, OID_AUTO, pcid_save_cnt, CTLTYPE_U64 | CTLFLAG_RW |
402     CTLFLAG_MPSAFE, NULL, 0, pmap_pcid_save_cnt_proc, "QU",
403     "Count of saved TLB context on switch");
404
405 /* pmap_copy_pages() over non-DMAP */
406 static struct mtx cpage_lock;
407 static vm_offset_t cpage_a;
408 static vm_offset_t cpage_b;
409
410 /*
411  * Crashdump maps.
412  */
413 static caddr_t crashdumpmap;
414
415 static void     free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc);
416 static void     free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv);
417 static pv_entry_t get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp);
418 static int      popcnt_pc_map_elem(uint64_t elem);
419 static vm_page_t reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp);
420 static void     reserve_pv_entries(pmap_t pmap, int needed,
421                     struct rwlock **lockp);
422 static void     pmap_pv_demote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
423                     struct rwlock **lockp);
424 static boolean_t pmap_pv_insert_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
425                     struct rwlock **lockp);
426 static void     pmap_pv_promote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
427                     struct rwlock **lockp);
428 static void     pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va);
429 static pv_entry_t pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap,
430                     vm_offset_t va);
431
432 static int pmap_change_attr_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode);
433 static boolean_t pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va);
434 static boolean_t pmap_demote_pde_locked(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde,
435     vm_offset_t va, struct rwlock **lockp);
436 static boolean_t pmap_demote_pdpe(pmap_t pmap, pdp_entry_t *pdpe,
437     vm_offset_t va);
438 static boolean_t pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
439     vm_prot_t prot, struct rwlock **lockp);
440 static vm_page_t pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
441     vm_page_t m, vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp);
442 static void pmap_fill_ptp(pt_entry_t *firstpte, pt_entry_t newpte);
443 static int pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte);
444 static void pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode);
445 static vm_page_t pmap_lookup_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
446 static void pmap_pde_attr(pd_entry_t *pde, int cache_bits, int mask);
447 static void pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
448     struct rwlock **lockp);
449 static boolean_t pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva,
450     vm_prot_t prot);
451 static void pmap_pte_attr(pt_entry_t *pte, int cache_bits, int mask);
452 static int pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
453     struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
454 static int pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t sva,
455     pd_entry_t ptepde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
456 static void pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte);
457 static void pmap_remove_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
458     struct spglist *free);
459 static boolean_t pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
460     vm_page_t m, struct rwlock **lockp);
461 static void pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
462     pd_entry_t newpde);
463 static void pmap_update_pde_invalidate(pmap_t, vm_offset_t va, pd_entry_t pde);
464
465 static vm_page_t _pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex,
466                 struct rwlock **lockp);
467 static vm_page_t pmap_allocpde(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
468                 struct rwlock **lockp);
469 static vm_page_t pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
470                 struct rwlock **lockp);
471
472 static void _pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
473     struct spglist *free);
474 static int pmap_unuse_pt(pmap_t, vm_offset_t, pd_entry_t, struct spglist *);
475 static vm_offset_t pmap_kmem_choose(vm_offset_t addr);
476
477 /*
478  * Move the kernel virtual free pointer to the next
479  * 2MB.  This is used to help improve performance
480  * by using a large (2MB) page for much of the kernel
481  * (.text, .data, .bss)
482  */
483 static vm_offset_t
484 pmap_kmem_choose(vm_offset_t addr)
485 {
486         vm_offset_t newaddr = addr;
487
488         newaddr = (addr + (NBPDR - 1)) & ~(NBPDR - 1);
489         return (newaddr);
490 }
491
492 /********************/
493 /* Inline functions */
494 /********************/
495
496 /* Return a non-clipped PD index for a given VA */
497 static __inline vm_pindex_t
498 pmap_pde_pindex(vm_offset_t va)
499 {
500         return (va >> PDRSHIFT);
501 }
502
503
504 /* Return various clipped indexes for a given VA */
505 static __inline vm_pindex_t
506 pmap_pte_index(vm_offset_t va)
507 {
508
509         return ((va >> PAGE_SHIFT) & ((1ul << NPTEPGSHIFT) - 1));
510 }
511
512 static __inline vm_pindex_t
513 pmap_pde_index(vm_offset_t va)
514 {
515
516         return ((va >> PDRSHIFT) & ((1ul << NPDEPGSHIFT) - 1));
517 }
518
519 static __inline vm_pindex_t
520 pmap_pdpe_index(vm_offset_t va)
521 {
522
523         return ((va >> PDPSHIFT) & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1));
524 }
525
526 static __inline vm_pindex_t
527 pmap_pml4e_index(vm_offset_t va)
528 {
529
530         return ((va >> PML4SHIFT) & ((1ul << NPML4EPGSHIFT) - 1));
531 }
532
533 /* Return a pointer to the PML4 slot that corresponds to a VA */
534 static __inline pml4_entry_t *
535 pmap_pml4e(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
536 {
537
538         return (&pmap->pm_pml4[pmap_pml4e_index(va)]);
539 }
540
541 /* Return a pointer to the PDP slot that corresponds to a VA */
542 static __inline pdp_entry_t *
543 pmap_pml4e_to_pdpe(pml4_entry_t *pml4e, vm_offset_t va)
544 {
545         pdp_entry_t *pdpe;
546
547         pdpe = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4e & PG_FRAME);
548         return (&pdpe[pmap_pdpe_index(va)]);
549 }
550
551 /* Return a pointer to the PDP slot that corresponds to a VA */
552 static __inline pdp_entry_t *
553 pmap_pdpe(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
554 {
555         pml4_entry_t *pml4e;
556         pt_entry_t PG_V;
557
558         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
559         pml4e = pmap_pml4e(pmap, va);
560         if ((*pml4e & PG_V) == 0)
561                 return (NULL);
562         return (pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, va));
563 }
564
565 /* Return a pointer to the PD slot that corresponds to a VA */
566 static __inline pd_entry_t *
567 pmap_pdpe_to_pde(pdp_entry_t *pdpe, vm_offset_t va)
568 {
569         pd_entry_t *pde;
570
571         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdpe & PG_FRAME);
572         return (&pde[pmap_pde_index(va)]);
573 }
574
575 /* Return a pointer to the PD slot that corresponds to a VA */
576 static __inline pd_entry_t *
577 pmap_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
578 {
579         pdp_entry_t *pdpe;
580         pt_entry_t PG_V;
581
582         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
583         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
584         if (pdpe == NULL || (*pdpe & PG_V) == 0)
585                 return (NULL);
586         return (pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va));
587 }
588
589 /* Return a pointer to the PT slot that corresponds to a VA */
590 static __inline pt_entry_t *
591 pmap_pde_to_pte(pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
592 {
593         pt_entry_t *pte;
594
595         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pde & PG_FRAME);
596         return (&pte[pmap_pte_index(va)]);
597 }
598
599 /* Return a pointer to the PT slot that corresponds to a VA */
600 static __inline pt_entry_t *
601 pmap_pte(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
602 {
603         pd_entry_t *pde;
604         pt_entry_t PG_V;
605
606         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
607         pde = pmap_pde(pmap, va);
608         if (pde == NULL || (*pde & PG_V) == 0)
609                 return (NULL);
610         if ((*pde & PG_PS) != 0)        /* compat with i386 pmap_pte() */
611                 return ((pt_entry_t *)pde);
612         return (pmap_pde_to_pte(pde, va));
613 }
614
615 static __inline void
616 pmap_resident_count_inc(pmap_t pmap, int count)
617 {
618
619         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
620         pmap->pm_stats.resident_count += count;
621 }
622
623 static __inline void
624 pmap_resident_count_dec(pmap_t pmap, int count)
625 {
626
627         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
628         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count >= count,
629             ("pmap %p resident count underflow %ld %d", pmap,
630             pmap->pm_stats.resident_count, count));
631         pmap->pm_stats.resident_count -= count;
632 }
633
634 PMAP_INLINE pt_entry_t *
635 vtopte(vm_offset_t va)
636 {
637         u_int64_t mask = ((1ul << (NPTEPGSHIFT + NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT)) - 1);
638
639         KASSERT(va >= VM_MAXUSER_ADDRESS, ("vtopte on a uva/gpa 0x%0lx", va));
640
641         return (PTmap + ((va >> PAGE_SHIFT) & mask));
642 }
643
644 static __inline pd_entry_t *
645 vtopde(vm_offset_t va)
646 {
647         u_int64_t mask = ((1ul << (NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT)) - 1);
648
649         KASSERT(va >= VM_MAXUSER_ADDRESS, ("vtopde on a uva/gpa 0x%0lx", va));
650
651         return (PDmap + ((va >> PDRSHIFT) & mask));
652 }
653
654 static u_int64_t
655 allocpages(vm_paddr_t *firstaddr, int n)
656 {
657         u_int64_t ret;
658
659         ret = *firstaddr;
660         bzero((void *)ret, n * PAGE_SIZE);
661         *firstaddr += n * PAGE_SIZE;
662         return (ret);
663 }
664
665 CTASSERT(powerof2(NDMPML4E));
666
667 /* number of kernel PDP slots */
668 #define NKPDPE(ptpgs)           howmany((ptpgs), NPDEPG)
669
670 static void
671 nkpt_init(vm_paddr_t addr)
672 {
673         int pt_pages;
674         
675 #ifdef NKPT
676         pt_pages = NKPT;
677 #else
678         pt_pages = howmany(addr, 1 << PDRSHIFT);
679         pt_pages += NKPDPE(pt_pages);
680
681         /*
682          * Add some slop beyond the bare minimum required for bootstrapping
683          * the kernel.
684          *
685          * This is quite important when allocating KVA for kernel modules.
686          * The modules are required to be linked in the negative 2GB of
687          * the address space.  If we run out of KVA in this region then
688          * pmap_growkernel() will need to allocate page table pages to map
689          * the entire 512GB of KVA space which is an unnecessary tax on
690          * physical memory.
691          */
692         pt_pages += 8;          /* 16MB additional slop for kernel modules */
693 #endif
694         nkpt = pt_pages;
695 }
696
697 static void
698 create_pagetables(vm_paddr_t *firstaddr)
699 {
700         int i, j, ndm1g, nkpdpe;
701         pt_entry_t *pt_p;
702         pd_entry_t *pd_p;
703         pdp_entry_t *pdp_p;
704         pml4_entry_t *p4_p;
705
706         /* Allocate page table pages for the direct map */
707         ndmpdp = (ptoa(Maxmem) + NBPDP - 1) >> PDPSHIFT;
708         if (ndmpdp < 4)         /* Minimum 4GB of dirmap */
709                 ndmpdp = 4;
710         ndmpdpphys = howmany(ndmpdp, NPDPEPG);
711         if (ndmpdpphys > NDMPML4E) {
712                 /*
713                  * Each NDMPML4E allows 512 GB, so limit to that,
714                  * and then readjust ndmpdp and ndmpdpphys.
715                  */
716                 printf("NDMPML4E limits system to %d GB\n", NDMPML4E * 512);
717                 Maxmem = atop(NDMPML4E * NBPML4);
718                 ndmpdpphys = NDMPML4E;
719                 ndmpdp = NDMPML4E * NPDEPG;
720         }
721         DMPDPphys = allocpages(firstaddr, ndmpdpphys);
722         ndm1g = 0;
723         if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0)
724                 ndm1g = ptoa(Maxmem) >> PDPSHIFT;
725         if (ndm1g < ndmpdp)
726                 DMPDphys = allocpages(firstaddr, ndmpdp - ndm1g);
727         dmaplimit = (vm_paddr_t)ndmpdp << PDPSHIFT;
728
729         /* Allocate pages */
730         KPML4phys = allocpages(firstaddr, 1);
731         KPDPphys = allocpages(firstaddr, NKPML4E);
732
733         /*
734          * Allocate the initial number of kernel page table pages required to
735          * bootstrap.  We defer this until after all memory-size dependent
736          * allocations are done (e.g. direct map), so that we don't have to
737          * build in too much slop in our estimate.
738          *
739          * Note that when NKPML4E > 1, we have an empty page underneath
740          * all but the KPML4I'th one, so we need NKPML4E-1 extra (zeroed)
741          * pages.  (pmap_enter requires a PD page to exist for each KPML4E.)
742          */
743         nkpt_init(*firstaddr);
744         nkpdpe = NKPDPE(nkpt);
745
746         KPTphys = allocpages(firstaddr, nkpt);
747         KPDphys = allocpages(firstaddr, nkpdpe);
748
749         /* Fill in the underlying page table pages */
750         /* Nominally read-only (but really R/W) from zero to physfree */
751         /* XXX not fully used, underneath 2M pages */
752         pt_p = (pt_entry_t *)KPTphys;
753         for (i = 0; ptoa(i) < *firstaddr; i++)
754                 pt_p[i] = ptoa(i) | X86_PG_RW | X86_PG_V | X86_PG_G;
755
756         /* Now map the page tables at their location within PTmap */
757         pd_p = (pd_entry_t *)KPDphys;
758         for (i = 0; i < nkpt; i++)
759                 pd_p[i] = (KPTphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW | X86_PG_V;
760
761         /* Map from zero to end of allocations under 2M pages */
762         /* This replaces some of the KPTphys entries above */
763         for (i = 0; (i << PDRSHIFT) < *firstaddr; i++)
764                 pd_p[i] = (i << PDRSHIFT) | X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_PS |
765                     X86_PG_G;
766
767         /* And connect up the PD to the PDP (leaving room for L4 pages) */
768         pdp_p = (pdp_entry_t *)(KPDPphys + ptoa(KPML4I - KPML4BASE));
769         for (i = 0; i < nkpdpe; i++)
770                 pdp_p[i + KPDPI] = (KPDphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW | X86_PG_V |
771                     PG_U;
772
773         /*
774          * Now, set up the direct map region using 2MB and/or 1GB pages.  If
775          * the end of physical memory is not aligned to a 1GB page boundary,
776          * then the residual physical memory is mapped with 2MB pages.  Later,
777          * if pmap_mapdev{_attr}() uses the direct map for non-write-back
778          * memory, pmap_change_attr() will demote any 2MB or 1GB page mappings
779          * that are partially used. 
780          */
781         pd_p = (pd_entry_t *)DMPDphys;
782         for (i = NPDEPG * ndm1g, j = 0; i < NPDEPG * ndmpdp; i++, j++) {
783                 pd_p[j] = (vm_paddr_t)i << PDRSHIFT;
784                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
785                 pd_p[j] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_PS | X86_PG_G |
786                     X86_PG_M | X86_PG_A;
787         }
788         pdp_p = (pdp_entry_t *)DMPDPphys;
789         for (i = 0; i < ndm1g; i++) {
790                 pdp_p[i] = (vm_paddr_t)i << PDPSHIFT;
791                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
792                 pdp_p[i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_PS | X86_PG_G |
793                     X86_PG_M | X86_PG_A;
794         }
795         for (j = 0; i < ndmpdp; i++, j++) {
796                 pdp_p[i] = DMPDphys + ptoa(j);
797                 pdp_p[i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_U;
798         }
799
800         /* And recursively map PML4 to itself in order to get PTmap */
801         p4_p = (pml4_entry_t *)KPML4phys;
802         p4_p[PML4PML4I] = KPML4phys;
803         p4_p[PML4PML4I] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_U;
804
805         /* Connect the Direct Map slot(s) up to the PML4. */
806         for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++) {
807                 p4_p[DMPML4I + i] = DMPDPphys + ptoa(i);
808                 p4_p[DMPML4I + i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_U;
809         }
810
811         /* Connect the KVA slots up to the PML4 */
812         for (i = 0; i < NKPML4E; i++) {
813                 p4_p[KPML4BASE + i] = KPDPphys + ptoa(i);
814                 p4_p[KPML4BASE + i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_U;
815         }
816 }
817
818 /*
819  *      Bootstrap the system enough to run with virtual memory.
820  *
821  *      On amd64 this is called after mapping has already been enabled
822  *      and just syncs the pmap module with what has already been done.
823  *      [We can't call it easily with mapping off since the kernel is not
824  *      mapped with PA == VA, hence we would have to relocate every address
825  *      from the linked base (virtual) address "KERNBASE" to the actual
826  *      (physical) address starting relative to 0]
827  */
828 void
829 pmap_bootstrap(vm_paddr_t *firstaddr)
830 {
831         vm_offset_t va;
832         pt_entry_t *pte;
833
834         /*
835          * Create an initial set of page tables to run the kernel in.
836          */
837         create_pagetables(firstaddr);
838
839         virtual_avail = (vm_offset_t) KERNBASE + *firstaddr;
840         virtual_avail = pmap_kmem_choose(virtual_avail);
841
842         virtual_end = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS;
843
844
845         /* XXX do %cr0 as well */
846         load_cr4(rcr4() | CR4_PGE);
847         load_cr3(KPML4phys);
848         if (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_SMEP)
849                 load_cr4(rcr4() | CR4_SMEP);
850
851         /*
852          * Initialize the kernel pmap (which is statically allocated).
853          */
854         PMAP_LOCK_INIT(kernel_pmap);
855         kernel_pmap->pm_pml4 = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(KPML4phys);
856         kernel_pmap->pm_cr3 = KPML4phys;
857         CPU_FILL(&kernel_pmap->pm_active);      /* don't allow deactivation */
858         CPU_FILL(&kernel_pmap->pm_save);        /* always superset of pm_active */
859         TAILQ_INIT(&kernel_pmap->pm_pvchunk);
860         kernel_pmap->pm_flags = pmap_flags;
861
862         /*
863          * Initialize the global pv list lock.
864          */
865         rw_init(&pvh_global_lock, "pmap pv global");
866
867         /*
868          * Reserve some special page table entries/VA space for temporary
869          * mapping of pages.
870          */
871 #define SYSMAP(c, p, v, n)      \
872         v = (c)va; va += ((n)*PAGE_SIZE); p = pte; pte += (n);
873
874         va = virtual_avail;
875         pte = vtopte(va);
876
877         /*
878          * Crashdump maps.  The first page is reused as CMAP1 for the
879          * memory test.
880          */
881         SYSMAP(caddr_t, CMAP1, crashdumpmap, MAXDUMPPGS)
882         CADDR1 = crashdumpmap;
883
884         virtual_avail = va;
885
886         /* Initialize the PAT MSR. */
887         pmap_init_pat();
888
889         /* Initialize TLB Context Id. */
890         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.pcid_enabled", &pmap_pcid_enabled);
891         if ((cpu_feature2 & CPUID2_PCID) != 0 && pmap_pcid_enabled) {
892                 load_cr4(rcr4() | CR4_PCIDE);
893                 mtx_init(&pcid_mtx, "pcid", NULL, MTX_DEF);
894                 init_unrhdr(&pcid_unr, 1, (1 << 12) - 1, &pcid_mtx);
895                 /* Check for INVPCID support */
896                 invpcid_works = (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_INVPCID)
897                     != 0;
898                 kernel_pmap->pm_pcid = 0;
899 #ifndef SMP
900                 pmap_pcid_enabled = 0;
901 #endif
902         } else
903                 pmap_pcid_enabled = 0;
904 }
905
906 /*
907  * Setup the PAT MSR.
908  */
909 void
910 pmap_init_pat(void)
911 {
912         int pat_table[PAT_INDEX_SIZE];
913         uint64_t pat_msr;
914         u_long cr0, cr4;
915         int i;
916
917         /* Bail if this CPU doesn't implement PAT. */
918         if ((cpu_feature & CPUID_PAT) == 0)
919                 panic("no PAT??");
920
921         /* Set default PAT index table. */
922         for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
923                 pat_table[i] = -1;
924         pat_table[PAT_WRITE_BACK] = 0;
925         pat_table[PAT_WRITE_THROUGH] = 1;
926         pat_table[PAT_UNCACHEABLE] = 3;
927         pat_table[PAT_WRITE_COMBINING] = 3;
928         pat_table[PAT_WRITE_PROTECTED] = 3;
929         pat_table[PAT_UNCACHED] = 3;
930
931         /* Initialize default PAT entries. */
932         pat_msr = PAT_VALUE(0, PAT_WRITE_BACK) |
933             PAT_VALUE(1, PAT_WRITE_THROUGH) |
934             PAT_VALUE(2, PAT_UNCACHED) |
935             PAT_VALUE(3, PAT_UNCACHEABLE) |
936             PAT_VALUE(4, PAT_WRITE_BACK) |
937             PAT_VALUE(5, PAT_WRITE_THROUGH) |
938             PAT_VALUE(6, PAT_UNCACHED) |
939             PAT_VALUE(7, PAT_UNCACHEABLE);
940
941         if (pat_works) {
942                 /*
943                  * Leave the indices 0-3 at the default of WB, WT, UC-, and UC.
944                  * Program 5 and 6 as WP and WC.
945                  * Leave 4 and 7 as WB and UC.
946                  */
947                 pat_msr &= ~(PAT_MASK(5) | PAT_MASK(6));
948                 pat_msr |= PAT_VALUE(5, PAT_WRITE_PROTECTED) |
949                     PAT_VALUE(6, PAT_WRITE_COMBINING);
950                 pat_table[PAT_UNCACHED] = 2;
951                 pat_table[PAT_WRITE_PROTECTED] = 5;
952                 pat_table[PAT_WRITE_COMBINING] = 6;
953         } else {
954                 /*
955                  * Just replace PAT Index 2 with WC instead of UC-.
956                  */
957                 pat_msr &= ~PAT_MASK(2);
958                 pat_msr |= PAT_VALUE(2, PAT_WRITE_COMBINING);
959                 pat_table[PAT_WRITE_COMBINING] = 2;
960         }
961
962         /* Disable PGE. */
963         cr4 = rcr4();
964         load_cr4(cr4 & ~CR4_PGE);
965
966         /* Disable caches (CD = 1, NW = 0). */
967         cr0 = rcr0();
968         load_cr0((cr0 & ~CR0_NW) | CR0_CD);
969
970         /* Flushes caches and TLBs. */
971         wbinvd();
972         invltlb();
973
974         /* Update PAT and index table. */
975         wrmsr(MSR_PAT, pat_msr);
976         for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
977                 pat_index[i] = pat_table[i];
978
979         /* Flush caches and TLBs again. */
980         wbinvd();
981         invltlb();
982
983         /* Restore caches and PGE. */
984         load_cr0(cr0);
985         load_cr4(cr4);
986 }
987
988 /*
989  *      Initialize a vm_page's machine-dependent fields.
990  */
991 void
992 pmap_page_init(vm_page_t m)
993 {
994
995         TAILQ_INIT(&m->md.pv_list);
996         m->md.pat_mode = PAT_WRITE_BACK;
997 }
998
999 /*
1000  *      Initialize the pmap module.
1001  *      Called by vm_init, to initialize any structures that the pmap
1002  *      system needs to map virtual memory.
1003  */
1004 void
1005 pmap_init(void)
1006 {
1007         vm_page_t mpte;
1008         vm_size_t s;
1009         int i, pv_npg;
1010
1011         /*
1012          * Initialize the vm page array entries for the kernel pmap's
1013          * page table pages.
1014          */ 
1015         for (i = 0; i < nkpt; i++) {
1016                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(KPTphys + (i << PAGE_SHIFT));
1017                 KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
1018                     mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
1019                     ("pmap_init: page table page is out of range"));
1020                 mpte->pindex = pmap_pde_pindex(KERNBASE) + i;
1021                 mpte->phys_addr = KPTphys + (i << PAGE_SHIFT);
1022         }
1023
1024         /*
1025          * If the kernel is running on a virtual machine, then it must assume
1026          * that MCA is enabled by the hypervisor.  Moreover, the kernel must
1027          * be prepared for the hypervisor changing the vendor and family that
1028          * are reported by CPUID.  Consequently, the workaround for AMD Family
1029          * 10h Erratum 383 is enabled if the processor's feature set does not
1030          * include at least one feature that is only supported by older Intel
1031          * or newer AMD processors.
1032          */
1033         if (vm_guest == VM_GUEST_VM && (cpu_feature & CPUID_SS) == 0 &&
1034             (cpu_feature2 & (CPUID2_SSSE3 | CPUID2_SSE41 | CPUID2_AESNI |
1035             CPUID2_AVX | CPUID2_XSAVE)) == 0 && (amd_feature2 & (AMDID2_XOP |
1036             AMDID2_FMA4)) == 0)
1037                 workaround_erratum383 = 1;
1038
1039         /*
1040          * Are large page mappings enabled?
1041          */
1042         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.pg_ps_enabled", &pg_ps_enabled);
1043         if (pg_ps_enabled) {
1044                 KASSERT(MAXPAGESIZES > 1 && pagesizes[1] == 0,
1045                     ("pmap_init: can't assign to pagesizes[1]"));
1046                 pagesizes[1] = NBPDR;
1047         }
1048
1049         /*
1050          * Initialize the pv chunk list mutex.
1051          */
1052         mtx_init(&pv_chunks_mutex, "pmap pv chunk list", NULL, MTX_DEF);
1053
1054         /*
1055          * Initialize the pool of pv list locks.
1056          */
1057         for (i = 0; i < NPV_LIST_LOCKS; i++)
1058                 rw_init(&pv_list_locks[i], "pmap pv list");
1059
1060         /*
1061          * Calculate the size of the pv head table for superpages.
1062          */
1063         for (i = 0; phys_avail[i + 1]; i += 2);
1064         pv_npg = round_2mpage(phys_avail[(i - 2) + 1]) / NBPDR;
1065
1066         /*
1067          * Allocate memory for the pv head table for superpages.
1068          */
1069         s = (vm_size_t)(pv_npg * sizeof(struct md_page));
1070         s = round_page(s);
1071         pv_table = (struct md_page *)kmem_malloc(kernel_arena, s,
1072             M_WAITOK | M_ZERO);
1073         for (i = 0; i < pv_npg; i++)
1074                 TAILQ_INIT(&pv_table[i].pv_list);
1075
1076         mtx_init(&cpage_lock, "cpage", NULL, MTX_DEF);
1077         cpage_a = kva_alloc(PAGE_SIZE);
1078         cpage_b = kva_alloc(PAGE_SIZE);
1079 }
1080
1081 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, pde, CTLFLAG_RD, 0,
1082     "2MB page mapping counters");
1083
1084 static u_long pmap_pde_demotions;
1085 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
1086     &pmap_pde_demotions, 0, "2MB page demotions");
1087
1088 static u_long pmap_pde_mappings;
1089 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, mappings, CTLFLAG_RD,
1090     &pmap_pde_mappings, 0, "2MB page mappings");
1091
1092 static u_long pmap_pde_p_failures;
1093 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, p_failures, CTLFLAG_RD,
1094     &pmap_pde_p_failures, 0, "2MB page promotion failures");
1095
1096 static u_long pmap_pde_promotions;
1097 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, promotions, CTLFLAG_RD,
1098     &pmap_pde_promotions, 0, "2MB page promotions");
1099
1100 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, pdpe, CTLFLAG_RD, 0,
1101     "1GB page mapping counters");
1102
1103 static u_long pmap_pdpe_demotions;
1104 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pdpe, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
1105     &pmap_pdpe_demotions, 0, "1GB page demotions");
1106
1107 /***************************************************
1108  * Low level helper routines.....
1109  ***************************************************/
1110
1111 static pt_entry_t
1112 pmap_swap_pat(pmap_t pmap, pt_entry_t entry)
1113 {
1114         int x86_pat_bits = X86_PG_PTE_PAT | X86_PG_PDE_PAT;
1115
1116         switch (pmap->pm_type) {
1117         case PT_X86:
1118         case PT_RVI:
1119                 /* Verify that both PAT bits are not set at the same time */
1120                 KASSERT((entry & x86_pat_bits) != x86_pat_bits,
1121                     ("Invalid PAT bits in entry %#lx", entry));
1122
1123                 /* Swap the PAT bits if one of them is set */
1124                 if ((entry & x86_pat_bits) != 0)
1125                         entry ^= x86_pat_bits;
1126                 break;
1127         case PT_EPT:
1128                 /*
1129                  * Nothing to do - the memory attributes are represented
1130                  * the same way for regular pages and superpages.
