]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/amd64/amd64/pmap.c
pmap: Micro-optimize pmap_remove_pages() on amd64 and arm64
[FreeBSD/FreeBSD.git] / sys / amd64 / amd64 / pmap.c
1 /*-
2  * SPDX-License-Identifier: BSD-4-Clause
3  *
4  * Copyright (c) 1991 Regents of the University of California.
5  * All rights reserved.
6  * Copyright (c) 1994 John S. Dyson
7  * All rights reserved.
8  * Copyright (c) 1994 David Greenman
9  * All rights reserved.
10  * Copyright (c) 2003 Peter Wemm
11  * All rights reserved.
12  * Copyright (c) 2005-2010 Alan L. Cox <alc@cs.rice.edu>
13  * All rights reserved.
14  *
15  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
16  * the Systems Programming Group of the University of Utah Computer
17  * Science Department and William Jolitz of UUNET Technologies Inc.
18  *
19  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
20  * modification, are permitted provided that the following conditions
21  * are met:
22  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
23  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
24  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
25  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
26  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
27  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
28  *    must display the following acknowledgement:
29  *      This product includes software developed by the University of
30  *      California, Berkeley and its contributors.
31  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
32  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
33  *    without specific prior written permission.
34  *
35  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
36  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
37  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
38  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
39  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
40  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
41  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
42  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
43  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
44  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
45  * SUCH DAMAGE.
46  *
47  *      from:   @(#)pmap.c      7.7 (Berkeley)  5/12/91
48  */
49 /*-
50  * Copyright (c) 2003 Networks Associates Technology, Inc.
51  * Copyright (c) 2014-2020 The FreeBSD Foundation
52  * All rights reserved.
53  *
54  * This software was developed for the FreeBSD Project by Jake Burkholder,
55  * Safeport Network Services, and Network Associates Laboratories, the
56  * Security Research Division of Network Associates, Inc. under
57  * DARPA/SPAWAR contract N66001-01-C-8035 ("CBOSS"), as part of the DARPA
58  * CHATS research program.
59  *
60  * Portions of this software were developed by
61  * Konstantin Belousov <kib@FreeBSD.org> under sponsorship from
62  * the FreeBSD Foundation.
63  *
64  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
65  * modification, are permitted provided that the following conditions
66  * are met:
67  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
68  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
69  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
70  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
71  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
72  *
73  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
74  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
75  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
76  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
77  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
78  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
79  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
80  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
81  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
82  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
83  * SUCH DAMAGE.
84  */
85
86 #define AMD64_NPT_AWARE
87
88 #include <sys/cdefs.h>
89 __FBSDID("$FreeBSD$");
90
91 /*
92  *      Manages physical address maps.
93  *
94  *      Since the information managed by this module is
95  *      also stored by the logical address mapping module,
96  *      this module may throw away valid virtual-to-physical
97  *      mappings at almost any time.  However, invalidations
98  *      of virtual-to-physical mappings must be done as
99  *      requested.
100  *
101  *      In order to cope with hardware architectures which
102  *      make virtual-to-physical map invalidates expensive,
103  *      this module may delay invalidate or reduced protection
104  *      operations until such time as they are actually
105  *      necessary.  This module is given full information as
106  *      to which processors are currently using which maps,
107  *      and to when physical maps must be made correct.
108  */
109
110 #include "opt_ddb.h"
111 #include "opt_pmap.h"
112 #include "opt_vm.h"
113
114 #include <sys/param.h>
115 #include <sys/asan.h>
116 #include <sys/bitstring.h>
117 #include <sys/bus.h>
118 #include <sys/systm.h>
119 #include <sys/counter.h>
120 #include <sys/kernel.h>
121 #include <sys/ktr.h>
122 #include <sys/lock.h>
123 #include <sys/malloc.h>
124 #include <sys/mman.h>
125 #include <sys/mutex.h>
126 #include <sys/proc.h>
127 #include <sys/rangeset.h>
128 #include <sys/rwlock.h>
129 #include <sys/sbuf.h>
130 #include <sys/smr.h>
131 #include <sys/sx.h>
132 #include <sys/turnstile.h>
133 #include <sys/vmem.h>
134 #include <sys/vmmeter.h>
135 #include <sys/sched.h>
136 #include <sys/sysctl.h>
137 #include <sys/smp.h>
138 #ifdef DDB
139 #include <sys/kdb.h>
140 #include <ddb/ddb.h>
141 #endif
142
143 #include <vm/vm.h>
144 #include <vm/vm_param.h>
145 #include <vm/vm_kern.h>
146 #include <vm/vm_page.h>
147 #include <vm/vm_map.h>
148 #include <vm/vm_object.h>
149 #include <vm/vm_extern.h>
150 #include <vm/vm_pageout.h>
151 #include <vm/vm_pager.h>
152 #include <vm/vm_phys.h>
153 #include <vm/vm_radix.h>
154 #include <vm/vm_reserv.h>
155 #include <vm/vm_dumpset.h>
156 #include <vm/uma.h>
157
158 #include <machine/asan.h>
159 #include <machine/intr_machdep.h>
160 #include <x86/apicvar.h>
161 #include <x86/ifunc.h>
162 #include <machine/cpu.h>
163 #include <machine/cputypes.h>
164 #include <machine/intr_machdep.h>
165 #include <machine/md_var.h>
166 #include <machine/pcb.h>
167 #include <machine/specialreg.h>
168 #ifdef SMP
169 #include <machine/smp.h>
170 #endif
171 #include <machine/sysarch.h>
172 #include <machine/tss.h>
173
174 #ifdef NUMA
175 #define PMAP_MEMDOM     MAXMEMDOM
176 #else
177 #define PMAP_MEMDOM     1
178 #endif
179
180 static __inline boolean_t
181 pmap_type_guest(pmap_t pmap)
182 {
183
184         return ((pmap->pm_type == PT_EPT) || (pmap->pm_type == PT_RVI));
185 }
186
187 static __inline boolean_t
188 pmap_emulate_ad_bits(pmap_t pmap)
189 {
190
191         return ((pmap->pm_flags & PMAP_EMULATE_AD_BITS) != 0);
192 }
193
194 static __inline pt_entry_t
195 pmap_valid_bit(pmap_t pmap)
196 {
197         pt_entry_t mask;
198
199         switch (pmap->pm_type) {
200         case PT_X86:
201         case PT_RVI:
202                 mask = X86_PG_V;
203                 break;
204         case PT_EPT:
205                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
206                         mask = EPT_PG_EMUL_V;
207                 else
208                         mask = EPT_PG_READ;
209                 break;
210         default:
211                 panic("pmap_valid_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
212         }
213
214         return (mask);
215 }
216
217 static __inline pt_entry_t
218 pmap_rw_bit(pmap_t pmap)
219 {
220         pt_entry_t mask;
221
222         switch (pmap->pm_type) {
223         case PT_X86:
224         case PT_RVI:
225                 mask = X86_PG_RW;
226                 break;
227         case PT_EPT:
228                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
229                         mask = EPT_PG_EMUL_RW;
230                 else
231                         mask = EPT_PG_WRITE;
232                 break;
233         default:
234                 panic("pmap_rw_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
235         }
236
237         return (mask);
238 }
239
240 static pt_entry_t pg_g;
241
242 static __inline pt_entry_t
243 pmap_global_bit(pmap_t pmap)
244 {
245         pt_entry_t mask;
246
247         switch (pmap->pm_type) {
248         case PT_X86:
249                 mask = pg_g;
250                 break;
251         case PT_RVI:
252         case PT_EPT:
253                 mask = 0;
254                 break;
255         default:
256                 panic("pmap_global_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
257         }
258
259         return (mask);
260 }
261
262 static __inline pt_entry_t
263 pmap_accessed_bit(pmap_t pmap)
264 {
265         pt_entry_t mask;
266
267         switch (pmap->pm_type) {
268         case PT_X86:
269         case PT_RVI:
270                 mask = X86_PG_A;
271                 break;
272         case PT_EPT:
273                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
274                         mask = EPT_PG_READ;
275                 else
276                         mask = EPT_PG_A;
277                 break;
278         default:
279                 panic("pmap_accessed_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
280         }
281
282         return (mask);
283 }
284
285 static __inline pt_entry_t
286 pmap_modified_bit(pmap_t pmap)
287 {
288         pt_entry_t mask;
289
290         switch (pmap->pm_type) {
291         case PT_X86:
292         case PT_RVI:
293                 mask = X86_PG_M;
294                 break;
295         case PT_EPT:
296                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
297                         mask = EPT_PG_WRITE;
298                 else
299                         mask = EPT_PG_M;
300                 break;
301         default:
302                 panic("pmap_modified_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
303         }
304
305         return (mask);
306 }
307
308 static __inline pt_entry_t
309 pmap_pku_mask_bit(pmap_t pmap)
310 {
311
312         return (pmap->pm_type == PT_X86 ? X86_PG_PKU_MASK : 0);
313 }
314
315 #if !defined(DIAGNOSTIC)
316 #ifdef __GNUC_GNU_INLINE__
317 #define PMAP_INLINE     __attribute__((__gnu_inline__)) inline
318 #else
319 #define PMAP_INLINE     extern inline
320 #endif
321 #else
322 #define PMAP_INLINE
323 #endif
324
325 #ifdef PV_STATS
326 #define PV_STAT(x)      do { x ; } while (0)
327 #else
328 #define PV_STAT(x)      do { } while (0)
329 #endif
330
331 #undef pa_index
332 #ifdef NUMA
333 #define pa_index(pa)    ({                                      \
334         KASSERT((pa) <= vm_phys_segs[vm_phys_nsegs - 1].end,    \
335             ("address %lx beyond the last segment", (pa)));     \
336         (pa) >> PDRSHIFT;                                       \
337 })
338 #define pa_to_pmdp(pa)  (&pv_table[pa_index(pa)])
339 #define pa_to_pvh(pa)   (&(pa_to_pmdp(pa)->pv_page))
340 #define PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa)        ({                      \
341         struct rwlock *_lock;                                   \
342         if (__predict_false((pa) > pmap_last_pa))               \
343                 _lock = &pv_dummy_large.pv_lock;                \
344         else                                                    \
345                 _lock = &(pa_to_pmdp(pa)->pv_lock);             \
346         _lock;                                                  \
347 })
348 #else
349 #define pa_index(pa)    ((pa) >> PDRSHIFT)
350 #define pa_to_pvh(pa)   (&pv_table[pa_index(pa)])
351
352 #define NPV_LIST_LOCKS  MAXCPU
353
354 #define PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa)        \
355                         (&pv_list_locks[pa_index(pa) % NPV_LIST_LOCKS])
356 #endif
357
358 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa)  do {    \
359         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
360         struct rwlock *_new_lock;                       \
361                                                         \
362         _new_lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);           \
363         if (_new_lock != *_lockp) {                     \
364                 if (*_lockp != NULL)                    \
365                         rw_wunlock(*_lockp);            \
366                 *_lockp = _new_lock;                    \
367                 rw_wlock(*_lockp);                      \
368         }                                               \
369 } while (0)
370
371 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m)        \
372                         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, VM_PAGE_TO_PHYS(m))
373
374 #define RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp)             do {    \
375         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
376                                                         \
377         if (*_lockp != NULL) {                          \
378                 rw_wunlock(*_lockp);                    \
379                 *_lockp = NULL;                         \
380         }                                               \
381 } while (0)
382
383 #define VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m)      \
384                         PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(VM_PAGE_TO_PHYS(m))
385
386 struct pmap kernel_pmap_store;
387
388 vm_offset_t virtual_avail;      /* VA of first avail page (after kernel bss) */
389 vm_offset_t virtual_end;        /* VA of last avail page (end of kernel AS) */
390
391 int nkpt;
392 SYSCTL_INT(_machdep, OID_AUTO, nkpt, CTLFLAG_RD, &nkpt, 0,
393     "Number of kernel page table pages allocated on bootup");
394
395 static int ndmpdp;
396 vm_paddr_t dmaplimit;
397 vm_offset_t kernel_vm_end = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
398 pt_entry_t pg_nx;
399
400 static SYSCTL_NODE(_vm, OID_AUTO, pmap, CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
401     "VM/pmap parameters");
402
403 static int pg_ps_enabled = 1;
404 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pg_ps_enabled, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
405     &pg_ps_enabled, 0, "Are large page mappings enabled?");
406
407 int __read_frequently la57 = 0;
408 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, la57, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
409     &la57, 0,
410     "5-level paging for host is enabled");
411
412 static bool
413 pmap_is_la57(pmap_t pmap)
414 {
415         if (pmap->pm_type == PT_X86)
416                 return (la57);
417         return (false);         /* XXXKIB handle EPT */
418 }
419
420 #define PAT_INDEX_SIZE  8
421 static int pat_index[PAT_INDEX_SIZE];   /* cache mode to PAT index conversion */
422
423 static u_int64_t        KPTphys;        /* phys addr of kernel level 1 */
424 static u_int64_t        KPDphys;        /* phys addr of kernel level 2 */
425 static u_int64_t        KPDPphys;       /* phys addr of kernel level 3 */
426 u_int64_t               KPML4phys;      /* phys addr of kernel level 4 */
427 u_int64_t               KPML5phys;      /* phys addr of kernel level 5,
428                                            if supported */
429
430 #ifdef KASAN
431 static uint64_t         KASANPDPphys;
432 #endif
433
434 static pml4_entry_t     *kernel_pml4;
435 static u_int64_t        DMPDphys;       /* phys addr of direct mapped level 2 */
436 static u_int64_t        DMPDPphys;      /* phys addr of direct mapped level 3 */
437 static int              ndmpdpphys;     /* number of DMPDPphys pages */
438
439 static vm_paddr_t       KERNend;        /* phys addr of end of bootstrap data */
440
441 /*
442  * pmap_mapdev support pre initialization (i.e. console)
443  */
444 #define PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT      8
445 static struct pmap_preinit_mapping {
446         vm_paddr_t      pa;
447         vm_offset_t     va;
448         vm_size_t       sz;
449         int             mode;
450 } pmap_preinit_mapping[PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT];
451 static int pmap_initialized;
452
453 /*
454  * Data for the pv entry allocation mechanism.
455  * Updates to pv_invl_gen are protected by the pv list lock but reads are not.
456  */
457 #ifdef NUMA
458 static __inline int
459 pc_to_domain(struct pv_chunk *pc)
460 {
461
462         return (vm_phys_domain(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc)));
463 }
464 #else
465 static __inline int
466 pc_to_domain(struct pv_chunk *pc __unused)
467 {
468
469         return (0);
470 }
471 #endif
472
473 struct pv_chunks_list {
474         struct mtx pvc_lock;
475         TAILQ_HEAD(pch, pv_chunk) pvc_list;
476         int active_reclaims;
477 } __aligned(CACHE_LINE_SIZE);
478
479 struct pv_chunks_list __exclusive_cache_line pv_chunks[PMAP_MEMDOM];
480
481 #ifdef  NUMA
482 struct pmap_large_md_page {
483         struct rwlock   pv_lock;
484         struct md_page  pv_page;
485         u_long pv_invl_gen;
486 };
487 __exclusive_cache_line static struct pmap_large_md_page pv_dummy_large;
488 #define pv_dummy pv_dummy_large.pv_page
489 __read_mostly static struct pmap_large_md_page *pv_table;
490 __read_mostly vm_paddr_t pmap_last_pa;
491 #else
492 static struct rwlock __exclusive_cache_line pv_list_locks[NPV_LIST_LOCKS];
493 static u_long pv_invl_gen[NPV_LIST_LOCKS];
494 static struct md_page *pv_table;
495 static struct md_page pv_dummy;
496 #endif
497
498 /*
499  * All those kernel PT submaps that BSD is so fond of
500  */
501 pt_entry_t *CMAP1 = NULL;
502 caddr_t CADDR1 = 0;
503 static vm_offset_t qframe = 0;
504 static struct mtx qframe_mtx;
505
506 static int pmap_flags = PMAP_PDE_SUPERPAGE;     /* flags for x86 pmaps */
507
508 static vmem_t *large_vmem;
509 static u_int lm_ents;
510 #define PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(va)    ((va) >= LARGEMAP_MIN_ADDRESS && \
511         (va) < LARGEMAP_MIN_ADDRESS + NBPML4 * (u_long)lm_ents)
512
513 int pmap_pcid_enabled = 1;
514 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pcid_enabled, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
515     &pmap_pcid_enabled, 0, "Is TLB Context ID enabled ?");
516 int invpcid_works = 0;
517 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, invpcid_works, CTLFLAG_RD, &invpcid_works, 0,
518     "Is the invpcid instruction available ?");
519
520 int __read_frequently pti = 0;
521 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pti, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
522     &pti, 0,
523     "Page Table Isolation enabled");
524 static vm_object_t pti_obj;
525 static pml4_entry_t *pti_pml4;
526 static vm_pindex_t pti_pg_idx;
527 static bool pti_finalized;
528
529 struct pmap_pkru_range {
530         struct rs_el    pkru_rs_el;
531         u_int           pkru_keyidx;
532         int             pkru_flags;
533 };
534
535 static uma_zone_t pmap_pkru_ranges_zone;
536 static bool pmap_pkru_same(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva);
537 static pt_entry_t pmap_pkru_get(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
538 static void pmap_pkru_on_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva);
539 static void *pkru_dup_range(void *ctx, void *data);
540 static void pkru_free_range(void *ctx, void *node);
541 static int pmap_pkru_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap);
542 static int pmap_pkru_deassign(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva);
543 static void pmap_pkru_deassign_all(pmap_t pmap);
544
545 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(pcid_save_cnt);
546 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_pmap, OID_AUTO, pcid_save_cnt, CTLFLAG_RD,
547     &pcid_save_cnt, "Count of saved TLB context on switch");
548
549 static LIST_HEAD(, pmap_invl_gen) pmap_invl_gen_tracker =
550     LIST_HEAD_INITIALIZER(&pmap_invl_gen_tracker);
551 static struct mtx invl_gen_mtx;
552 /* Fake lock object to satisfy turnstiles interface. */
553 static struct lock_object invl_gen_ts = {
554         .lo_name = "invlts",
555 };
556 static struct pmap_invl_gen pmap_invl_gen_head = {
557         .gen = 1,
558         .next = NULL,
559 };
560 static u_long pmap_invl_gen = 1;
561 static int pmap_invl_waiters;
562 static struct callout pmap_invl_callout;
563 static bool pmap_invl_callout_inited;
564
565 #define PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI() \
566     KASSERT(pmap_not_in_di(), ("DI already started"))
567
568 static bool
569 pmap_di_locked(void)
570 {
571         int tun;
572
573         if ((cpu_feature2 & CPUID2_CX16) == 0)
574                 return (true);
575         tun = 0;
576         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.di_locked", &tun);
577         return (tun != 0);
578 }
579
580 static int
581 sysctl_pmap_di_locked(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
582 {
583         int locked;
584
585         locked = pmap_di_locked();
586         return (sysctl_handle_int(oidp, &locked, 0, req));
587 }
588 SYSCTL_PROC(_vm_pmap, OID_AUTO, di_locked, CTLTYPE_INT | CTLFLAG_RDTUN |
589     CTLFLAG_MPSAFE, 0, 0, sysctl_pmap_di_locked, "",
590     "Locked delayed invalidation");
591
592 static bool pmap_not_in_di_l(void);
593 static bool pmap_not_in_di_u(void);
594 DEFINE_IFUNC(, bool, pmap_not_in_di, (void))
595 {
596
597         return (pmap_di_locked() ? pmap_not_in_di_l : pmap_not_in_di_u);
598 }
599
600 static bool
601 pmap_not_in_di_l(void)
602 {
603         struct pmap_invl_gen *invl_gen;
604
605         invl_gen = &curthread->td_md.md_invl_gen;
606         return (invl_gen->gen == 0);
607 }
608
609 static void
610 pmap_thread_init_invl_gen_l(struct thread *td)
611 {
612         struct pmap_invl_gen *invl_gen;
613
614         invl_gen = &td->td_md.md_invl_gen;
615         invl_gen->gen = 0;
616 }
617
618 static void
619 pmap_delayed_invl_wait_block(u_long *m_gen, u_long *invl_gen)
620 {
621         struct turnstile *ts;
622
623         ts = turnstile_trywait(&invl_gen_ts);
624         if (*m_gen > atomic_load_long(invl_gen))
625                 turnstile_wait(ts, NULL, TS_SHARED_QUEUE);
626         else
627                 turnstile_cancel(ts);
628 }
629
630 static void
631 pmap_delayed_invl_finish_unblock(u_long new_gen)
632 {
633         struct turnstile *ts;
634
635         turnstile_chain_lock(&invl_gen_ts);
636         ts = turnstile_lookup(&invl_gen_ts);
637         if (new_gen != 0)
638                 pmap_invl_gen = new_gen;
639         if (ts != NULL) {
640                 turnstile_broadcast(ts, TS_SHARED_QUEUE);
641                 turnstile_unpend(ts);
642         }
643         turnstile_chain_unlock(&invl_gen_ts);
644 }
645
646 /*
647  * Start a new Delayed Invalidation (DI) block of code, executed by
648  * the current thread.  Within a DI block, the current thread may
649  * destroy both the page table and PV list entries for a mapping and
650  * then release the corresponding PV list lock before ensuring that
651  * the mapping is flushed from the TLBs of any processors with the
652  * pmap active.
653  */
654 static void
655 pmap_delayed_invl_start_l(void)
656 {
657         struct pmap_invl_gen *invl_gen;
658         u_long currgen;
659
660         invl_gen = &curthread->td_md.md_invl_gen;
661         PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI();
662         mtx_lock(&invl_gen_mtx);
663         if (LIST_EMPTY(&pmap_invl_gen_tracker))
664                 currgen = pmap_invl_gen;
665         else
666                 currgen = LIST_FIRST(&pmap_invl_gen_tracker)->gen;
667         invl_gen->gen = currgen + 1;
668         LIST_INSERT_HEAD(&pmap_invl_gen_tracker, invl_gen, link);
669         mtx_unlock(&invl_gen_mtx);
670 }
671
672 /*
673  * Finish the DI block, previously started by the current thread.  All
674  * required TLB flushes for the pages marked by
675  * pmap_delayed_invl_page() must be finished before this function is
676  * called.
677  *
678  * This function works by bumping the global DI generation number to
679  * the generation number of the current thread's DI, unless there is a
680  * pending DI that started earlier.  In the latter case, bumping the
681  * global DI generation number would incorrectly signal that the
682  * earlier DI had finished.  Instead, this function bumps the earlier
683  * DI's generation number to match the generation number of the
684  * current thread's DI.
685  */
686 static void
687 pmap_delayed_invl_finish_l(void)
688 {
689         struct pmap_invl_gen *invl_gen, *next;
690
691         invl_gen = &curthread->td_md.md_invl_gen;
692         KASSERT(invl_gen->gen != 0, ("missed invl_start"));
693         mtx_lock(&invl_gen_mtx);
694         next = LIST_NEXT(invl_gen, link);
695         if (next == NULL)
696                 pmap_delayed_invl_finish_unblock(invl_gen->gen);
697         else
698                 next->gen = invl_gen->gen;
699         LIST_REMOVE(invl_gen, link);
700         mtx_unlock(&invl_gen_mtx);
701         invl_gen->gen = 0;
702 }
703
704 static bool
705 pmap_not_in_di_u(void)
706 {
707         struct pmap_invl_gen *invl_gen;
708
709         invl_gen = &curthread->td_md.md_invl_gen;
710         return (((uintptr_t)invl_gen->next & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) != 0);
711 }
712
713 static void
714 pmap_thread_init_invl_gen_u(struct thread *td)
715 {
716         struct pmap_invl_gen *invl_gen;
717
718         invl_gen = &td->td_md.md_invl_gen;
719         invl_gen->gen = 0;
720         invl_gen->next = (void *)PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID;
721 }
722
723 static bool
724 pmap_di_load_invl(struct pmap_invl_gen *ptr, struct pmap_invl_gen *out)
725 {
726         uint64_t new_high, new_low, old_high, old_low;
727         char res;
728
729         old_low = new_low = 0;
730         old_high = new_high = (uintptr_t)0;
731
732         __asm volatile("lock;cmpxchg16b\t%1"
733             : "=@cce" (res), "+m" (*ptr), "+a" (old_low), "+d" (old_high)
734             : "b"(new_low), "c" (new_high)
735             : "memory", "cc");
736         if (res == 0) {
737                 if ((old_high & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) != 0)
738                         return (false);
739                 out->gen = old_low;
740                 out->next = (void *)old_high;
741         } else {
742                 out->gen = new_low;
743                 out->next = (void *)new_high;
744         }
745         return (true);
746 }
747
748 static bool
749 pmap_di_store_invl(struct pmap_invl_gen *ptr, struct pmap_invl_gen *old_val,
750     struct pmap_invl_gen *new_val)
751 {
752         uint64_t new_high, new_low, old_high, old_low;
753         char res;
754
755         new_low = new_val->gen;
756         new_high = (uintptr_t)new_val->next;
757         old_low = old_val->gen;
758         old_high = (uintptr_t)old_val->next;
759
760         __asm volatile("lock;cmpxchg16b\t%1"
761             : "=@cce" (res), "+m" (*ptr), "+a" (old_low), "+d" (old_high)
762             : "b"(new_low), "c" (new_high)
763             : "memory", "cc");
764         return (res);
765 }
766
767 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(pv_page_count);
768 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_page_count, CTLFLAG_RD,
769     &pv_page_count, "Current number of allocated pv pages");
770
771 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(user_pt_page_count);
772 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_pmap, OID_AUTO, user_pt_page_count, CTLFLAG_RD,
773     &user_pt_page_count,
774     "Current number of allocated page table pages for userspace");
775
776 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(kernel_pt_page_count);
777 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_pmap, OID_AUTO, kernel_pt_page_count, CTLFLAG_RD,
778     &kernel_pt_page_count,
779     "Current number of allocated page table pages for the kernel");
780
781 #ifdef PV_STATS
782
783 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(invl_start_restart);
784 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_pmap, OID_AUTO, invl_start_restart,
785     CTLFLAG_RD, &invl_start_restart,
786     "Number of delayed TLB invalidation request restarts");
787
788 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(invl_finish_restart);
789 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_pmap, OID_AUTO, invl_finish_restart, CTLFLAG_RD,
790     &invl_finish_restart,
791     "Number of delayed TLB invalidation completion restarts");
792
793 static int invl_max_qlen;
794 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, invl_max_qlen, CTLFLAG_RD,
795     &invl_max_qlen, 0,
796     "Maximum delayed TLB invalidation request queue length");
797 #endif
798
799 #define di_delay        locks_delay
800
801 static void
802 pmap_delayed_invl_start_u(void)
803 {
804         struct pmap_invl_gen *invl_gen, *p, prev, new_prev;
805         struct thread *td;
806         struct lock_delay_arg lda;
807         uintptr_t prevl;
808         u_char pri;
809 #ifdef PV_STATS
810         int i, ii;
811 #endif
812
813         td = curthread;
814         invl_gen = &td->td_md.md_invl_gen;
815         PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI();
816         lock_delay_arg_init(&lda, &di_delay);
817         invl_gen->saved_pri = 0;
818         pri = td->td_base_pri;
819         if (pri > PVM) {
820                 thread_lock(td);
821                 pri = td->td_base_pri;
822                 if (pri > PVM) {
823                         invl_gen->saved_pri = pri;
824                         sched_prio(td, PVM);
825                 }
826                 thread_unlock(td);
827         }
828 again:
829         PV_STAT(i = 0);
830         for (p = &pmap_invl_gen_head;; p = prev.next) {
831                 PV_STAT(i++);
832                 prevl = (uintptr_t)atomic_load_ptr(&p->next);
833                 if ((prevl & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) != 0) {
834                         PV_STAT(counter_u64_add(invl_start_restart, 1));
835                         lock_delay(&lda);
836                         goto again;
837                 }
838                 if (prevl == 0)
839                         break;
840                 prev.next = (void *)prevl;
841         }
842 #ifdef PV_STATS
843         if ((ii = invl_max_qlen) < i)
844                 atomic_cmpset_int(&invl_max_qlen, ii, i);
845 #endif
846
847         if (!pmap_di_load_invl(p, &prev) || prev.next != NULL) {
848                 PV_STAT(counter_u64_add(invl_start_restart, 1));
849                 lock_delay(&lda);
850                 goto again;
851         }
852
853         new_prev.gen = prev.gen;
854         new_prev.next = invl_gen;
855         invl_gen->gen = prev.gen + 1;
856
857         /* Formal fence between store to invl->gen and updating *p. */
858         atomic_thread_fence_rel();
859
860         /*
861          * After inserting an invl_gen element with invalid bit set,
862          * this thread blocks any other thread trying to enter the
863          * delayed invalidation block.  Do not allow to remove us from
864          * the CPU, because it causes starvation for other threads.
865          */
866         critical_enter();
867
868         /*
869          * ABA for *p is not possible there, since p->gen can only
870          * increase.  So if the *p thread finished its di, then
871          * started a new one and got inserted into the list at the
872          * same place, its gen will appear greater than the previously
873          * read gen.
874          */
875         if (!pmap_di_store_invl(p, &prev, &new_prev)) {
876                 critical_exit();
877                 PV_STAT(counter_u64_add(invl_start_restart, 1));
878                 lock_delay(&lda);
879                 goto again;
880         }
881
882         /*
883          * There we clear PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID in
884          * invl_gen->next, allowing other threads to iterate past us.
885          * pmap_di_store_invl() provides fence between the generation
886          * write and the update of next.