1131                  */
1132                 break;
1133         default:
1134                 panic("pmap_switch_pat_bits: bad pm_type %d", pmap->pm_type);
1135         }
1136
1137         return (entry);
1138 }
1139
1140 /*
1141  * Determine the appropriate bits to set in a PTE or PDE for a specified
1142  * caching mode.
1143  */
1144 static int
1145 pmap_cache_bits(pmap_t pmap, int mode, boolean_t is_pde)
1146 {
1147         int cache_bits, pat_flag, pat_idx;
1148
1149         if (mode < 0 || mode >= PAT_INDEX_SIZE || pat_index[mode] < 0)
1150                 panic("Unknown caching mode %d\n", mode);
1151
1152         switch (pmap->pm_type) {
1153         case PT_X86:
1154         case PT_RVI:
1155                 /* The PAT bit is different for PTE's and PDE's. */
1156                 pat_flag = is_pde ? X86_PG_PDE_PAT : X86_PG_PTE_PAT;
1157
1158                 /* Map the caching mode to a PAT index. */
1159                 pat_idx = pat_index[mode];
1160
1161                 /* Map the 3-bit index value into the PAT, PCD, and PWT bits. */
1162                 cache_bits = 0;
1163                 if (pat_idx & 0x4)
1164                         cache_bits |= pat_flag;
1165                 if (pat_idx & 0x2)
1166                         cache_bits |= PG_NC_PCD;
1167                 if (pat_idx & 0x1)
1168                         cache_bits |= PG_NC_PWT;
1169                 break;
1170
1171         case PT_EPT:
1172                 cache_bits = EPT_PG_IGNORE_PAT | EPT_PG_MEMORY_TYPE(mode);
1173                 break;
1174
1175         default:
1176                 panic("unsupported pmap type %d", pmap->pm_type);
1177         }
1178
1179         return (cache_bits);
1180 }
1181
1182 static int
1183 pmap_cache_mask(pmap_t pmap, boolean_t is_pde)
1184 {
1185         int mask;
1186
1187         switch (pmap->pm_type) {
1188         case PT_X86:
1189         case PT_RVI:
1190                 mask = is_pde ? X86_PG_PDE_CACHE : X86_PG_PTE_CACHE;
1191                 break;
1192         case PT_EPT:
1193                 mask = EPT_PG_IGNORE_PAT | EPT_PG_MEMORY_TYPE(0x7);
1194                 break;
1195         default:
1196                 panic("pmap_cache_mask: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
1197         }
1198
1199         return (mask);
1200 }
1201
1202 static __inline boolean_t
1203 pmap_ps_enabled(pmap_t pmap)
1204 {
1205
1206         return (pg_ps_enabled && (pmap->pm_flags & PMAP_PDE_SUPERPAGE) != 0);
1207 }
1208
1209 static void
1210 pmap_update_pde_store(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
1211 {
1212
1213         switch (pmap->pm_type) {
1214         case PT_X86:
1215                 break;
1216         case PT_RVI:
1217         case PT_EPT:
1218                 /*
1219                  * XXX
1220                  * This is a little bogus since the generation number is
1221                  * supposed to be bumped up when a region of the address
1222                  * space is invalidated in the page tables.
1223                  *
1224                  * In this case the old PDE entry is valid but yet we want
1225                  * to make sure that any mappings using the old entry are
1226                  * invalidated in the TLB.
1227                  *
1228                  * The reason this works as expected is because we rendezvous
1229                  * "all" host cpus and force any vcpu context to exit as a
1230                  * side-effect.
1231                  */
1232                 atomic_add_acq_long(&pmap->pm_eptgen, 1);
1233                 break;
1234         default:
1235                 panic("pmap_update_pde_store: bad pm_type %d", pmap->pm_type);
1236         }
1237         pde_store(pde, newpde);
1238 }
1239
1240 /*
1241  * After changing the page size for the specified virtual address in the page
1242  * table, flush the corresponding entries from the processor's TLB.  Only the
1243  * calling processor's TLB is affected.
1244  *
1245  * The calling thread must be pinned to a processor.
1246  */
1247 static void
1248 pmap_update_pde_invalidate(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t newpde)
1249 {
1250         pt_entry_t PG_G;
1251
1252         if (pmap_type_guest(pmap))
1253                 return;
1254
1255         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
1256             ("pmap_update_pde_invalidate: invalid type %d", pmap->pm_type));
1257
1258         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
1259
1260         if ((newpde & PG_PS) == 0)
1261                 /* Demotion: flush a specific 2MB page mapping. */
1262                 invlpg(va);
1263         else if ((newpde & PG_G) == 0)
1264                 /*
1265                  * Promotion: flush every 4KB page mapping from the TLB
1266                  * because there are too many to flush individually.
1267                  */
1268                 invltlb();
1269         else {
1270                 /*
1271                  * Promotion: flush every 4KB page mapping from the TLB,
1272                  * including any global (PG_G) mappings.
1273                  */
1274                 invltlb_globpcid();
1275         }
1276 }
1277 #ifdef SMP
1278
1279 static void
1280 pmap_invalidate_page_pcid(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1281 {
1282         struct invpcid_descr d;
1283         uint64_t cr3;
1284
1285         if (invpcid_works) {
1286                 d.pcid = pmap->pm_pcid;
1287                 d.pad = 0;
1288                 d.addr = va;
1289                 invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
1290                 return;
1291         }
1292
1293         cr3 = rcr3();
1294         critical_enter();
1295         load_cr3(pmap->pm_cr3 | CR3_PCID_SAVE);
1296         invlpg(va);
1297         load_cr3(cr3 | CR3_PCID_SAVE);
1298         critical_exit();
1299 }
1300
1301 /*
1302  * For SMP, these functions have to use the IPI mechanism for coherence.
1303  *
1304  * N.B.: Before calling any of the following TLB invalidation functions,
1305  * the calling processor must ensure that all stores updating a non-
1306  * kernel page table are globally performed.  Otherwise, another
1307  * processor could cache an old, pre-update entry without being
1308  * invalidated.  This can happen one of two ways: (1) The pmap becomes
1309  * active on another processor after its pm_active field is checked by
1310  * one of the following functions but before a store updating the page
1311  * table is globally performed. (2) The pmap becomes active on another
1312  * processor before its pm_active field is checked but due to
1313  * speculative loads one of the following functions stills reads the
1314  * pmap as inactive on the other processor.
1315  * 
1316  * The kernel page table is exempt because its pm_active field is
1317  * immutable.  The kernel page table is always active on every
1318  * processor.
1319  */
1320
1321 /*
1322  * Interrupt the cpus that are executing in the guest context.
1323  * This will force the vcpu to exit and the cached EPT mappings
1324  * will be invalidated by the host before the next vmresume.
1325  */
1326 static __inline void
1327 pmap_invalidate_ept(pmap_t pmap)
1328 {
1329         int ipinum;
1330
1331         sched_pin();
1332         KASSERT(!CPU_ISSET(curcpu, &pmap->pm_active),
1333             ("pmap_invalidate_ept: absurd pm_active"));
1334
1335         /*
1336          * The TLB mappings associated with a vcpu context are not
1337          * flushed each time a different vcpu is chosen to execute.
1338          *
1339          * This is in contrast with a process's vtop mappings that
1340          * are flushed from the TLB on each context switch.
1341          *
1342          * Therefore we need to do more than just a TLB shootdown on
1343          * the active cpus in 'pmap->pm_active'. To do this we keep
1344          * track of the number of invalidations performed on this pmap.
1345          *
1346          * Each vcpu keeps a cache of this counter and compares it
1347          * just before a vmresume. If the counter is out-of-date an
1348          * invept will be done to flush stale mappings from the TLB.
1349          */
1350         atomic_add_acq_long(&pmap->pm_eptgen, 1);
1351
1352         /*
1353          * Force the vcpu to exit and trap back into the hypervisor.
1354          */
1355         ipinum = pmap->pm_flags & PMAP_NESTED_IPIMASK;
1356         ipi_selected(pmap->pm_active, ipinum);
1357         sched_unpin();
1358 }
1359
1360 void
1361 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1362 {
1363         cpuset_t other_cpus;
1364         u_int cpuid;
1365
1366         if (pmap_type_guest(pmap)) {
1367                 pmap_invalidate_ept(pmap);
1368                 return;
1369         }
1370
1371         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
1372             ("pmap_invalidate_page: invalid type %d", pmap->pm_type));
1373
1374         sched_pin();
1375         if (pmap == kernel_pmap || !CPU_CMP(&pmap->pm_active, &all_cpus)) {
1376                 if (!pmap_pcid_enabled) {
1377                         invlpg(va);
1378                 } else {
1379                         if (pmap->pm_pcid != -1 && pmap->pm_pcid != 0) {
1380                                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap))
1381                                         invlpg(va);
1382                                 else
1383                                         pmap_invalidate_page_pcid(pmap, va);
1384                         } else {
1385                                 invltlb_globpcid();
1386                         }
1387                 }
1388                 smp_invlpg(pmap, va);
1389         } else {
1390                 cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1391                 other_cpus = all_cpus;
1392                 CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
1393                 if (CPU_ISSET(cpuid, &pmap->pm_active))
1394                         invlpg(va);
1395                 else if (pmap_pcid_enabled) {
1396                         if (pmap->pm_pcid != -1 && pmap->pm_pcid != 0)
1397                                 pmap_invalidate_page_pcid(pmap, va);
1398                         else
1399                                 invltlb_globpcid();
1400                 }
1401                 if (pmap_pcid_enabled)
1402                         CPU_AND(&other_cpus, &pmap->pm_save);
1403                 else
1404                         CPU_AND(&other_cpus, &pmap->pm_active);
1405                 if (!CPU_EMPTY(&other_cpus))
1406                         smp_masked_invlpg(other_cpus, pmap, va);
1407         }
1408         sched_unpin();
1409 }
1410
1411 static void
1412 pmap_invalidate_range_pcid(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
1413 {
1414         struct invpcid_descr d;
1415         uint64_t cr3;
1416         vm_offset_t addr;
1417
1418         if (invpcid_works) {
1419                 d.pcid = pmap->pm_pcid;
1420                 d.pad = 0;
1421                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE) {
1422                         d.addr = addr;
1423                         invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
1424                 }
1425                 return;
1426         }
1427
1428         cr3 = rcr3();
1429         critical_enter();
1430         load_cr3(pmap->pm_cr3 | CR3_PCID_SAVE);
1431         for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
1432                 invlpg(addr);
1433         load_cr3(cr3 | CR3_PCID_SAVE);
1434         critical_exit();
1435 }
1436
1437 void
1438 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
1439 {
1440         cpuset_t other_cpus;
1441         vm_offset_t addr;
1442         u_int cpuid;
1443
1444         if (pmap_type_guest(pmap)) {
1445                 pmap_invalidate_ept(pmap);
1446                 return;
1447         }
1448
1449         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
1450             ("pmap_invalidate_range: invalid type %d", pmap->pm_type));
1451
1452         sched_pin();
1453         if (pmap == kernel_pmap || !CPU_CMP(&pmap->pm_active, &all_cpus)) {
1454                 if (!pmap_pcid_enabled) {
1455                         for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
1456                                 invlpg(addr);
1457                 } else {
1458                         if (pmap->pm_pcid != -1 && pmap->pm_pcid != 0) {
1459                                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
1460                                         for (addr = sva; addr < eva;
1461                                             addr += PAGE_SIZE)
1462                                                 invlpg(addr);
1463                                 } else {
1464                                         pmap_invalidate_range_pcid(pmap,
1465                                             sva, eva);
1466                                 }
1467                         } else {
1468                                 invltlb_globpcid();
1469                         }
1470                 }
1471                 smp_invlpg_range(pmap, sva, eva);
1472         } else {
1473                 cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1474                 other_cpus = all_cpus;
1475                 CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
1476                 if (CPU_ISSET(cpuid, &pmap->pm_active)) {
1477                         for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
1478                                 invlpg(addr);
1479                 } else if (pmap_pcid_enabled) {
1480                         if (pmap->pm_pcid != -1 && pmap->pm_pcid != 0)
1481                                 pmap_invalidate_range_pcid(pmap, sva, eva);
1482                         else
1483                                 invltlb_globpcid();
1484                 }
1485                 if (pmap_pcid_enabled)
1486                         CPU_AND(&other_cpus, &pmap->pm_save);
1487                 else
1488                         CPU_AND(&other_cpus, &pmap->pm_active);
1489                 if (!CPU_EMPTY(&other_cpus))
1490                         smp_masked_invlpg_range(other_cpus, pmap, sva, eva);
1491         }
1492         sched_unpin();
1493 }
1494
1495 void
1496 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
1497 {
1498         cpuset_t other_cpus;
1499         struct invpcid_descr d;
1500         uint64_t cr3;
1501         u_int cpuid;
1502
1503         if (pmap_type_guest(pmap)) {
1504                 pmap_invalidate_ept(pmap);
1505                 return;
1506         }
1507
1508         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
1509             ("pmap_invalidate_all: invalid type %d", pmap->pm_type));
1510
1511         sched_pin();
1512         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1513         if (pmap == kernel_pmap ||
1514             (pmap_pcid_enabled && !CPU_CMP(&pmap->pm_save, &all_cpus)) ||
1515             !CPU_CMP(&pmap->pm_active, &all_cpus)) {
1516                 if (invpcid_works) {
1517                         bzero(&d, sizeof(d));
1518                         invpcid(&d, INVPCID_CTXGLOB);
1519                 } else {
1520                         invltlb_globpcid();
1521                 }
1522                 if (!CPU_ISSET(cpuid, &pmap->pm_active))
1523                         CPU_CLR_ATOMIC(cpuid, &pmap->pm_save);
1524                 smp_invltlb(pmap);
1525         } else {
1526                 other_cpus = all_cpus;
1527                 CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
1528
1529                 /*
1530                  * This logic is duplicated in the Xinvltlb shootdown
1531                  * IPI handler.
1532                  */
1533                 if (pmap_pcid_enabled) {
1534                         if (pmap->pm_pcid != -1 && pmap->pm_pcid != 0) {
1535                                 if (invpcid_works) {
1536                                         d.pcid = pmap->pm_pcid;
1537                                         d.pad = 0;
1538                                         d.addr = 0;
1539                                         invpcid(&d, INVPCID_CTX);
1540                                 } else {
1541                                         cr3 = rcr3();
1542                                         critical_enter();
1543
1544                                         /*
1545                                          * Bit 63 is clear, pcid TLB
1546                                          * entries are invalidated.
1547                                          */
1548                                         load_cr3(pmap->pm_cr3);
1549                                         load_cr3(cr3 | CR3_PCID_SAVE);
1550                                         critical_exit();
1551                                 }
1552                         } else {
1553                                 invltlb_globpcid();
1554                         }
1555                 } else if (CPU_ISSET(cpuid, &pmap->pm_active))
1556                         invltlb();
1557                 if (!CPU_ISSET(cpuid, &pmap->pm_active))
1558                         CPU_CLR_ATOMIC(cpuid, &pmap->pm_save);
1559                 if (pmap_pcid_enabled)
1560                         CPU_AND(&other_cpus, &pmap->pm_save);
1561                 else
1562                         CPU_AND(&other_cpus, &pmap->pm_active);
1563                 if (!CPU_EMPTY(&other_cpus))
1564                         smp_masked_invltlb(other_cpus, pmap);
1565         }
1566         sched_unpin();
1567 }
1568
1569 void
1570 pmap_invalidate_cache(void)
1571 {
1572
1573         sched_pin();
1574         wbinvd();
1575         smp_cache_flush();
1576         sched_unpin();
1577 }
1578
1579 struct pde_action {
1580         cpuset_t invalidate;    /* processors that invalidate their TLB */
1581         pmap_t pmap;
1582         vm_offset_t va;
1583         pd_entry_t *pde;
1584         pd_entry_t newpde;
1585         u_int store;            /* processor that updates the PDE */
1586 };
1587
1588 static void
1589 pmap_update_pde_action(void *arg)
1590 {
1591         struct pde_action *act = arg;
1592
1593         if (act->store == PCPU_GET(cpuid))
1594                 pmap_update_pde_store(act->pmap, act->pde, act->newpde);
1595 }
1596
1597 static void
1598 pmap_update_pde_teardown(void *arg)
1599 {
1600         struct pde_action *act = arg;
1601
1602         if (CPU_ISSET(PCPU_GET(cpuid), &act->invalidate))
1603                 pmap_update_pde_invalidate(act->pmap, act->va, act->newpde);
1604 }
1605
1606 /*
1607  * Change the page size for the specified virtual address in a way that
1608  * prevents any possibility of the TLB ever having two entries that map the
1609  * same virtual address using different page sizes.  This is the recommended
1610  * workaround for Erratum 383 on AMD Family 10h processors.  It prevents a
1611  * machine check exception for a TLB state that is improperly diagnosed as a
1612  * hardware error.
1613  */
1614 static void
1615 pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
1616 {
1617         struct pde_action act;
1618         cpuset_t active, other_cpus;
1619         u_int cpuid;
1620
1621         sched_pin();
1622         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1623         other_cpus = all_cpus;
1624         CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
1625         if (pmap == kernel_pmap || pmap_type_guest(pmap)) 
1626                 active = all_cpus;
1627         else {
1628                 active = pmap->pm_active;
1629                 CPU_AND_ATOMIC(&pmap->pm_save, &active);
1630         }
1631         if (CPU_OVERLAP(&active, &other_cpus)) { 
1632                 act.store = cpuid;
1633                 act.invalidate = active;
1634                 act.va = va;
1635                 act.pmap = pmap;
1636                 act.pde = pde;
1637                 act.newpde = newpde;
1638                 CPU_SET(cpuid, &active);
1639                 smp_rendezvous_cpus(active,
1640                     smp_no_rendevous_barrier, pmap_update_pde_action,
1641                     pmap_update_pde_teardown, &act);
1642         } else {
1643                 pmap_update_pde_store(pmap, pde, newpde);
1644                 if (CPU_ISSET(cpuid, &active))
1645                         pmap_update_pde_invalidate(pmap, va, newpde);
1646         }
1647         sched_unpin();
1648 }
1649 #else /* !SMP */
1650 /*
1651  * Normal, non-SMP, invalidation functions.
1652  * We inline these within pmap.c for speed.
1653  */
1654 PMAP_INLINE void
1655 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1656 {
1657
1658         switch (pmap->pm_type) {
1659         case PT_X86:
1660                 if (pmap == kernel_pmap || !CPU_EMPTY(&pmap->pm_active))
1661                         invlpg(va);
1662                 break;
1663         case PT_RVI:
1664         case PT_EPT:
1665                 pmap->pm_eptgen++;
1666                 break;
1667         default:
1668                 panic("pmap_invalidate_page: unknown type: %d", pmap->pm_type);
1669         }
1670 }
1671
1672 PMAP_INLINE void
1673 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
1674 {
1675         vm_offset_t addr;
1676
1677         switch (pmap->pm_type) {
1678         case PT_X86:
1679                 if (pmap == kernel_pmap || !CPU_EMPTY(&pmap->pm_active))
1680                         for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
1681                                 invlpg(addr);
1682                 break;
1683         case PT_RVI:
1684         case PT_EPT:
1685                 pmap->pm_eptgen++;
1686                 break;
1687         default:
1688                 panic("pmap_invalidate_range: unknown type: %d", pmap->pm_type);
1689         }
1690 }
1691
1692 PMAP_INLINE void
1693 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
1694 {
1695
1696         switch (pmap->pm_type) {
1697         case PT_X86:
1698                 if (pmap == kernel_pmap || !CPU_EMPTY(&pmap->pm_active))
1699                         invltlb();
1700                 break;
1701         case PT_RVI:
1702         case PT_EPT:
1703                 pmap->pm_eptgen++;
1704                 break;
1705         default:
1706                 panic("pmap_invalidate_all: unknown type %d", pmap->pm_type);
1707         }
1708 }
1709
1710 PMAP_INLINE void
1711 pmap_invalidate_cache(void)
1712 {
1713
1714         wbinvd();
1715 }
1716
1717 static void
1718 pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
1719 {
1720
1721         pmap_update_pde_store(pmap, pde, newpde);
1722         if (pmap == kernel_pmap || !CPU_EMPTY(&pmap->pm_active))
1723                 pmap_update_pde_invalidate(pmap, va, newpde);
1724         else
1725                 CPU_ZERO(&pmap->pm_save);
1726 }
1727 #endif /* !SMP */
1728
1729 #define PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD   (2 * 1024 * 1024)
1730
1731 void
1732 pmap_invalidate_cache_range(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, boolean_t force)
1733 {
1734
1735         if (force) {
1736                 sva &= ~(vm_offset_t)cpu_clflush_line_size;
1737         } else {
1738                 KASSERT((sva & PAGE_MASK) == 0,
1739                     ("pmap_invalidate_cache_range: sva not page-aligned"));
1740                 KASSERT((eva & PAGE_MASK) == 0,
1741                     ("pmap_invalidate_cache_range: eva not page-aligned"));
1742         }
1743
1744         if ((cpu_feature & CPUID_SS) != 0 && !force)
1745                 ; /* If "Self Snoop" is supported and allowed, do nothing. */
1746         else if ((cpu_feature & CPUID_CLFSH) != 0 &&
1747             eva - sva < PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD) {
1748
1749                 /*
1750                  * XXX: Some CPUs fault, hang, or trash the local APIC
1751                  * registers if we use CLFLUSH on the local APIC
1752                  * range.  The local APIC is always uncached, so we
1753                  * don't need to flush for that range anyway.
1754                  */
1755                 if (pmap_kextract(sva) == lapic_paddr)
1756                         return;
1757
1758                 /*
1759                  * Otherwise, do per-cache line flush.  Use the mfence
1760                  * instruction to insure that previous stores are
1761                  * included in the write-back.  The processor
1762                  * propagates flush to other processors in the cache
1763                  * coherence domain.
1764                  */
1765                 mfence();
1766                 for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size)
1767                         clflush(sva);
1768                 mfence();
1769         } else {
1770
1771                 /*
1772                  * No targeted cache flush methods are supported by CPU,
1773                  * or the supplied range is bigger than 2MB.
1774                  * Globally invalidate cache.
1775                  */
1776                 pmap_invalidate_cache();
1777         }
1778 }
1779
1780 /*
1781  * Remove the specified set of pages from the data and instruction caches.
1782  *
1783  * In contrast to pmap_invalidate_cache_range(), this function does not
1784  * rely on the CPU's self-snoop feature, because it is intended for use
1785  * when moving pages into a different cache domain.
1786  */
1787 void
1788 pmap_invalidate_cache_pages(vm_page_t *pages, int count)
1789 {
1790         vm_offset_t daddr, eva;
1791         int i;
1792
1793         if (count >= PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD / PAGE_SIZE ||
1794             (cpu_feature & CPUID_CLFSH) == 0)
1795                 pmap_invalidate_cache();
1796         else {
1797                 mfence();
1798                 for (i = 0; i < count; i++) {
1799                         daddr = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pages[i]));
1800                         eva = daddr + PAGE_SIZE;
1801                         for (; daddr < eva; daddr += cpu_clflush_line_size)
1802                                 clflush(daddr);
1803                 }
1804                 mfence();
1805         }
1806 }
1807
1808 /*
1809  *      Routine:        pmap_extract
1810  *      Function:
1811  *              Extract the physical page address associated
1812  *              with the given map/virtual_address pair.
1813  */
1814 vm_paddr_t 
1815 pmap_extract(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1816 {
1817         pdp_entry_t *pdpe;
1818         pd_entry_t *pde;
1819         pt_entry_t *pte, PG_V;
1820         vm_paddr_t pa;
1821
1822         pa = 0;
1823         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
1824         PMAP_LOCK(pmap);
1825         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
1826         if (pdpe != NULL && (*pdpe & PG_V) != 0) {
1827                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0)
1828                         pa = (*pdpe & PG_PS_FRAME) | (va & PDPMASK);
1829                 else {
1830                         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
1831                         if ((*pde & PG_V) != 0) {
1832                                 if ((*pde & PG_PS) != 0) {
1833                                         pa = (*pde & PG_PS_FRAME) |
1834                                             (va & PDRMASK);
1835                                 } else {
1836                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
1837                                         pa = (*pte & PG_FRAME) |
1838                                             (va & PAGE_MASK);
1839                                 }
1840                         }
1841                 }
1842         }
1843         PMAP_UNLOCK(pmap);
1844         return (pa);
1845 }
1846
1847 /*
1848  *      Routine:        pmap_extract_and_hold
1849  *      Function:
1850  *              Atomically extract and hold the physical page
1851  *              with the given pmap and virtual address pair
1852  *              if that mapping permits the given protection.
1853  */
1854 vm_page_t
1855 pmap_extract_and_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_prot_t prot)
1856 {
1857         pd_entry_t pde, *pdep;
1858         pt_entry_t pte, PG_RW, PG_V;
1859         vm_paddr_t pa;
1860         vm_page_t m;
1861
1862         pa = 0;
1863         m = NULL;
1864         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
1865         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
1866         PMAP_LOCK(pmap);
1867 retry:
1868         pdep = pmap_pde(pmap, va);
1869         if (pdep != NULL && (pde = *pdep)) {
1870                 if (pde & PG_PS) {
1871                         if ((pde & PG_RW) || (prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
1872                                 if (vm_page_pa_tryrelock(pmap, (pde &
1873                                     PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK), &pa))
1874                                         goto retry;
1875                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE((pde & PG_PS_FRAME) |
1876                                     (va & PDRMASK));
1877                                 vm_page_hold(m);
1878                         }
1879                 } else {
1880                         pte = *pmap_pde_to_pte(pdep, va);
1881                         if ((pte & PG_V) &&
1882                             ((pte & PG_RW) || (prot & VM_PROT_WRITE) == 0)) {
1883                                 if (vm_page_pa_tryrelock(pmap, pte & PG_FRAME,
1884                                     &pa))
1885                                         goto retry;
1886                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pte & PG_FRAME);
1887                                 vm_page_hold(m);
1888                         }
1889                 }
1890         }
1891         PA_UNLOCK_COND(pa);
1892         PMAP_UNLOCK(pmap);
1893         return (m);
1894 }
1895
1896 vm_paddr_t
1897 pmap_kextract(vm_offset_t va)
1898 {
1899         pd_entry_t pde;
1900         vm_paddr_t pa;
1901
1902         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS) {
1903                 pa = DMAP_TO_PHYS(va);
1904         } else {
1905                 pde = *vtopde(va);
1906                 if (pde & PG_PS) {
1907                         pa = (pde & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK);
1908                 } else {
1909                         /*
1910                          * Beware of a concurrent promotion that changes the
1911                          * PDE at this point!  For example, vtopte() must not
1912                          * be used to access the PTE because it would use the
1913                          * new PDE.  It is, however, safe to use the old PDE
1914                          * because the page table page is preserved by the
1915                          * promotion.
1916                          */
1917                         pa = *pmap_pde_to_pte(&pde, va);
1918                         pa = (pa & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK);
1919                 }
1920         }
1921         return (pa);
1922 }
1923
1924 /***************************************************
1925  * Low level mapping routines.....
1926  ***************************************************/
1927
1928 /*
1929  * Add a wired page to the kva.
1930  * Note: not SMP coherent.
1931  */
1932 PMAP_INLINE void 
1933 pmap_kenter(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
1934 {
1935         pt_entry_t *pte;
1936
1937         pte = vtopte(va);
1938         pte_store(pte, pa | X86_PG_RW | X86_PG_V | X86_PG_G);
1939 }
1940
1941 static __inline void
1942 pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode)
1943 {
1944         pt_entry_t *pte;
1945         int cache_bits;
1946
1947         pte = vtopte(va);
1948         cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, 0);
1949         pte_store(pte, pa | X86_PG_RW | X86_PG_V | X86_PG_G | cache_bits);
1950 }
1951
1952 /*
1953  * Remove a page from the kernel pagetables.
1954  * Note: not SMP coherent.
1955  */
1956 PMAP_INLINE void
1957 pmap_kremove(vm_offset_t va)
1958 {
1959         pt_entry_t *pte;
1960
1961         pte = vtopte(va);
1962         pte_clear(pte);
1963 }
1964
1965 /*
1966  *      Used to map a range of physical addresses into kernel
1967  *      virtual address space.
1968  *
1969  *      The value passed in '*virt' is a suggested virtual address for
1970  *      the mapping. Architectures which can support a direct-mapped
1971  *      physical to virtual region can return the appropriate address
1972  *      within that region, leaving '*virt' unchanged. Other
1973  *      architectures should map the pages starting at '*virt' and
1974  *      update '*virt' with the first usable address after the mapped
1975  *      region.
1976  */
1977 vm_offset_t
1978 pmap_map(vm_offset_t *virt, vm_paddr_t start, vm_paddr_t end, int prot)
1979 {
1980         return PHYS_TO_DMAP(start);
1981 }
1982
1983
1984 /*
1985  * Add a list of wired pages to the kva
1986  * this routine is only used for temporary
1987  * kernel mappings that do not need to have
1988  * page modification or references recorded.
1989  * Note that old mappings are simply written
1990  * over.  The page *must* be wired.
1991  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
1992  */
1993 void
1994 pmap_qenter(vm_offset_t sva, vm_page_t *ma, int count)
1995 {
1996         pt_entry_t *endpte, oldpte, pa, *pte;
1997         vm_page_t m;
1998         int cache_bits;
1999
2000         oldpte = 0;
2001         pte = vtopte(sva);
2002         endpte = pte + count;
2003         while (pte < endpte) {
2004                 m = *ma++;
2005                 cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap, m->md.pat_mode, 0);
2006                 pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | cache_bits;
2007                 if ((*pte & (PG_FRAME | X86_PG_PTE_CACHE)) != pa) {
2008                         oldpte |= *pte;
2009                         pte_store(pte, pa | X86_PG_G | X86_PG_RW | X86_PG_V);
2010                 }
2011                 pte++;
2012         }
2013         if (__predict_false((oldpte & X86_PG_V) != 0))
2014                 pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, sva + count *
2015                     PAGE_SIZE);
2016 }
2017
2018 /*
2019  * This routine tears out page mappings from the
2020  * kernel -- it is meant only for temporary mappings.
2021  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
2022  */
2023 void
2024 pmap_qremove(vm_offset_t sva, int count)
2025 {
2026         vm_offset_t va;
2027
2028         va = sva;
2029         while (count-- > 0) {
2030                 KASSERT(va >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS, ("usermode va %lx", va));
2031                 pmap_kremove(va);
2032                 va += PAGE_SIZE;
2033         }
2034         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
2035 }
2036
2037 /***************************************************
2038  * Page table page management routines.....
2039  ***************************************************/
2040 static __inline void
2041 pmap_free_zero_pages(struct spglist *free)
2042 {
2043         vm_page_t m;
2044
2045         while ((m = SLIST_FIRST(free)) != NULL) {
2046                 SLIST_REMOVE_HEAD(free, plinks.s.ss);
2047                 /* Preserve the page's PG_ZERO setting. */
2048                 vm_page_free_toq(m);
2049         }
2050 }
2051
2052 /*
2053  * Schedule the specified unused page table page to be freed.  Specifically,
2054  * add the page to the specified list of pages that will be released to the
2055  * physical memory manager after the TLB has been updated.
2056  */
2057 static __inline void
2058 pmap_add_delayed_free_list(vm_page_t m, struct spglist *free,
2059     boolean_t set_PG_ZERO)
2060 {
2061
2062         if (set_PG_ZERO)
2063                 m->flags |= PG_ZERO;
2064         else
2065                 m->flags &= ~PG_ZERO;
2066         SLIST_INSERT_HEAD(free, m, plinks.s.ss);
2067 }
2068         
2069 /*
2070  * Inserts the specified page table page into the specified pmap's collection
2071  * of idle page table pages.  Each of a pmap's page table pages is responsible
2072  * for mapping a distinct range of virtual addresses.  The pmap's collection is
2073  * ordered by this virtual address range.
2074  */
2075 static __inline int
2076 pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte)
2077 {
2078
2079         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2080         return (vm_radix_insert(&pmap->pm_root, mpte));
2081 }
2082
2083 /*
2084  * Looks for a page table page mapping the specified virtual address in the
2085  * specified pmap's collection of idle page table pages.  Returns NULL if there
2086  * is no page table page corresponding to the specified virtual address.
2087  */
2088 static __inline vm_page_t
2089 pmap_lookup_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2090 {
2091
2092         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2093         return (vm_radix_lookup(&pmap->pm_root, pmap_pde_pindex(va)));
2094 }
2095
2096 /*
2097  * Removes the specified page table page from the specified pmap's collection
2098  * of idle page table pages.  The specified page table page must be a member of
2099  * the pmap's collection.
2100  */
2101 static __inline void
2102 pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte)
2103 {
2104
2105         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2106         vm_radix_remove(&pmap->pm_root, mpte->pindex);
2107 }
2108
2109 /*
2110  * Decrements a page table page's wire count, which is used to record the
2111  * number of valid page table entries within the page.  If the wire count
2112  * drops to zero, then the page table page is unmapped.  Returns TRUE if the
2113  * page table page was unmapped and FALSE otherwise.
2114  */
2115 static inline boolean_t
2116 pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
2117 {
2118
2119         --m->wire_count;
2120         if (m->wire_count == 0) {
2121                 _pmap_unwire_ptp(pmap, va, m, free);
2122                 return (TRUE);
2123         } else
2124                 return (FALSE);
2125 }
2126
2127 static void
2128 _pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
2129 {
2130
2131         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2132         /*
2133          * unmap the page table page
2134          */
2135         if (m->pindex >= (NUPDE + NUPDPE)) {
2136                 /* PDP page */
2137                 pml4_entry_t *pml4;
2138                 pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
2139                 *pml4 = 0;
2140         } else if (m->pindex >= NUPDE) {
2141                 /* PD page */
2142                 pdp_entry_t *pdp;
2143                 pdp = pmap_pdpe(pmap, va);
2144                 *pdp = 0;
2145         } else {
2146                 /* PTE page */
2147                 pd_entry_t *pd;
2148                 pd = pmap_pde(pmap, va);
2149                 *pd = 0;
2150         }
2151         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
2152         if (m->pindex < NUPDE) {
2153                 /* We just released a PT, unhold the matching PD */
2154                 vm_page_t pdpg;
2155
2156                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pdpe(pmap, va) & PG_FRAME);
2157                 pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdpg, free);
2158         }
2159         if (m->pindex >= NUPDE && m->pindex < (NUPDE + NUPDPE)) {
2160                 /* We just released a PD, unhold the matching PDP */
2161                 vm_page_t pdppg;
2162
2163                 pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pml4e(pmap, va) & PG_FRAME);
2164                 pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdppg, free);
2165         }
2166
2167         /*
2168          * This is a release store so that the ordinary store unmapping
2169          * the page table page is globally performed before TLB shoot-
2170          * down is begun.
2171          */
2172         atomic_subtract_rel_int(&vm_cnt.v_wire_count, 1);
2173
2174         /* 
2175          * Put page on a list so that it is released after
2176          * *ALL* TLB shootdown is done
2177          */
2178         pmap_add_delayed_free_list(m, free, TRUE);
2179 }
2180
2181 /*
2182  * After removing a page table entry, this routine is used to
2183  * conditionally free the page, and manage the hold/wire counts.
2184  */
2185 static int
2186 pmap_unuse_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t ptepde,
2187     struct spglist *free)
2188 {
2189         vm_page_t mpte;
2190
2191         if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
2192                 return (0);
2193         KASSERT(ptepde != 0, ("pmap_unuse_pt: ptepde != 0"));
2194         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(ptepde & PG_FRAME);
2195         return (pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpte, free));
2196 }
2197
2198 void
2199 pmap_pinit0(pmap_t pmap)
2200 {
2201
2202         PMAP_LOCK_INIT(pmap);
2203         pmap->pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(KPML4phys);
2204         pmap->pm_cr3 = KPML4phys;
2205         pmap->pm_root.rt_root = 0;
2206         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
2207         CPU_ZERO(&pmap->pm_save);
2208         PCPU_SET(curpmap, pmap);
2209         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
2210         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
2211         pmap->pm_pcid = pmap_pcid_enabled ? 0 : -1;
2212         pmap->pm_flags = pmap_flags;
2213 }
2214
2215 /*
2216  * Initialize a preallocated and zeroed pmap structure,
2217  * such as one in a vmspace structure.
2218  */
2219 int
2220 pmap_pinit_type(pmap_t pmap, enum pmap_type pm_type, int flags)
2221 {
2222         vm_page_t pml4pg;
2223         vm_paddr_t pml4phys;
2224         int i;
2225
2226         /*
2227          * allocate the page directory page
2228          */
2229         while ((pml4pg = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL |
2230             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO)) == NULL)
2231                 VM_WAIT;
2232
2233         pml4phys = VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg);
2234         pmap->pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pml4phys);
2235         pmap->pm_pcid = -1;
2236         pmap->pm_cr3 = ~0;      /* initialize to an invalid value */
2237
2238         if ((pml4pg->flags & PG_ZERO) == 0)
2239                 pagezero(pmap->pm_pml4);
2240
2241         /*
2242          * Do not install the host kernel mappings in the nested page
2243          * tables. These mappings are meaningless in the guest physical
2244          * address space.
2245          */
2246         if ((pmap->pm_type = pm_type) == PT_X86) {
2247                 pmap->pm_cr3 = pml4phys;
2248
2249                 /* Wire in kernel global address entries. */
2250                 for (i = 0; i < NKPML4E; i++) {
2251                         pmap->pm_pml4[KPML4BASE + i] = (KPDPphys + ptoa(i)) |
2252                             X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_U;
2253                 }
2254                 for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++) {
2255                         pmap->pm_pml4[DMPML4I + i] = (DMPDPphys + ptoa(i)) |
2256                             X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_U;
2257                 }
2258
2259                 /* install self-referential address mapping entry(s) */
2260                 pmap->pm_pml4[PML4PML4I] = VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg) |
2261                     X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A | X86_PG_M;
2262
2263                 if (pmap_pcid_enabled) {
2264                         pmap->pm_pcid = alloc_unr(&pcid_unr);
2265                         if (pmap->pm_pcid != -1)
2266                                 pmap->pm_cr3 |= pmap->pm_pcid;
2267                 }
2268         }
2269
2270         pmap->pm_root.rt_root = 0;
2271         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
2272         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
2273         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
2274         pmap->pm_flags = flags;
2275         pmap->pm_eptgen = 0;
2276         CPU_ZERO(&pmap->pm_save);
2277
2278         return (1);
2279 }
2280
2281 int
2282 pmap_pinit(pmap_t pmap)
2283 {
2284
2285         return (pmap_pinit_type(pmap, PT_X86, pmap_flags));
2286 }
2287
2288 /*
2289  * This routine is called if the desired page table page does not exist.
2290  *
2291  * If page table page allocation fails, this routine may sleep before
2292  * returning NULL.  It sleeps only if a lock pointer was given.
2293  *
2294  * Note: If a page allocation fails at page table level two or three,
2295  * one or two pages may be held during the wait, only to be released
2296  * afterwards.  This conservative approach is easily argued to avoid
2297  * race conditions.
2298  */
2299 static vm_page_t
2300 _pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex, struct rwlock **lockp)
2301 {
2302         vm_page_t m, pdppg, pdpg;
2303         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
2304
2305         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2306
2307         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
2308         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
2309         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
2310         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
2311
2312         /*
2313          * Allocate a page table page.
2314          */
2315         if ((m = vm_page_alloc(NULL, ptepindex, VM_ALLOC_NOOBJ |
2316             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO)) == NULL) {
2317                 if (lockp != NULL) {
2318                         RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
2319                         PMAP_UNLOCK(pmap);
2320                         rw_runlock(&pvh_global_lock);
2321                         VM_WAIT;
2322                         rw_rlock(&pvh_global_lock);
2323                         PMAP_LOCK(pmap);
2324                 }
2325
2326                 /*
2327                  * Indicate the need to retry.  While waiting, the page table
2328                  * page may have been allocated.
2329                  */
2330                 return (NULL);
2331         }
2332         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0)
2333                 pmap_zero_page(m);
2334
2335         /*
2336          * Map the pagetable page into the process address space, if
2337          * it isn't already there.
2338          */
2339
2340         if (ptepindex >= (NUPDE + NUPDPE)) {
2341                 pml4_entry_t *pml4;
2342                 vm_pindex_t pml4index;
2343
2344                 /* Wire up a new PDPE page */
2345                 pml4index = ptepindex - (NUPDE + NUPDPE);
2346                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
2347                 *pml4 = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
2348
2349         } else if (ptepindex >= NUPDE) {
2350                 vm_pindex_t pml4index;
2351                 vm_pindex_t pdpindex;
2352                 pml4_entry_t *pml4;
2353                 pdp_entry_t *pdp;
2354
2355                 /* Wire up a new PDE page */
2356                 pdpindex = ptepindex - NUPDE;
2357                 pml4index = pdpindex >> NPML4EPGSHIFT;
2358
2359                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
2360                 if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
2361                         /* Have to allocate a new pdp, recurse */
2362                         if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + NUPDPE + pml4index,
2363                             lockp) == NULL) {
2364                                 --m->wire_count;
2365                                 atomic_subtract_int(&vm_cnt.v_wire_count, 1);
2366                                 vm_page_free_zero(m);
2367                                 return (NULL);
2368                         }
2369                 } else {
2370                         /* Add reference to pdp page */
2371                         pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pml4 & PG_FRAME);
2372                         pdppg->wire_count++;
2373                 }
2374                 pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
2375
2376                 /* Now find the pdp page */
2377                 pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
2378                 *pdp = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
2379
2380         } else {
2381                 vm_pindex_t pml4index;
2382                 vm_pindex_t pdpindex;
2383                 pml4_entry_t *pml4;
2384                 pdp_entry_t *pdp;
2385                 pd_entry_t *pd;
2386
2387                 /* Wire up a new PTE page */
2388                 pdpindex = ptepindex >> NPDPEPGSHIFT;
2389                 pml4index = pdpindex >> NPML4EPGSHIFT;
2390
2391                 /* First, find the pdp and check that its valid. */
2392                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
2393                 if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
2394                         /* Have to allocate a new pd, recurse */
2395                         if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex,
2396                             lockp) == NULL) {
2397                                 --m->wire_count;
2398                                 atomic_subtract_int(&vm_cnt.v_wire_count, 1);
2399                                 vm_page_free_zero(m);
2400                                 return (NULL);
2401                         }
2402                         pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
2403                         pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
2404                 } else {
2405                         pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
2406                         pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
2407                         if ((*pdp & PG_V) == 0) {
2408                                 /* Have to allocate a new pd, recurse */
2409                                 if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex,
2410                                     lockp) == NULL) {
2411                                         --m->wire_count;
2412                                         atomic_subtract_int(&vm_cnt.v_wire_count,
2413                                             1);
2414                                         vm_page_free_zero(m);
2415                                         return (NULL);
2416                                 }
2417                         } else {
2418                                 /* Add reference to the pd page */
2419                                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdp & PG_FRAME);
2420                                 pdpg->wire_count++;
2421                         }
2422                 }
2423                 pd = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdp & PG_FRAME);
2424
2425                 /* Now we know where the page directory page is */
2426                 pd = &pd[ptepindex & ((1ul << NPDEPGSHIFT) - 1)];
2427                 *pd = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
2428         }
2429
2430         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
2431
2432         return (m);
2433 }
2434
2435 static vm_page_t
2436 pmap_allocpde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct rwlock **lockp)
2437 {
2438         vm_pindex_t pdpindex, ptepindex;
2439         pdp_entry_t *pdpe, PG_V;
2440         vm_page_t pdpg;
2441
2442         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
2443
2444 retry:
2445         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
2446         if (pdpe != NULL && (*pdpe & PG_V) != 0) {
2447                 /* Add a reference to the pd page. */
2448                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdpe & PG_FRAME);
2449                 pdpg->wire_count++;
2450         } else {
2451                 /* Allocate a pd page. */
2452                 ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
2453                 pdpindex = ptepindex >> NPDPEPGSHIFT;
2454                 pdpg = _pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex, lockp);
2455                 if (pdpg == NULL && lockp != NULL)
2456                         goto retry;
2457         }
2458         return (pdpg);
2459 }
2460
2461 static vm_page_t
2462 pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct rwlock **lockp)
2463 {
2464         vm_pindex_t ptepindex;
2465         pd_entry_t *pd, PG_V;
2466         vm_page_t m;
2467
2468         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
2469
2470         /*
2471          * Calculate pagetable page index
2472          */
2473         ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
2474 retry:
2475         /*
2476          * Get the page directory entry
2477          */
2478         pd = pmap_pde(pmap, va);
2479
2480         /*
2481          * This supports switching from a 2MB page to a
2482          * normal 4K page.
2483          */
2484         if (pd != NULL && (*pd & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V)) {
2485                 if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pd, va, lockp)) {
2486                         /*
2487                          * Invalidation of the 2MB page mapping may have caused
2488                          * the deallocation of the underlying PD page.
2489                          */
2490                         pd = NULL;
2491                 }
2492         }
2493
2494         /*
2495          * If the page table page is mapped, we just increment the
2496          * hold count, and activate it.
2497          */
2498         if (pd != NULL && (*pd & PG_V) != 0) {
2499                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pd & PG_FRAME);
2500                 m->wire_count++;
2501         } else {
2502                 /*
2503                  * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been
2504                  * deallocated.
2505                  */
2506                 m = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex, lockp);
2507                 if (m == NULL && lockp != NULL)
2508                         goto retry;
2509         }
2510         return (m);
2511 }
2512
2513
2514 /***************************************************
2515  * Pmap allocation/deallocation routines.
2516  ***************************************************/
2517
2518 /*
2519  * Release any resources held by the given physical map.
2520  * Called when a pmap initialized by pmap_pinit is being released.
2521  * Should only be called if the map contains no valid mappings.
2522  */
2523 void
2524 pmap_release(pmap_t pmap)
2525 {
2526         vm_page_t m;
2527         int i;
2528
2529         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count == 0,
2530             ("pmap_release: pmap resident count %ld != 0",
2531             pmap->pm_stats.resident_count));
2532         KASSERT(vm_radix_is_empty(&pmap->pm_root),
2533             ("pmap_release: pmap has reserved page table page(s)"));
2534
2535         if (pmap_pcid_enabled) {
2536                 /*
2537                  * Invalidate any left TLB entries, to allow the reuse
2538                  * of the pcid.
2539                  */
2540                 pmap_invalidate_all(pmap);
2541         }
2542
2543         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pmap->pm_pml4));
2544
2545         for (i = 0; i < NKPML4E; i++)   /* KVA */
2546                 pmap->pm_pml4[KPML4BASE + i] = 0;
2547         for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++)/* Direct Map */
2548                 pmap->pm_pml4[DMPML4I + i] = 0;
2549         pmap->pm_pml4[PML4PML4I] = 0;   /* Recursive Mapping */
2550
2551         m->wire_count--;
2552         atomic_subtract_int(&vm_cnt.v_wire_count, 1);
2553         vm_page_free_zero(m);
2554         if (pmap->pm_pcid != -1)
2555                 free_unr(&pcid_unr, pmap->pm_pcid);
2556 }
2557 \f
2558 static int
2559 kvm_size(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
2560 {
2561         unsigned long ksize = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
2562
2563         return sysctl_handle_long(oidp, &ksize, 0, req);
2564 }
2565 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_size, CTLTYPE_LONG|CTLFLAG_RD, 
2566     0, 0, kvm_size, "LU", "Size of KVM");
2567
2568 static int
2569 kvm_free(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
2570 {
2571         unsigned long kfree = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - kernel_vm_end;
2572
2573         return sysctl_handle_long(oidp, &kfree, 0, req);
2574 }
2575 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_free, CTLTYPE_LONG|CTLFLAG_RD, 
2576     0, 0, kvm_free, "LU", "Amount of KVM free");
2577
2578 /*
2579  * grow the number of kernel page table entries, if needed
2580  */
2581 void
2582 pmap_growkernel(vm_offset_t addr)
2583 {
2584         vm_paddr_t paddr;
2585         vm_page_t nkpg;
2586         pd_entry_t *pde, newpdir;
2587         pdp_entry_t *pdpe;
2588
2589         mtx_assert(&kernel_map->system_mtx, MA_OWNED);
2590
2591         /*
2592          * Return if "addr" is within the range of kernel page table pages
2593          * that were preallocated during pmap bootstrap.  Moreover, leave
2594          * "kernel_vm_end" and the kernel page table as they were.
2595          *
2596          * The correctness of this action is based on the following
2597          * argument: vm_map_insert() allocates contiguous ranges of the
2598          * kernel virtual address space.  It calls this function if a range
2599          * ends after "kernel_vm_end".  If the kernel is mapped between
2600          * "kernel_vm_end" and "addr", then the range cannot begin at
2601          * "kernel_vm_end".  In fact, its beginning address cannot be less
2602          * than the kernel.  Thus, there is no immediate need to allocate
2603          * any new kernel page table pages between "kernel_vm_end" and
2604          * "KERNBASE".
2605          */
2606         if (KERNBASE < addr && addr <= KERNBASE + nkpt * NBPDR)
2607                 return;
2608
2609         addr = roundup2(addr, NBPDR);
2610         if (addr - 1 >= kernel_map->max_offset)
2611                 addr = kernel_map->max_offset;
2612         while (kernel_vm_end < addr) {
2613                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, kernel_vm_end);
2614                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0) {
2615                         /* We need a new PDP entry */
2616                         nkpg = vm_page_alloc(NULL, kernel_vm_end >> PDPSHIFT,
2617                             VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ |
2618                             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
2619                         if (nkpg == NULL)
2620                                 panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
2621                         if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
2622                                 pmap_zero_page(nkpg);
2623                         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
2624                         *pdpe = (pdp_entry_t)(paddr | X86_PG_V | X86_PG_RW |
2625                             X86_PG_A | X86_PG_M);
2626                         continue; /* try again */
2627                 }
2628                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, kernel_vm_end);
2629                 if ((*pde & X86_PG_V) != 0) {
2630                         kernel_vm_end = (kernel_vm_end + NBPDR) & ~PDRMASK;
2631                         if (kernel_vm_end - 1 >= kernel_map->max_offset) {
2632                                 kernel_vm_end = kernel_map->max_offset;
2633                                 break;                       
2634                         }
2635                         continue;
2636                 }
2637
2638                 nkpg = vm_page_alloc(NULL, pmap_pde_pindex(kernel_vm_end),
2639                     VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED |
2640                     VM_ALLOC_ZERO);
2641                 if (nkpg == NULL)
2642                         panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
2643                 if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
2644                         pmap_zero_page(nkpg);
2645                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
2646                 newpdir = paddr | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A | X86_PG_M;
2647                 pde_store(pde, newpdir);
2648
2649                 kernel_vm_end = (kernel_vm_end + NBPDR) & ~PDRMASK;
2650                 if (kernel_vm_end - 1 >= kernel_map->max_offset) {
2651                         kernel_vm_end = kernel_map->max_offset;
2652                         break;                       
2653                 }
2654         }
2655 }
2656
2657
2658 /***************************************************
2659  * page management routines.
2660  ***************************************************/
2661
2662 CTASSERT(sizeof(struct pv_chunk) == PAGE_SIZE);
2663 CTASSERT(_NPCM == 3);
2664 CTASSERT(_NPCPV == 168);
2665
2666 static __inline struct pv_chunk *
2667 pv_to_chunk(pv_entry_t pv)
2668 {
2669
2670         return ((struct pv_chunk *)((uintptr_t)pv & ~(uintptr_t)PAGE_MASK));
2671 }
2672
2673 #define PV_PMAP(pv) (pv_to_chunk(pv)->pc_pmap)
2674
2675 #define PC_FREE0        0xfffffffffffffffful
2676 #define PC_FREE1        0xfffffffffffffffful
2677 #define PC_FREE2        0x000000fffffffffful
2678
2679 static const uint64_t pc_freemask[_NPCM] = { PC_FREE0, PC_FREE1, PC_FREE2 };
2680
2681 #ifdef PV_STATS
2682 static int pc_chunk_count, pc_chunk_allocs, pc_chunk_frees, pc_chunk_tryfail;
2683
2684 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_count, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_count, 0,
2685         "Current number of pv entry chunks");
2686 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_allocs, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_allocs, 0,
2687         "Current number of pv entry chunks allocated");
2688 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_frees, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_frees, 0,
2689         "Current number of pv entry chunks frees");
2690 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_tryfail, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_tryfail, 0,
2691         "Number of times tried to get a chunk page but failed.");
2692
2693 static long pv_entry_frees, pv_entry_allocs, pv_entry_count;
2694 static int pv_entry_spare;
2695
2696 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_frees, CTLFLAG_RD, &pv_entry_frees, 0,
2697         "Current number of pv entry frees");
2698 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_allocs, CTLFLAG_RD, &pv_entry_allocs, 0,
2699         "Current number of pv entry allocs");
2700 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_count, CTLFLAG_RD, &pv_entry_count, 0,
2701         "Current number of pv entries");
2702 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_spare, CTLFLAG_RD, &pv_entry_spare, 0,
2703         "Current number of spare pv entries");
2704 #endif
2705
2706 /*
2707  * We are in a serious low memory condition.  Resort to
2708  * drastic measures to free some pages so we can allocate
2709  * another pv entry chunk.
2710  *
2711  * Returns NULL if PV entries were reclaimed from the specified pmap.
2712  *
2713  * We do not, however, unmap 2mpages because subsequent accesses will
2714  * allocate per-page pv entries until repromotion occurs, thereby
2715  * exacerbating the shortage of free pv entries.
2716  */
2717 static vm_page_t
2718 reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp)
2719 {
2720         struct pch new_tail;
2721         struct pv_chunk *pc;
2722         struct md_page *pvh;
2723         pd_entry_t *pde;
2724         pmap_t pmap;
2725         pt_entry_t *pte, tpte;
2726         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW;
2727         pv_entry_t pv;
2728         vm_offset_t va;
2729         vm_page_t m, m_pc;
2730         struct spglist free;
2731         uint64_t inuse;
2732         int bit, field, freed;
2733
2734         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
2735         PMAP_LOCK_ASSERT(locked_pmap, MA_OWNED);
2736         KASSERT(lockp != NULL, ("reclaim_pv_chunk: lockp is NULL"));
2737         pmap = NULL;
2738         m_pc = NULL;
2739         PG_G = PG_A = PG_M = PG_RW = 0;
2740         SLIST_INIT(&free);
2741         TAILQ_INIT(&new_tail);
2742         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2743         while ((pc = TAILQ_FIRST(&pv_chunks)) != NULL && SLIST_EMPTY(&free)) {
2744                 TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2745                 mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
2746                 if (pmap != pc->pc_pmap) {
2747                         if (pmap != NULL) {
2748                                 pmap_invalidate_all(pmap);
2749                                 if (pmap != locked_pmap)
2750                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
2751                         }
2752                         pmap = pc->pc_pmap;
2753                         /* Avoid deadlock and lock recursion. */
2754                         if (pmap > locked_pmap) {
2755                                 RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
2756                                 PMAP_LOCK(pmap);
2757                         } else if (pmap != locked_pmap &&
2758                             !PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
2759                                 pmap = NULL;
2760                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail, pc, pc_lru);
2761                                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2762                                 continue;
2763                         }
2764                         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
2765                         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
2766                         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
2767                         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
2768                 }
2769
2770                 /*
2771                  * Destroy every non-wired, 4 KB page mapping in the chunk.