887          */
888         invl_gen->next = NULL;
889         critical_exit();
890 }
891
892 static bool
893 pmap_delayed_invl_finish_u_crit(struct pmap_invl_gen *invl_gen,
894     struct pmap_invl_gen *p)
895 {
896         struct pmap_invl_gen prev, new_prev;
897         u_long mygen;
898
899         /*
900          * Load invl_gen->gen after setting invl_gen->next
901          * PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID.  This prevents larger
902          * generations to propagate to our invl_gen->gen.  Lock prefix
903          * in atomic_set_ptr() worked as seq_cst fence.
904          */
905         mygen = atomic_load_long(&invl_gen->gen);
906
907         if (!pmap_di_load_invl(p, &prev) || prev.next != invl_gen)
908                 return (false);
909
910         KASSERT(prev.gen < mygen,
911             ("invalid di gen sequence %lu %lu", prev.gen, mygen));
912         new_prev.gen = mygen;
913         new_prev.next = (void *)((uintptr_t)invl_gen->next &
914             ~PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID);
915
916         /* Formal fence between load of prev and storing update to it. */
917         atomic_thread_fence_rel();
918
919         return (pmap_di_store_invl(p, &prev, &new_prev));
920 }
921
922 static void
923 pmap_delayed_invl_finish_u(void)
924 {
925         struct pmap_invl_gen *invl_gen, *p;
926         struct thread *td;
927         struct lock_delay_arg lda;
928         uintptr_t prevl;
929
930         td = curthread;
931         invl_gen = &td->td_md.md_invl_gen;
932         KASSERT(invl_gen->gen != 0, ("missed invl_start: gen 0"));
933         KASSERT(((uintptr_t)invl_gen->next & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) == 0,
934             ("missed invl_start: INVALID"));
935         lock_delay_arg_init(&lda, &di_delay);
936
937 again:
938         for (p = &pmap_invl_gen_head; p != NULL; p = (void *)prevl) {
939                 prevl = (uintptr_t)atomic_load_ptr(&p->next);
940                 if ((prevl & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) != 0) {
941                         PV_STAT(counter_u64_add(invl_finish_restart, 1));
942                         lock_delay(&lda);
943                         goto again;
944                 }
945                 if ((void *)prevl == invl_gen)
946                         break;
947         }
948
949         /*
950          * It is legitimate to not find ourself on the list if a
951          * thread before us finished its DI and started it again.
952          */
953         if (__predict_false(p == NULL)) {
954                 PV_STAT(counter_u64_add(invl_finish_restart, 1));
955                 lock_delay(&lda);
956                 goto again;
957         }
958
959         critical_enter();
960         atomic_set_ptr((uintptr_t *)&invl_gen->next,
961             PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID);
962         if (!pmap_delayed_invl_finish_u_crit(invl_gen, p)) {
963                 atomic_clear_ptr((uintptr_t *)&invl_gen->next,
964                     PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID);
965                 critical_exit();
966                 PV_STAT(counter_u64_add(invl_finish_restart, 1));
967                 lock_delay(&lda);
968                 goto again;
969         }
970         critical_exit();
971         if (atomic_load_int(&pmap_invl_waiters) > 0)
972                 pmap_delayed_invl_finish_unblock(0);
973         if (invl_gen->saved_pri != 0) {
974                 thread_lock(td);
975                 sched_prio(td, invl_gen->saved_pri);
976                 thread_unlock(td);
977         }
978 }
979
980 #ifdef DDB
981 DB_SHOW_COMMAND(di_queue, pmap_di_queue)
982 {
983         struct pmap_invl_gen *p, *pn;
984         struct thread *td;
985         uintptr_t nextl;
986         bool first;
987
988         for (p = &pmap_invl_gen_head, first = true; p != NULL; p = pn,
989             first = false) {
990                 nextl = (uintptr_t)atomic_load_ptr(&p->next);
991                 pn = (void *)(nextl & ~PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID);
992                 td = first ? NULL : __containerof(p, struct thread,
993                     td_md.md_invl_gen);
994                 db_printf("gen %lu inv %d td %p tid %d\n", p->gen,
995                     (nextl & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) != 0, td,
996                     td != NULL ? td->td_tid : -1);
997         }
998 }
999 #endif
1000
1001 #ifdef PV_STATS
1002 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(invl_wait);
1003 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_pmap, OID_AUTO, invl_wait,
1004     CTLFLAG_RD, &invl_wait,
1005     "Number of times DI invalidation blocked pmap_remove_all/write");
1006
1007 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(invl_wait_slow);
1008 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_pmap, OID_AUTO, invl_wait_slow, CTLFLAG_RD,
1009      &invl_wait_slow, "Number of slow invalidation waits for lockless DI");
1010
1011 #endif
1012
1013 #ifdef NUMA
1014 static u_long *
1015 pmap_delayed_invl_genp(vm_page_t m)
1016 {
1017         vm_paddr_t pa;
1018         u_long *gen;
1019
1020         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
1021         if (__predict_false((pa) > pmap_last_pa))
1022                 gen = &pv_dummy_large.pv_invl_gen;
1023         else
1024                 gen = &(pa_to_pmdp(pa)->pv_invl_gen);
1025
1026         return (gen);
1027 }
1028 #else
1029 static u_long *
1030 pmap_delayed_invl_genp(vm_page_t m)
1031 {
1032
1033         return (&pv_invl_gen[pa_index(VM_PAGE_TO_PHYS(m)) % NPV_LIST_LOCKS]);
1034 }
1035 #endif
1036
1037 static void
1038 pmap_delayed_invl_callout_func(void *arg __unused)
1039 {
1040
1041         if (atomic_load_int(&pmap_invl_waiters) == 0)
1042                 return;
1043         pmap_delayed_invl_finish_unblock(0);
1044 }
1045
1046 static void
1047 pmap_delayed_invl_callout_init(void *arg __unused)
1048 {
1049
1050         if (pmap_di_locked())
1051                 return;
1052         callout_init(&pmap_invl_callout, 1);
1053         pmap_invl_callout_inited = true;
1054 }
1055 SYSINIT(pmap_di_callout, SI_SUB_CPU + 1, SI_ORDER_ANY,
1056     pmap_delayed_invl_callout_init, NULL);
1057
1058 /*
1059  * Ensure that all currently executing DI blocks, that need to flush
1060  * TLB for the given page m, actually flushed the TLB at the time the
1061  * function returned.  If the page m has an empty PV list and we call
1062  * pmap_delayed_invl_wait(), upon its return we know that no CPU has a
1063  * valid mapping for the page m in either its page table or TLB.
1064  *
1065  * This function works by blocking until the global DI generation
1066  * number catches up with the generation number associated with the
1067  * given page m and its PV list.  Since this function's callers
1068  * typically own an object lock and sometimes own a page lock, it
1069  * cannot sleep.  Instead, it blocks on a turnstile to relinquish the
1070  * processor.
1071  */
1072 static void
1073 pmap_delayed_invl_wait_l(vm_page_t m)
1074 {
1075         u_long *m_gen;
1076 #ifdef PV_STATS
1077         bool accounted = false;
1078 #endif
1079
1080         m_gen = pmap_delayed_invl_genp(m);
1081         while (*m_gen > pmap_invl_gen) {
1082 #ifdef PV_STATS
1083                 if (!accounted) {
1084                         counter_u64_add(invl_wait, 1);
1085                         accounted = true;
1086                 }
1087 #endif
1088                 pmap_delayed_invl_wait_block(m_gen, &pmap_invl_gen);
1089         }
1090 }
1091
1092 static void
1093 pmap_delayed_invl_wait_u(vm_page_t m)
1094 {
1095         u_long *m_gen;
1096         struct lock_delay_arg lda;
1097         bool fast;
1098
1099         fast = true;
1100         m_gen = pmap_delayed_invl_genp(m);
1101         lock_delay_arg_init(&lda, &di_delay);
1102         while (*m_gen > atomic_load_long(&pmap_invl_gen_head.gen)) {
1103                 if (fast || !pmap_invl_callout_inited) {
1104                         PV_STAT(counter_u64_add(invl_wait, 1));
1105                         lock_delay(&lda);
1106                         fast = false;
1107                 } else {
1108                         /*
1109                          * The page's invalidation generation number
1110                          * is still below the current thread's number.
1111                          * Prepare to block so that we do not waste
1112                          * CPU cycles or worse, suffer livelock.
1113                          *
1114                          * Since it is impossible to block without
1115                          * racing with pmap_delayed_invl_finish_u(),
1116                          * prepare for the race by incrementing
1117                          * pmap_invl_waiters and arming a 1-tick
1118                          * callout which will unblock us if we lose
1119                          * the race.
1120                          */
1121                         atomic_add_int(&pmap_invl_waiters, 1);
1122
1123                         /*
1124                          * Re-check the current thread's invalidation
1125                          * generation after incrementing
1126                          * pmap_invl_waiters, so that there is no race
1127                          * with pmap_delayed_invl_finish_u() setting
1128                          * the page generation and checking
1129                          * pmap_invl_waiters.  The only race allowed
1130                          * is for a missed unblock, which is handled
1131                          * by the callout.
1132                          */
1133                         if (*m_gen >
1134                             atomic_load_long(&pmap_invl_gen_head.gen)) {
1135                                 callout_reset(&pmap_invl_callout, 1,
1136                                     pmap_delayed_invl_callout_func, NULL);
1137                                 PV_STAT(counter_u64_add(invl_wait_slow, 1));
1138                                 pmap_delayed_invl_wait_block(m_gen,
1139                                     &pmap_invl_gen_head.gen);
1140                         }
1141                         atomic_add_int(&pmap_invl_waiters, -1);
1142                 }
1143         }
1144 }
1145
1146 DEFINE_IFUNC(, void, pmap_thread_init_invl_gen, (struct thread *))
1147 {
1148
1149         return (pmap_di_locked() ? pmap_thread_init_invl_gen_l :
1150             pmap_thread_init_invl_gen_u);
1151 }
1152
1153 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_delayed_invl_start, (void))
1154 {
1155
1156         return (pmap_di_locked() ? pmap_delayed_invl_start_l :
1157             pmap_delayed_invl_start_u);
1158 }
1159
1160 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_delayed_invl_finish, (void))
1161 {
1162
1163         return (pmap_di_locked() ? pmap_delayed_invl_finish_l :
1164             pmap_delayed_invl_finish_u);
1165 }
1166
1167 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_delayed_invl_wait, (vm_page_t))
1168 {
1169
1170         return (pmap_di_locked() ? pmap_delayed_invl_wait_l :
1171             pmap_delayed_invl_wait_u);
1172 }
1173
1174 /*
1175  * Mark the page m's PV list as participating in the current thread's
1176  * DI block.  Any threads concurrently using m's PV list to remove or
1177  * restrict all mappings to m will wait for the current thread's DI
1178  * block to complete before proceeding.
1179  *
1180  * The function works by setting the DI generation number for m's PV
1181  * list to at least the DI generation number of the current thread.
1182  * This forces a caller of pmap_delayed_invl_wait() to block until
1183  * current thread calls pmap_delayed_invl_finish().
1184  */
1185 static void
1186 pmap_delayed_invl_page(vm_page_t m)
1187 {
1188         u_long gen, *m_gen;
1189
1190         rw_assert(VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), RA_WLOCKED);
1191         gen = curthread->td_md.md_invl_gen.gen;
1192         if (gen == 0)
1193                 return;
1194         m_gen = pmap_delayed_invl_genp(m);
1195         if (*m_gen < gen)
1196                 *m_gen = gen;
1197 }
1198
1199 /*
1200  * Crashdump maps.
1201  */
1202 static caddr_t crashdumpmap;
1203
1204 /*
1205  * Internal flags for pmap_enter()'s helper functions.
1206  */
1207 #define PMAP_ENTER_NORECLAIM    0x1000000       /* Don't reclaim PV entries. */
1208 #define PMAP_ENTER_NOREPLACE    0x2000000       /* Don't replace mappings. */
1209
1210 /*
1211  * Internal flags for pmap_mapdev_internal() and
1212  * pmap_change_props_locked().
1213  */
1214 #define MAPDEV_FLUSHCACHE       0x00000001      /* Flush cache after mapping. */
1215 #define MAPDEV_SETATTR          0x00000002      /* Modify existing attrs. */
1216 #define MAPDEV_ASSERTVALID      0x00000004      /* Assert mapping validity. */
1217
1218 TAILQ_HEAD(pv_chunklist, pv_chunk);
1219
1220 static void     free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc);
1221 static void     free_pv_chunk_batch(struct pv_chunklist *batch);
1222 static void     free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv);
1223 static pv_entry_t get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp);
1224 static int      popcnt_pc_map_pq(uint64_t *map);
1225 static vm_page_t reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp);
1226 static void     reserve_pv_entries(pmap_t pmap, int needed,
1227                     struct rwlock **lockp);
1228 static void     pmap_pv_demote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
1229                     struct rwlock **lockp);
1230 static bool     pmap_pv_insert_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde,
1231                     u_int flags, struct rwlock **lockp);
1232 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
1233 static void     pmap_pv_promote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
1234                     struct rwlock **lockp);
1235 #endif
1236 static void     pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va);
1237 static pv_entry_t pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap,
1238                     vm_offset_t va);
1239
1240 static void     pmap_abort_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t mpte);
1241 static int pmap_change_props_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size,
1242     vm_prot_t prot, int mode, int flags);
1243 static boolean_t pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va);
1244 static boolean_t pmap_demote_pde_locked(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde,
1245     vm_offset_t va, struct rwlock **lockp);
1246 static boolean_t pmap_demote_pdpe(pmap_t pmap, pdp_entry_t *pdpe,
1247     vm_offset_t va);
1248 static bool     pmap_enter_2mpage(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
1249                     vm_prot_t prot, struct rwlock **lockp);
1250 static int      pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t newpde,
1251                     u_int flags, vm_page_t m, struct rwlock **lockp);
1252 static vm_page_t pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
1253     vm_page_t m, vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp);
1254 static void pmap_fill_ptp(pt_entry_t *firstpte, pt_entry_t newpte);
1255 static int pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte, bool promoted);
1256 static void pmap_invalidate_cache_range_selfsnoop(vm_offset_t sva,
1257     vm_offset_t eva);
1258 static void pmap_invalidate_cache_range_all(vm_offset_t sva,
1259     vm_offset_t eva);
1260 static void pmap_invalidate_pde_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
1261                     pd_entry_t pde);
1262 static void pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode);
1263 static vm_page_t pmap_large_map_getptp_unlocked(void);
1264 static vm_paddr_t pmap_large_map_kextract(vm_offset_t va);
1265 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
1266 static void pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
1267     struct rwlock **lockp);
1268 #endif
1269 static boolean_t pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva,
1270     vm_prot_t prot);
1271 static void pmap_pte_props(pt_entry_t *pte, u_long bits, u_long mask);
1272 static void pmap_pti_add_kva_locked(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
1273     bool exec);
1274 static pdp_entry_t *pmap_pti_pdpe(vm_offset_t va);
1275 static pd_entry_t *pmap_pti_pde(vm_offset_t va);
1276 static void pmap_pti_wire_pte(void *pte);
1277 static int pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
1278     struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
1279 static int pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t sva,
1280     pd_entry_t ptepde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
1281 static vm_page_t pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
1282 static void pmap_remove_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
1283     struct spglist *free);
1284 static bool     pmap_remove_ptes(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
1285                     pd_entry_t *pde, struct spglist *free,
1286                     struct rwlock **lockp);
1287 static boolean_t pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
1288     vm_page_t m, struct rwlock **lockp);
1289 static void pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
1290     pd_entry_t newpde);
1291 static void pmap_update_pde_invalidate(pmap_t, vm_offset_t va, pd_entry_t pde);
1292
1293 static pd_entry_t *pmap_alloc_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t *pdpgp,
1294                 struct rwlock **lockp);
1295 static vm_page_t pmap_allocpte_alloc(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex,
1296                 struct rwlock **lockp, vm_offset_t va);
1297 static vm_page_t pmap_allocpte_nosleep(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex,
1298                 struct rwlock **lockp, vm_offset_t va);
1299 static vm_page_t pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
1300                 struct rwlock **lockp);
1301
1302 static void _pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
1303     struct spglist *free);
1304 static int pmap_unuse_pt(pmap_t, vm_offset_t, pd_entry_t, struct spglist *);
1305
1306 static vm_page_t pmap_alloc_pt_page(pmap_t, vm_pindex_t, int);
1307 static void pmap_free_pt_page(pmap_t, vm_page_t, bool);
1308
1309 /********************/
1310 /* Inline functions */
1311 /********************/
1312
1313 /*
1314  * Return a non-clipped indexes for a given VA, which are page table
1315  * pages indexes at the corresponding level.
1316  */
1317 static __inline vm_pindex_t
1318 pmap_pde_pindex(vm_offset_t va)
1319 {
1320         return (va >> PDRSHIFT);
1321 }
1322
1323 static __inline vm_pindex_t
1324 pmap_pdpe_pindex(vm_offset_t va)
1325 {
1326         return (NUPDE + (va >> PDPSHIFT));
1327 }
1328
1329 static __inline vm_pindex_t
1330 pmap_pml4e_pindex(vm_offset_t va)
1331 {
1332         return (NUPDE + NUPDPE + (va >> PML4SHIFT));
1333 }
1334
1335 static __inline vm_pindex_t
1336 pmap_pml5e_pindex(vm_offset_t va)
1337 {
1338         return (NUPDE + NUPDPE + NUPML4E + (va >> PML5SHIFT));
1339 }
1340
1341 static __inline pml4_entry_t *
1342 pmap_pml5e(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1343 {
1344
1345         MPASS(pmap_is_la57(pmap));
1346         return (&pmap->pm_pmltop[pmap_pml5e_index(va)]);
1347 }
1348
1349 static __inline pml4_entry_t *
1350 pmap_pml5e_u(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1351 {
1352
1353         MPASS(pmap_is_la57(pmap));
1354         return (&pmap->pm_pmltopu[pmap_pml5e_index(va)]);
1355 }
1356
1357 static __inline pml4_entry_t *
1358 pmap_pml5e_to_pml4e(pml5_entry_t *pml5e, vm_offset_t va)
1359 {
1360         pml4_entry_t *pml4e;
1361
1362         /* XXX MPASS(pmap_is_la57(pmap); */
1363         pml4e = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml5e & PG_FRAME);
1364         return (&pml4e[pmap_pml4e_index(va)]);
1365 }
1366
1367 /* Return a pointer to the PML4 slot that corresponds to a VA */
1368 static __inline pml4_entry_t *
1369 pmap_pml4e(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1370 {
1371         pml5_entry_t *pml5e;
1372         pml4_entry_t *pml4e;
1373         pt_entry_t PG_V;
1374
1375         if (pmap_is_la57(pmap)) {
1376                 pml5e = pmap_pml5e(pmap, va);
1377                 PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
1378                 if ((*pml5e & PG_V) == 0)
1379                         return (NULL);
1380                 pml4e = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml5e & PG_FRAME);
1381         } else {
1382                 pml4e = pmap->pm_pmltop;
1383         }
1384         return (&pml4e[pmap_pml4e_index(va)]);
1385 }
1386
1387 static __inline pml4_entry_t *
1388 pmap_pml4e_u(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1389 {
1390         MPASS(!pmap_is_la57(pmap));
1391         return (&pmap->pm_pmltopu[pmap_pml4e_index(va)]);
1392 }
1393
1394 /* Return a pointer to the PDP slot that corresponds to a VA */
1395 static __inline pdp_entry_t *
1396 pmap_pml4e_to_pdpe(pml4_entry_t *pml4e, vm_offset_t va)
1397 {
1398         pdp_entry_t *pdpe;
1399
1400         pdpe = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4e & PG_FRAME);
1401         return (&pdpe[pmap_pdpe_index(va)]);
1402 }
1403
1404 /* Return a pointer to the PDP slot that corresponds to a VA */
1405 static __inline pdp_entry_t *
1406 pmap_pdpe(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1407 {
1408         pml4_entry_t *pml4e;
1409         pt_entry_t PG_V;
1410
1411         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
1412         pml4e = pmap_pml4e(pmap, va);
1413         if (pml4e == NULL || (*pml4e & PG_V) == 0)
1414                 return (NULL);
1415         return (pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, va));
1416 }
1417
1418 /* Return a pointer to the PD slot that corresponds to a VA */
1419 static __inline pd_entry_t *
1420 pmap_pdpe_to_pde(pdp_entry_t *pdpe, vm_offset_t va)
1421 {
1422         pd_entry_t *pde;
1423
1424         KASSERT((*pdpe & PG_PS) == 0,
1425             ("%s: pdpe %#lx is a leaf", __func__, *pdpe));
1426         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdpe & PG_FRAME);
1427         return (&pde[pmap_pde_index(va)]);
1428 }
1429
1430 /* Return a pointer to the PD slot that corresponds to a VA */
1431 static __inline pd_entry_t *
1432 pmap_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1433 {
1434         pdp_entry_t *pdpe;
1435         pt_entry_t PG_V;
1436
1437         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
1438         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
1439         if (pdpe == NULL || (*pdpe & PG_V) == 0)
1440                 return (NULL);
1441         KASSERT((*pdpe & PG_PS) == 0,
1442             ("pmap_pde for 1G page, pmap %p va %#lx", pmap, va));
1443         return (pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va));
1444 }
1445
1446 /* Return a pointer to the PT slot that corresponds to a VA */
1447 static __inline pt_entry_t *
1448 pmap_pde_to_pte(pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
1449 {
1450         pt_entry_t *pte;
1451
1452         KASSERT((*pde & PG_PS) == 0,
1453             ("%s: pde %#lx is a leaf", __func__, *pde));
1454         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pde & PG_FRAME);
1455         return (&pte[pmap_pte_index(va)]);
1456 }
1457
1458 /* Return a pointer to the PT slot that corresponds to a VA */
1459 static __inline pt_entry_t *
1460 pmap_pte(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1461 {
1462         pd_entry_t *pde;
1463         pt_entry_t PG_V;
1464
1465         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
1466         pde = pmap_pde(pmap, va);
1467         if (pde == NULL || (*pde & PG_V) == 0)
1468                 return (NULL);
1469         if ((*pde & PG_PS) != 0)        /* compat with i386 pmap_pte() */
1470                 return ((pt_entry_t *)pde);
1471         return (pmap_pde_to_pte(pde, va));
1472 }
1473
1474 static __inline void
1475 pmap_resident_count_adj(pmap_t pmap, int count)
1476 {
1477
1478         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1479         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count + count >= 0,
1480             ("pmap %p resident count underflow %ld %d", pmap,
1481             pmap->pm_stats.resident_count, count));
1482         pmap->pm_stats.resident_count += count;
1483 }
1484
1485 static __inline void
1486 pmap_pt_page_count_adj(pmap_t pmap, int count)
1487 {
1488         if (pmap == kernel_pmap)
1489                 counter_u64_add(kernel_pt_page_count, count);
1490         else {
1491                 if (pmap != NULL)
1492                         pmap_resident_count_adj(pmap, count);
1493                 counter_u64_add(user_pt_page_count, count);
1494         }
1495 }
1496
1497 PMAP_INLINE pt_entry_t *
1498 vtopte(vm_offset_t va)
1499 {
1500         u_int64_t mask;
1501
1502         KASSERT(va >= VM_MAXUSER_ADDRESS, ("vtopte on a uva/gpa 0x%0lx", va));
1503
1504         if (la57) {
1505                 mask = ((1ul << (NPTEPGSHIFT + NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT +
1506                     NPML4EPGSHIFT + NPML5EPGSHIFT)) - 1);
1507                 return (P5Tmap + ((va >> PAGE_SHIFT) & mask));
1508         } else {
1509                 mask = ((1ul << (NPTEPGSHIFT + NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT +
1510                     NPML4EPGSHIFT)) - 1);
1511                 return (P4Tmap + ((va >> PAGE_SHIFT) & mask));
1512         }
1513 }
1514
1515 static __inline pd_entry_t *
1516 vtopde(vm_offset_t va)
1517 {
1518         u_int64_t mask;
1519
1520         KASSERT(va >= VM_MAXUSER_ADDRESS, ("vtopde on a uva/gpa 0x%0lx", va));
1521
1522         if (la57) {
1523                 mask = ((1ul << (NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT +
1524                     NPML4EPGSHIFT + NPML5EPGSHIFT)) - 1);
1525                 return (P5Dmap + ((va >> PDRSHIFT) & mask));
1526         } else {
1527                 mask = ((1ul << (NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT +
1528                     NPML4EPGSHIFT)) - 1);
1529                 return (P4Dmap + ((va >> PDRSHIFT) & mask));
1530         }
1531 }
1532
1533 static u_int64_t
1534 allocpages(vm_paddr_t *firstaddr, int n)
1535 {
1536         u_int64_t ret;
1537
1538         ret = *firstaddr;
1539         bzero((void *)ret, n * PAGE_SIZE);
1540         *firstaddr += n * PAGE_SIZE;
1541         return (ret);
1542 }
1543
1544 CTASSERT(powerof2(NDMPML4E));
1545
1546 /* number of kernel PDP slots */
1547 #define NKPDPE(ptpgs)           howmany(ptpgs, NPDEPG)
1548
1549 static void
1550 nkpt_init(vm_paddr_t addr)
1551 {
1552         int pt_pages;
1553
1554 #ifdef NKPT
1555         pt_pages = NKPT;
1556 #else
1557         pt_pages = howmany(addr, NBPDR);
1558         pt_pages += NKPDPE(pt_pages);
1559
1560         /*
1561          * Add some slop beyond the bare minimum required for bootstrapping
1562          * the kernel.
1563          *
1564          * This is quite important when allocating KVA for kernel modules.
1565          * The modules are required to be linked in the negative 2GB of
1566          * the address space.  If we run out of KVA in this region then
1567          * pmap_growkernel() will need to allocate page table pages to map
1568          * the entire 512GB of KVA space which is an unnecessary tax on
1569          * physical memory.
1570          *
1571          * Secondly, device memory mapped as part of setting up the low-
1572          * level console(s) is taken from KVA, starting at virtual_avail.
1573          * This is because cninit() is called after pmap_bootstrap() but
1574          * before vm_init() and pmap_init(). 20MB for a frame buffer is
1575          * not uncommon.
1576          */
1577         pt_pages += 32;         /* 64MB additional slop. */
1578 #endif
1579         nkpt = pt_pages;
1580 }
1581
1582 /*
1583  * Returns the proper write/execute permission for a physical page that is
1584  * part of the initial boot allocations.
1585  *
1586  * If the page has kernel text, it is marked as read-only. If the page has
1587  * kernel read-only data, it is marked as read-only/not-executable. If the
1588  * page has only read-write data, it is marked as read-write/not-executable.
1589  * If the page is below/above the kernel range, it is marked as read-write.
1590  *
1591  * This function operates on 2M pages, since we map the kernel space that
1592  * way.
1593  */
1594 static inline pt_entry_t
1595 bootaddr_rwx(vm_paddr_t pa)
1596 {
1597
1598         /*
1599          * The kernel is loaded at a 2MB-aligned address, and memory below that
1600          * need not be executable.  The .bss section is padded to a 2MB
1601          * boundary, so memory following the kernel need not be executable
1602          * either.  Preloaded kernel modules have their mapping permissions
1603          * fixed up by the linker.
1604          */
1605         if (pa < trunc_2mpage(btext - KERNBASE) ||
1606             pa >= trunc_2mpage(_end - KERNBASE))
1607                 return (X86_PG_RW | pg_nx);
1608
1609         /*
1610          * The linker should ensure that the read-only and read-write
1611          * portions don't share the same 2M page, so this shouldn't
1612          * impact read-only data. However, in any case, any page with
1613          * read-write data needs to be read-write.
1614          */
1615         if (pa >= trunc_2mpage(brwsection - KERNBASE))
1616                 return (X86_PG_RW | pg_nx);
1617
1618         /*
1619          * Mark any 2M page containing kernel text as read-only. Mark
1620          * other pages with read-only data as read-only and not executable.
1621          * (It is likely a small portion of the read-only data section will
1622          * be marked as read-only, but executable. This should be acceptable
1623          * since the read-only protection will keep the data from changing.)
1624          * Note that fixups to the .text section will still work until we
1625          * set CR0.WP.
1626          */
1627         if (pa < round_2mpage(etext - KERNBASE))
1628                 return (0);
1629         return (pg_nx);
1630 }
1631
1632 static void
1633 create_pagetables(vm_paddr_t *firstaddr)
1634 {
1635         pd_entry_t *pd_p;
1636         pdp_entry_t *pdp_p;
1637         pml4_entry_t *p4_p;
1638         uint64_t DMPDkernphys;
1639 #ifdef KASAN
1640         pt_entry_t *pt_p;
1641         uint64_t KASANPDphys, KASANPTphys, KASANphys;
1642         vm_offset_t kasankernbase;
1643         int kasankpdpi, kasankpdi, nkasanpte;
1644 #endif
1645         int i, j, ndm1g, nkpdpe, nkdmpde;
1646
1647         /* Allocate page table pages for the direct map */
1648         ndmpdp = howmany(ptoa(Maxmem), NBPDP);
1649         if (ndmpdp < 4)         /* Minimum 4GB of dirmap */
1650                 ndmpdp = 4;
1651         ndmpdpphys = howmany(ndmpdp, NPDPEPG);
1652         if (ndmpdpphys > NDMPML4E) {
1653                 /*
1654                  * Each NDMPML4E allows 512 GB, so limit to that,
1655                  * and then readjust ndmpdp and ndmpdpphys.