2772                  */
2773                 freed = 0;
2774                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
2775                         for (inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
2776                             inuse != 0; inuse &= ~(1UL << bit)) {
2777                                 bit = bsfq(inuse);
2778                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
2779                                 va = pv->pv_va;
2780                                 pde = pmap_pde(pmap, va);
2781                                 if ((*pde & PG_PS) != 0)
2782                                         continue;
2783                                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
2784                                 if ((*pte & PG_W) != 0)
2785                                         continue;
2786                                 tpte = pte_load_clear(pte);
2787                                 if ((tpte & PG_G) != 0)
2788                                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
2789                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpte & PG_FRAME);
2790                                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
2791                                         vm_page_dirty(m);
2792                                 if ((tpte & PG_A) != 0)
2793                                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2794                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
2795                                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2796                                 m->md.pv_gen++;
2797                                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
2798                                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
2799                                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2800                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
2801                                                 vm_page_aflag_clear(m,
2802                                                     PGA_WRITEABLE);
2803                                         }
2804                                 }
2805                                 pc->pc_map[field] |= 1UL << bit;
2806                                 pmap_unuse_pt(pmap, va, *pde, &free);
2807                                 freed++;
2808                         }
2809                 }
2810                 if (freed == 0) {
2811                         TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail, pc, pc_lru);
2812                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2813                         continue;
2814                 }
2815                 /* Every freed mapping is for a 4 KB page. */
2816                 pmap_resident_count_dec(pmap, freed);
2817                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
2818                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
2819                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
2820                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2821                 if (pc->pc_map[0] == PC_FREE0 && pc->pc_map[1] == PC_FREE1 &&
2822                     pc->pc_map[2] == PC_FREE2) {
2823                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
2824                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
2825                         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
2826                         /* Entire chunk is free; return it. */
2827                         m_pc = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
2828                         dump_drop_page(m_pc->phys_addr);
2829                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2830                         break;
2831                 }
2832                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2833                 TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail, pc, pc_lru);
2834                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2835                 /* One freed pv entry in locked_pmap is sufficient. */
2836                 if (pmap == locked_pmap)
2837                         break;
2838         }
2839         TAILQ_CONCAT(&pv_chunks, &new_tail, pc_lru);
2840         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
2841         if (pmap != NULL) {
2842                 pmap_invalidate_all(pmap);
2843                 if (pmap != locked_pmap)
2844                         PMAP_UNLOCK(pmap);
2845         }
2846         if (m_pc == NULL && !SLIST_EMPTY(&free)) {
2847                 m_pc = SLIST_FIRST(&free);
2848                 SLIST_REMOVE_HEAD(&free, plinks.s.ss);
2849                 /* Recycle a freed page table page. */
2850                 m_pc->wire_count = 1;
2851                 atomic_add_int(&vm_cnt.v_wire_count, 1);
2852         }
2853         pmap_free_zero_pages(&free);
2854         return (m_pc);
2855 }
2856
2857 /*
2858  * free the pv_entry back to the free list
2859  */
2860 static void
2861 free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv)
2862 {
2863         struct pv_chunk *pc;
2864         int idx, field, bit;
2865
2866         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
2867         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2868         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, 1));
2869         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, 1));
2870         PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, 1));
2871         pc = pv_to_chunk(pv);
2872         idx = pv - &pc->pc_pventry[0];
2873         field = idx / 64;
2874         bit = idx % 64;
2875         pc->pc_map[field] |= 1ul << bit;
2876         if (pc->pc_map[0] != PC_FREE0 || pc->pc_map[1] != PC_FREE1 ||
2877             pc->pc_map[2] != PC_FREE2) {
2878                 /* 98% of the time, pc is already at the head of the list. */
2879                 if (__predict_false(pc != TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk))) {
2880                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2881                         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2882                 }
2883                 return;
2884         }
2885         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2886         free_pv_chunk(pc);
2887 }
2888
2889 static void
2890 free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc)
2891 {
2892         vm_page_t m;
2893
2894         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2895         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2896         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
2897         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
2898         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
2899         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
2900         /* entire chunk is free, return it */
2901         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
2902         dump_drop_page(m->phys_addr);
2903         vm_page_unwire(m, PQ_INACTIVE);
2904         vm_page_free(m);
2905 }
2906
2907 /*
2908  * Returns a new PV entry, allocating a new PV chunk from the system when
2909  * needed.  If this PV chunk allocation fails and a PV list lock pointer was
2910  * given, a PV chunk is reclaimed from an arbitrary pmap.  Otherwise, NULL is
2911  * returned.
2912  *
2913  * The given PV list lock may be released.
2914  */
2915 static pv_entry_t
2916 get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp)
2917 {
2918         int bit, field;
2919         pv_entry_t pv;
2920         struct pv_chunk *pc;
2921         vm_page_t m;
2922
2923         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
2924         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2925         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, 1));
2926 retry:
2927         pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
2928         if (pc != NULL) {
2929                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
2930                         if (pc->pc_map[field]) {
2931                                 bit = bsfq(pc->pc_map[field]);
2932                                 break;
2933                         }
2934                 }
2935                 if (field < _NPCM) {
2936                         pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
2937                         pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
2938                         /* If this was the last item, move it to tail */
2939                         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 &&
2940                             pc->pc_map[2] == 0) {
2941                                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2942                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc,
2943                                     pc_list);
2944                         }
2945                         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
2946                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, 1));
2947                         return (pv);
2948                 }
2949         }
2950         /* No free items, allocate another chunk */
2951         m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
2952             VM_ALLOC_WIRED);
2953         if (m == NULL) {
2954                 if (lockp == NULL) {
2955                         PV_STAT(pc_chunk_tryfail++);
2956                         return (NULL);
2957                 }
2958                 m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
2959                 if (m == NULL)
2960                         goto retry;
2961         }
2962         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
2963         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
2964         dump_add_page(m->phys_addr);
2965         pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
2966         pc->pc_pmap = pmap;
2967         pc->pc_map[0] = PC_FREE0 & ~1ul;        /* preallocated bit 0 */
2968         pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
2969         pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
2970         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2971         TAILQ_INSERT_TAIL(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2972         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
2973         pv = &pc->pc_pventry[0];
2974         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2975         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
2976         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV - 1));
2977         return (pv);
2978 }
2979
2980 /*
2981  * Returns the number of one bits within the given PV chunk map element.
2982  */
2983 static int
2984 popcnt_pc_map_elem(uint64_t elem)
2985 {
2986         int count;
2987
2988         /*
2989          * This simple method of counting the one bits performs well because
2990          * the given element typically contains more zero bits than one bits.
2991          */
2992         count = 0;
2993         for (; elem != 0; elem &= elem - 1)
2994                 count++;
2995         return (count);
2996 }
2997
2998 /*
2999  * Ensure that the number of spare PV entries in the specified pmap meets or
3000  * exceeds the given count, "needed".
3001  *
3002  * The given PV list lock may be released.
3003  */
3004 static void
3005 reserve_pv_entries(pmap_t pmap, int needed, struct rwlock **lockp)
3006 {
3007         struct pch new_tail;
3008         struct pv_chunk *pc;
3009         int avail, free;
3010         vm_page_t m;
3011
3012         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
3013         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3014         KASSERT(lockp != NULL, ("reserve_pv_entries: lockp is NULL"));
3015
3016         /*
3017          * Newly allocated PV chunks must be stored in a private list until
3018          * the required number of PV chunks have been allocated.  Otherwise,
3019          * reclaim_pv_chunk() could recycle one of these chunks.  In
3020          * contrast, these chunks must be added to the pmap upon allocation.
3021          */
3022         TAILQ_INIT(&new_tail);
3023 retry:
3024         avail = 0;
3025         TAILQ_FOREACH(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list) {
3026                 if ((cpu_feature2 & CPUID2_POPCNT) == 0) {
3027                         free = popcnt_pc_map_elem(pc->pc_map[0]);
3028                         free += popcnt_pc_map_elem(pc->pc_map[1]);
3029                         free += popcnt_pc_map_elem(pc->pc_map[2]);
3030                 } else {
3031                         free = popcntq(pc->pc_map[0]);
3032                         free += popcntq(pc->pc_map[1]);
3033                         free += popcntq(pc->pc_map[2]);
3034                 }
3035                 if (free == 0)
3036                         break;
3037                 avail += free;
3038                 if (avail >= needed)
3039                         break;
3040         }
3041         for (; avail < needed; avail += _NPCPV) {
3042                 m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
3043                     VM_ALLOC_WIRED);
3044                 if (m == NULL) {
3045                         m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
3046                         if (m == NULL)
3047                                 goto retry;
3048                 }
3049                 PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
3050                 PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
3051                 dump_add_page(m->phys_addr);
3052                 pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
3053                 pc->pc_pmap = pmap;
3054                 pc->pc_map[0] = PC_FREE0;
3055                 pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
3056                 pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
3057                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3058                 TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail, pc, pc_lru);
3059                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
3060         }
3061         if (!TAILQ_EMPTY(&new_tail)) {
3062                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
3063                 TAILQ_CONCAT(&pv_chunks, &new_tail, pc_lru);
3064                 mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
3065         }
3066 }
3067
3068 /*
3069  * First find and then remove the pv entry for the specified pmap and virtual
3070  * address from the specified pv list.  Returns the pv entry if found and NULL
3071  * otherwise.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or
3072  * 2MB page mappings.
3073  */
3074 static __inline pv_entry_t
3075 pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3076 {
3077         pv_entry_t pv;
3078
3079         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
3080         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
3081                 if (pmap == PV_PMAP(pv) && va == pv->pv_va) {
3082                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
3083                         pvh->pv_gen++;
3084                         break;
3085                 }
3086         }
3087         return (pv);
3088 }
3089
3090 /*
3091  * After demotion from a 2MB page mapping to 512 4KB page mappings,
3092  * destroy the pv entry for the 2MB page mapping and reinstantiate the pv
3093  * entries for each of the 4KB page mappings.
3094  */
3095 static void
3096 pmap_pv_demote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
3097     struct rwlock **lockp)
3098 {
3099         struct md_page *pvh;
3100         struct pv_chunk *pc;
3101         pv_entry_t pv;
3102         vm_offset_t va_last;
3103         vm_page_t m;
3104         int bit, field;
3105
3106         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
3107         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3108         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
3109             ("pmap_pv_demote_pde: pa is not 2mpage aligned"));
3110         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
3111
3112         /*
3113          * Transfer the 2mpage's pv entry for this mapping to the first
3114          * page's pv list.  Once this transfer begins, the pv list lock
3115          * must not be released until the last pv entry is reinstantiated.
3116          */
3117         pvh = pa_to_pvh(pa);
3118         va = trunc_2mpage(va);
3119         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
3120         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_demote_pde: pv not found"));
3121         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
3122         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3123         m->md.pv_gen++;
3124         /* Instantiate the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
3125         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, NPTEPG - 1));
3126         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
3127         for (;;) {
3128                 pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
3129                 KASSERT(pc->pc_map[0] != 0 || pc->pc_map[1] != 0 ||
3130                     pc->pc_map[2] != 0, ("pmap_pv_demote_pde: missing spare"));
3131                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
3132                         while (pc->pc_map[field]) {
3133                                 bit = bsfq(pc->pc_map[field]);
3134                                 pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
3135                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
3136                                 va += PAGE_SIZE;
3137                                 pv->pv_va = va;
3138                                 m++;
3139                                 KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
3140                             ("pmap_pv_demote_pde: page %p is not managed", m));
3141                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3142                                 m->md.pv_gen++;
3143                                 if (va == va_last)
3144                                         goto out;
3145                         }
3146                 }
3147                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3148                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3149         }
3150 out:
3151         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 && pc->pc_map[2] == 0) {
3152                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3153                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3154         }
3155         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, NPTEPG - 1));
3156         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, NPTEPG - 1));
3157 }
3158
3159 /*
3160  * After promotion from 512 4KB page mappings to a single 2MB page mapping,
3161  * replace the many pv entries for the 4KB page mappings by a single pv entry
3162  * for the 2MB page mapping.
3163  */
3164 static void
3165 pmap_pv_promote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
3166     struct rwlock **lockp)
3167 {
3168         struct md_page *pvh;
3169         pv_entry_t pv;
3170         vm_offset_t va_last;
3171         vm_page_t m;
3172
3173         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
3174         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
3175             ("pmap_pv_promote_pde: pa is not 2mpage aligned"));
3176         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
3177
3178         /*
3179          * Transfer the first page's pv entry for this mapping to the 2mpage's
3180          * pv list.  Aside from avoiding the cost of a call to get_pv_entry(),
3181          * a transfer avoids the possibility that get_pv_entry() calls
3182          * reclaim_pv_chunk() and that reclaim_pv_chunk() removes one of the
3183          * mappings that is being promoted.
3184          */
3185         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
3186         va = trunc_2mpage(va);
3187         pv = pmap_pvh_remove(&m->md, pmap, va);
3188         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_promote_pde: pv not found"));
3189         pvh = pa_to_pvh(pa);
3190         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
3191         pvh->pv_gen++;
3192         /* Free the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
3193         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
3194         do {
3195                 m++;
3196                 va += PAGE_SIZE;
3197                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
3198         } while (va < va_last);
3199 }
3200
3201 /*
3202  * First find and then destroy the pv entry for the specified pmap and virtual
3203  * address.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or 2MB
3204  * page mappings.
3205  */
3206 static void
3207 pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3208 {
3209         pv_entry_t pv;
3210
3211         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
3212         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pvh_free: pv not found"));
3213         free_pv_entry(pmap, pv);
3214 }
3215
3216 /*
3217  * Conditionally create the PV entry for a 4KB page mapping if the required
3218  * memory can be allocated without resorting to reclamation.
3219  */
3220 static boolean_t
3221 pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
3222     struct rwlock **lockp)
3223 {
3224         pv_entry_t pv;
3225
3226         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
3227         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3228         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
3229         if ((pv = get_pv_entry(pmap, NULL)) != NULL) {
3230                 pv->pv_va = va;
3231                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
3232                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3233                 m->md.pv_gen++;
3234                 return (TRUE);
3235         } else
3236                 return (FALSE);
3237 }
3238
3239 /*
3240  * Conditionally create the PV entry for a 2MB page mapping if the required
3241  * memory can be allocated without resorting to reclamation.
3242  */
3243 static boolean_t
3244 pmap_pv_insert_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
3245     struct rwlock **lockp)
3246 {
3247         struct md_page *pvh;
3248         pv_entry_t pv;
3249
3250         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
3251         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3252         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
3253         if ((pv = get_pv_entry(pmap, NULL)) != NULL) {
3254                 pv->pv_va = va;
3255                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
3256                 pvh = pa_to_pvh(pa);
3257                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
3258                 pvh->pv_gen++;
3259                 return (TRUE);
3260         } else
3261                 return (FALSE);
3262 }
3263
3264 /*
3265  * Fills a page table page with mappings to consecutive physical pages.
3266  */
3267 static void
3268 pmap_fill_ptp(pt_entry_t *firstpte, pt_entry_t newpte)
3269 {
3270         pt_entry_t *pte;
3271
3272         for (pte = firstpte; pte < firstpte + NPTEPG; pte++) {
3273                 *pte = newpte;
3274                 newpte += PAGE_SIZE;
3275         }
3276 }
3277
3278 /*
3279  * Tries to demote a 2MB page mapping.  If demotion fails, the 2MB page
3280  * mapping is invalidated.
3281  */
3282 static boolean_t
3283 pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
3284 {
3285         struct rwlock *lock;
3286         boolean_t rv;
3287
3288         lock = NULL;
3289         rv = pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
3290         if (lock != NULL)
3291                 rw_wunlock(lock);
3292         return (rv);
3293 }
3294
3295 static boolean_t
3296 pmap_demote_pde_locked(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
3297     struct rwlock **lockp)
3298 {
3299         pd_entry_t newpde, oldpde;
3300         pt_entry_t *firstpte, newpte;
3301         pt_entry_t PG_A, PG_G, PG_M, PG_RW, PG_V;
3302         vm_paddr_t mptepa;
3303         vm_page_t mpte;
3304         struct spglist free;
3305         int PG_PTE_CACHE;
3306
3307         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
3308         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
3309         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
3310         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
3311         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3312         PG_PTE_CACHE = pmap_cache_mask(pmap, 0);
3313
3314         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3315         oldpde = *pde;
3316         KASSERT((oldpde & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V),
3317             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_PS and/or PG_V"));
3318         if ((oldpde & PG_A) != 0 && (mpte = pmap_lookup_pt_page(pmap, va)) !=
3319             NULL)
3320                 pmap_remove_pt_page(pmap, mpte);
3321         else {
3322                 KASSERT((oldpde & PG_W) == 0,
3323                     ("pmap_demote_pde: page table page for a wired mapping"
3324                     " is missing"));
3325
3326                 /*
3327                  * Invalidate the 2MB page mapping and return "failure" if the
3328                  * mapping was never accessed or the allocation of the new
3329                  * page table page fails.  If the 2MB page mapping belongs to
3330                  * the direct map region of the kernel's address space, then
3331                  * the page allocation request specifies the highest possible
3332                  * priority (VM_ALLOC_INTERRUPT).  Otherwise, the priority is
3333                  * normal.  Page table pages are preallocated for every other
3334                  * part of the kernel address space, so the direct map region
3335                  * is the only part of the kernel address space that must be
3336                  * handled here.
3337                  */
3338                 if ((oldpde & PG_A) == 0 || (mpte = vm_page_alloc(NULL,
3339                     pmap_pde_pindex(va), (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va <
3340                     DMAP_MAX_ADDRESS ? VM_ALLOC_INTERRUPT : VM_ALLOC_NORMAL) |
3341                     VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED)) == NULL) {
3342                         SLIST_INIT(&free);
3343                         pmap_remove_pde(pmap, pde, trunc_2mpage(va), &free,
3344                             lockp);
3345                         pmap_invalidate_page(pmap, trunc_2mpage(va));
3346                         pmap_free_zero_pages(&free);
3347                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: failure for va %#lx"
3348                             " in pmap %p", va, pmap);
3349                         return (FALSE);
3350                 }
3351                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
3352                         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
3353         }
3354         mptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpte);
3355         firstpte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mptepa);
3356         newpde = mptepa | PG_M | PG_A | (oldpde & PG_U) | PG_RW | PG_V;
3357         KASSERT((oldpde & PG_A) != 0,
3358             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_A"));
3359         KASSERT((oldpde & (PG_M | PG_RW)) != PG_RW,
3360             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_M"));
3361         newpte = oldpde & ~PG_PS;
3362         newpte = pmap_swap_pat(pmap, newpte);
3363
3364         /*
3365          * If the page table page is new, initialize it.
3366          */
3367         if (mpte->wire_count == 1) {
3368                 mpte->wire_count = NPTEPG;
3369                 pmap_fill_ptp(firstpte, newpte);
3370         }
3371         KASSERT((*firstpte & PG_FRAME) == (newpte & PG_FRAME),
3372             ("pmap_demote_pde: firstpte and newpte map different physical"
3373             " addresses"));
3374
3375         /*
3376          * If the mapping has changed attributes, update the page table
3377          * entries.
3378          */
3379         if ((*firstpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpte & PG_PTE_PROMOTE))
3380                 pmap_fill_ptp(firstpte, newpte);
3381
3382         /*
3383          * The spare PV entries must be reserved prior to demoting the
3384          * mapping, that is, prior to changing the PDE.  Otherwise, the state
3385          * of the PDE and the PV lists will be inconsistent, which can result
3386          * in reclaim_pv_chunk() attempting to remove a PV entry from the
3387          * wrong PV list and pmap_pv_demote_pde() failing to find the expected
3388          * PV entry for the 2MB page mapping that is being demoted.
3389          */
3390         if ((oldpde & PG_MANAGED) != 0)
3391                 reserve_pv_entries(pmap, NPTEPG - 1, lockp);
3392
3393         /*
3394          * Demote the mapping.  This pmap is locked.  The old PDE has
3395          * PG_A set.  If the old PDE has PG_RW set, it also has PG_M
3396          * set.  Thus, there is no danger of a race with another
3397          * processor changing the setting of PG_A and/or PG_M between
3398          * the read above and the store below. 
3399          */
3400         if (workaround_erratum383)
3401                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, newpde);
3402         else
3403                 pde_store(pde, newpde);
3404
3405         /*
3406          * Invalidate a stale recursive mapping of the page table page.
3407          */
3408         if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
3409                 pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopte(va));
3410
3411         /*
3412          * Demote the PV entry.
3413          */
3414         if ((oldpde & PG_MANAGED) != 0)
3415                 pmap_pv_demote_pde(pmap, va, oldpde & PG_PS_FRAME, lockp);
3416
3417         atomic_add_long(&pmap_pde_demotions, 1);
3418         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: success for va %#lx"
3419             " in pmap %p", va, pmap);
3420         return (TRUE);
3421 }
3422
3423 /*
3424  * pmap_remove_kernel_pde: Remove a kernel superpage mapping.
3425  */
3426 static void
3427 pmap_remove_kernel_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
3428 {
3429         pd_entry_t newpde;
3430         vm_paddr_t mptepa;
3431         vm_page_t mpte;
3432
3433         KASSERT(pmap == kernel_pmap, ("pmap %p is not kernel_pmap", pmap));
3434         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3435         mpte = pmap_lookup_pt_page(pmap, va);
3436         if (mpte == NULL)
3437                 panic("pmap_remove_kernel_pde: Missing pt page.");
3438
3439         pmap_remove_pt_page(pmap, mpte);
3440         mptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpte);
3441         newpde = mptepa | X86_PG_M | X86_PG_A | X86_PG_RW | X86_PG_V;
3442
3443         /*
3444          * Initialize the page table page.
3445          */
3446         pagezero((void *)PHYS_TO_DMAP(mptepa));
3447
3448         /*
3449          * Demote the mapping.
3450          */
3451         if (workaround_erratum383)
3452                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, newpde);
3453         else
3454                 pde_store(pde, newpde);
3455
3456         /*
3457          * Invalidate a stale recursive mapping of the page table page.
3458          */
3459         pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopte(va));
3460 }
3461
3462 /*
3463  * pmap_remove_pde: do the things to unmap a superpage in a process
3464  */
3465 static int
3466 pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
3467     struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
3468 {
3469         struct md_page *pvh;
3470         pd_entry_t oldpde;
3471         vm_offset_t eva, va;
3472         vm_page_t m, mpte;
3473         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW;
3474
3475         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
3476         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
3477         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
3478         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
3479
3480         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3481         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
3482             ("pmap_remove_pde: sva is not 2mpage aligned"));
3483         oldpde = pte_load_clear(pdq);
3484         if (oldpde & PG_W)
3485                 pmap->pm_stats.wired_count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
3486
3487         /*
3488          * Machines that don't support invlpg, also don't support
3489          * PG_G.
3490          */
3491         if (oldpde & PG_G)
3492                 pmap_invalidate_page(kernel_pmap, sva);
3493         pmap_resident_count_dec(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
3494         if (oldpde & PG_MANAGED) {
3495                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, oldpde & PG_PS_FRAME);
3496                 pvh = pa_to_pvh(oldpde & PG_PS_FRAME);
3497                 pmap_pvh_free(pvh, pmap, sva);
3498                 eva = sva + NBPDR;
3499                 for (va = sva, m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
3500                     va < eva; va += PAGE_SIZE, m++) {
3501                         if ((oldpde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
3502                                 vm_page_dirty(m);
3503                         if (oldpde & PG_A)
3504                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
3505                         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
3506                             TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
3507                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
3508                 }
3509         }
3510         if (pmap == kernel_pmap) {
3511                 pmap_remove_kernel_pde(pmap, pdq, sva);
3512         } else {
3513                 mpte = pmap_lookup_pt_page(pmap, sva);
3514                 if (mpte != NULL) {
3515                         pmap_remove_pt_page(pmap, mpte);
3516                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3517                         KASSERT(mpte->wire_count == NPTEPG,
3518                             ("pmap_remove_pde: pte page wire count error"));
3519                         mpte->wire_count = 0;
3520                         pmap_add_delayed_free_list(mpte, free, FALSE);
3521                         atomic_subtract_int(&vm_cnt.v_wire_count, 1);
3522                 }
3523         }
3524         return (pmap_unuse_pt(pmap, sva, *pmap_pdpe(pmap, sva), free));
3525 }
3526
3527 /*
3528  * pmap_remove_pte: do the things to unmap a page in a process
3529  */
3530 static int
3531 pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t va, 
3532     pd_entry_t ptepde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
3533 {
3534         struct md_page *pvh;
3535         pt_entry_t oldpte, PG_A, PG_M, PG_RW;
3536         vm_page_t m;
3537
3538         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
3539         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
3540         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
3541
3542         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3543         oldpte = pte_load_clear(ptq);
3544         if (oldpte & PG_W)
3545                 pmap->pm_stats.wired_count -= 1;
3546         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3547         if (oldpte & PG_MANAGED) {
3548                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpte & PG_FRAME);
3549                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
3550                         vm_page_dirty(m);
3551                 if (oldpte & PG_A)
3552                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
3553                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
3554                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
3555                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
3556                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
3557                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3558                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
3559                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
3560                 }
3561         }
3562         return (pmap_unuse_pt(pmap, va, ptepde, free));
3563 }
3564
3565 /*
3566  * Remove a single page from a process address space
3567  */
3568 static void
3569 pmap_remove_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
3570     struct spglist *free)
3571 {
3572         struct rwlock *lock;
3573         pt_entry_t *pte, PG_V;
3574
3575         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3576         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3577         if ((*pde & PG_V) == 0)
3578                 return;
3579         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
3580         if ((*pte & PG_V) == 0)
3581                 return;
3582         lock = NULL;
3583         pmap_remove_pte(pmap, pte, va, *pde, free, &lock);
3584         if (lock != NULL)
3585                 rw_wunlock(lock);
3586         pmap_invalidate_page(pmap, va);
3587 }
3588
3589 /*
3590  *      Remove the given range of addresses from the specified map.
3591  *
3592  *      It is assumed that the start and end are properly
3593  *      rounded to the page size.
3594  */
3595 void
3596 pmap_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3597 {
3598         struct rwlock *lock;
3599         vm_offset_t va, va_next;
3600         pml4_entry_t *pml4e;
3601         pdp_entry_t *pdpe;
3602         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
3603         pt_entry_t *pte, PG_G, PG_V;
3604         struct spglist free;
3605         int anyvalid;
3606
3607         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
3608         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3609
3610         /*
3611          * Perform an unsynchronized read.  This is, however, safe.
3612          */
3613         if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
3614                 return;
3615
3616         anyvalid = 0;
3617         SLIST_INIT(&free);
3618
3619         rw_rlock(&pvh_global_lock);
3620         PMAP_LOCK(pmap);
3621
3622         /*
3623          * special handling of removing one page.  a very
3624          * common operation and easy to short circuit some
3625          * code.