1656                  */
1657                 printf("NDMPML4E limits system to %d GB\n", NDMPML4E * 512);
1658                 Maxmem = atop(NDMPML4E * NBPML4);
1659                 ndmpdpphys = NDMPML4E;
1660                 ndmpdp = NDMPML4E * NPDEPG;
1661         }
1662         DMPDPphys = allocpages(firstaddr, ndmpdpphys);
1663         ndm1g = 0;
1664         if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0) {
1665                 /*
1666                  * Calculate the number of 1G pages that will fully fit in
1667                  * Maxmem.
1668                  */
1669                 ndm1g = ptoa(Maxmem) >> PDPSHIFT;
1670
1671                 /*
1672                  * Allocate 2M pages for the kernel. These will be used in
1673                  * place of the first one or more 1G pages from ndm1g.
1674                  */
1675                 nkdmpde = howmany((vm_offset_t)(brwsection - KERNBASE), NBPDP);
1676                 DMPDkernphys = allocpages(firstaddr, nkdmpde);
1677         }
1678         if (ndm1g < ndmpdp)
1679                 DMPDphys = allocpages(firstaddr, ndmpdp - ndm1g);
1680         dmaplimit = (vm_paddr_t)ndmpdp << PDPSHIFT;
1681
1682         /* Allocate pages */
1683         KPML4phys = allocpages(firstaddr, 1);
1684         KPDPphys = allocpages(firstaddr, NKPML4E);
1685 #ifdef KASAN
1686         KASANPDPphys = allocpages(firstaddr, NKASANPML4E);
1687         KASANPDphys = allocpages(firstaddr, 1);
1688 #endif
1689
1690         /*
1691          * Allocate the initial number of kernel page table pages required to
1692          * bootstrap.  We defer this until after all memory-size dependent
1693          * allocations are done (e.g. direct map), so that we don't have to
1694          * build in too much slop in our estimate.
1695          *
1696          * Note that when NKPML4E > 1, we have an empty page underneath
1697          * all but the KPML4I'th one, so we need NKPML4E-1 extra (zeroed)
1698          * pages.  (pmap_enter requires a PD page to exist for each KPML4E.)
1699          */
1700         nkpt_init(*firstaddr);
1701         nkpdpe = NKPDPE(nkpt);
1702
1703         KPTphys = allocpages(firstaddr, nkpt);
1704         KPDphys = allocpages(firstaddr, nkpdpe);
1705
1706 #ifdef KASAN
1707         nkasanpte = howmany(nkpt, KASAN_SHADOW_SCALE);
1708         KASANPTphys = allocpages(firstaddr, nkasanpte);
1709         KASANphys = allocpages(firstaddr, nkasanpte * NPTEPG);
1710 #endif
1711
1712         /*
1713          * Connect the zero-filled PT pages to their PD entries.  This
1714          * implicitly maps the PT pages at their correct locations within
1715          * the PTmap.
1716          */
1717         pd_p = (pd_entry_t *)KPDphys;
1718         for (i = 0; i < nkpt; i++)
1719                 pd_p[i] = (KPTphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW | X86_PG_V;
1720
1721         /*
1722          * Map from physical address zero to the end of loader preallocated
1723          * memory using 2MB pages.  This replaces some of the PD entries
1724          * created above.
1725          */
1726         for (i = 0; (i << PDRSHIFT) < KERNend; i++)
1727                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
1728                 pd_p[i] = (i << PDRSHIFT) | X86_PG_V | PG_PS | pg_g |
1729                     X86_PG_M | X86_PG_A | bootaddr_rwx(i << PDRSHIFT);
1730
1731         /*
1732          * Because we map the physical blocks in 2M pages, adjust firstaddr
1733          * to record the physical blocks we've actually mapped into kernel
1734          * virtual address space.
1735          */
1736         if (*firstaddr < round_2mpage(KERNend))
1737                 *firstaddr = round_2mpage(KERNend);
1738
1739         /* And connect up the PD to the PDP (leaving room for L4 pages) */
1740         pdp_p = (pdp_entry_t *)(KPDPphys + ptoa(KPML4I - KPML4BASE));
1741         for (i = 0; i < nkpdpe; i++)
1742                 pdp_p[i + KPDPI] = (KPDphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW | X86_PG_V;
1743
1744 #ifdef KASAN
1745         kasankernbase = kasan_md_addr_to_shad(KERNBASE);
1746         kasankpdpi = pmap_pdpe_index(kasankernbase);
1747         kasankpdi = pmap_pde_index(kasankernbase);
1748
1749         pdp_p = (pdp_entry_t *)KASANPDPphys;
1750         pdp_p[kasankpdpi] = (KASANPDphys | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx);
1751
1752         pd_p = (pd_entry_t *)KASANPDphys;
1753         for (i = 0; i < nkasanpte; i++)
1754                 pd_p[i + kasankpdi] = (KASANPTphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW |
1755                     X86_PG_V | pg_nx;
1756
1757         pt_p = (pt_entry_t *)KASANPTphys;
1758         for (i = 0; i < nkasanpte * NPTEPG; i++)
1759                 pt_p[i] = (KASANphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW | X86_PG_V |
1760                     X86_PG_M | X86_PG_A | pg_nx;
1761 #endif
1762
1763         /*
1764          * Now, set up the direct map region using 2MB and/or 1GB pages.  If
1765          * the end of physical memory is not aligned to a 1GB page boundary,
1766          * then the residual physical memory is mapped with 2MB pages.  Later,
1767          * if pmap_mapdev{_attr}() uses the direct map for non-write-back
1768          * memory, pmap_change_attr() will demote any 2MB or 1GB page mappings
1769          * that are partially used. 
1770          */
1771         pd_p = (pd_entry_t *)DMPDphys;
1772         for (i = NPDEPG * ndm1g, j = 0; i < NPDEPG * ndmpdp; i++, j++) {
1773                 pd_p[j] = (vm_paddr_t)i << PDRSHIFT;
1774                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
1775                 pd_p[j] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_PS | pg_g |
1776                     X86_PG_M | X86_PG_A | pg_nx;
1777         }
1778         pdp_p = (pdp_entry_t *)DMPDPphys;
1779         for (i = 0; i < ndm1g; i++) {
1780                 pdp_p[i] = (vm_paddr_t)i << PDPSHIFT;
1781                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
1782                 pdp_p[i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_PS | pg_g |
1783                     X86_PG_M | X86_PG_A | pg_nx;
1784         }
1785         for (j = 0; i < ndmpdp; i++, j++) {
1786                 pdp_p[i] = DMPDphys + ptoa(j);
1787                 pdp_p[i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
1788         }
1789
1790         /*
1791          * Instead of using a 1G page for the memory containing the kernel,
1792          * use 2M pages with read-only and no-execute permissions.  (If using 1G
1793          * pages, this will partially overwrite the PDPEs above.)
1794          */
1795         if (ndm1g) {
1796                 pd_p = (pd_entry_t *)DMPDkernphys;
1797                 for (i = 0; i < (NPDEPG * nkdmpde); i++)
1798                         pd_p[i] = (i << PDRSHIFT) | X86_PG_V | PG_PS | pg_g |
1799                             X86_PG_M | X86_PG_A | pg_nx |
1800                             bootaddr_rwx(i << PDRSHIFT);
1801                 for (i = 0; i < nkdmpde; i++)
1802                         pdp_p[i] = (DMPDkernphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW |
1803                             X86_PG_V | pg_nx;
1804         }
1805
1806         /* And recursively map PML4 to itself in order to get PTmap */
1807         p4_p = (pml4_entry_t *)KPML4phys;
1808         p4_p[PML4PML4I] = KPML4phys;
1809         p4_p[PML4PML4I] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
1810
1811 #ifdef KASAN
1812         /* Connect the KASAN shadow map slots up to the PML4. */
1813         for (i = 0; i < NKASANPML4E; i++) {
1814                 p4_p[KASANPML4I + i] = KASANPDPphys + ptoa(i);
1815                 p4_p[KASANPML4I + i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
1816         }
1817 #endif
1818
1819         /* Connect the Direct Map slots up to the PML4. */
1820         for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++) {
1821                 p4_p[DMPML4I + i] = DMPDPphys + ptoa(i);
1822                 p4_p[DMPML4I + i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
1823         }
1824
1825         /* Connect the KVA slots up to the PML4 */
1826         for (i = 0; i < NKPML4E; i++) {
1827                 p4_p[KPML4BASE + i] = KPDPphys + ptoa(i);
1828                 p4_p[KPML4BASE + i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V;
1829         }
1830
1831         kernel_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(KPML4phys);
1832 }
1833
1834 /*
1835  *      Bootstrap the system enough to run with virtual memory.
1836  *
1837  *      On amd64 this is called after mapping has already been enabled
1838  *      and just syncs the pmap module with what has already been done.
1839  *      [We can't call it easily with mapping off since the kernel is not
1840  *      mapped with PA == VA, hence we would have to relocate every address
1841  *      from the linked base (virtual) address "KERNBASE" to the actual
1842  *      (physical) address starting relative to 0]
1843  */
1844 void
1845 pmap_bootstrap(vm_paddr_t *firstaddr)
1846 {
1847         vm_offset_t va;
1848         pt_entry_t *pte, *pcpu_pte;
1849         struct region_descriptor r_gdt;
1850         uint64_t cr4, pcpu_phys;
1851         u_long res;
1852         int i;
1853
1854         KERNend = *firstaddr;
1855         res = atop(KERNend - (vm_paddr_t)kernphys);
1856
1857         if (!pti)
1858                 pg_g = X86_PG_G;
1859
1860         /*
1861          * Create an initial set of page tables to run the kernel in.
1862          */
1863         create_pagetables(firstaddr);
1864
1865         pcpu_phys = allocpages(firstaddr, MAXCPU);
1866
1867         /*
1868          * Add a physical memory segment (vm_phys_seg) corresponding to the
1869          * preallocated kernel page table pages so that vm_page structures
1870          * representing these pages will be created.  The vm_page structures
1871          * are required for promotion of the corresponding kernel virtual
1872          * addresses to superpage mappings.
1873          */
1874         vm_phys_early_add_seg(KPTphys, KPTphys + ptoa(nkpt));
1875
1876         /*
1877          * Account for the virtual addresses mapped by create_pagetables().
1878          */
1879         virtual_avail = (vm_offset_t)KERNBASE + round_2mpage(KERNend);
1880         virtual_end = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS;
1881
1882         /*
1883          * Enable PG_G global pages, then switch to the kernel page
1884          * table from the bootstrap page table.  After the switch, it
1885          * is possible to enable SMEP and SMAP since PG_U bits are
1886          * correct now.
1887          */
1888         cr4 = rcr4();
1889         cr4 |= CR4_PGE;
1890         load_cr4(cr4);
1891         load_cr3(KPML4phys);
1892         if (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_SMEP)
1893                 cr4 |= CR4_SMEP;
1894         if (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_SMAP)
1895                 cr4 |= CR4_SMAP;
1896         load_cr4(cr4);
1897
1898         /*
1899          * Initialize the kernel pmap (which is statically allocated).
1900          * Count bootstrap data as being resident in case any of this data is
1901          * later unmapped (using pmap_remove()) and freed.
1902          */
1903         PMAP_LOCK_INIT(kernel_pmap);
1904         kernel_pmap->pm_pmltop = kernel_pml4;
1905         kernel_pmap->pm_cr3 = KPML4phys;
1906         kernel_pmap->pm_ucr3 = PMAP_NO_CR3;
1907         CPU_FILL(&kernel_pmap->pm_active);      /* don't allow deactivation */
1908         TAILQ_INIT(&kernel_pmap->pm_pvchunk);
1909         kernel_pmap->pm_stats.resident_count = res;
1910         kernel_pmap->pm_flags = pmap_flags;
1911
1912         /*
1913          * Initialize the TLB invalidations generation number lock.
1914          */
1915         mtx_init(&invl_gen_mtx, "invlgn", NULL, MTX_DEF);
1916
1917         /*
1918          * Reserve some special page table entries/VA space for temporary
1919          * mapping of pages.
1920          */
1921 #define SYSMAP(c, p, v, n)      \
1922         v = (c)va; va += ((n)*PAGE_SIZE); p = pte; pte += (n);
1923
1924         va = virtual_avail;
1925         pte = vtopte(va);
1926
1927         /*
1928          * Crashdump maps.  The first page is reused as CMAP1 for the
1929          * memory test.
1930          */
1931         SYSMAP(caddr_t, CMAP1, crashdumpmap, MAXDUMPPGS)
1932         CADDR1 = crashdumpmap;
1933
1934         SYSMAP(struct pcpu *, pcpu_pte, __pcpu, MAXCPU);
1935         virtual_avail = va;
1936
1937         for (i = 0; i < MAXCPU; i++) {
1938                 pcpu_pte[i] = (pcpu_phys + ptoa(i)) | X86_PG_V | X86_PG_RW |
1939                     pg_g | pg_nx | X86_PG_M | X86_PG_A;
1940         }
1941
1942         /*
1943          * Re-initialize PCPU area for BSP after switching.
1944          * Make hardware use gdt and common_tss from the new PCPU.
1945          */
1946         STAILQ_INIT(&cpuhead);
1947         wrmsr(MSR_GSBASE, (uint64_t)&__pcpu[0]);
1948         pcpu_init(&__pcpu[0], 0, sizeof(struct pcpu));
1949         amd64_bsp_pcpu_init1(&__pcpu[0]);
1950         amd64_bsp_ist_init(&__pcpu[0]);
1951         __pcpu[0].pc_common_tss.tss_iobase = sizeof(struct amd64tss) +
1952             IOPERM_BITMAP_SIZE;
1953         memcpy(__pcpu[0].pc_gdt, temp_bsp_pcpu.pc_gdt, NGDT *
1954             sizeof(struct user_segment_descriptor));
1955         gdt_segs[GPROC0_SEL].ssd_base = (uintptr_t)&__pcpu[0].pc_common_tss;
1956         ssdtosyssd(&gdt_segs[GPROC0_SEL],
1957             (struct system_segment_descriptor *)&__pcpu[0].pc_gdt[GPROC0_SEL]);
1958         r_gdt.rd_limit = NGDT * sizeof(struct user_segment_descriptor) - 1;
1959         r_gdt.rd_base = (long)__pcpu[0].pc_gdt;
1960         lgdt(&r_gdt);
1961         wrmsr(MSR_GSBASE, (uint64_t)&__pcpu[0]);
1962         ltr(GSEL(GPROC0_SEL, SEL_KPL));
1963         __pcpu[0].pc_dynamic = temp_bsp_pcpu.pc_dynamic;
1964         __pcpu[0].pc_acpi_id = temp_bsp_pcpu.pc_acpi_id;
1965
1966         /*
1967          * Initialize the PAT MSR.
1968          * pmap_init_pat() clears and sets CR4_PGE, which, as a
1969          * side-effect, invalidates stale PG_G TLB entries that might
1970          * have been created in our pre-boot environment.
1971          */
1972         pmap_init_pat();
1973
1974         /* Initialize TLB Context Id. */
1975         if (pmap_pcid_enabled) {
1976                 for (i = 0; i < MAXCPU; i++) {
1977                         kernel_pmap->pm_pcids[i].pm_pcid = PMAP_PCID_KERN;
1978                         kernel_pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 1;
1979                 }
1980
1981                 /*
1982                  * PMAP_PCID_KERN + 1 is used for initialization of
1983                  * proc0 pmap.  The pmap' pcid state might be used by
1984                  * EFIRT entry before first context switch, so it
1985                  * needs to be valid.
1986                  */
1987                 PCPU_SET(pcid_next, PMAP_PCID_KERN + 2);
1988                 PCPU_SET(pcid_gen, 1);
1989
1990                 /*
1991                  * pcpu area for APs is zeroed during AP startup.
1992                  * pc_pcid_next and pc_pcid_gen are initialized by AP
1993                  * during pcpu setup.
1994                  */
1995                 load_cr4(rcr4() | CR4_PCIDE);
1996         }
1997 }
1998
1999 /*
2000  * Setup the PAT MSR.
2001  */
2002 void
2003 pmap_init_pat(void)
2004 {
2005         uint64_t pat_msr;
2006         u_long cr0, cr4;
2007         int i;
2008
2009         /* Bail if this CPU doesn't implement PAT. */
2010         if ((cpu_feature & CPUID_PAT) == 0)
2011                 panic("no PAT??");
2012
2013         /* Set default PAT index table. */
2014         for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
2015                 pat_index[i] = -1;
2016         pat_index[PAT_WRITE_BACK] = 0;
2017         pat_index[PAT_WRITE_THROUGH] = 1;
2018         pat_index[PAT_UNCACHEABLE] = 3;
2019         pat_index[PAT_WRITE_COMBINING] = 6;
2020         pat_index[PAT_WRITE_PROTECTED] = 5;
2021         pat_index[PAT_UNCACHED] = 2;
2022
2023         /*
2024          * Initialize default PAT entries.
2025          * Leave the indices 0-3 at the default of WB, WT, UC-, and UC.
2026          * Program 5 and 6 as WP and WC.
2027          *
2028          * Leave 4 and 7 as WB and UC.  Note that a recursive page table
2029          * mapping for a 2M page uses a PAT value with the bit 3 set due
2030          * to its overload with PG_PS.
2031          */
2032         pat_msr = PAT_VALUE(0, PAT_WRITE_BACK) |
2033             PAT_VALUE(1, PAT_WRITE_THROUGH) |
2034             PAT_VALUE(2, PAT_UNCACHED) |
2035             PAT_VALUE(3, PAT_UNCACHEABLE) |
2036             PAT_VALUE(4, PAT_WRITE_BACK) |
2037             PAT_VALUE(5, PAT_WRITE_PROTECTED) |
2038             PAT_VALUE(6, PAT_WRITE_COMBINING) |
2039             PAT_VALUE(7, PAT_UNCACHEABLE);
2040
2041         /* Disable PGE. */
2042         cr4 = rcr4();
2043         load_cr4(cr4 & ~CR4_PGE);
2044
2045         /* Disable caches (CD = 1, NW = 0). */
2046         cr0 = rcr0();
2047         load_cr0((cr0 & ~CR0_NW) | CR0_CD);
2048
2049         /* Flushes caches and TLBs. */
2050         wbinvd();
2051         invltlb();
2052
2053         /* Update PAT and index table. */
2054         wrmsr(MSR_PAT, pat_msr);
2055
2056         /* Flush caches and TLBs again. */
2057         wbinvd();
2058         invltlb();
2059
2060         /* Restore caches and PGE. */
2061         load_cr0(cr0);
2062         load_cr4(cr4);
2063 }
2064
2065 extern const char la57_trampoline[], la57_trampoline_gdt_desc[],
2066     la57_trampoline_gdt[], la57_trampoline_end[];
2067
2068 static void
2069 pmap_bootstrap_la57(void *arg __unused)
2070 {
2071         char *v_code;
2072         pml5_entry_t *v_pml5;
2073         pml4_entry_t *v_pml4;
2074         pdp_entry_t *v_pdp;
2075         pd_entry_t *v_pd;
2076         pt_entry_t *v_pt;
2077         vm_page_t m_code, m_pml4, m_pdp, m_pd, m_pt, m_pml5;
2078         void (*la57_tramp)(uint64_t pml5);
2079         struct region_descriptor r_gdt;
2080
2081         if ((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_LA57) == 0)
2082                 return;
2083         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.la57", &la57);
2084         if (!la57)
2085                 return;
2086
2087         r_gdt.rd_limit = NGDT * sizeof(struct user_segment_descriptor) - 1;
2088         r_gdt.rd_base = (long)__pcpu[0].pc_gdt;
2089
2090         m_code = vm_page_alloc_contig(NULL, 0,
2091             VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOBUSY | VM_ALLOC_ZERO | VM_ALLOC_NOOBJ,
2092             1, 0, (1ULL << 32), PAGE_SIZE, 0, VM_MEMATTR_DEFAULT);
2093         if ((m_code->flags & PG_ZERO) == 0)
2094                 pmap_zero_page(m_code);
2095         v_code = (char *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m_code));
2096         m_pml5 = vm_page_alloc_contig(NULL, 0,
2097             VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOBUSY | VM_ALLOC_ZERO | VM_ALLOC_NOOBJ,
2098             1, 0, (1ULL << 32), PAGE_SIZE, 0, VM_MEMATTR_DEFAULT);
2099         if ((m_pml5->flags & PG_ZERO) == 0)
2100                 pmap_zero_page(m_pml5);
2101         KPML5phys = VM_PAGE_TO_PHYS(m_pml5);
2102         v_pml5 = (pml5_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(KPML5phys);
2103         m_pml4 = vm_page_alloc_contig(NULL, 0,
2104             VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOBUSY | VM_ALLOC_ZERO | VM_ALLOC_NOOBJ,
2105             1, 0, (1ULL << 32), PAGE_SIZE, 0, VM_MEMATTR_DEFAULT);
2106         if ((m_pml4->flags & PG_ZERO) == 0)
2107                 pmap_zero_page(m_pml4);
2108         v_pml4 = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m_pml4));
2109         m_pdp = vm_page_alloc_contig(NULL, 0,
2110             VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOBUSY | VM_ALLOC_ZERO | VM_ALLOC_NOOBJ,
2111             1, 0, (1ULL << 32), PAGE_SIZE, 0, VM_MEMATTR_DEFAULT);
2112         if ((m_pdp->flags & PG_ZERO) == 0)
2113                 pmap_zero_page(m_pdp);
2114         v_pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m_pdp));
2115         m_pd = vm_page_alloc_contig(NULL, 0,
2116             VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOBUSY | VM_ALLOC_ZERO | VM_ALLOC_NOOBJ,
2117             1, 0, (1ULL << 32), PAGE_SIZE, 0, VM_MEMATTR_DEFAULT);
2118         if ((m_pd->flags & PG_ZERO) == 0)
2119                 pmap_zero_page(m_pd);
2120         v_pd = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m_pd));
2121         m_pt = vm_page_alloc_contig(NULL, 0,
2122             VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOBUSY | VM_ALLOC_ZERO | VM_ALLOC_NOOBJ,
2123             1, 0, (1ULL << 32), PAGE_SIZE, 0, VM_MEMATTR_DEFAULT);
2124         if ((m_pt->flags & PG_ZERO) == 0)
2125                 pmap_zero_page(m_pt);
2126         v_pt = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m_pt));
2127
2128         /*
2129          * Map m_code 1:1, it appears below 4G in KVA due to physical
2130          * address being below 4G.  Since kernel KVA is in upper half,
2131          * the pml4e should be zero and free for temporary use.
2132          */
2133         kernel_pmap->pm_pmltop[pmap_pml4e_index(VM_PAGE_TO_PHYS(m_code))] =
2134             VM_PAGE_TO_PHYS(m_pdp) | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A |
2135             X86_PG_M;
2136         v_pdp[pmap_pdpe_index(VM_PAGE_TO_PHYS(m_code))] =
2137             VM_PAGE_TO_PHYS(m_pd) | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A |
2138             X86_PG_M;
2139         v_pd[pmap_pde_index(VM_PAGE_TO_PHYS(m_code))] =
2140             VM_PAGE_TO_PHYS(m_pt) | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A |
2141             X86_PG_M;
2142         v_pt[pmap_pte_index(VM_PAGE_TO_PHYS(m_code))] =
2143             VM_PAGE_TO_PHYS(m_code) | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A |
2144             X86_PG_M;
2145
2146         /*
2147          * Add pml5 entry at top of KVA pointing to existing pml4 table,
2148          * entering all existing kernel mappings into level 5 table.
2149          */
2150         v_pml5[pmap_pml5e_index(UPT_MAX_ADDRESS)] = KPML4phys | X86_PG_V |
2151             X86_PG_RW | X86_PG_A | X86_PG_M | pg_g;
2152
2153         /*
2154          * Add pml5 entry for 1:1 trampoline mapping after LA57 is turned on.
2155          */
2156         v_pml5[pmap_pml5e_index(VM_PAGE_TO_PHYS(m_code))] =
2157             VM_PAGE_TO_PHYS(m_pml4) | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A |
2158             X86_PG_M;
2159         v_pml4[pmap_pml4e_index(VM_PAGE_TO_PHYS(m_code))] =
2160             VM_PAGE_TO_PHYS(m_pdp) | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A |
2161             X86_PG_M;
2162
2163         /*
2164          * Copy and call the 48->57 trampoline, hope we return there, alive.
2165          */
2166         bcopy(la57_trampoline, v_code, la57_trampoline_end - la57_trampoline);
2167         *(u_long *)(v_code + 2 + (la57_trampoline_gdt_desc - la57_trampoline)) =
2168             la57_trampoline_gdt - la57_trampoline + VM_PAGE_TO_PHYS(m_code);
2169         la57_tramp = (void (*)(uint64_t))VM_PAGE_TO_PHYS(m_code);
2170         invlpg((vm_offset_t)la57_tramp);
2171         la57_tramp(KPML5phys);
2172
2173         /*
2174          * gdt was necessary reset, switch back to our gdt.
2175          */
2176         lgdt(&r_gdt);
2177         wrmsr(MSR_GSBASE, (uint64_t)&__pcpu[0]);
2178         load_ds(_udatasel);
2179         load_es(_udatasel);
2180         load_fs(_ufssel);
2181         ssdtosyssd(&gdt_segs[GPROC0_SEL],
2182             (struct system_segment_descriptor *)&__pcpu[0].pc_gdt[GPROC0_SEL]);
2183         ltr(GSEL(GPROC0_SEL, SEL_KPL));
2184
2185         /*
2186          * Now unmap the trampoline, and free the pages.
2187          * Clear pml5 entry used for 1:1 trampoline mapping.
2188          */
2189         pte_clear(&v_pml5[pmap_pml5e_index(VM_PAGE_TO_PHYS(m_code))]);
2190         invlpg((vm_offset_t)v_code);
2191         vm_page_free(m_code);
2192         vm_page_free(m_pdp);
2193         vm_page_free(m_pd);
2194         vm_page_free(m_pt);
2195
2196         /* 
2197          * Recursively map PML5 to itself in order to get PTmap and
2198          * PDmap.
2199          */
2200         v_pml5[PML5PML5I] = KPML5phys | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
2201
2202         kernel_pmap->pm_cr3 = KPML5phys;
2203         kernel_pmap->pm_pmltop = v_pml5;
2204         pmap_pt_page_count_adj(kernel_pmap, 1);
2205 }
2206 SYSINIT(la57, SI_SUB_KMEM, SI_ORDER_ANY, pmap_bootstrap_la57, NULL);
2207
2208 /*
2209  *      Initialize a vm_page's machine-dependent fields.
2210  */
2211 void
2212 pmap_page_init(vm_page_t m)
2213 {
2214
2215         TAILQ_INIT(&m->md.pv_list);
2216         m->md.pat_mode = PAT_WRITE_BACK;
2217 }
2218
2219 static int pmap_allow_2m_x_ept;
2220 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, allow_2m_x_ept, CTLFLAG_RWTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
2221     &pmap_allow_2m_x_ept, 0,
2222     "Allow executable superpage mappings in EPT");
2223
2224 void
2225 pmap_allow_2m_x_ept_recalculate(void)
2226 {
2227         /*
2228          * SKL002, SKL012S.  Since the EPT format is only used by
2229          * Intel CPUs, the vendor check is merely a formality.
2230          */
2231         if (!(cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL ||
2232             (cpu_ia32_arch_caps & IA32_ARCH_CAP_IF_PSCHANGE_MC_NO) != 0 ||
2233             (CPUID_TO_FAMILY(cpu_id) == 0x6 &&
2234             (CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x26 ||  /* Atoms */
2235             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x27 ||
2236             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x35 ||
2237             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x36 ||
2238             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x37 ||
2239             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x86 ||
2240             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x1c ||
2241             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x4a ||
2242             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x4c ||
2243             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x4d ||
2244             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x5a ||
2245             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x5c ||
2246             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x5d ||
2247             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x5f ||
2248             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x6e ||
2249             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x7a ||
2250             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x57 ||   /* Knights */
2251             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x85))))
2252                 pmap_allow_2m_x_ept = 1;
2253         TUNABLE_INT_FETCH("hw.allow_2m_x_ept", &pmap_allow_2m_x_ept);
2254 }
2255
2256 static bool
2257 pmap_allow_2m_x_page(pmap_t pmap, bool executable)
2258 {
2259
2260         return (pmap->pm_type != PT_EPT || !executable ||
2261             !pmap_allow_2m_x_ept);
2262 }
2263
2264 #ifdef NUMA
2265 static void
2266 pmap_init_pv_table(void)
2267 {
2268         struct pmap_large_md_page *pvd;
2269         vm_size_t s;
2270         long start, end, highest, pv_npg;
2271         int domain, i, j, pages;
2272
2273         /*
2274          * We strongly depend on the size being a power of two, so the assert
2275          * is overzealous. However, should the struct be resized to a
2276          * different power of two, the code below needs to be revisited.
2277          */
2278         CTASSERT((sizeof(*pvd) == 64));
2279
2280         /*
2281          * Calculate the size of the array.
2282          */
2283         pmap_last_pa = vm_phys_segs[vm_phys_nsegs - 1].end;
2284         pv_npg = howmany(pmap_last_pa, NBPDR);
2285         s = (vm_size_t)pv_npg * sizeof(struct pmap_large_md_page);
2286         s = round_page(s);
2287         pv_table = (struct pmap_large_md_page *)kva_alloc(s);
2288         if (pv_table == NULL)
2289                 panic("%s: kva_alloc failed\n", __func__);
2290
2291         /*
2292          * Iterate physical segments to allocate space for respective pages.
2293          */
2294         highest = -1;
2295         s = 0;
2296         for (i = 0; i < vm_phys_nsegs; i++) {
2297                 end = vm_phys_segs[i].end / NBPDR;
2298                 domain = vm_phys_segs[i].domain;
2299
2300                 if (highest >= end)
2301                         continue;
2302
2303                 start = highest + 1;
2304                 pvd = &pv_table[start];
2305
2306                 pages = end - start + 1;
2307                 s = round_page(pages * sizeof(*pvd));
2308                 highest = start + (s / sizeof(*pvd)) - 1;
2309
2310                 for (j = 0; j < s; j += PAGE_SIZE) {
2311                         vm_page_t m = vm_page_alloc_domain(NULL, 0,
2312                             domain, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ);
2313                         if (m == NULL)
2314                                 panic("vm_page_alloc_domain failed for %lx\n", (vm_offset_t)pvd + j);
2315                         pmap_qenter((vm_offset_t)pvd + j, &m, 1);
2316                 }
2317
2318                 for (j = 0; j < s / sizeof(*pvd); j++) {
2319                         rw_init_flags(&pvd->pv_lock, "pmap pv list", RW_NEW);
2320                         TAILQ_INIT(&pvd->pv_page.pv_list);
2321                         pvd->pv_page.pv_gen = 0;
2322                         pvd->pv_page.pat_mode = 0;
2323                         pvd->pv_invl_gen = 0;
2324                         pvd++;
2325                 }
2326         }
2327         pvd = &pv_dummy_large;
2328         rw_init_flags(&pvd->pv_lock, "pmap pv list dummy", RW_NEW);
2329         TAILQ_INIT(&pvd->pv_page.pv_list);
2330         pvd->pv_page.pv_gen = 0;
2331         pvd->pv_page.pat_mode = 0;
2332         pvd->pv_invl_gen = 0;
2333 }
2334 #else
2335 static void
2336 pmap_init_pv_table(void)
2337 {
2338         vm_size_t s;
2339         long i, pv_npg;
2340
2341         /*
2342          * Initialize the pool of pv list locks.
2343          */
2344         for (i = 0; i < NPV_LIST_LOCKS; i++)
2345                 rw_init(&pv_list_locks[i], "pmap pv list");
2346
2347         /*
2348          * Calculate the size of the pv head table for superpages.
2349          */
2350         pv_npg = howmany(vm_phys_segs[vm_phys_nsegs - 1].end, NBPDR);
2351
2352         /*
2353          * Allocate memory for the pv head table for superpages.
2354          */
2355         s = (vm_size_t)pv_npg * sizeof(struct md_page);
2356         s = round_page(s);
2357         pv_table = (struct md_page *)kmem_malloc(s, M_WAITOK | M_ZERO);
2358         for (i = 0; i < pv_npg; i++)
2359                 TAILQ_INIT(&pv_table[i].pv_list);
2360         TAILQ_INIT(&pv_dummy.pv_list);
2361 }
2362 #endif
2363
2364 /*
2365  *      Initialize the pmap module.
2366  *      Called by vm_init, to initialize any structures that the pmap
2367  *      system needs to map virtual memory.
2368  */
2369 void
2370 pmap_init(void)
2371 {
2372         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
2373         vm_page_t m, mpte;
2374         int error, i, ret, skz63;
2375
2376         /* L1TF, reserve page @0 unconditionally */
2377         vm_page_blacklist_add(0, bootverbose);
2378
2379         /* Detect bare-metal Skylake Server and Skylake-X. */
2380         if (vm_guest == VM_GUEST_NO && cpu_vendor_id == CPU_VENDOR_INTEL &&
2381             CPUID_TO_FAMILY(cpu_id) == 0x6 && CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x55) {
2382                 /*
2383                  * Skylake-X errata SKZ63. Processor May Hang When
2384                  * Executing Code In an HLE Transaction Region between
2385                  * 40000000H and 403FFFFFH.
2386                  *
2387                  * Mark the pages in the range as preallocated.  It
2388                  * seems to be impossible to distinguish between
2389                  * Skylake Server and Skylake X.
2390                  */
2391                 skz63 = 1;
2392                 TUNABLE_INT_FETCH("hw.skz63_enable", &skz63);
2393                 if (skz63 != 0) {
2394                         if (bootverbose)
2395                                 printf("SKZ63: skipping 4M RAM starting "
2396                                     "at physical 1G\n");
2397                         for (i = 0; i < atop(0x400000); i++) {
2398                                 ret = vm_page_blacklist_add(0x40000000 +
2399                                     ptoa(i), FALSE);
2400                                 if (!ret && bootverbose)
2401                                         printf("page at %#lx already used\n",
2402                                             0x40000000 + ptoa(i));
2403                         }
2404                 }
2405         }
2406
2407         /* IFU */
2408         pmap_allow_2m_x_ept_recalculate();
2409
2410         /*
2411          * Initialize the vm page array entries for the kernel pmap's
2412          * page table pages.
2413          */ 
2414         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
2415         for (i = 0; i < nkpt; i++) {
2416                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(KPTphys + (i << PAGE_SHIFT));
2417                 KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
2418                     mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
2419                     ("pmap_init: page table page is out of range"));
2420                 mpte->pindex = pmap_pde_pindex(KERNBASE) + i;
2421                 mpte->phys_addr = KPTphys + (i << PAGE_SHIFT);
2422                 mpte->ref_count = 1;
2423
2424                 /*
2425                  * Collect the page table pages that were replaced by a 2MB
2426                  * page in create_pagetables().  They are zero filled.
2427                  */
2428                 if ((vm_paddr_t)i << PDRSHIFT < KERNend &&
2429                     pmap_insert_pt_page(kernel_pmap, mpte, false))
2430                         panic("pmap_init: pmap_insert_pt_page failed");
2431         }
2432         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
2433         vm_wire_add(nkpt);
2434
2435         /*
2436          * If the kernel is running on a virtual machine, then it must assume
2437          * that MCA is enabled by the hypervisor.  Moreover, the kernel must
2438          * be prepared for the hypervisor changing the vendor and family that
2439          * are reported by CPUID.  Consequently, the workaround for AMD Family
2440          * 10h Erratum 383 is enabled if the processor's feature set does not
2441          * include at least one feature that is only supported by older Intel
2442          * or newer AMD processors.
2443          */
2444         if (vm_guest != VM_GUEST_NO && (cpu_feature & CPUID_SS) == 0 &&
2445             (cpu_feature2 & (CPUID2_SSSE3 | CPUID2_SSE41 | CPUID2_AESNI |
2446             CPUID2_AVX | CPUID2_XSAVE)) == 0 && (amd_feature2 & (AMDID2_XOP |
2447             AMDID2_FMA4)) == 0)
2448                 workaround_erratum383 = 1;
2449
2450         /*
2451          * Are large page mappings enabled?
2452          */
2453         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.pg_ps_enabled", &pg_ps_enabled);
2454         if (pg_ps_enabled) {
2455                 KASSERT(MAXPAGESIZES > 1 && pagesizes[1] == 0,
2456                     ("pmap_init: can't assign to pagesizes[1]"));
2457                 pagesizes[1] = NBPDR;
2458                 if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0) {
2459                         KASSERT(MAXPAGESIZES > 2 && pagesizes[2] == 0,
2460                             ("pmap_init: can't assign to pagesizes[2]"));
2461                         pagesizes[2] = NBPDP;
2462                 }
2463         }
2464
2465         /*
2466          * Initialize pv chunk lists.
2467          */
2468         for (i = 0; i < PMAP_MEMDOM; i++) {
2469                 mtx_init(&pv_chunks[i].pvc_lock, "pmap pv chunk list", NULL, MTX_DEF);
2470                 TAILQ_INIT(&pv_chunks[i].pvc_list);
2471         }
2472         pmap_init_pv_table();
2473
2474         pmap_initialized = 1;
2475         for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
2476                 ppim = pmap_preinit_mapping + i;
2477                 if (ppim->va == 0)
2478                         continue;
2479                 /* Make the direct map consistent */
2480                 if (ppim->pa < dmaplimit && ppim->pa + ppim->sz <= dmaplimit) {
2481                         (void)pmap_change_attr(PHYS_TO_DMAP(ppim->pa),
2482                             ppim->sz, ppim->mode);
2483                 }
2484                 if (!bootverbose)
2485                         continue;
2486                 printf("PPIM %u: PA=%#lx, VA=%#lx, size=%#lx, mode=%#x\n", i,
2487                     ppim->pa, ppim->va, ppim->sz, ppim->mode);
2488         }
2489
2490         mtx_init(&qframe_mtx, "qfrmlk", NULL, MTX_SPIN);
2491         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE, M_BESTFIT | M_WAITOK,
2492             (vmem_addr_t *)&qframe);
2493         if (error != 0)
2494                 panic("qframe allocation failed");
2495
2496         lm_ents = 8;
2497         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.large_map_pml4_entries", &lm_ents);
2498         if (lm_ents > LMEPML4I - LMSPML4I + 1)
2499                 lm_ents = LMEPML4I - LMSPML4I + 1;
2500         if (bootverbose)
2501                 printf("pmap: large map %u PML4 slots (%lu GB)\n",
2502                     lm_ents, (u_long)lm_ents * (NBPML4 / 1024 / 1024 / 1024));
2503         if (lm_ents != 0) {
2504                 large_vmem = vmem_create("large", LARGEMAP_MIN_ADDRESS,
2505                     (vmem_size_t)lm_ents * NBPML4, PAGE_SIZE, 0, M_WAITOK);
2506                 if (large_vmem == NULL) {
2507                         printf("pmap: cannot create large map\n");
2508                         lm_ents = 0;
2509                 }
2510                 for (i = 0; i < lm_ents; i++) {
2511                         m = pmap_large_map_getptp_unlocked();
2512                         /* XXXKIB la57 */
2513                         kernel_pml4[LMSPML4I + i] = X86_PG_V |
2514                             X86_PG_RW | X86_PG_A | X86_PG_M | pg_nx |
2515                             VM_PAGE_TO_PHYS(m);
2516                 }
2517         }
2518 }
2519
2520 SYSCTL_UINT(_vm_pmap, OID_AUTO, large_map_pml4_entries,
2521     CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH, &lm_ents, 0,
2522     "Maximum number of PML4 entries for use by large map (tunable).  "
2523     "Each entry corresponds to 512GB of address space.");
2524
2525 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, pde, CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
2526     "2MB page mapping counters");
2527
2528 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(pmap_pde_demotions);
2529 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, demotions,
2530     CTLFLAG_RD, &pmap_pde_demotions, "2MB page demotions");
2531
2532 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(pmap_pde_mappings);
2533 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, mappings, CTLFLAG_RD,
2534     &pmap_pde_mappings, "2MB page mappings");
2535
2536 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(pmap_pde_p_failures);
2537 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, p_failures, CTLFLAG_RD,
2538     &pmap_pde_p_failures, "2MB page promotion failures");
2539
2540 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(pmap_pde_promotions);
2541 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, promotions, CTLFLAG_RD,
2542     &pmap_pde_promotions, "2MB page promotions");
2543
2544 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, pdpe, CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
2545     "1GB page mapping counters");
2546
2547 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(pmap_pdpe_demotions);
2548 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_pmap_pdpe, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
2549     &pmap_pdpe_demotions, "1GB page demotions");
2550
2551 /***************************************************
2552  * Low level helper routines.....
2553  ***************************************************/
2554
2555 static pt_entry_t
2556 pmap_swap_pat(pmap_t pmap, pt_entry_t entry)
2557 {
2558         int x86_pat_bits = X86_PG_PTE_PAT | X86_PG_PDE_PAT;
2559
2560         switch (pmap->pm_type) {
2561         case PT_X86:
2562         case PT_RVI:
2563                 /* Verify that both PAT bits are not set at the same time */
2564                 KASSERT((entry & x86_pat_bits) != x86_pat_bits,
2565                     ("Invalid PAT bits in entry %#lx", entry));
2566
2567                 /* Swap the PAT bits if one of them is set */
2568                 if ((entry & x86_pat_bits) != 0)
2569                         entry ^= x86_pat_bits;
2570                 break;
2571         case PT_EPT:
2572                 /*
2573                  * Nothing to do - the memory attributes are represented
2574                  * the same way for regular pages and superpages.
2575                  */
2576                 break;
2577         default:
2578                 panic("pmap_switch_pat_bits: bad pm_type %d", pmap->pm_type);
2579         }
2580
2581         return (entry);
2582 }
2583
2584 boolean_t
2585 pmap_is_valid_memattr(pmap_t pmap __unused, vm_memattr_t mode)
2586 {
2587
2588         return (mode >= 0 && mode < PAT_INDEX_SIZE &&
2589             pat_index[(int)mode] >= 0);
2590 }
2591
2592 /*
2593  * Determine the appropriate bits to set in a PTE or PDE for a specified
2594  * caching mode.
2595  */
2596 int
2597 pmap_cache_bits(pmap_t pmap, int mode, boolean_t is_pde)
2598 {
2599         int cache_bits, pat_flag, pat_idx;
2600
2601         if (!pmap_is_valid_memattr(pmap, mode))
2602                 panic("Unknown caching mode %d\n", mode);
2603
2604         switch (pmap->pm_type) {
2605         case PT_X86:
2606         case PT_RVI:
2607                 /* The PAT bit is different for PTE's and PDE's. */
2608                 pat_flag = is_pde ? X86_PG_PDE_PAT : X86_PG_PTE_PAT;
2609
2610                 /* Map the caching mode to a PAT index. */
2611                 pat_idx = pat_index[mode];
2612
2613                 /* Map the 3-bit index value into the PAT, PCD, and PWT bits. */
2614                 cache_bits = 0;
2615                 if (pat_idx & 0x4)
2616                         cache_bits |= pat_flag;
2617                 if (pat_idx & 0x2)
2618                         cache_bits |= PG_NC_PCD;
2619                 if (pat_idx & 0x1)
2620                         cache_bits |= PG_NC_PWT;
2621                 break;
2622
2623         case PT_EPT:
2624                 cache_bits = EPT_PG_IGNORE_PAT | EPT_PG_MEMORY_TYPE(mode);
2625                 break;
2626
2627         default:
2628                 panic("unsupported pmap type %d", pmap->pm_type);
2629         }
2630
2631         return (cache_bits);
2632 }
2633
2634 static int
2635 pmap_cache_mask(pmap_t pmap, boolean_t is_pde)
2636 {
2637         int mask;
2638
2639         switch (pmap->pm_type) {
2640         case PT_X86:
2641         case PT_RVI:
2642                 mask = is_pde ? X86_PG_PDE_CACHE : X86_PG_PTE_CACHE;
2643                 break;
2644         case PT_EPT:
2645                 mask = EPT_PG_IGNORE_PAT | EPT_PG_MEMORY_TYPE(0x7);
2646                 break;
2647         default:
2648                 panic("pmap_cache_mask: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
2649         }
2650
2651         return (mask);
2652 }
2653
2654 static int
2655 pmap_pat_index(pmap_t pmap, pt_entry_t pte, bool is_pde)
2656 {
2657         int pat_flag, pat_idx;
2658
2659         pat_idx = 0;
2660         switch (pmap->pm_type) {
2661         case PT_X86:
2662         case PT_RVI:
2663                 /* The PAT bit is different for PTE's and PDE's. */
2664                 pat_flag = is_pde ? X86_PG_PDE_PAT : X86_PG_PTE_PAT;
2665
2666                 if ((pte & pat_flag) != 0)
2667                         pat_idx |= 0x4;
2668                 if ((pte & PG_NC_PCD) != 0)
2669                         pat_idx |= 0x2;
2670                 if ((pte & PG_NC_PWT) != 0)
2671                         pat_idx |= 0x1;
2672                 break;
2673         case PT_EPT:
2674                 if ((pte & EPT_PG_IGNORE_PAT) != 0)
2675                         panic("EPT PTE %#lx has no PAT memory type", pte);
2676                 pat_idx = (pte & EPT_PG_MEMORY_TYPE(0x7)) >> 3;
2677                 break;
2678         }
2679
2680         /* See pmap_init_pat(). */
2681         if (pat_idx == 4)
2682                 pat_idx = 0;
2683         if (pat_idx == 7)
2684                 pat_idx = 3;
2685
2686         return (pat_idx);
2687 }
2688
2689 bool
2690 pmap_ps_enabled(pmap_t pmap)
2691 {
2692
2693         return (pg_ps_enabled && (pmap->pm_flags & PMAP_PDE_SUPERPAGE) != 0);
2694 }
2695
2696 static void
2697 pmap_update_pde_store(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
2698 {
2699
2700         switch (pmap->pm_type) {
2701         case PT_X86:
2702                 break;
2703         case PT_RVI:
2704         case PT_EPT:
2705                 /*
2706                  * XXX
2707                  * This is a little bogus since the generation number is
2708                  * supposed to be bumped up when a region of the address
2709                  * space is invalidated in the page tables.
2710                  *
2711                  * In this case the old PDE entry is valid but yet we want
2712                  * to make sure that any mappings using the old entry are
2713                  * invalidated in the TLB.
2714                  *
2715                  * The reason this works as expected is because we rendezvous
2716                  * "all" host cpus and force any vcpu context to exit as a
2717                  * side-effect.
2718                  */
2719                 atomic_add_long(&pmap->pm_eptgen, 1);
2720                 break;
2721         default:
2722                 panic("pmap_update_pde_store: bad pm_type %d", pmap->pm_type);
2723         }
2724         pde_store(pde, newpde);
2725 }
2726
2727 /*
2728  * After changing the page size for the specified virtual address in the page
2729  * table, flush the corresponding entries from the processor's TLB.  Only the
2730  * calling processor's TLB is affected.
2731  *
2732  * The calling thread must be pinned to a processor.
2733  */
2734 static void
2735 pmap_update_pde_invalidate(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t newpde)
2736 {
2737         pt_entry_t PG_G;
2738
2739         if (pmap_type_guest(pmap))
2740                 return;
2741
2742         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
2743             ("pmap_update_pde_invalidate: invalid type %d", pmap->pm_type));
2744
2745         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
2746
2747         if ((newpde & PG_PS) == 0)
2748                 /* Demotion: flush a specific 2MB page mapping. */
2749                 invlpg(va);
2750         else if ((newpde & PG_G) == 0)
2751                 /*
2752                  * Promotion: flush every 4KB page mapping from the TLB
2753                  * because there are too many to flush individually.
2754                  */
2755                 invltlb();
2756         else {
2757                 /*
2758                  * Promotion: flush every 4KB page mapping from the TLB,
2759                  * including any global (PG_G) mappings.
2760                  */
2761                 invltlb_glob();
2762         }
2763 }
2764
2765 /*
2766  * The amd64 pmap uses different approaches to TLB invalidation
2767  * depending on the kernel configuration, available hardware features,
2768  * and known hardware errata.  The kernel configuration option that
2769  * has the greatest operational impact on TLB invalidation is PTI,
2770  * which is enabled automatically on affected Intel CPUs.  The most
2771  * impactful hardware features are first PCID, and then INVPCID
2772  * instruction presence.  PCID usage is quite different for PTI
2773  * vs. non-PTI.
2774  *
2775  * * Kernel Page Table Isolation (PTI or KPTI) is used to mitigate
2776  *   the Meltdown bug in some Intel CPUs.  Under PTI, each user address
2777  *   space is served by two page tables, user and kernel.  The user
2778  *   page table only maps user space and a kernel trampoline.  The
2779  *   kernel trampoline includes the entirety of the kernel text but
2780  *   only the kernel data that is needed to switch from user to kernel
2781  *   mode.  The kernel page table maps the user and kernel address
2782  *   spaces in their entirety.  It is identical to the per-process
2783  *   page table used in non-PTI mode.
2784  *
2785  *   User page tables are only used when the CPU is in user mode.
2786  *   Consequently, some TLB invalidations can be postponed until the
2787  *   switch from kernel to user mode.  In contrast, the user
2788  *   space part of the kernel page table is used for copyout(9), so
2789  *   TLB invalidations on this page table cannot be similarly postponed.
2790  *
2791  *   The existence of a user mode page table for the given pmap is
2792  *   indicated by a pm_ucr3 value that differs from PMAP_NO_CR3, in
2793  *   which case pm_ucr3 contains the %cr3 register value for the user
2794  *   mode page table's root.
2795  *
2796  * * The pm_active bitmask indicates which CPUs currently have the
2797  *   pmap active.  A CPU's bit is set on context switch to the pmap, and
2798  *   cleared on switching off this CPU.  For the kernel page table,
2799  *   the pm_active field is immutable and contains all CPUs.  The
2800  *   kernel page table is always logically active on every processor,
2801  *   but not necessarily in use by the hardware, e.g., in PTI mode.
2802  *
2803  *   When requesting invalidation of virtual addresses with
2804  *   pmap_invalidate_XXX() functions, the pmap sends shootdown IPIs to
2805  *   all CPUs recorded as active in pm_active.  Updates to and reads
2806  *   from pm_active are not synchronized, and so they may race with
2807  *   each other.  Shootdown handlers are prepared to handle the race.
2808  *
2809  * * PCID is an optional feature of the long mode x86 MMU where TLB
2810  *   entries are tagged with the 'Process ID' of the address space
2811  *   they belong to.  This feature provides a limited namespace for
2812  *   process identifiers, 12 bits, supporting 4095 simultaneous IDs
2813  *   total.
2814  *
2815  *   Allocation of a PCID to a pmap is done by an algorithm described
2816  *   in section 15.12, "Other TLB Consistency Algorithms", of
2817  *   Vahalia's book "Unix Internals".  A PCID cannot be allocated for
2818  *   the whole lifetime of a pmap in pmap_pinit() due to the limited
2819  *   namespace.  Instead, a per-CPU, per-pmap PCID is assigned when
2820  *   the CPU is about to start caching TLB entries from a pmap,
2821  *   i.e., on the context switch that activates the pmap on the CPU.
2822  *
2823  *   The PCID allocator maintains a per-CPU, per-pmap generation
2824  *   count, pm_gen, which is incremented each time a new PCID is
2825  *   allocated.  On TLB invalidation, the generation counters for the
2826  *   pmap are zeroed, which signals the context switch code that the
2827  *   previously allocated PCID is no longer valid.  Effectively,
2828  *   zeroing any of these counters triggers a TLB shootdown for the
2829  *   given CPU/address space, due to the allocation of a new PCID.
2830  *
2831  *   Zeroing can be performed remotely.  Consequently, if a pmap is
2832  *   inactive on a CPU, then a TLB shootdown for that pmap and CPU can
2833  *   be initiated by an ordinary memory access to reset the target
2834  *   CPU's generation count within the pmap.  The CPU initiating the
2835  *   TLB shootdown does not need to send an IPI to the target CPU.
2836  *
2837  * * PTI + PCID.  The available PCIDs are divided into two sets: PCIDs
2838  *   for complete (kernel) page tables, and PCIDs for user mode page
2839  *   tables.  A user PCID value is obtained from the kernel PCID value
2840  *   by setting the highest bit, 11, to 1 (0x800 == PMAP_PCID_USER_PT).
2841  *
2842  *   User space page tables are activated on return to user mode, by
2843  *   loading pm_ucr3 into %cr3.  If the PCPU(ucr3_load_mask) requests
2844  *   clearing bit 63 of the loaded ucr3, this effectively causes
2845  *   complete invalidation of the user mode TLB entries for the
2846  *   current pmap.  In which case, local invalidations of individual
2847  *   pages in the user page table are skipped.
2848  *
2849  * * Local invalidation, all modes.  If the requested invalidation is
2850  *   for a specific address or the total invalidation of a currently
2851  *   active pmap, then the TLB is flushed using INVLPG for a kernel
2852  *   page table, and INVPCID(INVPCID_CTXGLOB)/invltlb_glob() for a
2853  *   user space page table(s).
2854  *
2855  *   If the INVPCID instruction is available, it is used to flush entries
2856  *   from the kernel page table.
2857  *
2858  * * mode: PTI disabled, PCID present.  The kernel reserves PCID 0 for its
2859  *   address space, all other 4095 PCIDs are used for user mode spaces
2860  *   as described above.  A context switch allocates a new PCID if
2861  *   the recorded PCID is zero or the recorded generation does not match
2862  *   the CPU's generation, effectively flushing the TLB for this address space.
2863  *   Total remote invalidation is performed by zeroing pm_gen for all CPUs.
2864  *      local user page: INVLPG
2865  *      local kernel page: INVLPG
2866  *      local user total: INVPCID(CTX)
2867  *      local kernel total: INVPCID(CTXGLOB) or invltlb_glob()
2868  *      remote user page, inactive pmap: zero pm_gen
2869  *      remote user page, active pmap: zero pm_gen + IPI:INVLPG
2870  *      (Both actions are required to handle the aforementioned pm_active races.)
2871  *      remote kernel page: IPI:INVLPG
2872  *      remote user total, inactive pmap: zero pm_gen
2873  *      remote user total, active pmap: zero pm_gen + IPI:(INVPCID(CTX) or
2874  *          reload %cr3)
2875  *      (See note above about pm_active races.)
2876  *      remote kernel total: IPI:(INVPCID(CTXGLOB) or invltlb_glob())
2877  *
2878  * PTI enabled, PCID present.
2879  *      local user page: INVLPG for kpt, INVPCID(ADDR) or (INVLPG for ucr3)
2880  *          for upt
2881  *      local kernel page: INVLPG
2882  *      local user total: INVPCID(CTX) or reload %cr3 for kpt, clear PCID_SAVE
2883  *          on loading UCR3 into %cr3 for upt
2884  *      local kernel total: INVPCID(CTXGLOB) or invltlb_glob()
2885  *      remote user page, inactive pmap: zero pm_gen
2886  *      remote user page, active pmap: zero pm_gen + IPI:(INVLPG for kpt,
2887  *          INVPCID(ADDR) for upt)
2888  *      remote kernel page: IPI:INVLPG
2889  *      remote user total, inactive pmap: zero pm_gen
2890  *      remote user total, active pmap: zero pm_gen + IPI:(INVPCID(CTX) for kpt,
2891  *          clear PCID_SAVE on loading UCR3 into $cr3 for upt)
2892  *      remote kernel total: IPI:(INVPCID(CTXGLOB) or invltlb_glob())
2893  *
2894  *  No PCID.
2895  *      local user page: INVLPG
2896  *      local kernel page: INVLPG
2897  *      local user total: reload %cr3
2898  *      local kernel total: invltlb_glob()
2899  *      remote user page, inactive pmap: -
2900  *      remote user page, active pmap: IPI:INVLPG
2901  *      remote kernel page: IPI:INVLPG
2902  *      remote user total, inactive pmap: -
2903  *      remote user total, active pmap: IPI:(reload %cr3)
2904  *      remote kernel total: IPI:invltlb_glob()
2905  *  Since on return to user mode, the reload of %cr3 with ucr3 causes
2906  *  TLB invalidation, no specific action is required for user page table.
2907  *
2908  * EPT.  EPT pmaps do not map KVA, all mappings are userspace.
2909  * XXX TODO
2910  */
2911
2912 #ifdef SMP
2913 /*
2914  * Interrupt the cpus that are executing in the guest context.
2915  * This will force the vcpu to exit and the cached EPT mappings
2916  * will be invalidated by the host before the next vmresume.
2917  */
2918 static __inline void
2919 pmap_invalidate_ept(pmap_t pmap)
2920 {
2921         smr_seq_t goal;
2922         int ipinum;
2923
2924         sched_pin();
2925         KASSERT(!CPU_ISSET(curcpu, &pmap->pm_active),
2926             ("pmap_invalidate_ept: absurd pm_active"));
2927
2928         /*
2929          * The TLB mappings associated with a vcpu context are not
2930          * flushed each time a different vcpu is chosen to execute.
2931          *
2932          * This is in contrast with a process's vtop mappings that
2933          * are flushed from the TLB on each context switch.
2934          *
2935          * Therefore we need to do more than just a TLB shootdown on
2936          * the active cpus in 'pmap->pm_active'. To do this we keep
2937          * track of the number of invalidations performed on this pmap.
2938          *
2939          * Each vcpu keeps a cache of this counter and compares it
2940          * just before a vmresume. If the counter is out-of-date an
2941          * invept will be done to flush stale mappings from the TLB.
2942          *
2943          * To ensure that all vCPU threads have observed the new counter
2944          * value before returning, we use SMR.  Ordering is important here:
2945          * the VMM enters an SMR read section before loading the counter
2946          * and after updating the pm_active bit set.  Thus, pm_active is
2947          * a superset of active readers, and any reader that has observed
2948          * the goal has observed the new counter value.
2949          */
2950         atomic_add_long(&pmap->pm_eptgen, 1);
2951
2952         goal = smr_advance(pmap->pm_eptsmr);
2953
2954         /*
2955          * Force the vcpu to exit and trap back into the hypervisor.
2956          */
2957         ipinum = pmap->pm_flags & PMAP_NESTED_IPIMASK;
2958         ipi_selected(pmap->pm_active, ipinum);
2959         sched_unpin();
2960
2961         /*
2962          * Ensure that all active vCPUs will observe the new generation counter
2963          * value before executing any more guest instructions.
2964          */
2965         smr_wait(pmap->pm_eptsmr, goal);
2966 }
2967
2968 static cpuset_t
2969 pmap_invalidate_cpu_mask(pmap_t pmap)
2970 {
2971         return (pmap == kernel_pmap ? all_cpus : pmap->pm_active);
2972 }
2973
2974 static inline void
2975 pmap_invalidate_preipi_pcid(pmap_t pmap)
2976 {
2977         u_int cpuid, i;
2978
2979         sched_pin();
2980
2981         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
2982         if (pmap != PCPU_GET(curpmap))
2983                 cpuid = 0xffffffff;     /* An impossible value */
2984
2985         CPU_FOREACH(i) {
2986                 if (cpuid != i)
2987                         pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
2988         }
2989
2990         /*
2991          * The fence is between stores to pm_gen and the read of the
2992          * pm_active mask.  We need to ensure that it is impossible
2993          * for us to miss the bit update in pm_active and
2994          * simultaneously observe a non-zero pm_gen in
2995          * pmap_activate_sw(), otherwise TLB update is missed.