3626          */
3627         if (sva + PAGE_SIZE == eva) {
3628                 pde = pmap_pde(pmap, sva);
3629                 if (pde && (*pde & PG_PS) == 0) {
3630                         pmap_remove_page(pmap, sva, pde, &free);
3631                         goto out;
3632                 }
3633         }
3634
3635         lock = NULL;
3636         for (; sva < eva; sva = va_next) {
3637
3638                 if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
3639                         break;
3640
3641                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
3642                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
3643                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
3644                         if (va_next < sva)
3645                                 va_next = eva;
3646                         continue;
3647                 }
3648
3649                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
3650                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
3651                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
3652                         if (va_next < sva)
3653                                 va_next = eva;
3654                         continue;
3655                 }
3656
3657                 /*
3658                  * Calculate index for next page table.
3659                  */
3660                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
3661                 if (va_next < sva)
3662                         va_next = eva;
3663
3664                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
3665                 ptpaddr = *pde;
3666
3667                 /*
3668                  * Weed out invalid mappings.
3669                  */
3670                 if (ptpaddr == 0)
3671                         continue;
3672
3673                 /*
3674                  * Check for large page.
3675                  */
3676                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
3677                         /*
3678                          * Are we removing the entire large page?  If not,
3679                          * demote the mapping and fall through.
3680                          */
3681                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
3682                                 /*
3683                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
3684                                  * invalidated by pmap_remove_pde().
3685                                  */
3686                                 if ((ptpaddr & PG_G) == 0)
3687                                         anyvalid = 1;
3688                                 pmap_remove_pde(pmap, pde, sva, &free, &lock);
3689                                 continue;
3690                         } else if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, sva,
3691                             &lock)) {
3692                                 /* The large page mapping was destroyed. */
3693                                 continue;
3694                         } else
3695                                 ptpaddr = *pde;
3696                 }
3697
3698                 /*
3699                  * Limit our scan to either the end of the va represented
3700                  * by the current page table page, or to the end of the
3701                  * range being removed.
3702                  */
3703                 if (va_next > eva)
3704                         va_next = eva;
3705
3706                 va = va_next;
3707                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
3708                     sva += PAGE_SIZE) {
3709                         if (*pte == 0) {
3710                                 if (va != va_next) {
3711                                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
3712                                         va = va_next;
3713                                 }
3714                                 continue;
3715                         }
3716                         if ((*pte & PG_G) == 0)
3717                                 anyvalid = 1;
3718                         else if (va == va_next)
3719                                 va = sva;
3720                         if (pmap_remove_pte(pmap, pte, sva, ptpaddr, &free,
3721                             &lock)) {
3722                                 sva += PAGE_SIZE;
3723                                 break;
3724                         }
3725                 }
3726                 if (va != va_next)
3727                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
3728         }
3729         if (lock != NULL)
3730                 rw_wunlock(lock);
3731 out:
3732         if (anyvalid)
3733                 pmap_invalidate_all(pmap);
3734         rw_runlock(&pvh_global_lock);   
3735         PMAP_UNLOCK(pmap);
3736         pmap_free_zero_pages(&free);
3737 }
3738
3739 /*
3740  *      Routine:        pmap_remove_all
3741  *      Function:
3742  *              Removes this physical page from
3743  *              all physical maps in which it resides.
3744  *              Reflects back modify bits to the pager.
3745  *
3746  *      Notes:
3747  *              Original versions of this routine were very
3748  *              inefficient because they iteratively called
3749  *              pmap_remove (slow...)
3750  */
3751
3752 void
3753 pmap_remove_all(vm_page_t m)
3754 {
3755         struct md_page *pvh;
3756         pv_entry_t pv;
3757         pmap_t pmap;
3758         pt_entry_t *pte, tpte, PG_A, PG_M, PG_RW;
3759         pd_entry_t *pde;
3760         vm_offset_t va;
3761         struct spglist free;
3762
3763         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
3764             ("pmap_remove_all: page %p is not managed", m));
3765         SLIST_INIT(&free);
3766         rw_wlock(&pvh_global_lock);
3767         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0)
3768                 goto small_mappings;
3769         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3770         while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != NULL) {
3771                 pmap = PV_PMAP(pv);
3772                 PMAP_LOCK(pmap);
3773                 va = pv->pv_va;
3774                 pde = pmap_pde(pmap, va);
3775                 (void)pmap_demote_pde(pmap, pde, va);
3776                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3777         }
3778 small_mappings:
3779         while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
3780                 pmap = PV_PMAP(pv);
3781                 PMAP_LOCK(pmap);
3782                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
3783                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
3784                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
3785                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3786                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
3787                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_remove_all: found"
3788                     " a 2mpage in page %p's pv list", m));
3789                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
3790                 tpte = pte_load_clear(pte);
3791                 if (tpte & PG_W)
3792                         pmap->pm_stats.wired_count--;
3793                 if (tpte & PG_A)
3794                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
3795
3796                 /*
3797                  * Update the vm_page_t clean and reference bits.
3798                  */
3799                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
3800                         vm_page_dirty(m);
3801                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, *pde, &free);
3802                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
3803                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3804                 m->md.pv_gen++;
3805                 free_pv_entry(pmap, pv);
3806                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3807         }
3808         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
3809         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
3810         pmap_free_zero_pages(&free);
3811 }
3812
3813 /*
3814  * pmap_protect_pde: do the things to protect a 2mpage in a process
3815  */
3816 static boolean_t
3817 pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva, vm_prot_t prot)
3818 {
3819         pd_entry_t newpde, oldpde;
3820         vm_offset_t eva, va;
3821         vm_page_t m;
3822         boolean_t anychanged;
3823         pt_entry_t PG_G, PG_M, PG_RW;
3824
3825         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
3826         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
3827         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
3828
3829         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3830         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
3831             ("pmap_protect_pde: sva is not 2mpage aligned"));
3832         anychanged = FALSE;
3833 retry:
3834         oldpde = newpde = *pde;
3835         if (oldpde & PG_MANAGED) {
3836                 eva = sva + NBPDR;
3837                 for (va = sva, m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
3838                     va < eva; va += PAGE_SIZE, m++)
3839                         if ((oldpde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
3840                                 vm_page_dirty(m);
3841         }
3842         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0)
3843                 newpde &= ~(PG_RW | PG_M);
3844         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
3845                 newpde |= pg_nx;
3846         if (newpde != oldpde) {
3847                 if (!atomic_cmpset_long(pde, oldpde, newpde))
3848                         goto retry;
3849                 if (oldpde & PG_G)
3850                         pmap_invalidate_page(pmap, sva);
3851                 else
3852                         anychanged = TRUE;
3853         }
3854         return (anychanged);
3855 }
3856
3857 /*
3858  *      Set the physical protection on the
3859  *      specified range of this map as requested.
3860  */
3861 void
3862 pmap_protect(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, vm_prot_t prot)
3863 {
3864         vm_offset_t va_next;
3865         pml4_entry_t *pml4e;
3866         pdp_entry_t *pdpe;
3867         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
3868         pt_entry_t *pte, PG_G, PG_M, PG_RW, PG_V;
3869         boolean_t anychanged, pv_lists_locked;
3870
3871         KASSERT((prot & ~VM_PROT_ALL) == 0, ("invalid prot %x", prot));
3872         if (prot == VM_PROT_NONE) {
3873                 pmap_remove(pmap, sva, eva);
3874                 return;
3875         }
3876
3877         if ((prot & (VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE)) ==
3878             (VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE))
3879                 return;
3880
3881         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
3882         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
3883         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3884         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
3885         pv_lists_locked = FALSE;
3886 resume:
3887         anychanged = FALSE;
3888
3889         PMAP_LOCK(pmap);
3890         for (; sva < eva; sva = va_next) {
3891
3892                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
3893                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
3894                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
3895                         if (va_next < sva)
3896                                 va_next = eva;
3897                         continue;
3898                 }
3899
3900                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
3901                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
3902                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
3903                         if (va_next < sva)
3904                                 va_next = eva;
3905                         continue;
3906                 }
3907
3908                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
3909                 if (va_next < sva)
3910                         va_next = eva;
3911
3912                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
3913                 ptpaddr = *pde;
3914
3915                 /*
3916                  * Weed out invalid mappings.
3917                  */
3918                 if (ptpaddr == 0)
3919                         continue;
3920
3921                 /*
3922                  * Check for large page.
3923                  */
3924                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
3925                         /*
3926                          * Are we protecting the entire large page?  If not,
3927                          * demote the mapping and fall through.
3928                          */
3929                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
3930                                 /*
3931                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
3932                                  * invalidated by pmap_protect_pde().
3933                                  */
3934                                 if (pmap_protect_pde(pmap, pde, sva, prot))
3935                                         anychanged = TRUE;
3936                                 continue;
3937                         } else {
3938                                 if (!pv_lists_locked) {
3939                                         pv_lists_locked = TRUE;
3940                                         if (!rw_try_rlock(&pvh_global_lock)) {
3941                                                 if (anychanged)
3942                                                         pmap_invalidate_all(
3943                                                             pmap);
3944                                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3945                                                 rw_rlock(&pvh_global_lock);
3946                                                 goto resume;
3947                                         }
3948                                 }
3949                                 if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, sva)) {
3950                                         /*
3951                                          * The large page mapping was
3952                                          * destroyed.
3953                                          */
3954                                         continue;
3955                                 }
3956                         }
3957                 }
3958
3959                 if (va_next > eva)
3960                         va_next = eva;
3961
3962                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
3963                     sva += PAGE_SIZE) {
3964                         pt_entry_t obits, pbits;
3965                         vm_page_t m;
3966
3967 retry:
3968                         obits = pbits = *pte;
3969                         if ((pbits & PG_V) == 0)
3970                                 continue;
3971
3972                         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
3973                                 if ((pbits & (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) ==
3974                                     (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) {
3975                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pbits & PG_FRAME);
3976                                         vm_page_dirty(m);
3977                                 }
3978                                 pbits &= ~(PG_RW | PG_M);
3979                         }
3980                         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
3981                                 pbits |= pg_nx;
3982
3983                         if (pbits != obits) {
3984                                 if (!atomic_cmpset_long(pte, obits, pbits))
3985                                         goto retry;
3986                                 if (obits & PG_G)
3987                                         pmap_invalidate_page(pmap, sva);
3988                                 else
3989                                         anychanged = TRUE;
3990                         }
3991                 }
3992         }
3993         if (anychanged)
3994                 pmap_invalidate_all(pmap);
3995         if (pv_lists_locked)
3996                 rw_runlock(&pvh_global_lock);
3997         PMAP_UNLOCK(pmap);
3998 }
3999
4000 /*
4001  * Tries to promote the 512, contiguous 4KB page mappings that are within a
4002  * single page table page (PTP) to a single 2MB page mapping.  For promotion
4003  * to occur, two conditions must be met: (1) the 4KB page mappings must map
4004  * aligned, contiguous physical memory and (2) the 4KB page mappings must have
4005  * identical characteristics. 
4006  */
4007 static void
4008 pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
4009     struct rwlock **lockp)
4010 {
4011         pd_entry_t newpde;
4012         pt_entry_t *firstpte, oldpte, pa, *pte;
4013         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
4014         vm_offset_t oldpteva;
4015         vm_page_t mpte;
4016         int PG_PTE_CACHE;
4017
4018         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
4019         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
4020         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4021         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4022         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4023         PG_PTE_CACHE = pmap_cache_mask(pmap, 0);
4024
4025         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4026
4027         /*
4028          * Examine the first PTE in the specified PTP.  Abort if this PTE is
4029          * either invalid, unused, or does not map the first 4KB physical page
4030          * within a 2MB page. 
4031          */
4032         firstpte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pde & PG_FRAME);
4033 setpde:
4034         newpde = *firstpte;
4035         if ((newpde & ((PG_FRAME & PDRMASK) | PG_A | PG_V)) != (PG_A | PG_V)) {
4036                 atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
4037                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
4038                     " in pmap %p", va, pmap);
4039                 return;
4040         }
4041         if ((newpde & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
4042                 /*
4043                  * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared without
4044                  * a TLB invalidation.
4045                  */
4046                 if (!atomic_cmpset_long(firstpte, newpde, newpde & ~PG_RW))
4047                         goto setpde;
4048                 newpde &= ~PG_RW;
4049         }
4050
4051         /*
4052          * Examine each of the other PTEs in the specified PTP.  Abort if this
4053          * PTE maps an unexpected 4KB physical page or does not have identical
4054          * characteristics to the first PTE.
4055          */
4056         pa = (newpde & (PG_PS_FRAME | PG_A | PG_V)) + NBPDR - PAGE_SIZE;
4057         for (pte = firstpte + NPTEPG - 1; pte > firstpte; pte--) {
4058 setpte:
4059                 oldpte = *pte;
4060                 if ((oldpte & (PG_FRAME | PG_A | PG_V)) != pa) {
4061                         atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
4062                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
4063                             " in pmap %p", va, pmap);
4064                         return;
4065                 }
4066                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
4067                         /*
4068                          * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared
4069                          * without a TLB invalidation.
4070                          */
4071                         if (!atomic_cmpset_long(pte, oldpte, oldpte & ~PG_RW))
4072                                 goto setpte;
4073                         oldpte &= ~PG_RW;
4074                         oldpteva = (oldpte & PG_FRAME & PDRMASK) |
4075                             (va & ~PDRMASK);
4076                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: protect for va %#lx"
4077                             " in pmap %p", oldpteva, pmap);
4078                 }
4079                 if ((oldpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpde & PG_PTE_PROMOTE)) {
4080                         atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
4081                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
4082                             " in pmap %p", va, pmap);
4083                         return;
4084                 }
4085                 pa -= PAGE_SIZE;
4086         }
4087
4088         /*
4089          * Save the page table page in its current state until the PDE
4090          * mapping the superpage is demoted by pmap_demote_pde() or
4091          * destroyed by pmap_remove_pde(). 
4092          */
4093         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
4094         KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
4095             mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
4096             ("pmap_promote_pde: page table page is out of range"));
4097         KASSERT(mpte->pindex == pmap_pde_pindex(va),
4098             ("pmap_promote_pde: page table page's pindex is wrong"));
4099         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mpte)) {
4100                 atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
4101                 CTR2(KTR_PMAP,
4102                     "pmap_promote_pde: failure for va %#lx in pmap %p", va,
4103                     pmap);
4104                 return;
4105         }
4106
4107         /*
4108          * Promote the pv entries.
4109          */
4110         if ((newpde & PG_MANAGED) != 0)
4111                 pmap_pv_promote_pde(pmap, va, newpde & PG_PS_FRAME, lockp);
4112
4113         /*
4114          * Propagate the PAT index to its proper position.
4115          */
4116         newpde = pmap_swap_pat(pmap, newpde);
4117
4118         /*
4119          * Map the superpage.
4120          */
4121         if (workaround_erratum383)
4122                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, PG_PS | newpde);
4123         else
4124                 pde_store(pde, PG_PS | newpde);
4125
4126         atomic_add_long(&pmap_pde_promotions, 1);
4127         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: success for va %#lx"
4128             " in pmap %p", va, pmap);
4129 }
4130
4131 /*
4132  *      Insert the given physical page (p) at
4133  *      the specified virtual address (v) in the
4134  *      target physical map with the protection requested.
4135  *
4136  *      If specified, the page will be wired down, meaning
4137  *      that the related pte can not be reclaimed.
4138  *
4139  *      NB:  This is the only routine which MAY NOT lazy-evaluate
4140  *      or lose information.  That is, this routine must actually
4141  *      insert this page into the given map NOW.
4142  */
4143 int
4144 pmap_enter(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
4145     u_int flags, int8_t psind __unused)
4146 {
4147         struct rwlock *lock;
4148         pd_entry_t *pde;
4149         pt_entry_t *pte, PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
4150         pt_entry_t newpte, origpte;
4151         pv_entry_t pv;
4152         vm_paddr_t opa, pa;
4153         vm_page_t mpte, om;
4154         boolean_t nosleep;
4155
4156         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
4157         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
4158         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4159         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4160         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4161
4162         va = trunc_page(va);
4163         KASSERT(va <= VM_MAX_KERNEL_ADDRESS, ("pmap_enter: toobig"));
4164         KASSERT(va < UPT_MIN_ADDRESS || va >= UPT_MAX_ADDRESS,
4165             ("pmap_enter: invalid to pmap_enter page table pages (va: 0x%lx)",
4166             va));
4167         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0 || va < kmi.clean_sva ||
4168             va >= kmi.clean_eva,
4169             ("pmap_enter: managed mapping within the clean submap"));
4170         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 && !vm_page_xbusied(m))
4171                 VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m->object);
4172         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
4173         newpte = (pt_entry_t)(pa | PG_A | PG_V);
4174         if ((flags & VM_PROT_WRITE) != 0)
4175                 newpte |= PG_M;
4176         if ((prot & VM_PROT_WRITE) != 0)
4177                 newpte |= PG_RW;
4178         KASSERT((newpte & (PG_M | PG_RW)) != PG_M,
4179             ("pmap_enter: flags includes VM_PROT_WRITE but prot doesn't"));
4180         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
4181                 newpte |= pg_nx;
4182         if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) != 0)
4183                 newpte |= PG_W;
4184         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
4185                 newpte |= PG_U;
4186         if (pmap == kernel_pmap)
4187                 newpte |= PG_G;
4188         newpte |= pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, 0);
4189
4190         /*
4191          * Set modified bit gratuitously for writeable mappings if
4192          * the page is unmanaged. We do not want to take a fault
4193          * to do the dirty bit accounting for these mappings.
4194          */
4195         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0) {
4196                 if ((newpte & PG_RW) != 0)
4197                         newpte |= PG_M;
4198         }
4199
4200         mpte = NULL;
4201
4202         lock = NULL;
4203         rw_rlock(&pvh_global_lock);
4204         PMAP_LOCK(pmap);
4205
4206         /*
4207          * In the case that a page table page is not
4208          * resident, we are creating it here.
4209          */
4210 retry:
4211         pde = pmap_pde(pmap, va);
4212         if (pde != NULL && (*pde & PG_V) != 0 && ((*pde & PG_PS) == 0 ||
4213             pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock))) {
4214                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
4215                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS && mpte == NULL) {
4216                         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
4217                         mpte->wire_count++;
4218                 }
4219         } else if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
4220                 /*
4221                  * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been
4222                  * deallocated.
4223                  */
4224                 nosleep = (flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0;
4225                 mpte = _pmap_allocpte(pmap, pmap_pde_pindex(va),
4226                     nosleep ? NULL : &lock);
4227                 if (mpte == NULL && nosleep) {
4228                         if (lock != NULL)
4229                                 rw_wunlock(lock);
4230                         rw_runlock(&pvh_global_lock);
4231                         PMAP_UNLOCK(pmap);
4232                         return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
4233                 }
4234                 goto retry;
4235         } else
4236                 panic("pmap_enter: invalid page directory va=%#lx", va);
4237
4238         origpte = *pte;
4239
4240         /*
4241          * Is the specified virtual address already mapped?
4242          */
4243         if ((origpte & PG_V) != 0) {
4244                 /*
4245                  * Wiring change, just update stats. We don't worry about
4246                  * wiring PT pages as they remain resident as long as there
4247                  * are valid mappings in them. Hence, if a user page is wired,
4248                  * the PT page will be also.
4249                  */
4250                 if ((newpte & PG_W) != 0 && (origpte & PG_W) == 0)
4251                         pmap->pm_stats.wired_count++;
4252                 else if ((newpte & PG_W) == 0 && (origpte & PG_W) != 0)
4253                         pmap->pm_stats.wired_count--;
4254
4255                 /*
4256                  * Remove the extra PT page reference.
4257                  */
4258                 if (mpte != NULL) {
4259                         mpte->wire_count--;
4260                         KASSERT(mpte->wire_count > 0,
4261                             ("pmap_enter: missing reference to page table page,"
4262                              " va: 0x%lx", va));
4263                 }
4264
4265                 /*
4266                  * Has the physical page changed?
4267                  */
4268                 opa = origpte & PG_FRAME;
4269                 if (opa == pa) {
4270                         /*
4271                          * No, might be a protection or wiring change.
4272                          */
4273                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0) {
4274                                 newpte |= PG_MANAGED;
4275                                 if ((newpte & PG_RW) != 0)
4276                                         vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
4277                         }
4278                         if (((origpte ^ newpte) & ~(PG_M | PG_A)) == 0)
4279                                 goto unchanged;
4280                         goto validate;
4281                 }
4282         } else {
4283                 /*
4284                  * Increment the counters.
4285                  */
4286                 if ((newpte & PG_W) != 0)
4287                         pmap->pm_stats.wired_count++;
4288                 pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
4289         }
4290
4291         /*
4292          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
4293          */
4294         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
4295                 newpte |= PG_MANAGED;
4296                 pv = get_pv_entry(pmap, &lock);
4297                 pv->pv_va = va;
4298                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, pa);
4299                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4300                 m->md.pv_gen++;
4301                 if ((newpte & PG_RW) != 0)
4302                         vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
4303         }
4304
4305         /*
4306          * Update the PTE.
4307          */
4308         if ((origpte & PG_V) != 0) {
4309 validate:
4310                 origpte = pte_load_store(pte, newpte);
4311                 opa = origpte & PG_FRAME;
4312                 if (opa != pa) {
4313                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0) {
4314                                 om = PHYS_TO_VM_PAGE(opa);
4315                                 if ((origpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M |
4316                                     PG_RW))
4317                                         vm_page_dirty(om);
4318                                 if ((origpte & PG_A) != 0)
4319                                         vm_page_aflag_set(om, PGA_REFERENCED);
4320                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, opa);
4321                                 pmap_pvh_free(&om->md, pmap, va);
4322                                 if ((om->aflags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
4323                                     TAILQ_EMPTY(&om->md.pv_list) &&
4324                                     ((om->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
4325                                     TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(opa)->pv_list)))
4326                                         vm_page_aflag_clear(om, PGA_WRITEABLE);
4327                         }
4328                 } else if ((newpte & PG_M) == 0 && (origpte & (PG_M |
4329                     PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
4330                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0)
4331                                 vm_page_dirty(m);
4332
4333                         /*
4334                          * Although the PTE may still have PG_RW set, TLB
4335                          * invalidation may nonetheless be required because
4336                          * the PTE no longer has PG_M set.
4337                          */
4338                 } else if ((origpte & PG_NX) != 0 || (newpte & PG_NX) == 0) {
4339                         /*
4340                          * This PTE change does not require TLB invalidation.
4341                          */
4342                         goto unchanged;
4343                 }
4344                 if ((origpte & PG_A) != 0)
4345                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
4346         } else
4347                 pte_store(pte, newpte);
4348
4349 unchanged:
4350
4351         /*
4352          * If both the page table page and the reservation are fully
4353          * populated, then attempt promotion.
4354          */
4355         if ((mpte == NULL || mpte->wire_count == NPTEPG) &&
4356             pmap_ps_enabled(pmap) &&
4357             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
4358             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0)
4359                 pmap_promote_pde(pmap, pde, va, &lock);
4360
4361         if (lock != NULL)
4362                 rw_wunlock(lock);
4363         rw_runlock(&pvh_global_lock);
4364         PMAP_UNLOCK(pmap);
4365         return (KERN_SUCCESS);
4366 }
4367
4368 /*
4369  * Tries to create a 2MB page mapping.  Returns TRUE if successful and FALSE
4370  * otherwise.  Fails if (1) a page table page cannot be allocated without
4371  * blocking, (2) a mapping already exists at the specified virtual address, or
4372  * (3) a pv entry cannot be allocated without reclaiming another pv entry. 
4373  */
4374 static boolean_t
4375 pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
4376     struct rwlock **lockp)
4377 {
4378         pd_entry_t *pde, newpde;
4379         pt_entry_t PG_V;
4380         vm_page_t mpde;
4381         struct spglist free;
4382
4383         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4384         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
4385         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4386
4387         if ((mpde = pmap_allocpde(pmap, va, NULL)) == NULL) {
4388                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
4389                     " in pmap %p", va, pmap);
4390                 return (FALSE);
4391         }
4392         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mpde));
4393         pde = &pde[pmap_pde_index(va)];
4394         if ((*pde & PG_V) != 0) {
4395                 KASSERT(mpde->wire_count > 1,
4396                     ("pmap_enter_pde: mpde's wire count is too low"));
4397                 mpde->wire_count--;
4398                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
4399                     " in pmap %p", va, pmap);
4400                 return (FALSE);
4401         }
4402         newpde = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, 1) |
4403             PG_PS | PG_V;
4404         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
4405                 newpde |= PG_MANAGED;
4406
4407                 /*
4408                  * Abort this mapping if its PV entry could not be created.
4409                  */
4410                 if (!pmap_pv_insert_pde(pmap, va, VM_PAGE_TO_PHYS(m),
4411                     lockp)) {
4412                         SLIST_INIT(&free);
4413                         if (pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpde, &free)) {
4414                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
4415                                 pmap_free_zero_pages(&free);
4416                         }
4417                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
4418                             " in pmap %p", va, pmap);
4419                         return (FALSE);
4420                 }
4421         }
4422         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
4423                 newpde |= pg_nx;
4424         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
4425                 newpde |= PG_U;
4426
4427         /*
4428          * Increment counters.
4429          */
4430         pmap_resident_count_inc(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
4431
4432         /*
4433          * Map the superpage.
4434          */
4435         pde_store(pde, newpde);
4436
4437         atomic_add_long(&pmap_pde_mappings, 1);
4438         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: success for va %#lx"
4439             " in pmap %p", va, pmap);
4440         return (TRUE);
4441 }
4442
4443 /*
4444  * Maps a sequence of resident pages belonging to the same object.
4445  * The sequence begins with the given page m_start.  This page is
4446  * mapped at the given virtual address start.  Each subsequent page is
4447  * mapped at a virtual address that is offset from start by the same
4448  * amount as the page is offset from m_start within the object.  The
4449  * last page in the sequence is the page with the largest offset from
4450  * m_start that can be mapped at a virtual address less than the given
4451  * virtual address end.  Not every virtual page between start and end
4452  * is mapped; only those for which a resident page exists with the
4453  * corresponding offset from m_start are mapped.
4454  */
4455 void
4456 pmap_enter_object(pmap_t pmap, vm_offset_t start, vm_offset_t end,
4457     vm_page_t m_start, vm_prot_t prot)
4458 {
4459         struct rwlock *lock;
4460         vm_offset_t va;
4461         vm_page_t m, mpte;
4462         vm_pindex_t diff, psize;
4463
4464         VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m_start->object);
4465
4466         psize = atop(end - start);
4467         mpte = NULL;
4468         m = m_start;
4469         lock = NULL;
4470         rw_rlock(&pvh_global_lock);
4471         PMAP_LOCK(pmap);
4472         while (m != NULL && (diff = m->pindex - m_start->pindex) < psize) {
4473                 va = start + ptoa(diff);
4474                 if ((va & PDRMASK) == 0 && va + NBPDR <= end &&
4475                     m->psind == 1 && pmap_ps_enabled(pmap) &&
4476                     pmap_enter_pde(pmap, va, m, prot, &lock))
4477                         m = &m[NBPDR / PAGE_SIZE - 1];
4478                 else
4479                         mpte = pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot,
4480                             mpte, &lock);
4481                 m = TAILQ_NEXT(m, listq);
4482         }
4483         if (lock != NULL)
4484                 rw_wunlock(lock);
4485         rw_runlock(&pvh_global_lock);
4486         PMAP_UNLOCK(pmap);
4487 }
4488
4489 /*
4490  * this code makes some *MAJOR* assumptions:
4491  * 1. Current pmap & pmap exists.
4492  * 2. Not wired.
4493  * 3. Read access.
4494  * 4. No page table pages.
4495  * but is *MUCH* faster than pmap_enter...
4496  */
4497
4498 void
4499 pmap_enter_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot)
4500 {
4501         struct rwlock *lock;
4502
4503         lock = NULL;
4504         rw_rlock(&pvh_global_lock);
4505         PMAP_LOCK(pmap);
4506         (void)pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot, NULL, &lock);
4507         if (lock != NULL)
4508                 rw_wunlock(lock);
4509         rw_runlock(&pvh_global_lock);
4510         PMAP_UNLOCK(pmap);
4511 }
4512
4513 static vm_page_t
4514 pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
4515     vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp)
4516 {
4517         struct spglist free;
4518         pt_entry_t *pte, PG_V;
4519         vm_paddr_t pa;
4520
4521         KASSERT(va < kmi.clean_sva || va >= kmi.clean_eva ||
4522             (m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0,
4523             ("pmap_enter_quick_locked: managed mapping within the clean submap"));
4524         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4525         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
4526         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4527
4528         /*
4529          * In the case that a page table page is not
4530          * resident, we are creating it here.
4531          */
4532         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
4533                 vm_pindex_t ptepindex;
4534                 pd_entry_t *ptepa;
4535
4536                 /*
4537                  * Calculate pagetable page index
4538                  */
4539                 ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
4540                 if (mpte && (mpte->pindex == ptepindex)) {
4541                         mpte->wire_count++;
4542                 } else {
4543                         /*
4544                          * Get the page directory entry
4545                          */
4546                         ptepa = pmap_pde(pmap, va);
4547
4548                         /*
4549                          * If the page table page is mapped, we just increment
4550                          * the hold count, and activate it.  Otherwise, we
4551                          * attempt to allocate a page table page.  If this
4552                          * attempt fails, we don't retry.  Instead, we give up.
4553                          */
4554                         if (ptepa && (*ptepa & PG_V) != 0) {
4555                                 if (*ptepa & PG_PS)
4556                                         return (NULL);
4557                                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*ptepa & PG_FRAME);
4558                                 mpte->wire_count++;
4559                         } else {
4560                                 /*
4561                                  * Pass NULL instead of the PV list lock
4562                                  * pointer, because we don't intend to sleep.
4563                                  */
4564                                 mpte = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex, NULL);
4565                                 if (mpte == NULL)
4566                                         return (mpte);
4567                         }
4568                 }
4569                 pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mpte));
4570                 pte = &pte[pmap_pte_index(va)];
4571         } else {
4572                 mpte = NULL;
4573                 pte = vtopte(va);
4574         }
4575         if (*pte) {
4576                 if (mpte != NULL) {
4577                         mpte->wire_count--;
4578                         mpte = NULL;
4579                 }
4580                 return (mpte);
4581         }
4582
4583         /*
4584          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
4585          */
4586         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 &&
4587             !pmap_try_insert_pv_entry(pmap, va, m, lockp)) {
4588                 if (mpte != NULL) {
4589                         SLIST_INIT(&free);
4590                         if (pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpte, &free)) {
4591                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
4592                                 pmap_free_zero_pages(&free);
4593                         }
4594                         mpte = NULL;
4595                 }
4596                 return (mpte);
4597         }
4598
4599         /*
4600          * Increment counters
4601          */
4602         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
4603
4604         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, 0);
4605         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
4606                 pa |= pg_nx;
4607
4608         /*
4609          * Now validate mapping with RO protection
4610          */
4611         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
4612                 pte_store(pte, pa | PG_V | PG_U);
4613         else
4614                 pte_store(pte, pa | PG_V | PG_U | PG_MANAGED);
4615         return (mpte);
4616 }
4617
4618 /*
4619  * Make a temporary mapping for a physical address.  This is only intended
4620  * to be used for panic dumps.
4621  */
4622 void *
4623 pmap_kenter_temporary(vm_paddr_t pa, int i)
4624 {
4625         vm_offset_t va;
4626
4627         va = (vm_offset_t)crashdumpmap + (i * PAGE_SIZE);
4628         pmap_kenter(va, pa);
4629         invlpg(va);
4630         return ((void *)crashdumpmap);
4631 }
4632
4633 /*
4634  * This code maps large physical mmap regions into the
4635  * processor address space.  Note that some shortcuts
4636  * are taken, but the code works.
4637  */
4638 void
4639 pmap_object_init_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_object_t object,
4640     vm_pindex_t pindex, vm_size_t size)
4641 {
4642         pd_entry_t *pde;
4643         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
4644         vm_paddr_t pa, ptepa;
4645         vm_page_t p, pdpg;
4646         int pat_mode;
4647
4648         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
4649         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4650         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4651         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4652
4653         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
4654         KASSERT(object->type == OBJT_DEVICE || object->type == OBJT_SG,
4655             ("pmap_object_init_pt: non-device object"));
4656         if ((addr & (NBPDR - 1)) == 0 && (size & (NBPDR - 1)) == 0) {
4657                 if (!pmap_ps_enabled(pmap))
4658                         return;
4659                 if (!vm_object_populate(object, pindex, pindex + atop(size)))
4660                         return;
4661                 p = vm_page_lookup(object, pindex);
4662                 KASSERT(p->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
4663                     ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
4664                 pat_mode = p->md.pat_mode;
4665
4666                 /*
4667                  * Abort the mapping if the first page is not physically
4668                  * aligned to a 2MB page boundary.
4669                  */
4670                 ptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(p);
4671                 if (ptepa & (NBPDR - 1))
4672                         return;
4673
4674                 /*
4675                  * Skip the first page.  Abort the mapping if the rest of
4676                  * the pages are not physically contiguous or have differing
4677                  * memory attributes.
4678                  */
4679                 p = TAILQ_NEXT(p, listq);
4680                 for (pa = ptepa + PAGE_SIZE; pa < ptepa + size;
4681                     pa += PAGE_SIZE) {
4682                         KASSERT(p->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
4683                             ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
4684                         if (pa != VM_PAGE_TO_PHYS(p) ||
4685                             pat_mode != p->md.pat_mode)
4686                                 return;
4687                         p = TAILQ_NEXT(p, listq);
4688                 }
4689
4690                 /*
4691                  * Map using 2MB pages.  Since "ptepa" is 2M aligned and
4692                  * "size" is a multiple of 2M, adding the PAT setting to "pa"
4693                  * will not affect the termination of this loop.
4694                  */ 
4695                 PMAP_LOCK(pmap);
4696                 for (pa = ptepa | pmap_cache_bits(pmap, pat_mode, 1);
4697                     pa < ptepa + size; pa += NBPDR) {
4698                         pdpg = pmap_allocpde(pmap, addr, NULL);
4699                         if (pdpg == NULL) {
4700                                 /*
4701                                  * The creation of mappings below is only an
4702                                  * optimization.  If a page directory page
4703                                  * cannot be allocated without blocking,
4704                                  * continue on to the next mapping rather than
4705                                  * blocking.
4706                                  */
4707                                 addr += NBPDR;
4708                                 continue;
4709                         }
4710                         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pdpg));
4711                         pde = &pde[pmap_pde_index(addr)];
4712                         if ((*pde & PG_V) == 0) {
4713                                 pde_store(pde, pa | PG_PS | PG_M | PG_A |
4714                                     PG_U | PG_RW | PG_V);
4715                                 pmap_resident_count_inc(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
4716                                 atomic_add_long(&pmap_pde_mappings, 1);
4717                         } else {
4718                                 /* Continue on if the PDE is already valid. */
4719                                 pdpg->wire_count--;
4720                                 KASSERT(pdpg->wire_count > 0,
4721                                     ("pmap_object_init_pt: missing reference "
4722                                     "to page directory page, va: 0x%lx", addr));
4723                         }
4724                         addr += NBPDR;
4725                 }
4726                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4727         }
4728 }
4729
4730 /*
4731  *      Clear the wired attribute from the mappings for the specified range of
4732  *      addresses in the given pmap.  Every valid mapping within that range
4733  *      must have the wired attribute set.  In contrast, invalid mappings
4734  *      cannot have the wired attribute set, so they are ignored.
4735  *
4736  *      The wired attribute of the page table entry is not a hardware feature,
4737  *      so there is no need to invalidate any TLB entries.
4738  */
4739 void
4740 pmap_unwire(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
4741 {
4742         vm_offset_t va_next;
4743         pml4_entry_t *pml4e;
4744         pdp_entry_t *pdpe;
4745         pd_entry_t *pde;
4746         pt_entry_t *pte, PG_V;
4747         boolean_t pv_lists_locked;
4748
4749         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4750         pv_lists_locked = FALSE;
4751 resume:
4752         PMAP_LOCK(pmap);
4753         for (; sva < eva; sva = va_next) {
4754                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
4755                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
4756                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
4757                         if (va_next < sva)
4758                                 va_next = eva;
4759                         continue;
4760                 }
4761                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
4762                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
4763                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
4764                         if (va_next < sva)
4765                                 va_next = eva;
4766                         continue;
4767                 }
4768                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
4769                 if (va_next < sva)
4770                         va_next = eva;
4771                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
4772                 if ((*pde & PG_V) == 0)
4773                         continue;
4774                 if ((*pde & PG_PS) != 0) {
4775                         if ((*pde & PG_W) == 0)
4776                                 panic("pmap_unwire: pde %#jx is missing PG_W",
4777                                     (uintmax_t)*pde);
4778
4779                         /*
4780                          * Are we unwiring the entire large page?  If not,
4781                          * demote the mapping and fall through.
4782                          */
4783                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
4784                                 atomic_clear_long(pde, PG_W);
4785                                 pmap->pm_stats.wired_count -= NBPDR /
4786                                     PAGE_SIZE;
4787                                 continue;
4788                         } else {
4789                                 if (!pv_lists_locked) {
4790                                         pv_lists_locked = TRUE;
4791                                         if (!rw_try_rlock(&pvh_global_lock)) {
4792                                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4793                                                 rw_rlock(&pvh_global_lock);
4794                                                 /* Repeat sva. */
4795                                                 goto resume;
4796                                         }
4797                                 }
4798                                 if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, sva))
4799                                         panic("pmap_unwire: demotion failed");
4800                         }
4801                 }
4802                 if (va_next > eva)
4803                         va_next = eva;
4804                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
4805                     sva += PAGE_SIZE) {
4806                         if ((*pte & PG_V) == 0)
4807                                 continue;
4808                         if ((*pte & PG_W) == 0)
4809                                 panic("pmap_unwire: pte %#jx is missing PG_W",
4810                                     (uintmax_t)*pte);
4811
4812                         /*
4813                          * PG_W must be cleared atomically.  Although the pmap
4814                          * lock synchronizes access to PG_W, another processor
4815                          * could be setting PG_M and/or PG_A concurrently.
4816                          */
4817                         atomic_clear_long(pte, PG_W);
4818                         pmap->pm_stats.wired_count--;
4819                 }
4820         }
4821         if (pv_lists_locked)
4822                 rw_runlock(&pvh_global_lock);
4823         PMAP_UNLOCK(pmap);
4824 }
4825
4826 /*
4827  *      Copy the range specified by src_addr/len
4828  *      from the source map to the range dst_addr/len
4829  *      in the destination map.
4830  *
4831  *      This routine is only advisory and need not do anything.
4832  */
4833
4834 void
4835 pmap_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap, vm_offset_t dst_addr, vm_size_t len,
4836     vm_offset_t src_addr)
4837 {
4838         struct rwlock *lock;
4839         struct spglist free;
4840         vm_offset_t addr;
4841         vm_offset_t end_addr = src_addr + len;
4842         vm_offset_t va_next;
4843         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_V;
4844
4845         if (dst_addr != src_addr)
4846                 return;
4847
4848         if (dst_pmap->pm_type != src_pmap->pm_type)
4849                 return;
4850
4851         /*
4852          * EPT page table entries that require emulation of A/D bits are
4853          * sensitive to clearing the PG_A bit (aka EPT_PG_READ). Although
4854          * we clear PG_M (aka EPT_PG_WRITE) concomitantly, the PG_U bit
4855          * (aka EPT_PG_EXECUTE) could still be set. Since some EPT
4856          * implementations flag an EPT misconfiguration for exec-only
4857          * mappings we skip this function entirely for emulated pmaps.
4858          */
4859         if (pmap_emulate_ad_bits(dst_pmap))
4860                 return;
4861
4862         lock = NULL;
4863         rw_rlock(&pvh_global_lock);
4864         if (dst_pmap < src_pmap) {
4865                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
4866                 PMAP_LOCK(src_pmap);
4867         } else {
4868                 PMAP_LOCK(src_pmap);
4869                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
4870         }
4871
4872         PG_A = pmap_accessed_bit(dst_pmap);
4873         PG_M = pmap_modified_bit(dst_pmap);
4874         PG_V = pmap_valid_bit(dst_pmap);
4875
4876         for (addr = src_addr; addr < end_addr; addr = va_next) {
4877                 pt_entry_t *src_pte, *dst_pte;
4878                 vm_page_t dstmpde, dstmpte, srcmpte;
4879                 pml4_entry_t *pml4e;
4880                 pdp_entry_t *pdpe;
4881                 pd_entry_t srcptepaddr, *pde;
4882
4883                 KASSERT(addr < UPT_MIN_ADDRESS,
4884                     ("pmap_copy: invalid to pmap_copy page tables"));
4885
4886                 pml4e = pmap_pml4e(src_pmap, addr);
4887                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
4888                         va_next = (addr + NBPML4) & ~PML4MASK;
4889                         if (va_next < addr)
4890                                 va_next = end_addr;
4891                         continue;
4892                 }
4893
4894                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, addr);
4895                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
4896                         va_next = (addr + NBPDP) & ~PDPMASK;
4897                         if (va_next < addr)
4898                                 va_next = end_addr;
4899                         continue;
4900                 }
4901
4902                 va_next = (addr + NBPDR) & ~PDRMASK;
4903                 if (va_next < addr)
4904                         va_next = end_addr;
4905
4906                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, addr);
4907                 srcptepaddr = *pde;
4908                 if (srcptepaddr == 0)
4909                         continue;
4910                         
4911                 if (srcptepaddr & PG_PS) {
4912                         if ((addr & PDRMASK) != 0 || addr + NBPDR > end_addr)
4913                                 continue;
4914                         dstmpde = pmap_allocpde(dst_pmap, addr, NULL);
4915                         if (dstmpde == NULL)
4916                                 break;
4917                         pde = (pd_entry_t *)
4918                             PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(dstmpde));
4919                         pde = &pde[pmap_pde_index(addr)];
4920                         if (*pde == 0 && ((srcptepaddr & PG_MANAGED) == 0 ||
4921                             pmap_pv_insert_pde(dst_pmap, addr, srcptepaddr &
4922                             PG_PS_FRAME, &lock))) {
4923                                 *pde = srcptepaddr & ~PG_W;
4924                                 pmap_resident_count_inc(dst_pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
4925                         } else
4926                                 dstmpde->wire_count--;
4927                         continue;
4928                 }
4929
4930                 srcptepaddr &= PG_FRAME;
4931                 srcmpte = PHYS_TO_VM_PAGE(srcptepaddr);
4932                 KASSERT(srcmpte->wire_count > 0,
4933                     ("pmap_copy: source page table page is unused"));
4934
4935                 if (va_next > end_addr)
4936                         va_next = end_addr;
4937
4938                 src_pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(srcptepaddr);
4939                 src_pte = &src_pte[pmap_pte_index(addr)];
4940                 dstmpte = NULL;
4941                 while (addr < va_next) {
4942                         pt_entry_t ptetemp;
4943                         ptetemp = *src_pte;
4944                         /*
4945                          * we only virtual copy managed pages
4946                          */
4947                         if ((ptetemp & PG_MANAGED) != 0) {
4948                                 if (dstmpte != NULL &&
4949                                     dstmpte->pindex == pmap_pde_pindex(addr))
4950                                         dstmpte->wire_count++;
4951                                 else if ((dstmpte = pmap_allocpte(dst_pmap,
4952                                     addr, NULL)) == NULL)
4953                                         goto out;
4954                                 dst_pte = (pt_entry_t *)
4955                                     PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(dstmpte));
4956                                 dst_pte = &dst_pte[pmap_pte_index(addr)];
4957                                 if (*dst_pte == 0 &&
4958                                     pmap_try_insert_pv_entry(dst_pmap, addr,
4959                                     PHYS_TO_VM_PAGE(ptetemp & PG_FRAME),
4960                                     &lock)) {
4961                                         /*
4962                                          * Clear the wired, modified, and
4963                                          * accessed (referenced) bits
4964                                          * during the copy.
4965                                          */
4966                                         *dst_pte = ptetemp & ~(PG_W | PG_M |
4967                                             PG_A);
4968                                         pmap_resident_count_inc(dst_pmap, 1);
4969                                 } else {
4970                                         SLIST_INIT(&free);
4971                                         if (pmap_unwire_ptp(dst_pmap, addr,
4972                                             dstmpte, &free)) {
4973                                                 pmap_invalidate_page(dst_pmap,
4974                                                     addr);
4975                                                 pmap_free_zero_pages(&free);
4976                                         }
4977                                         goto out;
4978                                 }
4979                                 if (dstmpte->wire_count >= srcmpte->wire_count)
4980                                         break;
4981                         }
4982                         addr += PAGE_SIZE;
4983                         src_pte++;
4984                 }
4985         }
4986 out:
4987         if (lock != NULL)
4988                 rw_wunlock(lock);
4989         rw_runlock(&pvh_global_lock);
4990         PMAP_UNLOCK(src_pmap);
4991         PMAP_UNLOCK(dst_pmap);
4992 }
4993
4994 /*
4995  *      pmap_zero_page zeros the specified hardware page by mapping
4996  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.
4997  */
4998 void
4999 pmap_zero_page(vm_page_t m)
5000 {
5001         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5002
5003         pagezero((void *)va);
5004 }
5005
5006 /*
5007  *      pmap_zero_page_area zeros the specified hardware page by mapping 
5008  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.
5009  *
5010  *      off and size may not cover an area beyond a single hardware page.
5011  */
5012 void
5013 pmap_zero_page_area(vm_page_t m, int off, int size)
5014 {
5015         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5016
5017         if (off == 0 && size == PAGE_SIZE)
5018                 pagezero((void *)va);
5019         else
5020                 bzero((char *)va + off, size);
5021 }
5022
5023 /*
5024  *      pmap_zero_page_idle zeros the specified hardware page by mapping 
5025  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.  This
5026  *      is intended to be called from the vm_pagezero process only and
5027  *      outside of Giant.
5028  */
5029 void
5030 pmap_zero_page_idle(vm_page_t m)
5031 {
5032         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5033
5034         pagezero((void *)va);
5035 }
5036
5037 /*
5038  *      pmap_copy_page copies the specified (machine independent)
5039  *      page by mapping the page into virtual memory and using
5040  *      bcopy to copy the page, one machine dependent page at a
5041  *      time.
5042  */
5043 void
5044 pmap_copy_page(vm_page_t msrc, vm_page_t mdst)
5045 {
5046         vm_offset_t src = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(msrc));
5047         vm_offset_t dst = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mdst));
5048
5049         pagecopy((void *)src, (void *)dst);
5050 }
5051
5052 int unmapped_buf_allowed = 1;
5053
5054 void
5055 pmap_copy_pages(vm_page_t ma[], vm_offset_t a_offset, vm_page_t mb[],
5056     vm_offset_t b_offset, int xfersize)
5057 {
5058         void *a_cp, *b_cp;
5059         vm_page_t m_a, m_b;
5060         vm_paddr_t p_a, p_b;
5061         pt_entry_t *pte;
5062         vm_offset_t a_pg_offset, b_pg_offset;
5063         int cnt;
5064         boolean_t pinned;
5065
5066         /*
5067          * NB:  The sequence of updating a page table followed by accesses
5068          * to the corresponding pages used in the !DMAP case is subject to
5069          * the situation described in the "AMD64 Architecture Programmer's
5070          * Manual Volume 2: System Programming" rev. 3.23, "7.3.1 Special
5071          * Coherency Considerations".  Therefore, issuing the INVLPG right
5072          * after modifying the PTE bits is crucial.
5073          */
5074         pinned = FALSE;
5075         while (xfersize > 0) {
5076                 a_pg_offset = a_offset & PAGE_MASK;
5077                 m_a = ma[a_offset >> PAGE_SHIFT];
5078                 p_a = m_a->phys_addr;
5079                 b_pg_offset = b_offset & PAGE_MASK;
5080                 m_b = mb[b_offset >> PAGE_SHIFT];
5081                 p_b = m_b->phys_addr;
5082                 cnt = min(xfersize, PAGE_SIZE - a_pg_offset);
5083                 cnt = min(cnt, PAGE_SIZE - b_pg_offset);
5084                 if (__predict_false(p_a < DMAP_MIN_ADDRESS ||
5085                     p_a > DMAP_MIN_ADDRESS + dmaplimit)) {
5086                         mtx_lock(&cpage_lock);
5087                         sched_pin();
5088                         pinned = TRUE;
5089                         pte = vtopte(cpage_a);
5090                         *pte = p_a | X86_PG_A | X86_PG_V |
5091                             pmap_cache_bits(kernel_pmap, m_a->md.pat_mode, 0);
5092                         invlpg(cpage_a);
5093                         a_cp = (char *)cpage_a + a_pg_offset;
5094                 } else {
5095                         a_cp = (char *)PHYS_TO_DMAP(p_a) + a_pg_offset;
5096                 }
5097                 if (__predict_false(p_b < DMAP_MIN_ADDRESS ||
5098                     p_b > DMAP_MIN_ADDRESS + dmaplimit)) {
5099                         if (!pinned) {
5100                                 mtx_lock(&cpage_lock);
5101                                 sched_pin();
5102                                 pinned = TRUE;
5103                         }
5104                         pte = vtopte(cpage_b);
5105                         *pte = p_b | X86_PG_A | X86_PG_M | X86_PG_RW |
5106                             X86_PG_V | pmap_cache_bits(kernel_pmap,
5107                             m_b->md.pat_mode, 0);
5108                         invlpg(cpage_b);
5109                         b_cp = (char *)cpage_b + b_pg_offset;
5110                 } else {
5111                         b_cp = (char *)PHYS_TO_DMAP(p_b) + b_pg_offset;
5112                 }
5113                 bcopy(a_cp, b_cp, cnt);
5114                 if (__predict_false(pinned)) {
5115                         sched_unpin();
5116                         mtx_unlock(&cpage_lock);
5117                         pinned = FALSE;
5118                 }
5119                 a_offset += cnt;
5120                 b_offset += cnt;
5121                 xfersize -= cnt;
5122         }
5123 }
5124
5125 /*
5126  * Returns true if the pmap's pv is one of the first
5127  * 16 pvs linked to from this page.  This count may
5128  * be changed upwards or downwards in the future; it
5129  * is only necessary that true be returned for a small
5130  * subset of pmaps for proper page aging.
5131  */
5132 boolean_t
5133 pmap_page_exists_quick(pmap_t pmap, vm_page_t m)
5134 {
5135         struct md_page *pvh;
5136         struct rwlock *lock;
5137         pv_entry_t pv;
5138         int loops = 0;
5139         boolean_t rv;
5140
5141         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5142             ("pmap_page_exists_quick: page %p is not managed", m));
5143         rv = FALSE;
5144         rw_rlock(&pvh_global_lock);
5145         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5146         rw_rlock(lock);
5147         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5148                 if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
5149                         rv = TRUE;
5150                         break;
5151                 }
5152                 loops++;
5153                 if (loops >= 16)
5154                         break;
5155         }
5156         if (!rv && loops < 16 && (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5157                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5158                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
5159                         if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
5160                                 rv = TRUE;
5161                                 break;
5162                         }
5163                         loops++;
5164                         if (loops >= 16)
5165                                 break;
5166                 }
5167         }
5168         rw_runlock(lock);
5169         rw_runlock(&pvh_global_lock);
5170         return (rv);
5171 }
5172
5173 /*
5174  *      pmap_page_wired_mappings:
5175  *
5176  *      Return the number of managed mappings to the given physical page
5177  *      that are wired.
5178  */
5179 int
5180 pmap_page_wired_mappings(vm_page_t m)
5181 {
5182         struct rwlock *lock;
5183         struct md_page *pvh;
5184         pmap_t pmap;
5185         pt_entry_t *pte;
5186         pv_entry_t pv;
5187         int count, md_gen, pvh_gen;
5188
5189         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
5190                 return (0);
5191         rw_rlock(&pvh_global_lock);
5192         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5193         rw_rlock(lock);
5194 restart:
5195         count = 0;
5196         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5197                 pmap = PV_PMAP(pv);
5198                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5199                         md_gen = m->md.pv_gen;
5200                         rw_runlock(lock);
5201                         PMAP_LOCK(pmap);
5202                         rw_rlock(lock);
5203                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
5204                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5205                                 goto restart;
5206                         }
5207                 }
5208                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va);
5209                 if ((*pte & PG_W) != 0)
5210                         count++;
5211                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5212         }
5213         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5214                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5215                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
5216                         pmap = PV_PMAP(pv);
5217                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5218                                 md_gen = m->md.pv_gen;
5219                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
5220                                 rw_runlock(lock);
5221                                 PMAP_LOCK(pmap);
5222                                 rw_rlock(lock);
5223                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
5224                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
5225                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
5226                                         goto restart;
5227                                 }
5228                         }
5229                         pte = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
5230                         if ((*pte & PG_W) != 0)
5231                                 count++;
5232                         PMAP_UNLOCK(pmap);
5233                 }
5234         }
5235         rw_runlock(lock);
5236         rw_runlock(&pvh_global_lock);
5237         return (count);
5238 }
5239
5240 /*
5241  * Returns TRUE if the given page is mapped individually or as part of
5242  * a 2mpage.  Otherwise, returns FALSE.
5243  */
5244 boolean_t
5245 pmap_page_is_mapped(vm_page_t m)
5246 {
5247         struct rwlock *lock;
5248         boolean_t rv;
5249
5250         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
5251                 return (FALSE);
5252         rw_rlock(&pvh_global_lock);
5253         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5254         rw_rlock(lock);
5255         rv = !TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) ||
5256             ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
5257             !TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m))->pv_list));
5258         rw_runlock(lock);
5259         rw_runlock(&pvh_global_lock);
5260         return (rv);
5261 }
5262
5263 /*
5264  * Destroy all managed, non-wired mappings in the given user-space
5265  * pmap.  This pmap cannot be active on any processor besides the
5266  * caller.
5267  *                                                                                
5268  * This function cannot be applied to the kernel pmap.  Moreover, it
5269  * is not intended for general use.  It is only to be used during
5270  * process termination.  Consequently, it can be implemented in ways
5271  * that make it faster than pmap_remove().  First, it can more quickly
5272  * destroy mappings by iterating over the pmap's collection of PV
5273  * entries, rather than searching the page table.  Second, it doesn't
5274  * have to test and clear the page table entries atomically, because
5275  * no processor is currently accessing the user address space.  In
5276  * particular, a page table entry's dirty bit won't change state once
5277  * this function starts.
5278  */
5279 void
5280 pmap_remove_pages(pmap_t pmap)
5281 {
5282         pd_entry_t ptepde;
5283         pt_entry_t *pte, tpte;
5284         pt_entry_t PG_M, PG_RW, PG_V;
5285         struct spglist free;
5286         vm_page_t m, mpte, mt;
5287         pv_entry_t pv;
5288         struct md_page *pvh;
5289         struct pv_chunk *pc, *npc;
5290         struct rwlock *lock;
5291         int64_t bit;
5292         uint64_t inuse, bitmask;
5293         int allfree, field, freed, idx;
5294         boolean_t superpage;
5295         vm_paddr_t pa;
5296
5297         /*
5298          * Assert that the given pmap is only active on the current
5299          * CPU.  Unfortunately, we cannot block another CPU from
5300          * activating the pmap while this function is executing.