2996          * Without the fence, IA32 allows such an outcome.  Note that
2997          * pm_active is updated by a locked operation, which provides
2998          * the reciprocal fence.
2999          */
3000         atomic_thread_fence_seq_cst();
3001 }
3002
3003 static void
3004 pmap_invalidate_preipi_nopcid(pmap_t pmap __unused)
3005 {
3006         sched_pin();
3007 }
3008
3009 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_invalidate_preipi, (pmap_t))
3010 {
3011         return (pmap_pcid_enabled ? pmap_invalidate_preipi_pcid :
3012             pmap_invalidate_preipi_nopcid);
3013 }
3014
3015 static inline void
3016 pmap_invalidate_page_pcid_cb(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
3017     const bool invpcid_works1)
3018 {
3019         struct invpcid_descr d;
3020         uint64_t kcr3, ucr3;
3021         uint32_t pcid;
3022         u_int cpuid;
3023
3024         /*
3025          * Because pm_pcid is recalculated on a context switch, we
3026          * must ensure there is no preemption, not just pinning.
3027          * Otherwise, we might use a stale value below.
3028          */
3029         CRITICAL_ASSERT(curthread);
3030
3031         /*
3032          * No need to do anything with user page tables invalidation
3033          * if there is no user page table, or invalidation is deferred
3034          * until the return to userspace.  ucr3_load_mask is stable
3035          * because we have preemption disabled.
3036          */
3037         if (pmap->pm_ucr3 == PMAP_NO_CR3 ||
3038             PCPU_GET(ucr3_load_mask) != PMAP_UCR3_NOMASK)
3039                 return;
3040
3041         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
3042
3043         pcid = pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
3044         if (invpcid_works1) {
3045                 d.pcid = pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
3046                 d.pad = 0;
3047                 d.addr = va;
3048                 invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
3049         } else {
3050                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pcid | CR3_PCID_SAVE;
3051                 ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pcid | PMAP_PCID_USER_PT | CR3_PCID_SAVE;
3052                 pmap_pti_pcid_invlpg(ucr3, kcr3, va);
3053         }
3054 }
3055
3056 static void
3057 pmap_invalidate_page_pcid_invpcid_cb(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3058 {
3059         pmap_invalidate_page_pcid_cb(pmap, va, true);
3060 }
3061
3062 static void
3063 pmap_invalidate_page_pcid_noinvpcid_cb(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3064 {
3065         pmap_invalidate_page_pcid_cb(pmap, va, false);
3066 }
3067
3068 static void
3069 pmap_invalidate_page_nopcid_cb(pmap_t pmap __unused, vm_offset_t va __unused)
3070 {
3071 }
3072
3073 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_invalidate_page_cb, (pmap_t, vm_offset_t))
3074 {
3075         if (pmap_pcid_enabled)
3076                 return (invpcid_works ? pmap_invalidate_page_pcid_invpcid_cb :
3077                     pmap_invalidate_page_pcid_noinvpcid_cb);
3078         return (pmap_invalidate_page_nopcid_cb);
3079 }
3080
3081 static void
3082 pmap_invalidate_page_curcpu_cb(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
3083     vm_offset_t addr2 __unused)
3084 {
3085         if (pmap == kernel_pmap) {
3086                 invlpg(va);
3087         } else if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
3088                 invlpg(va);
3089                 pmap_invalidate_page_cb(pmap, va);
3090         }
3091 }
3092
3093 void
3094 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3095 {
3096         if (pmap_type_guest(pmap)) {
3097                 pmap_invalidate_ept(pmap);
3098                 return;
3099         }
3100
3101         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
3102             ("pmap_invalidate_page: invalid type %d", pmap->pm_type));
3103
3104         pmap_invalidate_preipi(pmap);
3105         smp_masked_invlpg(pmap_invalidate_cpu_mask(pmap), va, pmap,
3106             pmap_invalidate_page_curcpu_cb);
3107 }
3108
3109 /* 4k PTEs -- Chosen to exceed the total size of Broadwell L2 TLB */
3110 #define PMAP_INVLPG_THRESHOLD   (4 * 1024 * PAGE_SIZE)
3111
3112 static void
3113 pmap_invalidate_range_pcid_cb(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
3114     const bool invpcid_works1)
3115 {
3116         struct invpcid_descr d;
3117         uint64_t kcr3, ucr3;
3118         uint32_t pcid;
3119         u_int cpuid;
3120
3121         CRITICAL_ASSERT(curthread);
3122
3123         if (pmap != PCPU_GET(curpmap) ||
3124             pmap->pm_ucr3 == PMAP_NO_CR3 ||
3125             PCPU_GET(ucr3_load_mask) != PMAP_UCR3_NOMASK)
3126                 return;
3127
3128         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
3129
3130         pcid = pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
3131         if (invpcid_works1) {
3132                 d.pcid = pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
3133                 d.pad = 0;
3134                 for (d.addr = sva; d.addr < eva; d.addr += PAGE_SIZE)
3135                         invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
3136         } else {
3137                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pcid | CR3_PCID_SAVE;
3138                 ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pcid | PMAP_PCID_USER_PT | CR3_PCID_SAVE;
3139                 pmap_pti_pcid_invlrng(ucr3, kcr3, sva, eva);
3140         }
3141 }
3142
3143 static void
3144 pmap_invalidate_range_pcid_invpcid_cb(pmap_t pmap, vm_offset_t sva,
3145     vm_offset_t eva)
3146 {
3147         pmap_invalidate_range_pcid_cb(pmap, sva, eva, true);
3148 }
3149
3150 static void
3151 pmap_invalidate_range_pcid_noinvpcid_cb(pmap_t pmap, vm_offset_t sva,
3152     vm_offset_t eva)
3153 {
3154         pmap_invalidate_range_pcid_cb(pmap, sva, eva, false);
3155 }
3156
3157 static void
3158 pmap_invalidate_range_nopcid_cb(pmap_t pmap __unused, vm_offset_t sva __unused,
3159     vm_offset_t eva __unused)
3160 {
3161 }
3162
3163 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_invalidate_range_cb, (pmap_t, vm_offset_t,
3164     vm_offset_t))
3165 {
3166         if (pmap_pcid_enabled)
3167                 return (invpcid_works ? pmap_invalidate_range_pcid_invpcid_cb :
3168                     pmap_invalidate_range_pcid_noinvpcid_cb);
3169         return (pmap_invalidate_range_nopcid_cb);
3170 }
3171
3172 static void
3173 pmap_invalidate_range_curcpu_cb(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3174 {
3175         vm_offset_t addr;
3176
3177         if (pmap == kernel_pmap) {
3178                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
3179                         invlpg(addr);
3180         } else if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
3181                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
3182                         invlpg(addr);
3183                 pmap_invalidate_range_cb(pmap, sva, eva);
3184         }
3185 }
3186
3187 void
3188 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3189 {
3190         if (eva - sva >= PMAP_INVLPG_THRESHOLD) {
3191                 pmap_invalidate_all(pmap);
3192                 return;
3193         }
3194
3195         if (pmap_type_guest(pmap)) {
3196                 pmap_invalidate_ept(pmap);
3197                 return;
3198         }
3199
3200         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
3201             ("pmap_invalidate_range: invalid type %d", pmap->pm_type));
3202
3203         pmap_invalidate_preipi(pmap);
3204         smp_masked_invlpg_range(pmap_invalidate_cpu_mask(pmap), sva, eva, pmap,
3205             pmap_invalidate_range_curcpu_cb);
3206 }
3207
3208 static inline void
3209 pmap_invalidate_all_pcid_cb(pmap_t pmap, bool invpcid_works1)
3210 {
3211         struct invpcid_descr d;
3212         uint64_t kcr3;
3213         uint32_t pcid;
3214         u_int cpuid;
3215
3216         if (pmap == kernel_pmap) {
3217                 if (invpcid_works1) {
3218                         bzero(&d, sizeof(d));
3219                         invpcid(&d, INVPCID_CTXGLOB);
3220                 } else {
3221                         invltlb_glob();
3222                 }
3223         } else if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
3224                 CRITICAL_ASSERT(curthread);
3225                 cpuid = PCPU_GET(cpuid);
3226
3227                 pcid = pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
3228                 if (invpcid_works1) {
3229                         d.pcid = pcid;
3230                         d.pad = 0;
3231                         d.addr = 0;
3232                         invpcid(&d, INVPCID_CTX);
3233                 } else {
3234                         kcr3 = pmap->pm_cr3 | pcid;
3235                         load_cr3(kcr3);
3236                 }
3237                 if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3)
3238                         PCPU_SET(ucr3_load_mask, ~CR3_PCID_SAVE);
3239         }
3240 }
3241
3242 static void
3243 pmap_invalidate_all_pcid_invpcid_cb(pmap_t pmap)
3244 {
3245         pmap_invalidate_all_pcid_cb(pmap, true);
3246 }
3247
3248 static void
3249 pmap_invalidate_all_pcid_noinvpcid_cb(pmap_t pmap)
3250 {
3251         pmap_invalidate_all_pcid_cb(pmap, false);
3252 }
3253
3254 static void
3255 pmap_invalidate_all_nopcid_cb(pmap_t pmap)
3256 {
3257         if (pmap == kernel_pmap)
3258                 invltlb_glob();
3259         else if (pmap == PCPU_GET(curpmap))
3260                 invltlb();
3261 }
3262
3263 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_invalidate_all_cb, (pmap_t))
3264 {
3265         if (pmap_pcid_enabled)
3266                 return (invpcid_works ? pmap_invalidate_all_pcid_invpcid_cb :
3267                     pmap_invalidate_all_pcid_noinvpcid_cb);
3268         return (pmap_invalidate_all_nopcid_cb);
3269 }
3270
3271 static void
3272 pmap_invalidate_all_curcpu_cb(pmap_t pmap, vm_offset_t addr1 __unused,
3273     vm_offset_t addr2 __unused)
3274 {
3275         pmap_invalidate_all_cb(pmap);
3276 }
3277
3278 void
3279 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
3280 {
3281         if (pmap_type_guest(pmap)) {
3282                 pmap_invalidate_ept(pmap);
3283                 return;
3284         }
3285
3286         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
3287             ("pmap_invalidate_all: invalid type %d", pmap->pm_type));
3288
3289         pmap_invalidate_preipi(pmap);
3290         smp_masked_invltlb(pmap_invalidate_cpu_mask(pmap), pmap,
3291             pmap_invalidate_all_curcpu_cb);
3292 }
3293
3294 static void
3295 pmap_invalidate_cache_curcpu_cb(pmap_t pmap __unused, vm_offset_t va __unused,
3296     vm_offset_t addr2 __unused)
3297 {
3298         wbinvd();
3299 }
3300
3301 void
3302 pmap_invalidate_cache(void)
3303 {
3304         sched_pin();
3305         smp_cache_flush(pmap_invalidate_cache_curcpu_cb);
3306 }
3307
3308 struct pde_action {
3309         cpuset_t invalidate;    /* processors that invalidate their TLB */
3310         pmap_t pmap;
3311         vm_offset_t va;
3312         pd_entry_t *pde;
3313         pd_entry_t newpde;
3314         u_int store;            /* processor that updates the PDE */
3315 };
3316
3317 static void
3318 pmap_update_pde_action(void *arg)
3319 {
3320         struct pde_action *act = arg;
3321
3322         if (act->store == PCPU_GET(cpuid))
3323                 pmap_update_pde_store(act->pmap, act->pde, act->newpde);
3324 }
3325
3326 static void
3327 pmap_update_pde_teardown(void *arg)
3328 {
3329         struct pde_action *act = arg;
3330
3331         if (CPU_ISSET(PCPU_GET(cpuid), &act->invalidate))
3332                 pmap_update_pde_invalidate(act->pmap, act->va, act->newpde);
3333 }
3334
3335 /*
3336  * Change the page size for the specified virtual address in a way that
3337  * prevents any possibility of the TLB ever having two entries that map the
3338  * same virtual address using different page sizes.  This is the recommended
3339  * workaround for Erratum 383 on AMD Family 10h processors.  It prevents a
3340  * machine check exception for a TLB state that is improperly diagnosed as a
3341  * hardware error.
3342  */
3343 static void
3344 pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
3345 {
3346         struct pde_action act;
3347         cpuset_t active, other_cpus;
3348         u_int cpuid;
3349
3350         sched_pin();
3351         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
3352         other_cpus = all_cpus;
3353         CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
3354         if (pmap == kernel_pmap || pmap_type_guest(pmap)) 
3355                 active = all_cpus;
3356         else {
3357                 active = pmap->pm_active;
3358         }
3359         if (CPU_OVERLAP(&active, &other_cpus)) { 
3360                 act.store = cpuid;
3361                 act.invalidate = active;
3362                 act.va = va;
3363                 act.pmap = pmap;
3364                 act.pde = pde;
3365                 act.newpde = newpde;
3366                 CPU_SET(cpuid, &active);
3367                 smp_rendezvous_cpus(active,
3368                     smp_no_rendezvous_barrier, pmap_update_pde_action,
3369                     pmap_update_pde_teardown, &act);
3370         } else {
3371                 pmap_update_pde_store(pmap, pde, newpde);
3372                 if (CPU_ISSET(cpuid, &active))
3373                         pmap_update_pde_invalidate(pmap, va, newpde);
3374         }
3375         sched_unpin();
3376 }
3377 #else /* !SMP */
3378 /*
3379  * Normal, non-SMP, invalidation functions.
3380  */
3381 void
3382 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3383 {
3384         struct invpcid_descr d;
3385         uint64_t kcr3, ucr3;
3386         uint32_t pcid;
3387
3388         if (pmap->pm_type == PT_RVI || pmap->pm_type == PT_EPT) {
3389                 pmap->pm_eptgen++;
3390                 return;
3391         }
3392         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
3393             ("pmap_invalidate_range: unknown type %d", pmap->pm_type));
3394
3395         if (pmap == kernel_pmap || pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
3396                 invlpg(va);
3397                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap) && pmap_pcid_enabled &&
3398                     pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
3399                         critical_enter();
3400                         pcid = pmap->pm_pcids[0].pm_pcid;
3401                         if (invpcid_works) {
3402                                 d.pcid = pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
3403                                 d.pad = 0;
3404                                 d.addr = va;
3405                                 invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
3406                         } else {
3407                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pcid | CR3_PCID_SAVE;
3408                                 ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pcid |
3409                                     PMAP_PCID_USER_PT | CR3_PCID_SAVE;
3410                                 pmap_pti_pcid_invlpg(ucr3, kcr3, va);
3411                         }
3412                         critical_exit();
3413                 }
3414         } else if (pmap_pcid_enabled)
3415                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
3416 }
3417
3418 void
3419 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3420 {
3421         struct invpcid_descr d;
3422         vm_offset_t addr;
3423         uint64_t kcr3, ucr3;
3424
3425         if (pmap->pm_type == PT_RVI || pmap->pm_type == PT_EPT) {
3426                 pmap->pm_eptgen++;
3427                 return;
3428         }
3429         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
3430             ("pmap_invalidate_range: unknown type %d", pmap->pm_type));
3431
3432         if (pmap == kernel_pmap || pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
3433                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
3434                         invlpg(addr);
3435                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap) && pmap_pcid_enabled &&
3436                     pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
3437                         critical_enter();
3438                         if (invpcid_works) {
3439                                 d.pcid = pmap->pm_pcids[0].pm_pcid |
3440                                     PMAP_PCID_USER_PT;
3441                                 d.pad = 0;
3442                                 d.addr = sva;
3443                                 for (; d.addr < eva; d.addr += PAGE_SIZE)
3444                                         invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
3445                         } else {
3446                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[0].
3447                                     pm_pcid | CR3_PCID_SAVE;
3448                                 ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pmap->pm_pcids[0].
3449                                     pm_pcid | PMAP_PCID_USER_PT | CR3_PCID_SAVE;
3450                                 pmap_pti_pcid_invlrng(ucr3, kcr3, sva, eva);
3451                         }
3452                         critical_exit();
3453                 }
3454         } else if (pmap_pcid_enabled) {
3455                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
3456         }
3457 }
3458
3459 void
3460 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
3461 {
3462         struct invpcid_descr d;
3463         uint64_t kcr3, ucr3;
3464
3465         if (pmap->pm_type == PT_RVI || pmap->pm_type == PT_EPT) {
3466                 pmap->pm_eptgen++;
3467                 return;
3468         }
3469         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
3470             ("pmap_invalidate_all: unknown type %d", pmap->pm_type));
3471
3472         if (pmap == kernel_pmap) {
3473                 if (pmap_pcid_enabled && invpcid_works) {
3474                         bzero(&d, sizeof(d));
3475                         invpcid(&d, INVPCID_CTXGLOB);
3476                 } else {
3477                         invltlb_glob();
3478                 }
3479         } else if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
3480                 if (pmap_pcid_enabled) {
3481                         critical_enter();
3482                         if (invpcid_works) {
3483                                 d.pcid = pmap->pm_pcids[0].pm_pcid;
3484                                 d.pad = 0;
3485                                 d.addr = 0;
3486                                 invpcid(&d, INVPCID_CTX);
3487                                 if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
3488                                         d.pcid |= PMAP_PCID_USER_PT;
3489                                         invpcid(&d, INVPCID_CTX);
3490                                 }
3491                         } else {
3492                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[0].pm_pcid;
3493                                 if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
3494                                         ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pmap->pm_pcids[
3495                                             0].pm_pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
3496                                         pmap_pti_pcid_invalidate(ucr3, kcr3);
3497                                 } else
3498                                         load_cr3(kcr3);
3499                         }
3500                         critical_exit();
3501                 } else {
3502                         invltlb();
3503                 }
3504         } else if (pmap_pcid_enabled) {
3505                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
3506         }
3507 }
3508
3509 PMAP_INLINE void
3510 pmap_invalidate_cache(void)
3511 {
3512
3513         wbinvd();
3514 }
3515
3516 static void
3517 pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
3518 {
3519
3520         pmap_update_pde_store(pmap, pde, newpde);
3521         if (pmap == kernel_pmap || pmap == PCPU_GET(curpmap))
3522                 pmap_update_pde_invalidate(pmap, va, newpde);
3523         else
3524                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
3525 }
3526 #endif /* !SMP */
3527
3528 static void
3529 pmap_invalidate_pde_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde)
3530 {
3531
3532         /*
3533          * When the PDE has PG_PROMOTED set, the 2MB page mapping was created
3534          * by a promotion that did not invalidate the 512 4KB page mappings
3535          * that might exist in the TLB.  Consequently, at this point, the TLB
3536          * may hold both 4KB and 2MB page mappings for the address range [va,
3537          * va + NBPDR).  Therefore, the entire range must be invalidated here.
3538          * In contrast, when PG_PROMOTED is clear, the TLB will not hold any
3539          * 4KB page mappings for the address range [va, va + NBPDR), and so a
3540          * single INVLPG suffices to invalidate the 2MB page mapping from the
3541          * TLB.
3542          */
3543         if ((pde & PG_PROMOTED) != 0)
3544                 pmap_invalidate_range(pmap, va, va + NBPDR - 1);
3545         else
3546                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
3547 }
3548
3549 DEFINE_IFUNC(, void, pmap_invalidate_cache_range,
3550     (vm_offset_t sva, vm_offset_t eva))
3551 {
3552
3553         if ((cpu_feature & CPUID_SS) != 0)
3554                 return (pmap_invalidate_cache_range_selfsnoop);
3555         if ((cpu_feature & CPUID_CLFSH) != 0)
3556                 return (pmap_force_invalidate_cache_range);
3557         return (pmap_invalidate_cache_range_all);
3558 }
3559
3560 #define PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD   (2 * 1024 * 1024)
3561
3562 static void
3563 pmap_invalidate_cache_range_check_align(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3564 {
3565
3566         KASSERT((sva & PAGE_MASK) == 0,
3567             ("pmap_invalidate_cache_range: sva not page-aligned"));
3568         KASSERT((eva & PAGE_MASK) == 0,
3569             ("pmap_invalidate_cache_range: eva not page-aligned"));
3570 }
3571
3572 static void
3573 pmap_invalidate_cache_range_selfsnoop(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3574 {
3575
3576         pmap_invalidate_cache_range_check_align(sva, eva);
3577 }
3578
3579 void
3580 pmap_force_invalidate_cache_range(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3581 {
3582
3583         sva &= ~(vm_offset_t)(cpu_clflush_line_size - 1);
3584
3585         /*
3586          * XXX: Some CPUs fault, hang, or trash the local APIC
3587          * registers if we use CLFLUSH on the local APIC range.  The
3588          * local APIC is always uncached, so we don't need to flush
3589          * for that range anyway.
3590          */
3591         if (pmap_kextract(sva) == lapic_paddr)
3592                 return;
3593
3594         if ((cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT) != 0) {
3595                 /*
3596                  * Do per-cache line flush.  Use a locked
3597                  * instruction to insure that previous stores are
3598                  * included in the write-back.  The processor
3599                  * propagates flush to other processors in the cache
3600                  * coherence domain.
3601                  */
3602                 atomic_thread_fence_seq_cst();
3603                 for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size)
3604                         clflushopt(sva);
3605                 atomic_thread_fence_seq_cst();
3606         } else {
3607                 /*
3608                  * Writes are ordered by CLFLUSH on Intel CPUs.
3609                  */
3610                 if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
3611                         mfence();
3612                 for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size)
3613                         clflush(sva);
3614                 if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
3615                         mfence();
3616         }
3617 }
3618
3619 static void
3620 pmap_invalidate_cache_range_all(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3621 {
3622
3623         pmap_invalidate_cache_range_check_align(sva, eva);
3624         pmap_invalidate_cache();
3625 }
3626
3627 /*
3628  * Remove the specified set of pages from the data and instruction caches.
3629  *
3630  * In contrast to pmap_invalidate_cache_range(), this function does not
3631  * rely on the CPU's self-snoop feature, because it is intended for use
3632  * when moving pages into a different cache domain.
3633  */
3634 void
3635 pmap_invalidate_cache_pages(vm_page_t *pages, int count)
3636 {
3637         vm_offset_t daddr, eva;
3638         int i;
3639         bool useclflushopt;
3640
3641         useclflushopt = (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT) != 0;
3642         if (count >= PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD / PAGE_SIZE ||
3643             ((cpu_feature & CPUID_CLFSH) == 0 && !useclflushopt))
3644                 pmap_invalidate_cache();
3645         else {
3646                 if (useclflushopt)
3647                         atomic_thread_fence_seq_cst();
3648                 else if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
3649                         mfence();
3650                 for (i = 0; i < count; i++) {
3651                         daddr = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pages[i]));
3652                         eva = daddr + PAGE_SIZE;
3653                         for (; daddr < eva; daddr += cpu_clflush_line_size) {
3654                                 if (useclflushopt)
3655                                         clflushopt(daddr);
3656                                 else
3657                                         clflush(daddr);
3658                         }
3659                 }
3660                 if (useclflushopt)
3661                         atomic_thread_fence_seq_cst();
3662                 else if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
3663                         mfence();
3664         }
3665 }
3666
3667 void
3668 pmap_flush_cache_range(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3669 {
3670
3671         pmap_invalidate_cache_range_check_align(sva, eva);
3672
3673         if ((cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLWB) == 0) {
3674                 pmap_force_invalidate_cache_range(sva, eva);
3675                 return;
3676         }
3677
3678         /* See comment in pmap_force_invalidate_cache_range(). */
3679         if (pmap_kextract(sva) == lapic_paddr)
3680                 return;
3681
3682         atomic_thread_fence_seq_cst();
3683         for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size)
3684                 clwb(sva);
3685         atomic_thread_fence_seq_cst();
3686 }
3687
3688 void
3689 pmap_flush_cache_phys_range(vm_paddr_t spa, vm_paddr_t epa, vm_memattr_t mattr)
3690 {
3691         pt_entry_t *pte;
3692         vm_offset_t vaddr;
3693         int error, pte_bits;
3694
3695         KASSERT((spa & PAGE_MASK) == 0,
3696             ("pmap_flush_cache_phys_range: spa not page-aligned"));
3697         KASSERT((epa & PAGE_MASK) == 0,
3698             ("pmap_flush_cache_phys_range: epa not page-aligned"));
3699
3700         if (spa < dmaplimit) {
3701                 pmap_flush_cache_range(PHYS_TO_DMAP(spa), PHYS_TO_DMAP(MIN(
3702                     dmaplimit, epa)));
3703                 if (dmaplimit >= epa)
3704                         return;
3705                 spa = dmaplimit;
3706         }
3707
3708         pte_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mattr, 0) | X86_PG_RW |
3709             X86_PG_V;
3710         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE, M_BESTFIT | M_WAITOK,
3711             &vaddr);
3712         KASSERT(error == 0, ("vmem_alloc failed: %d", error));
3713         pte = vtopte(vaddr);
3714         for (; spa < epa; spa += PAGE_SIZE) {
3715                 sched_pin();
3716                 pte_store(pte, spa | pte_bits);
3717                 invlpg(vaddr);
3718                 /* XXXKIB atomic inside flush_cache_range are excessive */
3719                 pmap_flush_cache_range(vaddr, vaddr + PAGE_SIZE);
3720                 sched_unpin();
3721         }
3722         vmem_free(kernel_arena, vaddr, PAGE_SIZE);
3723 }
3724
3725 /*
3726  *      Routine:        pmap_extract
3727  *      Function:
3728  *              Extract the physical page address associated
3729  *              with the given map/virtual_address pair.
3730  */
3731 vm_paddr_t 
3732 pmap_extract(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3733 {
3734         pdp_entry_t *pdpe;
3735         pd_entry_t *pde;
3736         pt_entry_t *pte, PG_V;
3737         vm_paddr_t pa;
3738
3739         pa = 0;
3740         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3741         PMAP_LOCK(pmap);
3742         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
3743         if (pdpe != NULL && (*pdpe & PG_V) != 0) {
3744                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0)
3745                         pa = (*pdpe & PG_PS_FRAME) | (va & PDPMASK);
3746                 else {
3747                         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
3748                         if ((*pde & PG_V) != 0) {
3749                                 if ((*pde & PG_PS) != 0) {
3750                                         pa = (*pde & PG_PS_FRAME) |
3751                                             (va & PDRMASK);
3752                                 } else {
3753                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
3754                                         pa = (*pte & PG_FRAME) |
3755                                             (va & PAGE_MASK);
3756                                 }
3757                         }
3758                 }
3759         }
3760         PMAP_UNLOCK(pmap);
3761         return (pa);
3762 }
3763
3764 /*
3765  *      Routine:        pmap_extract_and_hold
3766  *      Function:
3767  *              Atomically extract and hold the physical page
3768  *              with the given pmap and virtual address pair
3769  *              if that mapping permits the given protection.
3770  */
3771 vm_page_t
3772 pmap_extract_and_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_prot_t prot)
3773 {
3774         pdp_entry_t pdpe, *pdpep;
3775         pd_entry_t pde, *pdep;
3776         pt_entry_t pte, PG_RW, PG_V;
3777         vm_page_t m;
3778
3779         m = NULL;
3780         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
3781         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3782         PMAP_LOCK(pmap);
3783
3784         pdpep = pmap_pdpe(pmap, va);
3785         if (pdpep == NULL || ((pdpe = *pdpep) & PG_V) == 0)
3786                 goto out;
3787         if ((pdpe & PG_PS) != 0) {
3788                 if ((pdpe & PG_RW) == 0 && (prot & VM_PROT_WRITE) != 0)
3789                         goto out;
3790                 m = PHYS_TO_VM_PAGE((pdpe & PG_PS_FRAME) | (va & PDPMASK));
3791                 goto check_page;
3792         }
3793
3794         pdep = pmap_pdpe_to_pde(pdpep, va);
3795         if (pdep == NULL || ((pde = *pdep) & PG_V) == 0)
3796                 goto out;
3797         if ((pde & PG_PS) != 0) {
3798                 if ((pde & PG_RW) == 0 && (prot & VM_PROT_WRITE) != 0)
3799                         goto out;
3800                 m = PHYS_TO_VM_PAGE((pde & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK));
3801                 goto check_page;
3802         }
3803
3804         pte = *pmap_pde_to_pte(pdep, va);
3805         if ((pte & PG_V) == 0 ||
3806             ((pte & PG_RW) == 0 && (prot & VM_PROT_WRITE) != 0))
3807                 goto out;
3808         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pte & PG_FRAME);
3809
3810 check_page:
3811         if (m != NULL && !vm_page_wire_mapped(m))
3812                 m = NULL;
3813 out:
3814         PMAP_UNLOCK(pmap);
3815         return (m);
3816 }
3817
3818 vm_paddr_t
3819 pmap_kextract(vm_offset_t va)
3820 {
3821         pd_entry_t pde;
3822         vm_paddr_t pa;
3823
3824         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS) {
3825                 pa = DMAP_TO_PHYS(va);
3826         } else if (PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(va)) {
3827                 pa = pmap_large_map_kextract(va);
3828         } else {
3829                 pde = *vtopde(va);
3830                 if (pde & PG_PS) {
3831                         pa = (pde & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK);
3832                 } else {
3833                         /*
3834                          * Beware of a concurrent promotion that changes the
3835                          * PDE at this point!  For example, vtopte() must not
3836                          * be used to access the PTE because it would use the
3837                          * new PDE.  It is, however, safe to use the old PDE
3838                          * because the page table page is preserved by the
3839                          * promotion.