5301          */
5302         KASSERT(pmap == PCPU_GET(curpmap), ("non-current pmap %p", pmap));
5303 #ifdef INVARIANTS
5304         {
5305                 cpuset_t other_cpus;
5306
5307                 other_cpus = all_cpus;
5308                 critical_enter();
5309                 CPU_CLR(PCPU_GET(cpuid), &other_cpus);
5310                 CPU_AND(&other_cpus, &pmap->pm_active);
5311                 critical_exit();
5312                 KASSERT(CPU_EMPTY(&other_cpus), ("pmap active %p", pmap));
5313         }
5314 #endif
5315
5316         lock = NULL;
5317         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5318         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5319         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5320
5321         SLIST_INIT(&free);
5322         rw_rlock(&pvh_global_lock);
5323         PMAP_LOCK(pmap);
5324         TAILQ_FOREACH_SAFE(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list, npc) {
5325                 allfree = 1;
5326                 freed = 0;
5327                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
5328                         inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
5329                         while (inuse != 0) {
5330                                 bit = bsfq(inuse);
5331                                 bitmask = 1UL << bit;
5332                                 idx = field * 64 + bit;
5333                                 pv = &pc->pc_pventry[idx];
5334                                 inuse &= ~bitmask;
5335
5336                                 pte = pmap_pdpe(pmap, pv->pv_va);
5337                                 ptepde = *pte;
5338                                 pte = pmap_pdpe_to_pde(pte, pv->pv_va);
5339                                 tpte = *pte;
5340                                 if ((tpte & (PG_PS | PG_V)) == PG_V) {
5341                                         superpage = FALSE;
5342                                         ptepde = tpte;
5343                                         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(tpte &
5344                                             PG_FRAME);
5345                                         pte = &pte[pmap_pte_index(pv->pv_va)];
5346                                         tpte = *pte;
5347                                 } else {
5348                                         /*
5349                                          * Keep track whether 'tpte' is a
5350                                          * superpage explicitly instead of
5351                                          * relying on PG_PS being set.
5352                                          *
5353                                          * This is because PG_PS is numerically
5354                                          * identical to PG_PTE_PAT and thus a
5355                                          * regular page could be mistaken for
5356                                          * a superpage.
5357                                          */
5358                                         superpage = TRUE;
5359                                 }
5360
5361                                 if ((tpte & PG_V) == 0) {
5362                                         panic("bad pte va %lx pte %lx",
5363                                             pv->pv_va, tpte);
5364                                 }
5365
5366 /*
5367  * We cannot remove wired pages from a process' mapping at this time
5368  */
5369                                 if (tpte & PG_W) {
5370                                         allfree = 0;
5371                                         continue;
5372                                 }
5373
5374                                 if (superpage)
5375                                         pa = tpte & PG_PS_FRAME;
5376                                 else
5377                                         pa = tpte & PG_FRAME;
5378
5379                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
5380                                 KASSERT(m->phys_addr == pa,
5381                                     ("vm_page_t %p phys_addr mismatch %016jx %016jx",
5382                                     m, (uintmax_t)m->phys_addr,
5383                                     (uintmax_t)tpte));
5384
5385                                 KASSERT((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
5386                                     m < &vm_page_array[vm_page_array_size],
5387                                     ("pmap_remove_pages: bad tpte %#jx",
5388                                     (uintmax_t)tpte));
5389
5390                                 pte_clear(pte);
5391
5392                                 /*
5393                                  * Update the vm_page_t clean/reference bits.
5394                                  */
5395                                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
5396                                         if (superpage) {
5397                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
5398                                                         vm_page_dirty(mt);
5399                                         } else
5400                                                 vm_page_dirty(m);
5401                                 }
5402
5403                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(&lock, m);
5404
5405                                 /* Mark free */
5406                                 pc->pc_map[field] |= bitmask;
5407                                 if (superpage) {
5408                                         pmap_resident_count_dec(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
5409                                         pvh = pa_to_pvh(tpte & PG_PS_FRAME);
5410                                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
5411                                         pvh->pv_gen++;
5412                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
5413                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
5414                                                         if ((mt->aflags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
5415                                                             TAILQ_EMPTY(&mt->md.pv_list))
5416                                                                 vm_page_aflag_clear(mt, PGA_WRITEABLE);
5417                                         }
5418                                         mpte = pmap_lookup_pt_page(pmap, pv->pv_va);
5419                                         if (mpte != NULL) {
5420                                                 pmap_remove_pt_page(pmap, mpte);
5421                                                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
5422                                                 KASSERT(mpte->wire_count == NPTEPG,
5423                                                     ("pmap_remove_pages: pte page wire count error"));
5424                                                 mpte->wire_count = 0;
5425                                                 pmap_add_delayed_free_list(mpte, &free, FALSE);
5426                                                 atomic_subtract_int(&vm_cnt.v_wire_count, 1);
5427                                         }
5428                                 } else {
5429                                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
5430                                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5431                                         m->md.pv_gen++;
5432                                         if ((m->aflags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
5433                                             TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
5434                                             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5435                                                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5436                                                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
5437                                                         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
5438                                         }
5439                                 }
5440                                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, ptepde, &free);
5441                                 freed++;
5442                         }
5443                 }
5444                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
5445                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
5446                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
5447                 if (allfree) {
5448                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5449                         free_pv_chunk(pc);
5450                 }
5451         }
5452         if (lock != NULL)
5453                 rw_wunlock(lock);
5454         pmap_invalidate_all(pmap);
5455         rw_runlock(&pvh_global_lock);
5456         PMAP_UNLOCK(pmap);
5457         pmap_free_zero_pages(&free);
5458 }
5459
5460 static boolean_t
5461 pmap_page_test_mappings(vm_page_t m, boolean_t accessed, boolean_t modified)
5462 {
5463         struct rwlock *lock;
5464         pv_entry_t pv;
5465         struct md_page *pvh;
5466         pt_entry_t *pte, mask;
5467         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
5468         pmap_t pmap;
5469         int md_gen, pvh_gen;
5470         boolean_t rv;
5471
5472         rv = FALSE;
5473         rw_rlock(&pvh_global_lock);
5474         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5475         rw_rlock(lock);
5476 restart:
5477         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5478                 pmap = PV_PMAP(pv);
5479                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5480                         md_gen = m->md.pv_gen;
5481                         rw_runlock(lock);
5482                         PMAP_LOCK(pmap);
5483                         rw_rlock(lock);
5484                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
5485                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5486                                 goto restart;
5487                         }
5488                 }
5489                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va);
5490                 mask = 0;
5491                 if (modified) {
5492                         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5493                         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5494                         mask |= PG_RW | PG_M;
5495                 }
5496                 if (accessed) {
5497                         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5498                         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5499                         mask |= PG_V | PG_A;
5500                 }
5501                 rv = (*pte & mask) == mask;
5502                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5503                 if (rv)
5504                         goto out;
5505         }
5506         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5507                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5508                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
5509                         pmap = PV_PMAP(pv);
5510                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5511                                 md_gen = m->md.pv_gen;
5512                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
5513                                 rw_runlock(lock);
5514                                 PMAP_LOCK(pmap);
5515                                 rw_rlock(lock);
5516                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
5517                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
5518                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
5519                                         goto restart;
5520                                 }
5521                         }
5522                         pte = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
5523                         mask = 0;
5524                         if (modified) {
5525                                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5526                                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5527                                 mask |= PG_RW | PG_M;
5528                         }
5529                         if (accessed) {
5530                                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5531                                 PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5532                                 mask |= PG_V | PG_A;
5533                         }
5534                         rv = (*pte & mask) == mask;
5535                         PMAP_UNLOCK(pmap);
5536                         if (rv)
5537                                 goto out;
5538                 }
5539         }
5540 out:
5541         rw_runlock(lock);
5542         rw_runlock(&pvh_global_lock);
5543         return (rv);
5544 }
5545
5546 /*
5547  *      pmap_is_modified:
5548  *
5549  *      Return whether or not the specified physical page was modified
5550  *      in any physical maps.
5551  */
5552 boolean_t
5553 pmap_is_modified(vm_page_t m)
5554 {
5555
5556         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5557             ("pmap_is_modified: page %p is not managed", m));
5558
5559         /*
5560          * If the page is not exclusive busied, then PGA_WRITEABLE cannot be
5561          * concurrently set while the object is locked.  Thus, if PGA_WRITEABLE
5562          * is clear, no PTEs can have PG_M set.
5563          */
5564         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
5565         if (!vm_page_xbusied(m) && (m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
5566                 return (FALSE);
5567         return (pmap_page_test_mappings(m, FALSE, TRUE));
5568 }
5569
5570 /*
5571  *      pmap_is_prefaultable:
5572  *
5573  *      Return whether or not the specified virtual address is eligible
5574  *      for prefault.
5575  */
5576 boolean_t
5577 pmap_is_prefaultable(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
5578 {
5579         pd_entry_t *pde;
5580         pt_entry_t *pte, PG_V;
5581         boolean_t rv;
5582
5583         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5584         rv = FALSE;
5585         PMAP_LOCK(pmap);
5586         pde = pmap_pde(pmap, addr);
5587         if (pde != NULL && (*pde & (PG_PS | PG_V)) == PG_V) {
5588                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, addr);
5589                 rv = (*pte & PG_V) == 0;
5590         }
5591         PMAP_UNLOCK(pmap);
5592         return (rv);
5593 }
5594
5595 /*
5596  *      pmap_is_referenced:
5597  *
5598  *      Return whether or not the specified physical page was referenced
5599  *      in any physical maps.
5600  */
5601 boolean_t
5602 pmap_is_referenced(vm_page_t m)
5603 {
5604
5605         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5606             ("pmap_is_referenced: page %p is not managed", m));
5607         return (pmap_page_test_mappings(m, TRUE, FALSE));
5608 }
5609
5610 /*
5611  * Clear the write and modified bits in each of the given page's mappings.
5612  */
5613 void
5614 pmap_remove_write(vm_page_t m)
5615 {
5616         struct md_page *pvh;
5617         pmap_t pmap;
5618         struct rwlock *lock;
5619         pv_entry_t next_pv, pv;
5620         pd_entry_t *pde;
5621         pt_entry_t oldpte, *pte, PG_M, PG_RW;
5622         vm_offset_t va;
5623         int pvh_gen, md_gen;
5624
5625         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5626             ("pmap_remove_write: page %p is not managed", m));
5627
5628         /*
5629          * If the page is not exclusive busied, then PGA_WRITEABLE cannot be
5630          * set by another thread while the object is locked.  Thus,
5631          * if PGA_WRITEABLE is clear, no page table entries need updating.
5632          */
5633         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
5634         if (!vm_page_xbusied(m) && (m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
5635                 return;
5636         rw_rlock(&pvh_global_lock);
5637         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5638         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5639 retry_pv_loop:
5640         rw_wlock(lock);
5641         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0)
5642                 goto small_mappings;
5643         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
5644                 pmap = PV_PMAP(pv);
5645                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5646                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5647                         rw_wunlock(lock);
5648                         PMAP_LOCK(pmap);
5649                         rw_wlock(lock);
5650                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
5651                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5652                                 rw_wunlock(lock);
5653                                 goto retry_pv_loop;
5654                         }
5655                 }
5656                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5657                 va = pv->pv_va;
5658                 pde = pmap_pde(pmap, va);
5659                 if ((*pde & PG_RW) != 0)
5660                         (void)pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
5661                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
5662                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
5663                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
5664                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5665         }
5666 small_mappings:
5667         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5668                 pmap = PV_PMAP(pv);
5669                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5670                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5671                         md_gen = m->md.pv_gen;
5672                         rw_wunlock(lock);
5673                         PMAP_LOCK(pmap);
5674                         rw_wlock(lock);
5675                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen ||
5676                             md_gen != m->md.pv_gen) {
5677                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5678                                 rw_wunlock(lock);
5679                                 goto retry_pv_loop;
5680                         }
5681                 }
5682                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5683                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5684                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
5685                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0,
5686                     ("pmap_remove_write: found a 2mpage in page %p's pv list",
5687                     m));
5688                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
5689 retry:
5690                 oldpte = *pte;
5691                 if (oldpte & PG_RW) {
5692                         if (!atomic_cmpset_long(pte, oldpte, oldpte &
5693                             ~(PG_RW | PG_M)))
5694                                 goto retry;
5695                         if ((oldpte & PG_M) != 0)
5696                                 vm_page_dirty(m);
5697                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
5698                 }
5699                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5700         }
5701         rw_wunlock(lock);
5702         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
5703         rw_runlock(&pvh_global_lock);
5704 }
5705
5706 static __inline boolean_t
5707 safe_to_clear_referenced(pmap_t pmap, pt_entry_t pte)
5708 {
5709
5710         if (!pmap_emulate_ad_bits(pmap))
5711                 return (TRUE);
5712
5713         KASSERT(pmap->pm_type == PT_EPT, ("invalid pm_type %d", pmap->pm_type));
5714
5715         /*
5716          * XWR = 010 or 110 will cause an unconditional EPT misconfiguration
5717          * so we don't let the referenced (aka EPT_PG_READ) bit to be cleared
5718          * if the EPT_PG_WRITE bit is set.
5719          */
5720         if ((pte & EPT_PG_WRITE) != 0)
5721                 return (FALSE);
5722
5723         /*
5724          * XWR = 100 is allowed only if the PMAP_SUPPORTS_EXEC_ONLY is set.
5725          */
5726         if ((pte & EPT_PG_EXECUTE) == 0 ||
5727             ((pmap->pm_flags & PMAP_SUPPORTS_EXEC_ONLY) != 0))
5728                 return (TRUE);
5729         else
5730                 return (FALSE);
5731 }
5732
5733 #define PMAP_TS_REFERENCED_MAX  5
5734
5735 /*
5736  *      pmap_ts_referenced:
5737  *
5738  *      Return a count of reference bits for a page, clearing those bits.
5739  *      It is not necessary for every reference bit to be cleared, but it
5740  *      is necessary that 0 only be returned when there are truly no
5741  *      reference bits set.
5742  *
5743  *      XXX: The exact number of bits to check and clear is a matter that
5744  *      should be tested and standardized at some point in the future for
5745  *      optimal aging of shared pages.
5746  */
5747 int
5748 pmap_ts_referenced(vm_page_t m)
5749 {
5750         struct md_page *pvh;
5751         pv_entry_t pv, pvf;
5752         pmap_t pmap;
5753         struct rwlock *lock;
5754         pd_entry_t oldpde, *pde;
5755         pt_entry_t *pte, PG_A;
5756         vm_offset_t va;
5757         vm_paddr_t pa;
5758         int cleared, md_gen, not_cleared, pvh_gen;
5759         struct spglist free;
5760         boolean_t demoted;
5761
5762         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5763             ("pmap_ts_referenced: page %p is not managed", m));
5764         SLIST_INIT(&free);
5765         cleared = 0;
5766         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
5767         lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);
5768         pvh = pa_to_pvh(pa);
5769         rw_rlock(&pvh_global_lock);
5770         rw_wlock(lock);
5771 retry:
5772         not_cleared = 0;
5773         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
5774             (pvf = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) == NULL)
5775                 goto small_mappings;
5776         pv = pvf;
5777         do {
5778                 if (pvf == NULL)
5779                         pvf = pv;
5780                 pmap = PV_PMAP(pv);
5781                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5782                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5783                         rw_wunlock(lock);
5784                         PMAP_LOCK(pmap);
5785                         rw_wlock(lock);
5786                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
5787                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5788                                 goto retry;
5789                         }
5790                 }
5791                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5792                 va = pv->pv_va;
5793                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
5794                 oldpde = *pde;
5795                 if ((*pde & PG_A) != 0) {
5796                         /*
5797                          * Since this reference bit is shared by 512 4KB
5798                          * pages, it should not be cleared every time it is
5799                          * tested.  Apply a simple "hash" function on the
5800                          * physical page number, the virtual superpage number,
5801                          * and the pmap address to select one 4KB page out of
5802                          * the 512 on which testing the reference bit will
5803                          * result in clearing that reference bit.  This
5804                          * function is designed to avoid the selection of the
5805                          * same 4KB page for every 2MB page mapping.
5806                          *
5807                          * On demotion, a mapping that hasn't been referenced
5808                          * is simply destroyed.  To avoid the possibility of a
5809                          * subsequent page fault on a demoted wired mapping,
5810                          * always leave its reference bit set.  Moreover,
5811                          * since the superpage is wired, the current state of
5812                          * its reference bit won't affect page replacement.
5813                          */
5814                         if ((((pa >> PAGE_SHIFT) ^ (pv->pv_va >> PDRSHIFT) ^
5815                             (uintptr_t)pmap) & (NPTEPG - 1)) == 0 &&
5816                             (*pde & PG_W) == 0) {
5817                                 if (safe_to_clear_referenced(pmap, oldpde)) {
5818                                         atomic_clear_long(pde, PG_A);
5819                                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
5820                                         demoted = FALSE;
5821                                 } else if (pmap_demote_pde_locked(pmap, pde,
5822                                     pv->pv_va, &lock)) {
5823                                         /*
5824                                          * Remove the mapping to a single page
5825                                          * so that a subsequent access may
5826                                          * repromote.  Since the underlying
5827                                          * page table page is fully populated,
5828                                          * this removal never frees a page
5829                                          * table page.
5830                                          */
5831                                         demoted = TRUE;
5832                                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde &
5833                                             PG_PS_FRAME);
5834                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
5835                                         pmap_remove_pte(pmap, pte, va, *pde,
5836                                             NULL, &lock);
5837                                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
5838                                 } else
5839                                         demoted = TRUE;
5840
5841                                 if (demoted) {
5842                                         /*
5843                                          * The superpage mapping was removed
5844                                          * entirely and therefore 'pv' is no
5845                                          * longer valid.
5846                                          */
5847                                         if (pvf == pv)
5848                                                 pvf = NULL;
5849                                         pv = NULL;
5850                                 }
5851                                 cleared++;
5852                                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
5853                                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
5854                                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
5855                         } else
5856                                 not_cleared++;
5857                 }
5858                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5859                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
5860                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
5861                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
5862                         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
5863                         pvh->pv_gen++;
5864                 }
5865                 if (cleared + not_cleared >= PMAP_TS_REFERENCED_MAX)
5866                         goto out;
5867         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != pvf);
5868 small_mappings:
5869         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) == NULL)
5870                 goto out;
5871         pv = pvf;
5872         do {
5873                 if (pvf == NULL)
5874                         pvf = pv;
5875                 pmap = PV_PMAP(pv);
5876                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5877                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5878                         md_gen = m->md.pv_gen;
5879                         rw_wunlock(lock);
5880                         PMAP_LOCK(pmap);
5881                         rw_wlock(lock);
5882                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
5883                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5884                                 goto retry;
5885                         }
5886                 }
5887                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5888                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
5889                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0,
5890                     ("pmap_ts_referenced: found a 2mpage in page %p's pv list",
5891                     m));
5892                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
5893                 if ((*pte & PG_A) != 0) {
5894                         if (safe_to_clear_referenced(pmap, *pte)) {
5895                                 atomic_clear_long(pte, PG_A);
5896                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
5897                                 cleared++;
5898                         } else if ((*pte & PG_W) == 0) {
5899                                 /*
5900                                  * Wired pages cannot be paged out so
5901                                  * doing accessed bit emulation for
5902                                  * them is wasted effort. We do the
5903                                  * hard work for unwired pages only.
5904                                  */
5905                                 pmap_remove_pte(pmap, pte, pv->pv_va,
5906                                     *pde, &free, &lock);
5907                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
5908                                 cleared++;
5909                                 if (pvf == pv)
5910                                         pvf = NULL;
5911                                 pv = NULL;
5912                                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
5913                                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
5914                                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
5915                         } else
5916                                 not_cleared++;
5917                 }
5918                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5919                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
5920                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
5921                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5922                         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5923                         m->md.pv_gen++;
5924                 }
5925         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != pvf && cleared +
5926             not_cleared < PMAP_TS_REFERENCED_MAX);
5927 out:
5928         rw_wunlock(lock);
5929         rw_runlock(&pvh_global_lock);
5930         pmap_free_zero_pages(&free);
5931         return (cleared + not_cleared);
5932 }
5933
5934 /*
5935  *      Apply the given advice to the specified range of addresses within the
5936  *      given pmap.  Depending on the advice, clear the referenced and/or
5937  *      modified flags in each mapping and set the mapped page's dirty field.
5938  */
5939 void
5940 pmap_advise(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, int advice)
5941 {
5942         struct rwlock *lock;
5943         pml4_entry_t *pml4e;
5944         pdp_entry_t *pdpe;
5945         pd_entry_t oldpde, *pde;
5946         pt_entry_t *pte, PG_A, PG_G, PG_M, PG_RW, PG_V;
5947         vm_offset_t va_next;
5948         vm_page_t m;
5949         boolean_t anychanged, pv_lists_locked;
5950
5951         if (advice != MADV_DONTNEED && advice != MADV_FREE)
5952                 return;
5953
5954         /*
5955          * A/D bit emulation requires an alternate code path when clearing
5956          * the modified and accessed bits below. Since this function is
5957          * advisory in nature we skip it entirely for pmaps that require
5958          * A/D bit emulation.
5959          */
5960         if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
5961                 return;
5962
5963         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5964         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5965         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5966         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5967         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5968
5969         pv_lists_locked = FALSE;
5970 resume:
5971         anychanged = FALSE;
5972         PMAP_LOCK(pmap);
5973         for (; sva < eva; sva = va_next) {
5974                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
5975                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
5976                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
5977                         if (va_next < sva)
5978                                 va_next = eva;
5979                         continue;
5980                 }
5981                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
5982                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
5983                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
5984                         if (va_next < sva)
5985                                 va_next = eva;
5986                         continue;
5987                 }
5988                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
5989                 if (va_next < sva)
5990                         va_next = eva;
5991                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
5992                 oldpde = *pde;
5993                 if ((oldpde & PG_V) == 0)
5994                         continue;
5995                 else if ((oldpde & PG_PS) != 0) {
5996                         if ((oldpde & PG_MANAGED) == 0)
5997                                 continue;
5998                         if (!pv_lists_locked) {
5999                                 pv_lists_locked = TRUE;
6000                                 if (!rw_try_rlock(&pvh_global_lock)) {
6001                                         if (anychanged)
6002                                                 pmap_invalidate_all(pmap);
6003                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
6004                                         rw_rlock(&pvh_global_lock);
6005                                         goto resume;
6006                                 }
6007                         }
6008                         lock = NULL;
6009                         if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, sva, &lock)) {
6010                                 if (lock != NULL)
6011                                         rw_wunlock(lock);
6012
6013                                 /*
6014                                  * The large page mapping was destroyed.
6015                                  */
6016                                 continue;
6017                         }
6018
6019                         /*
6020                          * Unless the page mappings are wired, remove the
6021                          * mapping to a single page so that a subsequent
6022                          * access may repromote.  Since the underlying page
6023                          * table page is fully populated, this removal never
6024                          * frees a page table page.
6025                          */
6026                         if ((oldpde & PG_W) == 0) {
6027                                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva);
6028                                 KASSERT((*pte & PG_V) != 0,
6029                                     ("pmap_advise: invalid PTE"));
6030                                 pmap_remove_pte(pmap, pte, sva, *pde, NULL,
6031                                     &lock);
6032                                 anychanged = TRUE;
6033                         }
6034                         if (lock != NULL)
6035                                 rw_wunlock(lock);
6036                 }
6037                 if (va_next > eva)
6038                         va_next = eva;
6039                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
6040                     sva += PAGE_SIZE) {
6041                         if ((*pte & (PG_MANAGED | PG_V)) != (PG_MANAGED |
6042                             PG_V))
6043                                 continue;
6044                         else if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
6045                                 if (advice == MADV_DONTNEED) {
6046                                         /*
6047                                          * Future calls to pmap_is_modified()
6048                                          * can be avoided by making the page
6049                                          * dirty now.
6050                                          */
6051                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pte & PG_FRAME);
6052                                         vm_page_dirty(m);
6053                                 }
6054                                 atomic_clear_long(pte, PG_M | PG_A);
6055                         } else if ((*pte & PG_A) != 0)
6056                                 atomic_clear_long(pte, PG_A);
6057                         else
6058                                 continue;
6059                         if ((*pte & PG_G) != 0)
6060                                 pmap_invalidate_page(pmap, sva);
6061                         else
6062                                 anychanged = TRUE;
6063                 }
6064         }
6065         if (anychanged)
6066                 pmap_invalidate_all(pmap);
6067         if (pv_lists_locked)
6068                 rw_runlock(&pvh_global_lock);
6069         PMAP_UNLOCK(pmap);
6070 }
6071
6072 /*
6073  *      Clear the modify bits on the specified physical page.
6074  */
6075 void
6076 pmap_clear_modify(vm_page_t m)
6077 {
6078         struct md_page *pvh;
6079         pmap_t pmap;
6080         pv_entry_t next_pv, pv;
6081         pd_entry_t oldpde, *pde;
6082         pt_entry_t oldpte, *pte, PG_M, PG_RW, PG_V;
6083         struct rwlock *lock;
6084         vm_offset_t va;
6085         int md_gen, pvh_gen;
6086
6087         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
6088             ("pmap_clear_modify: page %p is not managed", m));
6089         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
6090         KASSERT(!vm_page_xbusied(m),
6091             ("pmap_clear_modify: page %p is exclusive busied", m));
6092
6093         /*
6094          * If the page is not PGA_WRITEABLE, then no PTEs can have PG_M set.
6095          * If the object containing the page is locked and the page is not
6096          * exclusive busied, then PGA_WRITEABLE cannot be concurrently set.
6097          */
6098         if ((m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
6099                 return;
6100         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
6101         rw_rlock(&pvh_global_lock);
6102         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
6103         rw_wlock(lock);
6104 restart:
6105         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0)
6106                 goto small_mappings;
6107         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
6108                 pmap = PV_PMAP(pv);
6109                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6110                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
6111                         rw_wunlock(lock);
6112                         PMAP_LOCK(pmap);
6113                         rw_wlock(lock);
6114                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
6115                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6116                                 goto restart;
6117                         }
6118                 }
6119                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6120                 PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6121                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6122                 va = pv->pv_va;
6123                 pde = pmap_pde(pmap, va);
6124                 oldpde = *pde;
6125                 if ((oldpde & PG_RW) != 0) {
6126                         if (pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock)) {
6127                                 if ((oldpde & PG_W) == 0) {
6128                                         /*
6129                                          * Write protect the mapping to a
6130                                          * single page so that a subsequent
6131                                          * write access may repromote.
6132                                          */
6133                                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde &
6134                                             PG_PS_FRAME);
6135                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
6136                                         oldpte = *pte;
6137                                         if ((oldpte & PG_V) != 0) {
6138                                                 while (!atomic_cmpset_long(pte,
6139                                                     oldpte,
6140                                                     oldpte & ~(PG_M | PG_RW)))
6141                                                         oldpte = *pte;
6142                                                 vm_page_dirty(m);
6143                                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
6144                                         }
6145                                 }
6146                         }
6147                 }
6148                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6149         }
6150 small_mappings:
6151         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
6152                 pmap = PV_PMAP(pv);
6153                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6154                         md_gen = m->md.pv_gen;
6155                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
6156                         rw_wunlock(lock);
6157                         PMAP_LOCK(pmap);
6158                         rw_wlock(lock);
6159                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
6160                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6161                                 goto restart;
6162                         }
6163                 }
6164                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6165                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6166                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
6167                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_clear_modify: found"
6168                     " a 2mpage in page %p's pv list", m));
6169                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
6170                 if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
6171                         atomic_clear_long(pte, PG_M);
6172                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
6173                 }
6174                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6175         }
6176         rw_wunlock(lock);
6177         rw_runlock(&pvh_global_lock);
6178 }
6179
6180 /*
6181  * Miscellaneous support routines follow
6182  */
6183
6184 /* Adjust the cache mode for a 4KB page mapped via a PTE. */
6185 static __inline void
6186 pmap_pte_attr(pt_entry_t *pte, int cache_bits, int mask)
6187 {
6188         u_int opte, npte;
6189
6190         /*
6191          * The cache mode bits are all in the low 32-bits of the
6192          * PTE, so we can just spin on updating the low 32-bits.