3840                          */
3841                         pa = *pmap_pde_to_pte(&pde, va);
3842                         pa = (pa & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK);
3843                 }
3844         }
3845         return (pa);
3846 }
3847
3848 /***************************************************
3849  * Low level mapping routines.....
3850  ***************************************************/
3851
3852 /*
3853  * Add a wired page to the kva.
3854  * Note: not SMP coherent.
3855  */
3856 PMAP_INLINE void 
3857 pmap_kenter(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
3858 {
3859         pt_entry_t *pte;
3860
3861         pte = vtopte(va);
3862         pte_store(pte, pa | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_g | pg_nx);
3863 }
3864
3865 static __inline void
3866 pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode)
3867 {
3868         pt_entry_t *pte;
3869         int cache_bits;
3870
3871         pte = vtopte(va);
3872         cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, 0);
3873         pte_store(pte, pa | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_g | pg_nx | cache_bits);
3874 }
3875
3876 /*
3877  * Remove a page from the kernel pagetables.
3878  * Note: not SMP coherent.
3879  */
3880 PMAP_INLINE void
3881 pmap_kremove(vm_offset_t va)
3882 {
3883         pt_entry_t *pte;
3884
3885         pte = vtopte(va);
3886         pte_clear(pte);
3887 }
3888
3889 /*
3890  *      Used to map a range of physical addresses into kernel
3891  *      virtual address space.
3892  *
3893  *      The value passed in '*virt' is a suggested virtual address for
3894  *      the mapping. Architectures which can support a direct-mapped
3895  *      physical to virtual region can return the appropriate address
3896  *      within that region, leaving '*virt' unchanged. Other
3897  *      architectures should map the pages starting at '*virt' and
3898  *      update '*virt' with the first usable address after the mapped
3899  *      region.
3900  */
3901 vm_offset_t
3902 pmap_map(vm_offset_t *virt, vm_paddr_t start, vm_paddr_t end, int prot)
3903 {
3904         return PHYS_TO_DMAP(start);
3905 }
3906
3907 /*
3908  * Add a list of wired pages to the kva
3909  * this routine is only used for temporary
3910  * kernel mappings that do not need to have
3911  * page modification or references recorded.
3912  * Note that old mappings are simply written
3913  * over.  The page *must* be wired.
3914  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
3915  */
3916 void
3917 pmap_qenter(vm_offset_t sva, vm_page_t *ma, int count)
3918 {
3919         pt_entry_t *endpte, oldpte, pa, *pte;
3920         vm_page_t m;
3921         int cache_bits;
3922
3923         oldpte = 0;
3924         pte = vtopte(sva);
3925         endpte = pte + count;
3926         while (pte < endpte) {
3927                 m = *ma++;
3928                 cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap, m->md.pat_mode, 0);
3929                 pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | cache_bits;
3930                 if ((*pte & (PG_FRAME | X86_PG_PTE_CACHE)) != pa) {
3931                         oldpte |= *pte;
3932                         pte_store(pte, pa | pg_g | pg_nx | X86_PG_RW | X86_PG_V);
3933                 }
3934                 pte++;
3935         }
3936         if (__predict_false((oldpte & X86_PG_V) != 0))
3937                 pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, sva + count *
3938                     PAGE_SIZE);
3939 }
3940
3941 /*
3942  * This routine tears out page mappings from the
3943  * kernel -- it is meant only for temporary mappings.
3944  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
3945  */
3946 void
3947 pmap_qremove(vm_offset_t sva, int count)
3948 {
3949         vm_offset_t va;
3950
3951         va = sva;
3952         while (count-- > 0) {
3953                 KASSERT(va >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS, ("usermode va %lx", va));
3954                 pmap_kremove(va);
3955                 va += PAGE_SIZE;
3956         }
3957         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
3958 }
3959
3960 /***************************************************
3961  * Page table page management routines.....
3962  ***************************************************/
3963 /*
3964  * Schedule the specified unused page table page to be freed.  Specifically,
3965  * add the page to the specified list of pages that will be released to the
3966  * physical memory manager after the TLB has been updated.
3967  */
3968 static __inline void
3969 pmap_add_delayed_free_list(vm_page_t m, struct spglist *free,
3970     boolean_t set_PG_ZERO)
3971 {
3972
3973         if (set_PG_ZERO)
3974                 m->flags |= PG_ZERO;
3975         else
3976                 m->flags &= ~PG_ZERO;
3977         SLIST_INSERT_HEAD(free, m, plinks.s.ss);
3978 }
3979
3980 /*
3981  * Inserts the specified page table page into the specified pmap's collection
3982  * of idle page table pages.  Each of a pmap's page table pages is responsible
3983  * for mapping a distinct range of virtual addresses.  The pmap's collection is
3984  * ordered by this virtual address range.
3985  *
3986  * If "promoted" is false, then the page table page "mpte" must be zero filled.
3987  */
3988 static __inline int
3989 pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte, bool promoted)
3990 {
3991
3992         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3993         mpte->valid = promoted ? VM_PAGE_BITS_ALL : 0;
3994         return (vm_radix_insert(&pmap->pm_root, mpte));
3995 }
3996
3997 /*
3998  * Removes the page table page mapping the specified virtual address from the
3999  * specified pmap's collection of idle page table pages, and returns it.
4000  * Otherwise, returns NULL if there is no page table page corresponding to the
4001  * specified virtual address.
4002  */
4003 static __inline vm_page_t
4004 pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
4005 {
4006
4007         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4008         return (vm_radix_remove(&pmap->pm_root, pmap_pde_pindex(va)));
4009 }
4010
4011 /*
4012  * Decrements a page table page's reference count, which is used to record the
4013  * number of valid page table entries within the page.  If the reference count
4014  * drops to zero, then the page table page is unmapped.  Returns TRUE if the
4015  * page table page was unmapped and FALSE otherwise.
4016  */
4017 static inline boolean_t
4018 pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
4019 {
4020
4021         --m->ref_count;
4022         if (m->ref_count == 0) {
4023                 _pmap_unwire_ptp(pmap, va, m, free);
4024                 return (TRUE);
4025         } else
4026                 return (FALSE);
4027 }
4028
4029 static void
4030 _pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
4031 {
4032         pml5_entry_t *pml5;
4033         pml4_entry_t *pml4;
4034         pdp_entry_t *pdp;
4035         pd_entry_t *pd;
4036         vm_page_t pdpg, pdppg, pml4pg;
4037
4038         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4039
4040         /*
4041          * unmap the page table page
4042          */
4043         if (m->pindex >= NUPDE + NUPDPE + NUPML4E) {
4044                 /* PML4 page */
4045                 MPASS(pmap_is_la57(pmap));
4046                 pml5 = pmap_pml5e(pmap, va);
4047                 *pml5 = 0;
4048                 if (pmap->pm_pmltopu != NULL && va <= VM_MAXUSER_ADDRESS) {
4049                         pml5 = pmap_pml5e_u(pmap, va);
4050                         *pml5 = 0;
4051                 }
4052         } else if (m->pindex >= NUPDE + NUPDPE) {
4053                 /* PDP page */
4054                 pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
4055                 *pml4 = 0;
4056                 if (!pmap_is_la57(pmap) && pmap->pm_pmltopu != NULL &&
4057                     va <= VM_MAXUSER_ADDRESS) {
4058                         pml4 = pmap_pml4e_u(pmap, va);
4059                         *pml4 = 0;
4060                 }
4061         } else if (m->pindex >= NUPDE) {
4062                 /* PD page */
4063                 pdp = pmap_pdpe(pmap, va);
4064                 *pdp = 0;
4065         } else {
4066                 /* PTE page */
4067                 pd = pmap_pde(pmap, va);
4068                 *pd = 0;
4069         }
4070         if (m->pindex < NUPDE) {
4071                 /* We just released a PT, unhold the matching PD */
4072                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pdpe(pmap, va) & PG_FRAME);
4073                 pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdpg, free);
4074         } else if (m->pindex < NUPDE + NUPDPE) {
4075                 /* We just released a PD, unhold the matching PDP */
4076                 pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pml4e(pmap, va) & PG_FRAME);
4077                 pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdppg, free);
4078         } else if (m->pindex < NUPDE + NUPDPE + NUPML4E && pmap_is_la57(pmap)) {
4079                 /* We just released a PDP, unhold the matching PML4 */
4080                 pml4pg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pml5e(pmap, va) & PG_FRAME);
4081                 pmap_unwire_ptp(pmap, va, pml4pg, free);
4082         }
4083
4084         pmap_pt_page_count_adj(pmap, -1);
4085
4086         /* 
4087          * Put page on a list so that it is released after
4088          * *ALL* TLB shootdown is done
4089          */
4090         pmap_add_delayed_free_list(m, free, TRUE);
4091 }
4092
4093 /*
4094  * After removing a page table entry, this routine is used to
4095  * conditionally free the page, and manage the reference count.
4096  */
4097 static int
4098 pmap_unuse_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t ptepde,
4099     struct spglist *free)
4100 {
4101         vm_page_t mpte;
4102
4103         if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
4104                 return (0);
4105         KASSERT(ptepde != 0, ("pmap_unuse_pt: ptepde != 0"));
4106         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(ptepde & PG_FRAME);
4107         return (pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpte, free));
4108 }
4109
4110 /*
4111  * Release a page table page reference after a failed attempt to create a
4112  * mapping.
4113  */
4114 static void
4115 pmap_abort_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t mpte)
4116 {
4117         struct spglist free;
4118
4119         SLIST_INIT(&free);
4120         if (pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpte, &free)) {
4121                 /*
4122                  * Although "va" was never mapped, paging-structure caches
4123                  * could nonetheless have entries that refer to the freed
4124                  * page table pages.  Invalidate those entries.
4125                  */
4126                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
4127                 vm_page_free_pages_toq(&free, true);
4128         }
4129 }
4130
4131 void
4132 pmap_pinit0(pmap_t pmap)
4133 {
4134         struct proc *p;
4135         struct thread *td;
4136         int i;
4137
4138         PMAP_LOCK_INIT(pmap);
4139         pmap->pm_pmltop = kernel_pmap->pm_pmltop;
4140         pmap->pm_pmltopu = NULL;
4141         pmap->pm_cr3 = kernel_pmap->pm_cr3;
4142         /* hack to keep pmap_pti_pcid_invalidate() alive */
4143         pmap->pm_ucr3 = PMAP_NO_CR3;
4144         pmap->pm_root.rt_root = 0;
4145         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
4146         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
4147         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
4148         pmap->pm_flags = pmap_flags;
4149         CPU_FOREACH(i) {
4150                 pmap->pm_pcids[i].pm_pcid = PMAP_PCID_KERN + 1;
4151                 pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 1;
4152         }
4153         pmap_activate_boot(pmap);
4154         td = curthread;
4155         if (pti) {
4156                 p = td->td_proc;
4157                 PROC_LOCK(p);
4158                 p->p_md.md_flags |= P_MD_KPTI;
4159                 PROC_UNLOCK(p);
4160         }
4161         pmap_thread_init_invl_gen(td);
4162
4163         if ((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0) {
4164                 pmap_pkru_ranges_zone = uma_zcreate("pkru ranges",
4165                     sizeof(struct pmap_pkru_range), NULL, NULL, NULL, NULL,
4166                     UMA_ALIGN_PTR, 0);
4167         }
4168 }
4169
4170 void
4171 pmap_pinit_pml4(vm_page_t pml4pg)
4172 {
4173         pml4_entry_t *pm_pml4;
4174         int i;
4175
4176         pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg));
4177
4178         /* Wire in kernel global address entries. */
4179         for (i = 0; i < NKPML4E; i++) {
4180                 pm_pml4[KPML4BASE + i] = (KPDPphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW |
4181                     X86_PG_V;
4182         }
4183 #ifdef KASAN
4184         for (i = 0; i < NKASANPML4E; i++) {
4185                 pm_pml4[KASANPML4I + i] = (KASANPDPphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW |
4186                     X86_PG_V | pg_nx;
4187         }
4188 #endif
4189         for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++) {
4190                 pm_pml4[DMPML4I + i] = (DMPDPphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW |
4191                     X86_PG_V;
4192         }
4193
4194         /* install self-referential address mapping entry(s) */
4195         pm_pml4[PML4PML4I] = VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg) | X86_PG_V | X86_PG_RW |
4196             X86_PG_A | X86_PG_M;
4197
4198         /* install large map entries if configured */
4199         for (i = 0; i < lm_ents; i++)
4200                 pm_pml4[LMSPML4I + i] = kernel_pmap->pm_pmltop[LMSPML4I + i];
4201 }
4202
4203 void
4204 pmap_pinit_pml5(vm_page_t pml5pg)
4205 {
4206         pml5_entry_t *pm_pml5;
4207
4208         pm_pml5 = (pml5_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml5pg));
4209
4210         /*
4211          * Add pml5 entry at top of KVA pointing to existing pml4 table,
4212          * entering all existing kernel mappings into level 5 table.
4213          */
4214         pm_pml5[pmap_pml5e_index(UPT_MAX_ADDRESS)] = KPML4phys | X86_PG_V |
4215             X86_PG_RW | X86_PG_A | X86_PG_M | pg_g |
4216             pmap_cache_bits(kernel_pmap, VM_MEMATTR_DEFAULT, FALSE);
4217
4218         /* 
4219          * Install self-referential address mapping entry.
4220          */
4221         pm_pml5[PML5PML5I] = VM_PAGE_TO_PHYS(pml5pg) |
4222             X86_PG_RW | X86_PG_V | X86_PG_M | X86_PG_A |
4223             pmap_cache_bits(kernel_pmap, VM_MEMATTR_DEFAULT, FALSE);
4224 }
4225
4226 static void
4227 pmap_pinit_pml4_pti(vm_page_t pml4pgu)
4228 {
4229         pml4_entry_t *pm_pml4u;
4230         int i;
4231
4232         pm_pml4u = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pgu));
4233         for (i = 0; i < NPML4EPG; i++)
4234                 pm_pml4u[i] = pti_pml4[i];
4235 }
4236
4237 static void
4238 pmap_pinit_pml5_pti(vm_page_t pml5pgu)
4239 {
4240         pml5_entry_t *pm_pml5u;
4241
4242         pm_pml5u = (pml5_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml5pgu));
4243
4244         /*
4245          * Add pml5 entry at top of KVA pointing to existing pml4 pti
4246          * table, entering all kernel mappings needed for usermode
4247          * into level 5 table.
4248          */
4249         pm_pml5u[pmap_pml5e_index(UPT_MAX_ADDRESS)] =
4250             pmap_kextract((vm_offset_t)pti_pml4) |
4251             X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A | X86_PG_M | pg_g |
4252             pmap_cache_bits(kernel_pmap, VM_MEMATTR_DEFAULT, FALSE);
4253 }
4254
4255 /* Allocate a page table page and do related bookkeeping */
4256 static vm_page_t
4257 pmap_alloc_pt_page(pmap_t pmap, vm_pindex_t pindex, int flags)
4258 {
4259         vm_page_t m;
4260
4261         m = vm_page_alloc(NULL, pindex, flags | VM_ALLOC_NOOBJ);
4262         if (__predict_false(m == NULL))
4263                 return (NULL);
4264
4265         pmap_pt_page_count_adj(pmap, 1);
4266
4267         if ((flags & VM_ALLOC_ZERO) != 0 && (m->flags & PG_ZERO) == 0)
4268                 pmap_zero_page(m);
4269
4270         return (m);
4271 }
4272
4273 static void
4274 pmap_free_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t m, bool zerofilled)
4275 {
4276         /*
4277          * This function assumes the page will need to be unwired,
4278          * even though the counterpart allocation in pmap_alloc_pt_page()
4279          * doesn't enforce VM_ALLOC_WIRED.  However, all current uses
4280          * of pmap_free_pt_page() require unwiring.  The case in which
4281          * a PT page doesn't require unwiring because its ref_count has
4282          * naturally reached 0 is handled through _pmap_unwire_ptp().
4283          */
4284         vm_page_unwire_noq(m);
4285         if (zerofilled)
4286                 vm_page_free_zero(m);
4287         else
4288                 vm_page_free(m);
4289
4290         pmap_pt_page_count_adj(pmap, -1);
4291 }
4292
4293 /*
4294  * Initialize a preallocated and zeroed pmap structure,
4295  * such as one in a vmspace structure.
4296  */
4297 int
4298 pmap_pinit_type(pmap_t pmap, enum pmap_type pm_type, int flags)
4299 {
4300         vm_page_t pmltop_pg, pmltop_pgu;
4301         vm_paddr_t pmltop_phys;
4302         int i;
4303
4304         /*
4305          * allocate the page directory page
4306          */
4307         pmltop_pg = pmap_alloc_pt_page(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL |
4308             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO | VM_ALLOC_WAITOK);
4309
4310         pmltop_phys = VM_PAGE_TO_PHYS(pmltop_pg);
4311         pmap->pm_pmltop = (pml5_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pmltop_phys);
4312
4313         CPU_FOREACH(i) {
4314                 pmap->pm_pcids[i].pm_pcid = PMAP_PCID_NONE;
4315                 pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
4316         }
4317         pmap->pm_cr3 = PMAP_NO_CR3;     /* initialize to an invalid value */
4318         pmap->pm_ucr3 = PMAP_NO_CR3;
4319         pmap->pm_pmltopu = NULL;
4320
4321         pmap->pm_type = pm_type;
4322
4323         /*
4324          * Do not install the host kernel mappings in the nested page
4325          * tables. These mappings are meaningless in the guest physical
4326          * address space.
4327          * Install minimal kernel mappings in PTI case.
4328          */
4329         switch (pm_type) {
4330         case PT_X86:
4331                 pmap->pm_cr3 = pmltop_phys;
4332                 if (pmap_is_la57(pmap))
4333                         pmap_pinit_pml5(pmltop_pg);
4334                 else
4335                         pmap_pinit_pml4(pmltop_pg);
4336                 if ((curproc->p_md.md_flags & P_MD_KPTI) != 0) {
4337                         pmltop_pgu = pmap_alloc_pt_page(NULL, 0,
4338                             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_NORMAL |
4339                             VM_ALLOC_WAITOK);
4340                         pmap->pm_pmltopu = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(
4341                             VM_PAGE_TO_PHYS(pmltop_pgu));
4342                         if (pmap_is_la57(pmap))
4343                                 pmap_pinit_pml5_pti(pmltop_pgu);
4344                         else
4345                                 pmap_pinit_pml4_pti(pmltop_pgu);
4346                         pmap->pm_ucr3 = VM_PAGE_TO_PHYS(pmltop_pgu);
4347                 }
4348                 if ((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0) {
4349                         rangeset_init(&pmap->pm_pkru, pkru_dup_range,
4350                             pkru_free_range, pmap, M_NOWAIT);
4351                 }
4352                 break;
4353         case PT_EPT:
4354         case PT_RVI:
4355                 pmap->pm_eptsmr = smr_create("pmap", 0, 0);
4356                 break;
4357         }
4358
4359         pmap->pm_root.rt_root = 0;
4360         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
4361         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
4362         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
4363         pmap->pm_flags = flags;
4364         pmap->pm_eptgen = 0;
4365
4366         return (1);
4367 }
4368
4369 int
4370 pmap_pinit(pmap_t pmap)
4371 {
4372
4373         return (pmap_pinit_type(pmap, PT_X86, pmap_flags));
4374 }
4375
4376 static void
4377 pmap_allocpte_free_unref(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pt_entry_t *pte)
4378 {
4379         vm_page_t mpg;
4380         struct spglist free;
4381
4382         mpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pte & PG_FRAME);
4383         if (mpg->ref_count != 0)
4384                 return;
4385         SLIST_INIT(&free);
4386         _pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpg, &free);
4387         pmap_invalidate_page(pmap, va);
4388         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
4389 }
4390
4391 static pml4_entry_t *
4392 pmap_allocpte_getpml4(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp, vm_offset_t va,
4393     bool addref)
4394 {
4395         vm_pindex_t pml5index;
4396         pml5_entry_t *pml5;
4397         pml4_entry_t *pml4;
4398         vm_page_t pml4pg;
4399         pt_entry_t PG_V;
4400         bool allocated;
4401
4402         if (!pmap_is_la57(pmap))
4403                 return (&pmap->pm_pmltop[pmap_pml4e_index(va)]);
4404
4405         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4406         pml5index = pmap_pml5e_index(va);
4407         pml5 = &pmap->pm_pmltop[pml5index];
4408         if ((*pml5 & PG_V) == 0) {
4409                 if (pmap_allocpte_nosleep(pmap, pmap_pml5e_pindex(va), lockp,
4410                     va) == NULL)
4411                         return (NULL);
4412                 allocated = true;
4413         } else {
4414                 allocated = false;
4415         }
4416         pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml5 & PG_FRAME);
4417         pml4 = &pml4[pmap_pml4e_index(va)];
4418         if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
4419                 pml4pg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pml5 & PG_FRAME);
4420                 if (allocated && !addref)
4421                         pml4pg->ref_count--;
4422                 else if (!allocated && addref)
4423                         pml4pg->ref_count++;
4424         }
4425         return (pml4);
4426 }
4427
4428 static pdp_entry_t *
4429 pmap_allocpte_getpdp(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp, vm_offset_t va,
4430     bool addref)
4431 {
4432         vm_page_t pdppg;
4433         pml4_entry_t *pml4;
4434         pdp_entry_t *pdp;
4435         pt_entry_t PG_V;
4436         bool allocated;
4437
4438         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4439
4440         pml4 = pmap_allocpte_getpml4(pmap, lockp, va, false);
4441         if (pml4 == NULL)
4442                 return (NULL);
4443
4444         if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
4445                 /* Have to allocate a new pdp, recurse */
4446                 if (pmap_allocpte_nosleep(pmap, pmap_pml4e_pindex(va), lockp,
4447                     va) == NULL) {
4448                         if (pmap_is_la57(pmap))
4449                                 pmap_allocpte_free_unref(pmap, va,
4450                                     pmap_pml5e(pmap, va));
4451                         return (NULL);
4452                 }
4453                 allocated = true;
4454         } else {
4455                 allocated = false;
4456         }
4457         pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
4458         pdp = &pdp[pmap_pdpe_index(va)];
4459         if ((*pdp & PG_V) == 0) {
4460                 pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pml4 & PG_FRAME);
4461                 if (allocated && !addref)
4462                         pdppg->ref_count--;
4463                 else if (!allocated && addref)
4464                         pdppg->ref_count++;
4465         }
4466         return (pdp);
4467 }
4468
4469 /*
4470  * The ptepindexes, i.e. page indices, of the page table pages encountered
4471  * while translating virtual address va are defined as follows:
4472  * - for the page table page (last level),
4473  *      ptepindex = pmap_pde_pindex(va) = va >> PDRSHIFT,
4474  *   in other words, it is just the index of the PDE that maps the page
4475  *   table page.
4476  * - for the page directory page,
4477  *      ptepindex = NUPDE (number of userland PD entries) +
4478  *          (pmap_pde_index(va) >> NPDEPGSHIFT)
4479  *   i.e. index of PDPE is put after the last index of PDE,
4480  * - for the page directory pointer page,
4481  *      ptepindex = NUPDE + NUPDPE + (pmap_pde_index(va) >> (NPDEPGSHIFT +
4482  *          NPML4EPGSHIFT),
4483  *   i.e. index of pml4e is put after the last index of PDPE,
4484  * - for the PML4 page (if LA57 mode is enabled),
4485  *      ptepindex = NUPDE + NUPDPE + NUPML4E + (pmap_pde_index(va) >>
4486  *          (NPDEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT + NPML5EPGSHIFT),
4487  *   i.e. index of pml5e is put after the last index of PML4E.
4488  *
4489  * Define an order on the paging entries, where all entries of the
4490  * same height are put together, then heights are put from deepest to
4491  * root.  Then ptexpindex is the sequential number of the
4492  * corresponding paging entry in this order.
4493  *
4494  * The values of NUPDE, NUPDPE, and NUPML4E are determined by the size of
4495  * LA57 paging structures even in LA48 paging mode. Moreover, the
4496  * ptepindexes are calculated as if the paging structures were 5-level
4497  * regardless of the actual mode of operation.
4498  *
4499  * The root page at PML4/PML5 does not participate in this indexing scheme,
4500  * since it is statically allocated by pmap_pinit() and not by pmap_allocpte().
4501  */
4502 static vm_page_t
4503 pmap_allocpte_nosleep(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex, struct rwlock **lockp,
4504     vm_offset_t va)
4505 {
4506         vm_pindex_t pml5index, pml4index;
4507         pml5_entry_t *pml5, *pml5u;
4508         pml4_entry_t *pml4, *pml4u;
4509         pdp_entry_t *pdp;
4510         pd_entry_t *pd;
4511         vm_page_t m, pdpg;
4512         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
4513
4514         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4515
4516         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
4517         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4518         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4519         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4520
4521         /*
4522          * Allocate a page table page.
4523          */
4524         m = pmap_alloc_pt_page(pmap, ptepindex,
4525             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
4526         if (m == NULL)
4527                 return (NULL);
4528
4529         /*
4530          * Map the pagetable page into the process address space, if
4531          * it isn't already there.
4532          */
4533         if (ptepindex >= NUPDE + NUPDPE + NUPML4E) {
4534                 MPASS(pmap_is_la57(pmap));
4535
4536                 pml5index = pmap_pml5e_index(va);
4537                 pml5 = &pmap->pm_pmltop[pml5index];
4538                 KASSERT((*pml5 & PG_V) == 0,
4539                     ("pmap %p va %#lx pml5 %#lx", pmap, va, *pml5));
4540                 *pml5 = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
4541
4542                 if (pmap->pm_pmltopu != NULL && pml5index < NUPML5E) {
4543                         if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3)
4544                                 *pml5 |= pg_nx;
4545
4546                         pml5u = &pmap->pm_pmltopu[pml5index];
4547                         *pml5u = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V |
4548                             PG_A | PG_M;
4549                 }
4550         } else if (ptepindex >= NUPDE + NUPDPE) {
4551                 pml4index = pmap_pml4e_index(va);
4552                 /* Wire up a new PDPE page */
4553                 pml4 = pmap_allocpte_getpml4(pmap, lockp, va, true);
4554                 if (pml4 == NULL) {
4555                         pmap_free_pt_page(pmap, m, true);
4556                         return (NULL);
4557                 }
4558                 KASSERT((*pml4 & PG_V) == 0,
4559                     ("pmap %p va %#lx pml4 %#lx", pmap, va, *pml4));
4560                 *pml4 = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
4561
4562                 if (!pmap_is_la57(pmap) && pmap->pm_pmltopu != NULL &&
4563                     pml4index < NUPML4E) {
4564                         /*
4565                          * PTI: Make all user-space mappings in the
4566                          * kernel-mode page table no-execute so that
4567                          * we detect any programming errors that leave
4568                          * the kernel-mode page table active on return
4569                          * to user space.
4570                          */
4571                         if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3)
4572                                 *pml4 |= pg_nx;
4573
4574                         pml4u = &pmap->pm_pmltopu[pml4index];
4575                         *pml4u = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V |
4576                             PG_A | PG_M;
4577                 }
4578         } else if (ptepindex >= NUPDE) {
4579                 /* Wire up a new PDE page */
4580                 pdp = pmap_allocpte_getpdp(pmap, lockp, va, true);
4581                 if (pdp == NULL) {
4582                         pmap_free_pt_page(pmap, m, true);
4583                         return (NULL);
4584                 }
4585                 KASSERT((*pdp & PG_V) == 0,
4586                     ("pmap %p va %#lx pdp %#lx", pmap, va, *pdp));
4587                 *pdp = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
4588         } else {
4589                 /* Wire up a new PTE page */
4590                 pdp = pmap_allocpte_getpdp(pmap, lockp, va, false);
4591                 if (pdp == NULL) {
4592                         pmap_free_pt_page(pmap, m, true);
4593                         return (NULL);
4594                 }
4595                 if ((*pdp & PG_V) == 0) {
4596                         /* Have to allocate a new pd, recurse */
4597                   if (pmap_allocpte_nosleep(pmap, pmap_pdpe_pindex(va),
4598                       lockp, va) == NULL) {
4599                                 pmap_allocpte_free_unref(pmap, va,
4600                                     pmap_pml4e(pmap, va));
4601                                 pmap_free_pt_page(pmap, m, true);
4602                                 return (NULL);
4603                         }
4604                 } else {
4605                         /* Add reference to the pd page */
4606                         pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdp & PG_FRAME);
4607                         pdpg->ref_count++;
4608                 }
4609                 pd = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdp & PG_FRAME);
4610
4611                 /* Now we know where the page directory page is */
4612                 pd = &pd[pmap_pde_index(va)];
4613                 KASSERT((*pd & PG_V) == 0,
4614                     ("pmap %p va %#lx pd %#lx", pmap, va, *pd));
4615                 *pd = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
4616         }
4617
4618         return (m);
4619 }
4620
4621 /*
4622  * This routine is called if the desired page table page does not exist.
4623  *
4624  * If page table page allocation fails, this routine may sleep before
4625  * returning NULL.  It sleeps only if a lock pointer was given.  Sleep
4626  * occurs right before returning to the caller. This way, we never
4627  * drop pmap lock to sleep while a page table page has ref_count == 0,
4628  * which prevents the page from being freed under us.