6193          */
6194         do {
6195                 opte = *(u_int *)pte;
6196                 npte = opte & ~mask;
6197                 npte |= cache_bits;
6198         } while (npte != opte && !atomic_cmpset_int((u_int *)pte, opte, npte));
6199 }
6200
6201 /* Adjust the cache mode for a 2MB page mapped via a PDE. */
6202 static __inline void
6203 pmap_pde_attr(pd_entry_t *pde, int cache_bits, int mask)
6204 {
6205         u_int opde, npde;
6206
6207         /*
6208          * The cache mode bits are all in the low 32-bits of the
6209          * PDE, so we can just spin on updating the low 32-bits.
6210          */
6211         do {
6212                 opde = *(u_int *)pde;
6213                 npde = opde & ~mask;
6214                 npde |= cache_bits;
6215         } while (npde != opde && !atomic_cmpset_int((u_int *)pde, opde, npde));
6216 }
6217
6218 /*
6219  * Map a set of physical memory pages into the kernel virtual
6220  * address space. Return a pointer to where it is mapped. This
6221  * routine is intended to be used for mapping device memory,
6222  * NOT real memory.
6223  */
6224 void *
6225 pmap_mapdev_attr(vm_paddr_t pa, vm_size_t size, int mode)
6226 {
6227         vm_offset_t va, offset;
6228         vm_size_t tmpsize;
6229
6230         /*
6231          * If the specified range of physical addresses fits within the direct
6232          * map window, use the direct map. 
6233          */
6234         if (pa < dmaplimit && pa + size < dmaplimit) {
6235                 va = PHYS_TO_DMAP(pa);
6236                 if (!pmap_change_attr(va, size, mode))
6237                         return ((void *)va);
6238         }
6239         offset = pa & PAGE_MASK;
6240         size = round_page(offset + size);
6241         va = kva_alloc(size);
6242         if (!va)
6243                 panic("pmap_mapdev: Couldn't alloc kernel virtual memory");
6244         pa = trunc_page(pa);
6245         for (tmpsize = 0; tmpsize < size; tmpsize += PAGE_SIZE)
6246                 pmap_kenter_attr(va + tmpsize, pa + tmpsize, mode);
6247         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, va, va + tmpsize);
6248         pmap_invalidate_cache_range(va, va + tmpsize, FALSE);
6249         return ((void *)(va + offset));
6250 }
6251
6252 void *
6253 pmap_mapdev(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
6254 {
6255
6256         return (pmap_mapdev_attr(pa, size, PAT_UNCACHEABLE));
6257 }
6258
6259 void *
6260 pmap_mapbios(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
6261 {
6262
6263         return (pmap_mapdev_attr(pa, size, PAT_WRITE_BACK));
6264 }
6265
6266 void
6267 pmap_unmapdev(vm_offset_t va, vm_size_t size)
6268 {
6269         vm_offset_t base, offset;
6270
6271         /* If we gave a direct map region in pmap_mapdev, do nothing */
6272         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS)
6273                 return;
6274         base = trunc_page(va);
6275         offset = va & PAGE_MASK;
6276         size = round_page(offset + size);
6277         kva_free(base, size);
6278 }
6279
6280 /*
6281  * Tries to demote a 1GB page mapping.
6282  */
6283 static boolean_t
6284 pmap_demote_pdpe(pmap_t pmap, pdp_entry_t *pdpe, vm_offset_t va)
6285 {
6286         pdp_entry_t newpdpe, oldpdpe;
6287         pd_entry_t *firstpde, newpde, *pde;
6288         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
6289         vm_paddr_t mpdepa;
6290         vm_page_t mpde;
6291
6292         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6293         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6294         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6295         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6296
6297         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6298         oldpdpe = *pdpe;
6299         KASSERT((oldpdpe & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V),
6300             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_PS and/or PG_V"));
6301         if ((mpde = vm_page_alloc(NULL, va >> PDPSHIFT, VM_ALLOC_INTERRUPT |
6302             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED)) == NULL) {
6303                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pdpe: failure for va %#lx"
6304                     " in pmap %p", va, pmap);
6305                 return (FALSE);
6306         }
6307         mpdepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpde);
6308         firstpde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mpdepa);
6309         newpdpe = mpdepa | PG_M | PG_A | (oldpdpe & PG_U) | PG_RW | PG_V;
6310         KASSERT((oldpdpe & PG_A) != 0,
6311             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_A"));
6312         KASSERT((oldpdpe & (PG_M | PG_RW)) != PG_RW,
6313             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_M"));
6314         newpde = oldpdpe;
6315
6316         /*
6317          * Initialize the page directory page.
6318          */
6319         for (pde = firstpde; pde < firstpde + NPDEPG; pde++) {
6320                 *pde = newpde;
6321                 newpde += NBPDR;
6322         }
6323
6324         /*
6325          * Demote the mapping.
6326          */
6327         *pdpe = newpdpe;
6328
6329         /*
6330          * Invalidate a stale recursive mapping of the page directory page.
6331          */
6332         pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopde(va));
6333
6334         pmap_pdpe_demotions++;
6335         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pdpe: success for va %#lx"
6336             " in pmap %p", va, pmap);
6337         return (TRUE);
6338 }
6339
6340 /*
6341  * Sets the memory attribute for the specified page.
6342  */
6343 void
6344 pmap_page_set_memattr(vm_page_t m, vm_memattr_t ma)
6345 {
6346
6347         m->md.pat_mode = ma;
6348
6349         /*
6350          * If "m" is a normal page, update its direct mapping.  This update
6351          * can be relied upon to perform any cache operations that are
6352          * required for data coherence.
6353          */
6354         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
6355             pmap_change_attr(PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m)), PAGE_SIZE,
6356             m->md.pat_mode))
6357                 panic("memory attribute change on the direct map failed");
6358 }
6359
6360 /*
6361  * Changes the specified virtual address range's memory type to that given by
6362  * the parameter "mode".  The specified virtual address range must be
6363  * completely contained within either the direct map or the kernel map.  If
6364  * the virtual address range is contained within the kernel map, then the
6365  * memory type for each of the corresponding ranges of the direct map is also
6366  * changed.  (The corresponding ranges of the direct map are those ranges that
6367  * map the same physical pages as the specified virtual address range.)  These
6368  * changes to the direct map are necessary because Intel describes the
6369  * behavior of their processors as "undefined" if two or more mappings to the
6370  * same physical page have different memory types.
6371  *
6372  * Returns zero if the change completed successfully, and either EINVAL or
6373  * ENOMEM if the change failed.  Specifically, EINVAL is returned if some part
6374  * of the virtual address range was not mapped, and ENOMEM is returned if
6375  * there was insufficient memory available to complete the change.  In the
6376  * latter case, the memory type may have been changed on some part of the
6377  * virtual address range or the direct map.
6378  */
6379 int
6380 pmap_change_attr(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
6381 {
6382         int error;
6383
6384         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
6385         error = pmap_change_attr_locked(va, size, mode);
6386         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
6387         return (error);
6388 }
6389
6390 static int
6391 pmap_change_attr_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
6392 {
6393         vm_offset_t base, offset, tmpva;
6394         vm_paddr_t pa_start, pa_end;
6395         pdp_entry_t *pdpe;
6396         pd_entry_t *pde;
6397         pt_entry_t *pte;
6398         int cache_bits_pte, cache_bits_pde, error;
6399         boolean_t changed;
6400
6401         PMAP_LOCK_ASSERT(kernel_pmap, MA_OWNED);
6402         base = trunc_page(va);
6403         offset = va & PAGE_MASK;
6404         size = round_page(offset + size);
6405
6406         /*
6407          * Only supported on kernel virtual addresses, including the direct
6408          * map but excluding the recursive map.
6409          */
6410         if (base < DMAP_MIN_ADDRESS)
6411                 return (EINVAL);
6412
6413         cache_bits_pde = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, 1);
6414         cache_bits_pte = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, 0);
6415         changed = FALSE;
6416
6417         /*
6418          * Pages that aren't mapped aren't supported.  Also break down 2MB pages
6419          * into 4KB pages if required.
6420          */
6421         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
6422                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, tmpva);
6423                 if (*pdpe == 0)
6424                         return (EINVAL);
6425                 if (*pdpe & PG_PS) {
6426                         /*
6427                          * If the current 1GB page already has the required
6428                          * memory type, then we need not demote this page. Just
6429                          * increment tmpva to the next 1GB page frame.
6430                          */
6431                         if ((*pdpe & X86_PG_PDE_CACHE) == cache_bits_pde) {
6432                                 tmpva = trunc_1gpage(tmpva) + NBPDP;
6433                                 continue;
6434                         }
6435
6436                         /*
6437                          * If the current offset aligns with a 1GB page frame
6438                          * and there is at least 1GB left within the range, then
6439                          * we need not break down this page into 2MB pages.
6440                          */
6441                         if ((tmpva & PDPMASK) == 0 &&
6442                             tmpva + PDPMASK < base + size) {
6443                                 tmpva += NBPDP;
6444                                 continue;
6445                         }
6446                         if (!pmap_demote_pdpe(kernel_pmap, pdpe, tmpva))
6447                                 return (ENOMEM);
6448                 }
6449                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, tmpva);
6450                 if (*pde == 0)
6451                         return (EINVAL);
6452                 if (*pde & PG_PS) {
6453                         /*
6454                          * If the current 2MB page already has the required
6455                          * memory type, then we need not demote this page. Just
6456                          * increment tmpva to the next 2MB page frame.
6457                          */
6458                         if ((*pde & X86_PG_PDE_CACHE) == cache_bits_pde) {
6459                                 tmpva = trunc_2mpage(tmpva) + NBPDR;
6460                                 continue;
6461                         }
6462
6463                         /*
6464                          * If the current offset aligns with a 2MB page frame
6465                          * and there is at least 2MB left within the range, then
6466                          * we need not break down this page into 4KB pages.
6467                          */
6468                         if ((tmpva & PDRMASK) == 0 &&
6469                             tmpva + PDRMASK < base + size) {
6470                                 tmpva += NBPDR;
6471                                 continue;
6472                         }
6473                         if (!pmap_demote_pde(kernel_pmap, pde, tmpva))
6474                                 return (ENOMEM);
6475                 }
6476                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, tmpva);
6477                 if (*pte == 0)
6478                         return (EINVAL);
6479                 tmpva += PAGE_SIZE;
6480         }
6481         error = 0;
6482
6483         /*
6484          * Ok, all the pages exist, so run through them updating their
6485          * cache mode if required.
6486          */
6487         pa_start = pa_end = 0;
6488         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
6489                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, tmpva);
6490                 if (*pdpe & PG_PS) {
6491                         if ((*pdpe & X86_PG_PDE_CACHE) != cache_bits_pde) {
6492                                 pmap_pde_attr(pdpe, cache_bits_pde,
6493                                     X86_PG_PDE_CACHE);
6494                                 changed = TRUE;
6495                         }
6496                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS) {
6497                                 if (pa_start == pa_end) {
6498                                         /* Start physical address run. */
6499                                         pa_start = *pdpe & PG_PS_FRAME;
6500                                         pa_end = pa_start + NBPDP;
6501                                 } else if (pa_end == (*pdpe & PG_PS_FRAME))
6502                                         pa_end += NBPDP;
6503                                 else {
6504                                         /* Run ended, update direct map. */
6505                                         error = pmap_change_attr_locked(
6506                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
6507                                             pa_end - pa_start, mode);
6508                                         if (error != 0)
6509                                                 break;
6510                                         /* Start physical address run. */
6511                                         pa_start = *pdpe & PG_PS_FRAME;
6512                                         pa_end = pa_start + NBPDP;
6513                                 }
6514                         }
6515                         tmpva = trunc_1gpage(tmpva) + NBPDP;
6516                         continue;
6517                 }
6518                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, tmpva);
6519                 if (*pde & PG_PS) {
6520                         if ((*pde & X86_PG_PDE_CACHE) != cache_bits_pde) {
6521                                 pmap_pde_attr(pde, cache_bits_pde,
6522                                     X86_PG_PDE_CACHE);
6523                                 changed = TRUE;
6524                         }
6525                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS) {
6526                                 if (pa_start == pa_end) {
6527                                         /* Start physical address run. */
6528                                         pa_start = *pde & PG_PS_FRAME;
6529                                         pa_end = pa_start + NBPDR;
6530                                 } else if (pa_end == (*pde & PG_PS_FRAME))
6531                                         pa_end += NBPDR;
6532                                 else {
6533                                         /* Run ended, update direct map. */
6534                                         error = pmap_change_attr_locked(
6535                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
6536                                             pa_end - pa_start, mode);
6537                                         if (error != 0)
6538                                                 break;
6539                                         /* Start physical address run. */
6540                                         pa_start = *pde & PG_PS_FRAME;
6541                                         pa_end = pa_start + NBPDR;
6542                                 }
6543                         }
6544                         tmpva = trunc_2mpage(tmpva) + NBPDR;
6545                 } else {
6546                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, tmpva);
6547                         if ((*pte & X86_PG_PTE_CACHE) != cache_bits_pte) {
6548                                 pmap_pte_attr(pte, cache_bits_pte,
6549                                     X86_PG_PTE_CACHE);
6550                                 changed = TRUE;
6551                         }
6552                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS) {
6553                                 if (pa_start == pa_end) {
6554                                         /* Start physical address run. */
6555                                         pa_start = *pte & PG_FRAME;
6556                                         pa_end = pa_start + PAGE_SIZE;
6557                                 } else if (pa_end == (*pte & PG_FRAME))
6558                                         pa_end += PAGE_SIZE;
6559                                 else {
6560                                         /* Run ended, update direct map. */
6561                                         error = pmap_change_attr_locked(
6562                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
6563                                             pa_end - pa_start, mode);
6564                                         if (error != 0)
6565                                                 break;
6566                                         /* Start physical address run. */
6567                                         pa_start = *pte & PG_FRAME;
6568                                         pa_end = pa_start + PAGE_SIZE;
6569                                 }
6570                         }
6571                         tmpva += PAGE_SIZE;
6572                 }
6573         }
6574         if (error == 0 && pa_start != pa_end)
6575                 error = pmap_change_attr_locked(PHYS_TO_DMAP(pa_start),
6576                     pa_end - pa_start, mode);
6577
6578         /*
6579          * Flush CPU caches if required to make sure any data isn't cached that
6580          * shouldn't be, etc.
6581          */
6582         if (changed) {
6583                 pmap_invalidate_range(kernel_pmap, base, tmpva);
6584                 pmap_invalidate_cache_range(base, tmpva, FALSE);
6585         }
6586         return (error);
6587 }
6588
6589 /*
6590  * Demotes any mapping within the direct map region that covers more than the
6591  * specified range of physical addresses.  This range's size must be a power
6592  * of two and its starting address must be a multiple of its size.  Since the
6593  * demotion does not change any attributes of the mapping, a TLB invalidation
6594  * is not mandatory.  The caller may, however, request a TLB invalidation.
6595  */
6596 void
6597 pmap_demote_DMAP(vm_paddr_t base, vm_size_t len, boolean_t invalidate)
6598 {
6599         pdp_entry_t *pdpe;
6600         pd_entry_t *pde;
6601         vm_offset_t va;
6602         boolean_t changed;
6603
6604         if (len == 0)
6605                 return;
6606         KASSERT(powerof2(len), ("pmap_demote_DMAP: len is not a power of 2"));
6607         KASSERT((base & (len - 1)) == 0,
6608             ("pmap_demote_DMAP: base is not a multiple of len"));
6609         if (len < NBPDP && base < dmaplimit) {
6610                 va = PHYS_TO_DMAP(base);
6611                 changed = FALSE;
6612                 PMAP_LOCK(kernel_pmap);
6613                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, va);
6614                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0)
6615                         panic("pmap_demote_DMAP: invalid PDPE");
6616                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0) {
6617                         if (!pmap_demote_pdpe(kernel_pmap, pdpe, va))
6618                                 panic("pmap_demote_DMAP: PDPE failed");
6619                         changed = TRUE;
6620                 }
6621                 if (len < NBPDR) {
6622                         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
6623                         if ((*pde & X86_PG_V) == 0)
6624                                 panic("pmap_demote_DMAP: invalid PDE");
6625                         if ((*pde & PG_PS) != 0) {
6626                                 if (!pmap_demote_pde(kernel_pmap, pde, va))
6627                                         panic("pmap_demote_DMAP: PDE failed");
6628                                 changed = TRUE;
6629                         }
6630                 }
6631                 if (changed && invalidate)
6632                         pmap_invalidate_page(kernel_pmap, va);
6633                 PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
6634         }
6635 }
6636
6637 /*
6638  * perform the pmap work for mincore
6639  */
6640 int
6641 pmap_mincore(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_paddr_t *locked_pa)
6642 {
6643         pd_entry_t *pdep;
6644         pt_entry_t pte, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
6645         vm_paddr_t pa;
6646         int val;
6647
6648         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6649         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6650         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6651         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6652
6653         PMAP_LOCK(pmap);
6654 retry:
6655         pdep = pmap_pde(pmap, addr);
6656         if (pdep != NULL && (*pdep & PG_V)) {
6657                 if (*pdep & PG_PS) {
6658                         pte = *pdep;
6659                         /* Compute the physical address of the 4KB page. */
6660                         pa = ((*pdep & PG_PS_FRAME) | (addr & PDRMASK)) &
6661                             PG_FRAME;
6662                         val = MINCORE_SUPER;
6663                 } else {
6664                         pte = *pmap_pde_to_pte(pdep, addr);
6665                         pa = pte & PG_FRAME;
6666                         val = 0;
6667                 }
6668         } else {
6669                 pte = 0;
6670                 pa = 0;
6671                 val = 0;
6672         }
6673         if ((pte & PG_V) != 0) {
6674                 val |= MINCORE_INCORE;
6675                 if ((pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
6676                         val |= MINCORE_MODIFIED | MINCORE_MODIFIED_OTHER;
6677                 if ((pte & PG_A) != 0)
6678                         val |= MINCORE_REFERENCED | MINCORE_REFERENCED_OTHER;
6679         }
6680         if ((val & (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER)) !=
6681             (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER) &&
6682             (pte & (PG_MANAGED | PG_V)) == (PG_MANAGED | PG_V)) {
6683                 /* Ensure that "PHYS_TO_VM_PAGE(pa)->object" doesn't change. */
6684                 if (vm_page_pa_tryrelock(pmap, pa, locked_pa))
6685                         goto retry;
6686         } else
6687                 PA_UNLOCK_COND(*locked_pa);
6688         PMAP_UNLOCK(pmap);
6689         return (val);
6690 }
6691
6692 void
6693 pmap_activate(struct thread *td)
6694 {
6695         pmap_t  pmap, oldpmap;
6696         u_int   cpuid;
6697
6698         critical_enter();
6699         pmap = vmspace_pmap(td->td_proc->p_vmspace);
6700         oldpmap = PCPU_GET(curpmap);
6701         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
6702 #ifdef SMP
6703         CPU_CLR_ATOMIC(cpuid, &oldpmap->pm_active);
6704         CPU_SET_ATOMIC(cpuid, &pmap->pm_active);
6705         CPU_SET_ATOMIC(cpuid, &pmap->pm_save);
6706 #else
6707         CPU_CLR(cpuid, &oldpmap->pm_active);
6708         CPU_SET(cpuid, &pmap->pm_active);
6709         CPU_SET(cpuid, &pmap->pm_save);
6710 #endif
6711         td->td_pcb->pcb_cr3 = pmap->pm_cr3;
6712         load_cr3(pmap->pm_cr3);
6713         PCPU_SET(curpmap, pmap);
6714         critical_exit();
6715 }
6716
6717 void
6718 pmap_sync_icache(pmap_t pm, vm_offset_t va, vm_size_t sz)
6719 {
6720 }
6721
6722 /*
6723  *      Increase the starting virtual address of the given mapping if a
6724  *      different alignment might result in more superpage mappings.
6725  */
6726 void
6727 pmap_align_superpage(vm_object_t object, vm_ooffset_t offset,
6728     vm_offset_t *addr, vm_size_t size)
6729 {
6730         vm_offset_t superpage_offset;
6731
6732         if (size < NBPDR)
6733                 return;
6734         if (object != NULL && (object->flags & OBJ_COLORED) != 0)
6735                 offset += ptoa(object->pg_color);
6736         superpage_offset = offset & PDRMASK;
6737         if (size - ((NBPDR - superpage_offset) & PDRMASK) < NBPDR ||
6738             (*addr & PDRMASK) == superpage_offset)
6739                 return;
6740         if ((*addr & PDRMASK) < superpage_offset)
6741                 *addr = (*addr & ~PDRMASK) + superpage_offset;
6742         else
6743                 *addr = ((*addr + PDRMASK) & ~PDRMASK) + superpage_offset;
6744 }
6745
6746 #ifdef INVARIANTS
6747 static unsigned long num_dirty_emulations;
6748 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_dirty_emulations, CTLFLAG_RW,
6749              &num_dirty_emulations, 0, NULL);
6750
6751 static unsigned long num_accessed_emulations;
6752 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_accessed_emulations, CTLFLAG_RW,
6753              &num_accessed_emulations, 0, NULL);
6754
6755 static unsigned long num_superpage_accessed_emulations;
6756 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_superpage_accessed_emulations, CTLFLAG_RW,
6757              &num_superpage_accessed_emulations, 0, NULL);
6758
6759 static unsigned long ad_emulation_superpage_promotions;
6760 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, ad_emulation_superpage_promotions, CTLFLAG_RW,
6761              &ad_emulation_superpage_promotions, 0, NULL);
6762 #endif  /* INVARIANTS */
6763
6764 int
6765 pmap_emulate_accessed_dirty(pmap_t pmap, vm_offset_t va, int ftype)
6766 {
6767         int rv;
6768         struct rwlock *lock;
6769         vm_page_t m, mpte;
6770         pd_entry_t *pde;
6771         pt_entry_t *pte, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
6772         boolean_t pv_lists_locked;
6773
6774         KASSERT(ftype == VM_PROT_READ || ftype == VM_PROT_WRITE,
6775             ("pmap_emulate_accessed_dirty: invalid fault type %d", ftype));
6776
6777         if (!pmap_emulate_ad_bits(pmap))
6778                 return (-1);
6779
6780         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6781         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6782         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6783         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6784
6785         rv = -1;
6786         lock = NULL;
6787         pv_lists_locked = FALSE;
6788 retry:
6789         PMAP_LOCK(pmap);
6790
6791         pde = pmap_pde(pmap, va);
6792         if (pde == NULL || (*pde & PG_V) == 0)
6793                 goto done;
6794
6795         if ((*pde & PG_PS) != 0) {
6796                 if (ftype == VM_PROT_READ) {
6797 #ifdef INVARIANTS
6798                         atomic_add_long(&num_superpage_accessed_emulations, 1);
6799 #endif
6800                         *pde |= PG_A;
6801                         rv = 0;
6802                 }
6803                 goto done;
6804         }
6805
6806         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
6807         if ((*pte & PG_V) == 0)
6808                 goto done;
6809
6810         if (ftype == VM_PROT_WRITE) {
6811                 if ((*pte & PG_RW) == 0)
6812                         goto done;
6813                 *pte |= PG_M;
6814         }
6815         *pte |= PG_A;
6816
6817         /* try to promote the mapping */
6818         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
6819                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
6820         else
6821                 mpte = NULL;
6822
6823         m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pte & PG_FRAME);
6824
6825         if ((mpte == NULL || mpte->wire_count == NPTEPG) &&
6826             pmap_ps_enabled(pmap) &&
6827             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
6828             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0) {
6829                 if (!pv_lists_locked) {
6830                         pv_lists_locked = TRUE;
6831                         if (!rw_try_rlock(&pvh_global_lock)) {
6832                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6833                                 rw_rlock(&pvh_global_lock);
6834                                 goto retry;
6835                         }
6836                 }
6837                 pmap_promote_pde(pmap, pde, va, &lock);
6838 #ifdef INVARIANTS
6839                 atomic_add_long(&ad_emulation_superpage_promotions, 1);
6840 #endif
6841         }
6842 #ifdef INVARIANTS
6843         if (ftype == VM_PROT_WRITE)
6844                 atomic_add_long(&num_dirty_emulations, 1);
6845         else
6846                 atomic_add_long(&num_accessed_emulations, 1);
6847 #endif
6848         rv = 0;         /* success */
6849 done:
6850         if (lock != NULL)
6851                 rw_wunlock(lock);
6852         if (pv_lists_locked)
6853                 rw_runlock(&pvh_global_lock);
6854         PMAP_UNLOCK(pmap);
6855         return (rv);
6856 }
6857
6858 void
6859 pmap_get_mapping(pmap_t pmap, vm_offset_t va, uint64_t *ptr, int *num)
6860 {
6861         pml4_entry_t *pml4;
6862         pdp_entry_t *pdp;
6863         pd_entry_t *pde;
6864         pt_entry_t *pte, PG_V;
6865         int idx;
6866
6867         idx = 0;
6868         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6869         PMAP_LOCK(pmap);
6870
6871         pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
6872         ptr[idx++] = *pml4;
6873         if ((*pml4 & PG_V) == 0)
6874                 goto done;
6875
6876         pdp = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4, va);
6877         ptr[idx++] = *pdp;
6878         if ((*pdp & PG_V) == 0 || (*pdp & PG_PS) != 0)
6879                 goto done;
6880
6881         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdp, va);
6882         ptr[idx++] = *pde;
6883         if ((*pde & PG_V) == 0 || (*pde & PG_PS) != 0)
6884                 goto done;
6885
6886         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
6887         ptr[idx++] = *pte;
6888
6889 done:
6890         PMAP_UNLOCK(pmap);
6891         *num = idx;
6892 }
6893
6894 #include "opt_ddb.h"
6895 #ifdef DDB
6896 #include <ddb/ddb.h>
6897
6898 DB_SHOW_COMMAND(pte, pmap_print_pte)
6899 {
6900         pmap_t pmap;
6901         pml4_entry_t *pml4;
6902         pdp_entry_t *pdp;
6903         pd_entry_t *pde;
6904         pt_entry_t *pte, PG_V;
6905         vm_offset_t va;
6906
6907         if (have_addr) {
6908                 va = (vm_offset_t)addr;
6909                 pmap = PCPU_GET(curpmap); /* XXX */
6910         } else {
6911                 db_printf("show pte addr\n");
6912                 return;
6913         }
6914         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6915         pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
6916         db_printf("VA %#016lx pml4e %#016lx", va, *pml4);
6917         if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
6918                 db_printf("\n");
6919                 return;
6920         }
6921         pdp = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4, va);
6922         db_printf(" pdpe %#016lx", *pdp);
6923         if ((*pdp & PG_V) == 0 || (*pdp & PG_PS) != 0) {
6924                 db_printf("\n");
6925                 return;
6926         }
6927         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdp, va);
6928         db_printf(" pde %#016lx", *pde);
6929         if ((*pde & PG_V) == 0 || (*pde & PG_PS) != 0) {
6930                 db_printf("\n");
6931                 return;
6932         }
6933         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
6934         db_printf(" pte %#016lx\n", *pte);
6935 }
6936
6937 DB_SHOW_COMMAND(phys2dmap, pmap_phys2dmap)
6938 {
6939         vm_paddr_t a;
6940
6941         if (have_addr) {
6942                 a = (vm_paddr_t)addr;
6943                 db_printf("0x%jx\n", (uintmax_t)PHYS_TO_DMAP(a));
6944         } else {
6945                 db_printf("show phys2dmap addr\n");
6946         }
6947 }
6948 #endif