4629  */
4630 static vm_page_t
4631 pmap_allocpte_alloc(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex, struct rwlock **lockp,
4632     vm_offset_t va)
4633 {
4634         vm_page_t m;
4635
4636         m = pmap_allocpte_nosleep(pmap, ptepindex, lockp, va);
4637         if (m == NULL && lockp != NULL) {
4638                 RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
4639                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4640                 PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI();
4641                 vm_wait(NULL);
4642                 PMAP_LOCK(pmap);
4643         }
4644         return (m);
4645 }
4646
4647 static pd_entry_t *
4648 pmap_alloc_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t *pdpgp,
4649     struct rwlock **lockp)
4650 {
4651         pdp_entry_t *pdpe, PG_V;
4652         pd_entry_t *pde;
4653         vm_page_t pdpg;
4654         vm_pindex_t pdpindex;
4655
4656         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4657
4658 retry:
4659         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
4660         if (pdpe != NULL && (*pdpe & PG_V) != 0) {
4661                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
4662                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
4663                         /* Add a reference to the pd page. */
4664                         pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdpe & PG_FRAME);
4665                         pdpg->ref_count++;
4666                 } else
4667                         pdpg = NULL;
4668         } else if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
4669                 /* Allocate a pd page. */
4670                 pdpindex = pmap_pde_pindex(va) >> NPDPEPGSHIFT;
4671                 pdpg = pmap_allocpte_alloc(pmap, NUPDE + pdpindex, lockp, va);
4672                 if (pdpg == NULL) {
4673                         if (lockp != NULL)
4674                                 goto retry;
4675                         else
4676                                 return (NULL);
4677                 }
4678                 pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pdpg));
4679                 pde = &pde[pmap_pde_index(va)];
4680         } else
4681                 panic("pmap_alloc_pde: missing page table page for va %#lx",
4682                     va);
4683         *pdpgp = pdpg;
4684         return (pde);
4685 }
4686
4687 static vm_page_t
4688 pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct rwlock **lockp)
4689 {
4690         vm_pindex_t ptepindex;
4691         pd_entry_t *pd, PG_V;
4692         vm_page_t m;
4693
4694         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4695
4696         /*
4697          * Calculate pagetable page index
4698          */
4699         ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
4700 retry:
4701         /*
4702          * Get the page directory entry
4703          */
4704         pd = pmap_pde(pmap, va);
4705
4706         /*
4707          * This supports switching from a 2MB page to a
4708          * normal 4K page.
4709          */
4710         if (pd != NULL && (*pd & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V)) {
4711                 if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pd, va, lockp)) {
4712                         /*
4713                          * Invalidation of the 2MB page mapping may have caused
4714                          * the deallocation of the underlying PD page.
4715                          */
4716                         pd = NULL;
4717                 }
4718         }
4719
4720         /*
4721          * If the page table page is mapped, we just increment the
4722          * hold count, and activate it.
4723          */
4724         if (pd != NULL && (*pd & PG_V) != 0) {
4725                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pd & PG_FRAME);
4726                 m->ref_count++;
4727         } else {
4728                 /*
4729                  * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been
4730                  * deallocated.
4731                  */
4732                 m = pmap_allocpte_alloc(pmap, ptepindex, lockp, va);
4733                 if (m == NULL && lockp != NULL)
4734                         goto retry;
4735         }
4736         return (m);
4737 }
4738
4739 /***************************************************
4740  * Pmap allocation/deallocation routines.
4741  ***************************************************/
4742
4743 /*
4744  * Release any resources held by the given physical map.
4745  * Called when a pmap initialized by pmap_pinit is being released.
4746  * Should only be called if the map contains no valid mappings.
4747  */
4748 void
4749 pmap_release(pmap_t pmap)
4750 {
4751         vm_page_t m;
4752         int i;
4753
4754         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count == 0,
4755             ("pmap_release: pmap %p resident count %ld != 0",
4756             pmap, pmap->pm_stats.resident_count));
4757         KASSERT(vm_radix_is_empty(&pmap->pm_root),
4758             ("pmap_release: pmap %p has reserved page table page(s)",
4759             pmap));
4760         KASSERT(CPU_EMPTY(&pmap->pm_active),
4761             ("releasing active pmap %p", pmap));
4762
4763         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pmap->pm_pmltop));
4764
4765         if (pmap_is_la57(pmap)) {
4766                 pmap->pm_pmltop[pmap_pml5e_index(UPT_MAX_ADDRESS)] = 0;
4767                 pmap->pm_pmltop[PML5PML5I] = 0;
4768         } else {
4769                 for (i = 0; i < NKPML4E; i++)   /* KVA */
4770                         pmap->pm_pmltop[KPML4BASE + i] = 0;
4771 #ifdef KASAN
4772                 for (i = 0; i < NKASANPML4E; i++) /* KASAN shadow map */
4773                         pmap->pm_pmltop[KASANPML4I + i] = 0;
4774 #endif
4775                 for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++)/* Direct Map */
4776                         pmap->pm_pmltop[DMPML4I + i] = 0;
4777                 pmap->pm_pmltop[PML4PML4I] = 0; /* Recursive Mapping */
4778                 for (i = 0; i < lm_ents; i++)   /* Large Map */
4779                         pmap->pm_pmltop[LMSPML4I + i] = 0;
4780         }
4781
4782         pmap_free_pt_page(NULL, m, true);
4783
4784         if (pmap->pm_pmltopu != NULL) {
4785                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pmap->
4786                     pm_pmltopu));
4787                 pmap_free_pt_page(NULL, m, false);
4788         }
4789         if (pmap->pm_type == PT_X86 &&
4790             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0)
4791                 rangeset_fini(&pmap->pm_pkru);
4792 }
4793
4794 static int
4795 kvm_size(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
4796 {
4797         unsigned long ksize = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
4798
4799         return sysctl_handle_long(oidp, &ksize, 0, req);
4800 }
4801 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_size, CTLTYPE_LONG | CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE,
4802     0, 0, kvm_size, "LU",
4803     "Size of KVM");
4804
4805 static int
4806 kvm_free(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
4807 {
4808         unsigned long kfree = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - kernel_vm_end;
4809
4810         return sysctl_handle_long(oidp, &kfree, 0, req);
4811 }
4812 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_free, CTLTYPE_LONG | CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE,
4813     0, 0, kvm_free, "LU",
4814     "Amount of KVM free");
4815
4816 /*
4817  * Allocate physical memory for the vm_page array and map it into KVA,
4818  * attempting to back the vm_pages with domain-local memory.
4819  */
4820 void
4821 pmap_page_array_startup(long pages)
4822 {
4823         pdp_entry_t *pdpe;
4824         pd_entry_t *pde, newpdir;
4825         vm_offset_t va, start, end;
4826         vm_paddr_t pa;
4827         long pfn;
4828         int domain, i;
4829
4830         vm_page_array_size = pages;
4831
4832         start = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
4833         end = start + pages * sizeof(struct vm_page);
4834         for (va = start; va < end; va += NBPDR) {
4835                 pfn = first_page + (va - start) / sizeof(struct vm_page);
4836                 domain = vm_phys_domain(ptoa(pfn));
4837                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, va);
4838                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0) {
4839                         pa = vm_phys_early_alloc(domain, PAGE_SIZE);
4840                         dump_add_page(pa);
4841                         pagezero((void *)PHYS_TO_DMAP(pa));
4842                         *pdpe = (pdp_entry_t)(pa | X86_PG_V | X86_PG_RW |
4843                             X86_PG_A | X86_PG_M);
4844                 }
4845                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
4846                 if ((*pde & X86_PG_V) != 0)
4847                         panic("Unexpected pde");
4848                 pa = vm_phys_early_alloc(domain, NBPDR);
4849                 for (i = 0; i < NPDEPG; i++)
4850                         dump_add_page(pa + i * PAGE_SIZE);
4851                 newpdir = (pd_entry_t)(pa | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A |
4852                     X86_PG_M | PG_PS | pg_g | pg_nx);
4853                 pde_store(pde, newpdir);
4854         }
4855         vm_page_array = (vm_page_t)start;
4856 }
4857
4858 /*
4859  * grow the number of kernel page table entries, if needed
4860  */
4861 void
4862 pmap_growkernel(vm_offset_t addr)
4863 {
4864         vm_paddr_t paddr;
4865         vm_page_t nkpg;
4866         pd_entry_t *pde, newpdir;
4867         pdp_entry_t *pdpe;
4868
4869         mtx_assert(&kernel_map->system_mtx, MA_OWNED);
4870
4871         /*
4872          * Return if "addr" is within the range of kernel page table pages
4873          * that were preallocated during pmap bootstrap.  Moreover, leave
4874          * "kernel_vm_end" and the kernel page table as they were.
4875          *
4876          * The correctness of this action is based on the following
4877          * argument: vm_map_insert() allocates contiguous ranges of the
4878          * kernel virtual address space.  It calls this function if a range
4879          * ends after "kernel_vm_end".  If the kernel is mapped between
4880          * "kernel_vm_end" and "addr", then the range cannot begin at
4881          * "kernel_vm_end".  In fact, its beginning address cannot be less
4882          * than the kernel.  Thus, there is no immediate need to allocate
4883          * any new kernel page table pages between "kernel_vm_end" and
4884          * "KERNBASE".
4885          */
4886         if (KERNBASE < addr && addr <= KERNBASE + nkpt * NBPDR)
4887                 return;
4888
4889         addr = roundup2(addr, NBPDR);
4890         if (addr - 1 >= vm_map_max(kernel_map))
4891                 addr = vm_map_max(kernel_map);
4892         if (kernel_vm_end < addr)
4893                 kasan_shadow_map(kernel_vm_end, addr - kernel_vm_end);
4894         while (kernel_vm_end < addr) {
4895                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, kernel_vm_end);
4896                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0) {
4897                         /* We need a new PDP entry */
4898                         nkpg = pmap_alloc_pt_page(kernel_pmap,
4899                             kernel_vm_end >> PDPSHIFT, VM_ALLOC_WIRED |
4900                             VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_ZERO);
4901                         if (nkpg == NULL)
4902                                 panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
4903                         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
4904                         *pdpe = (pdp_entry_t)(paddr | X86_PG_V | X86_PG_RW |
4905                             X86_PG_A | X86_PG_M);
4906                         continue; /* try again */
4907                 }
4908                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, kernel_vm_end);
4909                 if ((*pde & X86_PG_V) != 0) {
4910                         kernel_vm_end = (kernel_vm_end + NBPDR) & ~PDRMASK;
4911                         if (kernel_vm_end - 1 >= vm_map_max(kernel_map)) {
4912                                 kernel_vm_end = vm_map_max(kernel_map);
4913                                 break;                       
4914                         }
4915                         continue;
4916                 }
4917
4918                 nkpg = pmap_alloc_pt_page(kernel_pmap,
4919                     pmap_pde_pindex(kernel_vm_end), VM_ALLOC_WIRED |
4920                     VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_ZERO);
4921                 if (nkpg == NULL)
4922                         panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
4923                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
4924                 newpdir = paddr | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A | X86_PG_M;
4925                 pde_store(pde, newpdir);
4926
4927                 kernel_vm_end = (kernel_vm_end + NBPDR) & ~PDRMASK;
4928                 if (kernel_vm_end - 1 >= vm_map_max(kernel_map)) {
4929                         kernel_vm_end = vm_map_max(kernel_map);
4930                         break;                       
4931                 }
4932         }
4933 }
4934
4935 /***************************************************
4936  * page management routines.
4937  ***************************************************/
4938
4939 CTASSERT(sizeof(struct pv_chunk) == PAGE_SIZE);
4940 CTASSERT(_NPCM == 3);
4941 CTASSERT(_NPCPV == 168);
4942
4943 static __inline struct pv_chunk *
4944 pv_to_chunk(pv_entry_t pv)
4945 {
4946
4947         return ((struct pv_chunk *)((uintptr_t)pv & ~(uintptr_t)PAGE_MASK));
4948 }
4949
4950 #define PV_PMAP(pv) (pv_to_chunk(pv)->pc_pmap)
4951
4952 #define PC_FREE0        0xfffffffffffffffful
4953 #define PC_FREE1        0xfffffffffffffffful
4954 #define PC_FREE2        0x000000fffffffffful
4955
4956 static const uint64_t pc_freemask[_NPCM] = { PC_FREE0, PC_FREE1, PC_FREE2 };
4957
4958 #ifdef PV_STATS
4959
4960 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(pc_chunk_count);
4961 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_count, CTLFLAG_RD,
4962     &pc_chunk_count, "Current number of pv entry cnunks");
4963
4964 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(pc_chunk_allocs);
4965 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_allocs, CTLFLAG_RD,
4966     &pc_chunk_allocs, "Total number of pv entry chunks allocated");
4967
4968 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(pc_chunk_frees);
4969 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_frees, CTLFLAG_RD,
4970     &pc_chunk_frees, "Total number of pv entry chunks freed");
4971
4972 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(pc_chunk_tryfail);
4973 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_tryfail, CTLFLAG_RD,
4974     &pc_chunk_tryfail,
4975     "Number of failed attempts to get a pv entry chunk page");
4976
4977 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(pv_entry_frees);
4978 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_frees, CTLFLAG_RD,
4979     &pv_entry_frees, "Total number of pv entries freed");
4980
4981 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(pv_entry_allocs);
4982 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_allocs, CTLFLAG_RD,
4983     &pv_entry_allocs, "Total number of pv entries allocated");
4984
4985 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(pv_entry_count);
4986 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_count, CTLFLAG_RD,
4987     &pv_entry_count, "Current number of pv entries");
4988
4989 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(pv_entry_spare);
4990 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_spare, CTLFLAG_RD,
4991     &pv_entry_spare, "Current number of spare pv entries");
4992 #endif
4993
4994 static void
4995 reclaim_pv_chunk_leave_pmap(pmap_t pmap, pmap_t locked_pmap, bool start_di)
4996 {
4997
4998         if (pmap == NULL)
4999                 return;
5000         pmap_invalidate_all(pmap);
5001         if (pmap != locked_pmap)
5002                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5003         if (start_di)
5004                 pmap_delayed_invl_finish();
5005 }
5006
5007 /*
5008  * We are in a serious low memory condition.  Resort to
5009  * drastic measures to free some pages so we can allocate
5010  * another pv entry chunk.
5011  *
5012  * Returns NULL if PV entries were reclaimed from the specified pmap.
5013  *
5014  * We do not, however, unmap 2mpages because subsequent accesses will
5015  * allocate per-page pv entries until repromotion occurs, thereby
5016  * exacerbating the shortage of free pv entries.
5017  */
5018 static vm_page_t
5019 reclaim_pv_chunk_domain(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp, int domain)
5020 {
5021         struct pv_chunks_list *pvc;
5022         struct pv_chunk *pc, *pc_marker, *pc_marker_end;
5023         struct pv_chunk_header pc_marker_b, pc_marker_end_b;
5024         struct md_page *pvh;
5025         pd_entry_t *pde;
5026         pmap_t next_pmap, pmap;
5027         pt_entry_t *pte, tpte;
5028         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW;
5029         pv_entry_t pv;
5030         vm_offset_t va;
5031         vm_page_t m, m_pc;
5032         struct spglist free;
5033         uint64_t inuse;
5034         int bit, field, freed;
5035         bool start_di, restart;
5036
5037         PMAP_LOCK_ASSERT(locked_pmap, MA_OWNED);
5038         KASSERT(lockp != NULL, ("reclaim_pv_chunk: lockp is NULL"));
5039         pmap = NULL;
5040         m_pc = NULL;
5041         PG_G = PG_A = PG_M = PG_RW = 0;
5042         SLIST_INIT(&free);
5043         bzero(&pc_marker_b, sizeof(pc_marker_b));
5044         bzero(&pc_marker_end_b, sizeof(pc_marker_end_b));
5045         pc_marker = (struct pv_chunk *)&pc_marker_b;
5046         pc_marker_end = (struct pv_chunk *)&pc_marker_end_b;
5047
5048         /*
5049          * A delayed invalidation block should already be active if
5050          * pmap_advise() or pmap_remove() called this function by way
5051          * of pmap_demote_pde_locked().
5052          */
5053         start_di = pmap_not_in_di();
5054
5055         pvc = &pv_chunks[domain];
5056         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
5057         pvc->active_reclaims++;
5058         TAILQ_INSERT_HEAD(&pvc->pvc_list, pc_marker, pc_lru);
5059         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvc->pvc_list, pc_marker_end, pc_lru);
5060         while ((pc = TAILQ_NEXT(pc_marker, pc_lru)) != pc_marker_end &&
5061             SLIST_EMPTY(&free)) {
5062                 next_pmap = pc->pc_pmap;
5063                 if (next_pmap == NULL) {
5064                         /*
5065                          * The next chunk is a marker.  However, it is
5066                          * not our marker, so active_reclaims must be
5067                          * > 1.  Consequently, the next_chunk code
5068                          * will not rotate the pv_chunks list.
5069                          */
5070                         goto next_chunk;
5071                 }
5072                 mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
5073
5074                 /*
5075                  * A pv_chunk can only be removed from the pc_lru list
5076                  * when both pc_chunks_mutex is owned and the
5077                  * corresponding pmap is locked.
5078                  */
5079                 if (pmap != next_pmap) {
5080                         restart = false;
5081                         reclaim_pv_chunk_leave_pmap(pmap, locked_pmap,
5082                             start_di);
5083                         pmap = next_pmap;
5084                         /* Avoid deadlock and lock recursion. */
5085                         if (pmap > locked_pmap) {
5086                                 RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
5087                                 PMAP_LOCK(pmap);
5088                                 if (start_di)
5089                                         pmap_delayed_invl_start();
5090                                 mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
5091                                 restart = true;
5092                         } else if (pmap != locked_pmap) {
5093                                 if (PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5094                                         if (start_di)
5095                                                 pmap_delayed_invl_start();
5096                                         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
5097                                         restart = true;
5098                                 } else {
5099                                         pmap = NULL; /* pmap is not locked */
5100                                         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
5101                                         pc = TAILQ_NEXT(pc_marker, pc_lru);
5102                                         if (pc == NULL ||
5103                                             pc->pc_pmap != next_pmap)
5104                                                 continue;
5105                                         goto next_chunk;
5106                                 }
5107                         } else if (start_di)
5108                                 pmap_delayed_invl_start();
5109                         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5110                         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5111                         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5112                         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5113                         if (restart)
5114                                 continue;
5115                 }
5116
5117                 /*
5118                  * Destroy every non-wired, 4 KB page mapping in the chunk.
5119                  */
5120                 freed = 0;
5121                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
5122                         for (inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
5123                             inuse != 0; inuse &= ~(1UL << bit)) {
5124                                 bit = bsfq(inuse);
5125                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
5126                                 va = pv->pv_va;
5127                                 pde = pmap_pde(pmap, va);
5128                                 if ((*pde & PG_PS) != 0)
5129                                         continue;
5130                                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
5131                                 if ((*pte & PG_W) != 0)
5132                                         continue;
5133                                 tpte = pte_load_clear(pte);
5134                                 if ((tpte & PG_G) != 0)
5135                                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
5136                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpte & PG_FRAME);
5137                                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
5138                                         vm_page_dirty(m);
5139                                 if ((tpte & PG_A) != 0)
5140                                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
5141                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
5142                                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5143                                 m->md.pv_gen++;
5144                                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
5145                                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5146                                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5147                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
5148                                                 vm_page_aflag_clear(m,
5149                                                     PGA_WRITEABLE);
5150                                         }
5151                                 }
5152                                 pmap_delayed_invl_page(m);
5153                                 pc->pc_map[field] |= 1UL << bit;
5154                                 pmap_unuse_pt(pmap, va, *pde, &free);
5155                                 freed++;
5156                         }
5157                 }
5158                 if (freed == 0) {
5159                         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
5160                         goto next_chunk;
5161                 }
5162                 /* Every freed mapping is for a 4 KB page. */
5163                 pmap_resident_count_adj(pmap, -freed);
5164                 PV_STAT(counter_u64_add(pv_entry_frees, freed));
5165                 PV_STAT(counter_u64_add(pv_entry_spare, freed));
5166                 PV_STAT(counter_u64_add(pv_entry_count, -freed));
5167                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5168                 if (pc->pc_map[0] == PC_FREE0 && pc->pc_map[1] == PC_FREE1 &&
5169                     pc->pc_map[2] == PC_FREE2) {
5170                         PV_STAT(counter_u64_add(pv_entry_spare, -_NPCPV));
5171                         PV_STAT(counter_u64_add(pc_chunk_count, -1));
5172                         PV_STAT(counter_u64_add(pc_chunk_frees, 1));
5173                         /* Entire chunk is free; return it. */
5174                         m_pc = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
5175                         dump_drop_page(m_pc->phys_addr);
5176                         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
5177                         TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
5178                         break;
5179                 }
5180                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5181                 mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
5182                 /* One freed pv entry in locked_pmap is sufficient. */
5183                 if (pmap == locked_pmap)
5184                         break;
5185 next_chunk:
5186                 TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc_marker, pc_lru);
5187                 TAILQ_INSERT_AFTER(&pvc->pvc_list, pc, pc_marker, pc_lru);
5188                 if (pvc->active_reclaims == 1 && pmap != NULL) {
5189                         /*
5190                          * Rotate the pv chunks list so that we do not
5191                          * scan the same pv chunks that could not be
5192                          * freed (because they contained a wired
5193                          * and/or superpage mapping) on every
5194                          * invocation of reclaim_pv_chunk().
5195                          */
5196                         while ((pc = TAILQ_FIRST(&pvc->pvc_list)) != pc_marker) {
5197                                 MPASS(pc->pc_pmap != NULL);
5198                                 TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
5199                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
5200                         }
5201                 }
5202         }
5203         TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc_marker, pc_lru);
5204         TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc_marker_end, pc_lru);
5205         pvc->active_reclaims--;
5206         mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
5207         reclaim_pv_chunk_leave_pmap(pmap, locked_pmap, start_di);
5208         if (m_pc == NULL && !SLIST_EMPTY(&free)) {
5209                 m_pc = SLIST_FIRST(&free);
5210                 SLIST_REMOVE_HEAD(&free, plinks.s.ss);
5211                 /* Recycle a freed page table page. */
5212                 m_pc->ref_count = 1;
5213         }
5214         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
5215         return (m_pc);
5216 }
5217
5218 static vm_page_t
5219 reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp)
5220 {
5221         vm_page_t m;
5222         int i, domain;
5223
5224         domain = PCPU_GET(domain);
5225         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
5226                 m = reclaim_pv_chunk_domain(locked_pmap, lockp, domain);
5227                 if (m != NULL)
5228                         break;
5229                 domain = (domain + 1) % vm_ndomains;
5230         }
5231
5232         return (m);
5233 }
5234
5235 /*
5236  * free the pv_entry back to the free list
5237  */
5238 static void
5239 free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv)
5240 {
5241         struct pv_chunk *pc;
5242         int idx, field, bit;
5243
5244         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5245         PV_STAT(counter_u64_add(pv_entry_frees, 1));
5246         PV_STAT(counter_u64_add(pv_entry_spare, 1));
5247         PV_STAT(counter_u64_add(pv_entry_count, -1));
5248         pc = pv_to_chunk(pv);
5249         idx = pv - &pc->pc_pventry[0];
5250         field = idx / 64;
5251         bit = idx % 64;
5252         pc->pc_map[field] |= 1ul << bit;
5253         if (pc->pc_map[0] != PC_FREE0 || pc->pc_map[1] != PC_FREE1 ||
5254             pc->pc_map[2] != PC_FREE2) {
5255                 /* 98% of the time, pc is already at the head of the list. */
5256                 if (__predict_false(pc != TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk))) {
5257                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5258                         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5259                 }
5260                 return;
5261         }
5262         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5263         free_pv_chunk(pc);
5264 }
5265
5266 static void
5267 free_pv_chunk_dequeued(struct pv_chunk *pc)
5268 {
5269         vm_page_t m;
5270
5271         PV_STAT(counter_u64_add(pv_entry_spare, -_NPCPV));
5272         PV_STAT(counter_u64_add(pc_chunk_count, -1));
5273         PV_STAT(counter_u64_add(pc_chunk_frees, 1));
5274         counter_u64_add(pv_page_count, -1);
5275         /* entire chunk is free, return it */
5276         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
5277         dump_drop_page(m->phys_addr);
5278         vm_page_unwire_noq(m);
5279         vm_page_free(m);
5280 }
5281
5282 static void
5283 free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc)
5284 {
5285         struct pv_chunks_list *pvc;
5286
5287         pvc = &pv_chunks[pc_to_domain(pc)];
5288         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
5289         TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
5290         mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
5291         free_pv_chunk_dequeued(pc);
5292 }
5293
5294 static void
5295 free_pv_chunk_batch(struct pv_chunklist *batch)
5296 {
5297         struct pv_chunks_list *pvc;
5298         struct pv_chunk *pc, *npc;
5299         int i;
5300
5301         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
5302                 if (TAILQ_EMPTY(&batch[i]))
5303                         continue;
5304                 pvc = &pv_chunks[i];
5305                 mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
5306                 TAILQ_FOREACH(pc, &batch[i], pc_list) {
5307                         TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
5308                 }
5309                 mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
5310         }
5311
5312         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
5313                 TAILQ_FOREACH_SAFE(pc, &batch[i], pc_list, npc) {
5314                         free_pv_chunk_dequeued(pc);
5315                 }
5316         }
5317 }
5318
5319 /*
5320  * Returns a new PV entry, allocating a new PV chunk from the system when
5321  * needed.  If this PV chunk allocation fails and a PV list lock pointer was
5322  * given, a PV chunk is reclaimed from an arbitrary pmap.  Otherwise, NULL is
5323  * returned.
5324  *
5325  * The given PV list lock may be released.
5326  */
5327 static pv_entry_t
5328 get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp)
5329 {
5330         struct pv_chunks_list *pvc;
5331         int bit, field;
5332         pv_entry_t pv;
5333         struct pv_chunk *pc;
5334         vm_page_t m;
5335
5336         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5337         PV_STAT(counter_u64_add(pv_entry_allocs, 1));
5338 retry:
5339         pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
5340         if (pc != NULL) {
5341                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
5342                         if (pc->pc_map[field]) {
5343                                 bit = bsfq(pc->pc_map[field]);
5344                                 break;
5345                         }
5346                 }
5347                 if (field < _NPCM) {
5348                         pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
5349                         pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
5350                         /* If this was the last item, move it to tail */
5351                         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 &&
5352                             pc->pc_map[2] == 0) {
5353                                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5354                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc,
5355                                     pc_list);
5356                         }
5357                         PV_STAT(counter_u64_add(pv_entry_count, 1));
5358                         PV_STAT(counter_u64_add(pv_entry_spare, -1));
5359                         return (pv);
5360                 }
5361         }
5362         /* No free items, allocate another chunk */
5363         m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
5364             VM_ALLOC_WIRED);
5365         if (m == NULL) {
5366                 if (lockp == NULL) {
5367                         PV_STAT(counter_u64_add(pc_chunk_tryfail, 1));
5368                         return (NULL);
5369                 }
5370                 m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
5371                 if (m == NULL)
5372                         goto retry;
5373         } else
5374                 counter_u64_add(pv_page_count, 1);
5375         PV_STAT(counter_u64_add(pc_chunk_count, 1));
5376         PV_STAT(counter_u64_add(pc_chunk_allocs, 1));
5377         dump_add_page(m->phys_addr);
5378         pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
5379         pc->pc_pmap = pmap;
5380         pc->pc_map[0] = PC_FREE0 & ~1ul;        /* preallocated bit 0 */
5381         pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
5382         pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
5383         pvc = &pv_chunks[vm_page_domain(m)];
5384         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
5385         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
5386         mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
5387         pv = &pc->pc_pventry[0];
5388         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5389         PV_STAT(counter_u64_add(pv_entry_count, 1));
5390         PV_STAT(counter_u64_add(pv_entry_spare, _NPCPV - 1));
5391         return (pv);
5392 }
5393
5394 /*
5395  * Returns the number of one bits within the given PV chunk map.
5396  *
5397  * The erratas for Intel processors state that "POPCNT Instruction May
5398  * Take Longer to Execute Than Expected".  It is believed that the
5399  * issue is the spurious dependency on the destination register.
5400  * Provide a hint to the register rename logic that the destination
5401  * value is overwritten, by clearing it, as suggested in the
5402  * optimization manual.  It should be cheap for unaffected processors
5403  * as well.
5404  *
5405  * Reference numbers for erratas are
5406  * 4th Gen Core: HSD146
5407  * 5th Gen Core: BDM85
5408  * 6th Gen Core: SKL029
5409  */
5410 static int
5411 popcnt_pc_map_pq(uint64_t *map)
5412 {
5413         u_long result, tmp;
5414
5415         __asm __volatile("xorl %k0,%k0;popcntq %2,%0;"
5416             "xorl %k1,%k1;popcntq %3,%1;addl %k1,%k0;"
5417             "xorl %k1,%k1;popcntq %4,%1;addl %k1,%k0"
5418             : "=&r" (result), "=&r" (tmp)
5419             : "m" (map[0]), "m" (map[1]), "m" (map[2]));
5420         return (result);
5421 }
5422
5423 /*
5424  * Ensure that the number of spare PV entries in the specified pmap meets or
5425  * exceeds the given count, "needed".
5426  *
5427  * The given PV list lock may be released.
5428  */
5429 static void
5430 reserve_pv_entries(pmap_t pmap, int needed, struct rwlock **lockp)
5431 {
5432         struct pv_chunks_list *pvc;
5433         struct pch new_tail[PMAP_MEMDOM];
5434         struct pv_chunk *pc;
5435         vm_page_t m;
5436         int avail, free, i;
5437         bool reclaimed;
5438
5439         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5440         KASSERT(lockp != NULL, ("reserve_pv_entries: lockp is NULL"));
5441
5442         /*
5443          * Newly allocated PV chunks must be stored in a private list until
5444          * the required number of PV chunks have been allocated.  Otherwise,
5445          * reclaim_pv_chunk() could recycle one of these chunks.  In
5446          * contrast, these chunks must be added to the pmap upon allocation.
5447          */
5448         for (i = 0; i < PMAP_MEMDOM; i++)
5449                 TAILQ_INIT(&new_tail[i]);
5450 retry:
5451         avail = 0;
5452         TAILQ_FOREACH(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list) {
5453 #ifndef __POPCNT__
5454                 if ((cpu_feature2 & CPUID2_POPCNT) == 0)
5455                         bit_count((bitstr_t *)pc->pc_map, 0,
5456                             sizeof(pc->pc_map) * NBBY, &free);
5457                 else
5458 #endif
5459                 free = popcnt_pc_map_pq(pc->pc_map);
5460                 if (free == 0)
5461                         break;
5462                 avail += free;
5463                 if (avail >= needed)
5464                         break;
5465         }
5466         for (reclaimed = false; avail < needed; avail += _NPCPV) {
5467                 m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
5468                     VM_ALLOC_WIRED);
5469                 if (m == NULL) {
5470                         m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
5471                         if (m == NULL)
5472                                 goto retry;
5473                         reclaimed = true;
5474                 } else
5475                         counter_u64_add(pv_page_count, 1);
5476                 PV_STAT(counter_u64_add(pc_chunk_count, 1));
5477                 PV_STAT(counter_u64_add(pc_chunk_allocs, 1));
5478                 dump_add_page(m->phys_addr);
5479                 pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
5480                 pc->pc_pmap = pmap;
5481                 pc->pc_map[0] = PC_FREE0;
5482                 pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
5483                 pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
5484                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5485                 TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail[vm_page_domain(m)], pc, pc_lru);
5486                 PV_STAT(counter_u64_add(pv_entry_spare, _NPCPV));
5487
5488                 /*
5489                  * The reclaim might have freed a chunk from the current pmap.
5490                  * If that chunk contained available entries, we need to
5491                  * re-count the number of available entries.
5492                  */
5493                 if (reclaimed)
5494                         goto retry;
5495         }
5496         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
5497                 if (TAILQ_EMPTY(&new_tail[i]))
5498                         continue;
5499                 pvc = &pv_chunks[i];
5500                 mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
5501                 TAILQ_CONCAT(&pvc->pvc_list, &new_tail[i], pc_lru);
5502                 mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
5503         }
5504 }
5505
5506 /*
5507  * First find and then remove the pv entry for the specified pmap and virtual
5508  * address from the specified pv list.  Returns the pv entry if found and NULL
5509  * otherwise.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or
5510  * 2MB page mappings.
5511  */
5512 static __inline pv_entry_t
5513 pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
5514 {
5515         pv_entry_t pv;
5516
5517         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
5518                 if (pmap == PV_PMAP(pv) && va == pv->pv_va) {
5519                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
5520                         pvh->pv_gen++;
5521                         break;
5522                 }
5523         }
5524         return (pv);
5525 }
5526
5527 /*
5528  * After demotion from a 2MB page mapping to 512 4KB page mappings,
5529  * destroy the pv entry for the 2MB page mapping and reinstantiate the pv
5530  * entries for each of the 4KB page mappings.
5531  */
5532 static void
5533 pmap_pv_demote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
5534     struct rwlock **lockp)
5535 {
5536         struct md_page *pvh;
5537         struct pv_chunk *pc;
5538         pv_entry_t pv;
5539         vm_offset_t va_last;
5540         vm_page_t m;
5541         int bit, field;
5542
5543         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5544         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
5545             ("pmap_pv_demote_pde: pa is not 2mpage aligned"));
5546         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
5547
5548         /*
5549          * Transfer the 2mpage's pv entry for this mapping to the first
5550          * page's pv list.  Once this transfer begins, the pv list lock
5551          * must not be released until the last pv entry is reinstantiated.
5552          */
5553         pvh = pa_to_pvh(pa);
5554         va = trunc_2mpage(va);
5555         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
5556         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_demote_pde: pv not found"));
5557         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
5558         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5559         m->md.pv_gen++;
5560         /* Instantiate the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
5561         PV_STAT(counter_u64_add(pv_entry_allocs, NPTEPG - 1));
5562         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
5563         for (;;) {
5564                 pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
5565                 KASSERT(pc->pc_map[0] != 0 || pc->pc_map[1] != 0 ||
5566                     pc->pc_map[2] != 0, ("pmap_pv_demote_pde: missing spare"));
5567                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
5568                         while (pc->pc_map[field]) {
5569                                 bit = bsfq(pc->pc_map[field]);
5570                                 pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
5571                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
5572                                 va += PAGE_SIZE;
5573                                 pv->pv_va = va;
5574                                 m++;
5575                                 KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5576                             ("pmap_pv_demote_pde: page %p is not managed", m));
5577                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5578                                 m->md.pv_gen++;
5579                                 if (va == va_last)
5580                                         goto out;
5581                         }
5582                 }
5583                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5584                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5585         }
5586 out:
5587         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 && pc->pc_map[2] == 0) {
5588                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5589                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5590         }
5591         PV_STAT(counter_u64_add(pv_entry_count, NPTEPG - 1));
5592         PV_STAT(counter_u64_add(pv_entry_spare, -(NPTEPG - 1)));
5593 }
5594
5595 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
5596 /*
5597  * After promotion from 512 4KB page mappings to a single 2MB page mapping,
5598  * replace the many pv entries for the 4KB page mappings by a single pv entry
5599  * for the 2MB page mapping.
5600  */
5601 static void
5602 pmap_pv_promote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
5603     struct rwlock **lockp)
5604 {
5605         struct md_page *pvh;
5606         pv_entry_t pv;
5607         vm_offset_t va_last;
5608         vm_page_t m;
5609
5610         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
5611             ("pmap_pv_promote_pde: pa is not 2mpage aligned"));
5612         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
5613
5614         /*
5615          * Transfer the first page's pv entry for this mapping to the 2mpage's
5616          * pv list.  Aside from avoiding the cost of a call to get_pv_entry(),
5617          * a transfer avoids the possibility that get_pv_entry() calls
5618          * reclaim_pv_chunk() and that reclaim_pv_chunk() removes one of the
5619          * mappings that is being promoted.
5620          */
5621         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
5622         va = trunc_2mpage(va);
5623         pv = pmap_pvh_remove(&m->md, pmap, va);
5624         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_promote_pde: pv not found"));
5625         pvh = pa_to_pvh(pa);
5626         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
5627         pvh->pv_gen++;
5628         /* Free the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
5629         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
5630         do {
5631                 m++;
5632                 va += PAGE_SIZE;
5633                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
5634         } while (va < va_last);
5635 }
5636 #endif /* VM_NRESERVLEVEL > 0 */
5637
5638 /*
5639  * First find and then destroy the pv entry for the specified pmap and virtual
5640  * address.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or 2MB
5641  * page mappings.
5642  */
5643 static void
5644 pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
5645 {
5646         pv_entry_t pv;
5647
5648         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
5649         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pvh_free: pv not found"));
5650         free_pv_entry(pmap, pv);
5651 }
5652
5653 /*
5654  * Conditionally create the PV entry for a 4KB page mapping if the required
5655  * memory can be allocated without resorting to reclamation.
5656  */
5657 static boolean_t
5658 pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
5659     struct rwlock **lockp)
5660 {
5661         pv_entry_t pv;
5662
5663         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5664         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
5665         if ((pv = get_pv_entry(pmap, NULL)) != NULL) {
5666                 pv->pv_va = va;
5667                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
5668                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5669                 m->md.pv_gen++;
5670                 return (TRUE);
5671         } else
5672                 return (FALSE);
5673 }
5674
5675 /*
5676  * Create the PV entry for a 2MB page mapping.  Always returns true unless the
5677  * flag PMAP_ENTER_NORECLAIM is specified.  If that flag is specified, returns
5678  * false if the PV entry cannot be allocated without resorting to reclamation.
5679  */
5680 static bool
5681 pmap_pv_insert_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde, u_int flags,
5682     struct rwlock **lockp)
5683 {
5684         struct md_page *pvh;
5685         pv_entry_t pv;
5686         vm_paddr_t pa;
5687
5688         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5689         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
5690         if ((pv = get_pv_entry(pmap, (flags & PMAP_ENTER_NORECLAIM) != 0 ?
5691             NULL : lockp)) == NULL)
5692                 return (false);
5693         pv->pv_va = va;
5694         pa = pde & PG_PS_FRAME;
5695         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
5696         pvh = pa_to_pvh(pa);
5697         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
5698         pvh->pv_gen++;
5699         return (true);
5700 }
5701
5702 /*
5703  * Fills a page table page with mappings to consecutive physical pages.
5704  */
5705 static void
5706 pmap_fill_ptp(pt_entry_t *firstpte, pt_entry_t newpte)
5707 {
5708         pt_entry_t *pte;
5709
5710         for (pte = firstpte; pte < firstpte + NPTEPG; pte++) {
5711                 *pte = newpte;
5712                 newpte += PAGE_SIZE;
5713         }
5714 }
5715
5716 /*
5717  * Tries to demote a 2MB page mapping.  If demotion fails, the 2MB page
5718  * mapping is invalidated.
5719  */
5720 static boolean_t
5721 pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
5722 {
5723         struct rwlock *lock;
5724         boolean_t rv;
5725
5726         lock = NULL;
5727         rv = pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
5728         if (lock != NULL)
5729                 rw_wunlock(lock);
5730         return (rv);
5731 }
5732
5733 static void
5734 pmap_demote_pde_check(pt_entry_t *firstpte __unused, pt_entry_t newpte __unused)
5735 {
5736 #ifdef INVARIANTS
5737 #ifdef DIAGNOSTIC
5738         pt_entry_t *xpte, *ypte;
5739
5740         for (xpte = firstpte; xpte < firstpte + NPTEPG;
5741             xpte++, newpte += PAGE_SIZE) {
5742                 if ((*xpte & PG_FRAME) != (newpte & PG_FRAME)) {
5743                         printf("pmap_demote_pde: xpte %zd and newpte map "
5744                             "different pages: found %#lx, expected %#lx\n",
5745                             xpte - firstpte, *xpte, newpte);
5746                         printf("page table dump\n");
5747                         for (ypte = firstpte; ypte < firstpte + NPTEPG; ypte++)
5748                                 printf("%zd %#lx\n", ypte - firstpte, *ypte);
5749                         panic("firstpte");
5750                 }
5751         }
5752 #else
5753         KASSERT((*firstpte & PG_FRAME) == (newpte & PG_FRAME),
5754             ("pmap_demote_pde: firstpte and newpte map different physical"
5755             " addresses"));
5756 #endif
5757 #endif
5758 }
5759
5760 static void
5761 pmap_demote_pde_abort(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
5762     pd_entry_t oldpde, struct rwlock **lockp)
5763 {
5764         struct spglist free;
5765         vm_offset_t sva;
5766
5767         SLIST_INIT(&free);
5768         sva = trunc_2mpage(va);
5769         pmap_remove_pde(pmap, pde, sva, &free, lockp);
5770         if ((oldpde & pmap_global_bit(pmap)) == 0)
5771                 pmap_invalidate_pde_page(pmap, sva, oldpde);
5772         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
5773         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: failure for va %#lx in pmap %p",
5774             va, pmap);
5775 }
5776
5777 static boolean_t
5778 pmap_demote_pde_locked(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
5779     struct rwlock **lockp)
5780 {
5781         pd_entry_t newpde, oldpde;
5782         pt_entry_t *firstpte, newpte;
5783         pt_entry_t PG_A, PG_G, PG_M, PG_PKU_MASK, PG_RW, PG_V;
5784         vm_paddr_t mptepa;
5785         vm_page_t mpte;
5786         int PG_PTE_CACHE;
5787         bool in_kernel;
5788
5789         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5790         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5791         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5792         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5793         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5794         PG_PTE_CACHE = pmap_cache_mask(pmap, 0);
5795         PG_PKU_MASK = pmap_pku_mask_bit(pmap);
5796
5797         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5798         in_kernel = va >= VM_MAXUSER_ADDRESS;
5799         oldpde = *pde;
5800         KASSERT((oldpde & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V),
5801             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_PS and/or PG_V"));
5802
5803         /*
5804          * Invalidate the 2MB page mapping and return "failure" if the
5805          * mapping was never accessed.
5806          */
5807         if ((oldpde & PG_A) == 0) {
5808                 KASSERT((oldpde & PG_W) == 0,
5809                     ("pmap_demote_pde: a wired mapping is missing PG_A"));
5810                 pmap_demote_pde_abort(pmap, va, pde, oldpde, lockp);
5811                 return (FALSE);
5812         }
5813
5814         mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, va);
5815         if (mpte == NULL) {
5816                 KASSERT((oldpde & PG_W) == 0,
5817                     ("pmap_demote_pde: page table page for a wired mapping"
5818                     " is missing"));
5819
5820                 /*
5821                  * If the page table page is missing and the mapping
5822                  * is for a kernel address, the mapping must belong to
5823                  * the direct map.  Page table pages are preallocated
5824                  * for every other part of the kernel address space,
5825                  * so the direct map region is the only part of the
5826                  * kernel address space that must be handled here.
5827                  */
5828                 KASSERT(!in_kernel || (va >= DMAP_MIN_ADDRESS &&
5829                     va < DMAP_MAX_ADDRESS),
5830                     ("pmap_demote_pde: No saved mpte for va %#lx", va));
5831
5832                 /*
5833                  * If the 2MB page mapping belongs to the direct map
5834                  * region of the kernel's address space, then the page
5835                  * allocation request specifies the highest possible
5836                  * priority (VM_ALLOC_INTERRUPT).  Otherwise, the
5837                  * priority is normal.
5838                  */
5839                 mpte = pmap_alloc_pt_page(pmap, pmap_pde_pindex(va),
5840                     (in_kernel ? VM_ALLOC_INTERRUPT : VM_ALLOC_NORMAL) |
5841                     VM_ALLOC_WIRED);
5842
5843                 /*
5844                  * If the allocation of the new page table page fails,
5845                  * invalidate the 2MB page mapping and return "failure".
5846                  */
5847                 if (mpte == NULL) {
5848                         pmap_demote_pde_abort(pmap, va, pde, oldpde, lockp);
5849                         return (FALSE);
5850                 }
5851
5852                 if (!in_kernel)
5853                         mpte->ref_count = NPTEPG;
5854         }
5855         mptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpte);
5856         firstpte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mptepa);
5857         newpde = mptepa | PG_M | PG_A | (oldpde & PG_U) | PG_RW | PG_V;
5858         KASSERT((oldpde & (PG_M | PG_RW)) != PG_RW,
5859             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_M"));
5860         newpte = oldpde & ~PG_PS;
5861         newpte = pmap_swap_pat(pmap, newpte);
5862
5863         /*
5864          * If the page table page is not leftover from an earlier promotion,
5865          * initialize it.
5866          */
5867         if (mpte->valid == 0)
5868                 pmap_fill_ptp(firstpte, newpte);
5869
5870         pmap_demote_pde_check(firstpte, newpte);
5871
5872         /*
5873          * If the mapping has changed attributes, update the page table
5874          * entries.
5875          */
5876         if ((*firstpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpte & PG_PTE_PROMOTE))
5877                 pmap_fill_ptp(firstpte, newpte);
5878
5879         /*
5880          * The spare PV entries must be reserved prior to demoting the
5881          * mapping, that is, prior to changing the PDE.  Otherwise, the state
5882          * of the PDE and the PV lists will be inconsistent, which can result
5883          * in reclaim_pv_chunk() attempting to remove a PV entry from the
5884          * wrong PV list and pmap_pv_demote_pde() failing to find the expected
5885          * PV entry for the 2MB page mapping that is being demoted.
5886          */
5887         if ((oldpde & PG_MANAGED) != 0)
5888                 reserve_pv_entries(pmap, NPTEPG - 1, lockp);
5889
5890         /*
5891          * Demote the mapping.  This pmap is locked.  The old PDE has
5892          * PG_A set.  If the old PDE has PG_RW set, it also has PG_M
5893          * set.  Thus, there is no danger of a race with another
5894          * processor changing the setting of PG_A and/or PG_M between
5895          * the read above and the store below. 
5896          */
5897         if (workaround_erratum383)
5898                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, newpde);
5899         else
5900                 pde_store(pde, newpde);
5901
5902         /*
5903          * Invalidate a stale recursive mapping of the page table page.
5904          */
5905         if (in_kernel)
5906                 pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopte(va));
5907
5908         /*
5909          * Demote the PV entry.
5910          */
5911         if ((oldpde & PG_MANAGED) != 0)
5912                 pmap_pv_demote_pde(pmap, va, oldpde & PG_PS_FRAME, lockp);
5913
5914         counter_u64_add(pmap_pde_demotions, 1);
5915         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: success for va %#lx in pmap %p",
5916             va, pmap);
5917         return (TRUE);
5918 }
5919
5920 /*
5921  * pmap_remove_kernel_pde: Remove a kernel superpage mapping.
5922  */
5923 static void
5924 pmap_remove_kernel_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
5925 {
5926         pd_entry_t newpde;
5927         vm_paddr_t mptepa;
5928         vm_page_t mpte;
5929
5930         KASSERT(pmap == kernel_pmap, ("pmap %p is not kernel_pmap", pmap));
5931         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5932         mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, va);
5933         if (mpte == NULL)
5934                 panic("pmap_remove_kernel_pde: Missing pt page.");
5935
5936         mptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpte);
5937         newpde = mptepa | X86_PG_M | X86_PG_A | X86_PG_RW | X86_PG_V;
5938
5939         /*
5940          * If this page table page was unmapped by a promotion, then it
5941          * contains valid mappings.  Zero it to invalidate those mappings.
5942          */
5943         if (mpte->valid != 0)
5944                 pagezero((void *)PHYS_TO_DMAP(mptepa));
5945
5946         /*
5947          * Demote the mapping.
5948          */
5949         if (workaround_erratum383)
5950                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, newpde);
5951         else
5952                 pde_store(pde, newpde);
5953
5954         /*
5955          * Invalidate a stale recursive mapping of the page table page.
5956          */
5957         pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopte(va));
5958 }
5959
5960 /*
5961  * pmap_remove_pde: do the things to unmap a superpage in a process
5962  */
5963 static int
5964 pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
5965     struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
5966 {
5967         struct md_page *pvh;
5968         pd_entry_t oldpde;
5969         vm_offset_t eva, va;
5970         vm_page_t m, mpte;
5971         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW;
5972
5973         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5974         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5975         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5976         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5977
5978         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5979         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
5980             ("pmap_remove_pde: sva is not 2mpage aligned"));
5981         oldpde = pte_load_clear(pdq);
5982         if (oldpde & PG_W)
5983                 pmap->pm_stats.wired_count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
5984         if ((oldpde & PG_G) != 0)
5985                 pmap_invalidate_pde_page(kernel_pmap, sva, oldpde);
5986         pmap_resident_count_adj(pmap, -NBPDR / PAGE_SIZE);
5987         if (oldpde & PG_MANAGED) {
5988                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, oldpde & PG_PS_FRAME);
5989                 pvh = pa_to_pvh(oldpde & PG_PS_FRAME);
5990                 pmap_pvh_free(pvh, pmap, sva);
5991                 eva = sva + NBPDR;
5992                 for (va = sva, m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
5993                     va < eva; va += PAGE_SIZE, m++) {
5994                         if ((oldpde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
5995                                 vm_page_dirty(m);
5996                         if (oldpde & PG_A)
5997                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
5998                         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
5999                             TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
6000                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
6001                         pmap_delayed_invl_page(m);
6002                 }
6003         }
6004         if (pmap == kernel_pmap) {
6005                 pmap_remove_kernel_pde(pmap, pdq, sva);
6006         } else {
6007                 mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, sva);
6008                 if (mpte != NULL) {
6009                         KASSERT(mpte->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
6010                             ("pmap_remove_pde: pte page not promoted"));
6011                         pmap_resident_count_adj(pmap, -1);
6012                         KASSERT(mpte->ref_count == NPTEPG,
6013                             ("pmap_remove_pde: pte page ref count error"));
6014                         mpte->ref_count = 0;
6015                         pmap_add_delayed_free_list(mpte, free, FALSE);
6016                 }
6017         }
6018         return (pmap_unuse_pt(pmap, sva, *pmap_pdpe(pmap, sva), free));
6019 }
6020
6021 /*
6022  * pmap_remove_pte: do the things to unmap a page in a process
6023  */
6024 static int
6025 pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t va, 
6026     pd_entry_t ptepde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
6027 {
6028         struct md_page *pvh;
6029         pt_entry_t oldpte, PG_A, PG_M, PG_RW;
6030         vm_page_t m;
6031
6032         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6033         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6034         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6035
6036         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6037         oldpte = pte_load_clear(ptq);
6038         if (oldpte & PG_W)
6039                 pmap->pm_stats.wired_count -= 1;
6040         pmap_resident_count_adj(pmap, -1);
6041         if (oldpte & PG_MANAGED) {
6042                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpte & PG_FRAME);
6043                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
6044                         vm_page_dirty(m);
6045                 if (oldpte & PG_A)
6046                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
6047                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
6048                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
6049                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
6050                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
6051                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
6052                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
6053                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
6054                 }
6055                 pmap_delayed_invl_page(m);
6056         }
6057         return (pmap_unuse_pt(pmap, va, ptepde, free));
6058 }
6059
6060 /*
6061  * Remove a single page from a process address space
6062  */
6063 static void
6064 pmap_remove_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
6065     struct spglist *free)
6066 {
6067         struct rwlock *lock;
6068         pt_entry_t *pte, PG_V;
6069
6070         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6071         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6072         if ((*pde & PG_V) == 0)
6073                 return;
6074         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
6075         if ((*pte & PG_V) == 0)
6076                 return;
6077         lock = NULL;
6078         pmap_remove_pte(pmap, pte, va, *pde, free, &lock);
6079         if (lock != NULL)
6080                 rw_wunlock(lock);
6081         pmap_invalidate_page(pmap, va);
6082 }
6083
6084 /*
6085  * Removes the specified range of addresses from the page table page.
6086  */
6087 static bool
6088 pmap_remove_ptes(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
6089     pd_entry_t *pde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
6090 {
6091         pt_entry_t PG_G, *pte;
6092         vm_offset_t va;
6093         bool anyvalid;
6094
6095         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6096         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
6097         anyvalid = false;
6098         va = eva;
6099         for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != eva; pte++,
6100             sva += PAGE_SIZE) {
6101                 if (*pte == 0) {
6102                         if (va != eva) {
6103                                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
6104                                 va = eva;
6105                         }
6106                         continue;
6107                 }
6108                 if ((*pte & PG_G) == 0)
6109                         anyvalid = true;
6110                 else if (va == eva)
6111                         va = sva;
6112                 if (pmap_remove_pte(pmap, pte, sva, *pde, free, lockp)) {
6113                         sva += PAGE_SIZE;
6114                         break;
6115                 }
6116         }
6117         if (va != eva)
6118                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
6119         return (anyvalid);
6120 }
6121
6122 /*
6123  *      Remove the given range of addresses from the specified map.
6124  *
6125  *      It is assumed that the start and end are properly
6126  *      rounded to the page size.
6127  */
6128 void
6129 pmap_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
6130 {
6131         struct rwlock *lock;
6132         vm_page_t mt;
6133         vm_offset_t va_next;
6134         pml5_entry_t *pml5e;
6135         pml4_entry_t *pml4e;
6136         pdp_entry_t *pdpe;
6137         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
6138         pt_entry_t PG_G, PG_V;
6139         struct spglist free;
6140         int anyvalid;
6141
6142         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
6143         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6144
6145         /*
6146          * Perform an unsynchronized read.  This is, however, safe.
6147          */
6148         if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
6149                 return;
6150
6151         anyvalid = 0;
6152         SLIST_INIT(&free);
6153
6154         pmap_delayed_invl_start();
6155         PMAP_LOCK(pmap);
6156         pmap_pkru_on_remove(pmap, sva, eva);
6157
6158         /*
6159          * special handling of removing one page.  a very
6160          * common operation and easy to short circuit some
6161          * code.
6162          */
6163         if (sva + PAGE_SIZE == eva) {
6164                 pde = pmap_pde(pmap, sva);
6165                 if (pde && (*pde & PG_PS) == 0) {
6166                         pmap_remove_page(pmap, sva, pde, &free);
6167                         goto out;
6168                 }
6169         }
6170
6171         lock = NULL;
6172         for (; sva < eva; sva = va_next) {
6173                 if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
6174                         break;
6175
6176                 if (pmap_is_la57(pmap)) {
6177                         pml5e = pmap_pml5e(pmap, sva);
6178                         if ((*pml5e & PG_V) == 0) {
6179                                 va_next = (sva + NBPML5) & ~PML5MASK;
6180                                 if (va_next < sva)
6181                                         va_next = eva;
6182                                 continue;
6183                         }
6184                         pml4e = pmap_pml5e_to_pml4e(pml5e, sva);
6185                 } else {
6186                         pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
6187                 }
6188                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
6189                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
6190                         if (va_next < sva)
6191                                 va_next = eva;
6192                         continue;
6193                 }
6194
6195                 va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
6196                 if (va_next < sva)
6197                         va_next = eva;
6198                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
6199                 if ((*pdpe & PG_V) == 0)
6200                         continue;
6201                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0) {
6202                         KASSERT(va_next <= eva,
6203                             ("partial update of non-transparent 1G mapping "
6204                             "pdpe %#lx sva %#lx eva %#lx va_next %#lx",
6205                             *pdpe, sva, eva, va_next));
6206                         MPASS(pmap != kernel_pmap); /* XXXKIB */
6207                         MPASS((*pdpe & (PG_MANAGED | PG_G)) == 0);
6208                         anyvalid = 1;
6209                         *pdpe = 0;
6210                         pmap_resident_count_adj(pmap, -NBPDP / PAGE_SIZE);
6211                         mt = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pml4e(pmap, sva) & PG_FRAME);
6212                         pmap_unwire_ptp(pmap, sva, mt, &free);
6213                         continue;
6214                 }
6215
6216                 /*
6217                  * Calculate index for next page table.
6218                  */
6219                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
6220                 if (va_next < sva)
6221                         va_next = eva;
6222
6223                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
6224                 ptpaddr = *pde;
6225
6226                 /*
6227                  * Weed out invalid mappings.
6228                  */
6229                 if (ptpaddr == 0)
6230                         continue;
6231
6232                 /*
6233                  * Check for large page.
6234                  */
6235                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
6236                         /*
6237                          * Are we removing the entire large page?  If not,
6238                          * demote the mapping and fall through.
6239                          */
6240                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
6241                                 /*
6242                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
6243                                  * invalidated by pmap_remove_pde().
6244                                  */
6245                                 if ((ptpaddr & PG_G) == 0)
6246                                         anyvalid = 1;
6247                                 pmap_remove_pde(pmap, pde, sva, &free, &lock);
6248                                 continue;
6249                         } else if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, sva,
6250                             &lock)) {
6251                                 /* The large page mapping was destroyed. */
6252                                 continue;
6253                         } else
6254                                 ptpaddr = *pde;
6255                 }
6256
6257                 /*
6258                  * Limit our scan to either the end of the va represented
6259                  * by the current page table page, or to the end of the
6260                  * range being removed.
6261                  */
6262                 if (va_next > eva)
6263                         va_next = eva;
6264
6265                 if (pmap_remove_ptes(pmap, sva, va_next, pde, &free, &lock))
6266                         anyvalid = 1;
6267         }
6268         if (lock != NULL)
6269                 rw_wunlock(lock);
6270 out:
6271         if (anyvalid)
6272                 pmap_invalidate_all(pmap);
6273         PMAP_UNLOCK(pmap);
6274         pmap_delayed_invl_finish();
6275         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
6276 }
6277
6278 /*
6279  *      Routine:        pmap_remove_all
6280  *      Function:
6281  *              Removes this physical page from
6282  *              all physical maps in which it resides.
6283  *              Reflects back modify bits to the pager.
6284  *
6285  *      Notes:
6286  *              Original versions of this routine were very
6287  *              inefficient because they iteratively called
6288  *              pmap_remove (slow...)
6289  */
6290
6291 void
6292 pmap_remove_all(vm_page_t m)
6293 {
6294         struct md_page *pvh;
6295         pv_entry_t pv;
6296         pmap_t pmap;
6297         struct rwlock *lock;
6298         pt_entry_t *pte, tpte, PG_A, PG_M, PG_RW;
6299         pd_entry_t *pde;
6300         vm_offset_t va;
6301         struct spglist free;
6302         int pvh_gen, md_gen;
6303
6304         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
6305             ("pmap_remove_all: page %p is not managed", m));
6306         SLIST_INIT(&free);
6307         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
6308         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
6309             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
6310         rw_wlock(lock);
6311 retry:
6312         while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != NULL) {
6313                 pmap = PV_PMAP(pv);
6314                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6315                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
6316                         rw_wunlock(lock);
6317                         PMAP_LOCK(pmap);
6318                         rw_wlock(lock);
6319                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
6320                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6321                                 goto retry;
6322                         }
6323                 }
6324                 va = pv->pv_va;
6325                 pde = pmap_pde(pmap, va);
6326                 (void)pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
6327                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6328         }
6329         while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
6330                 pmap = PV_PMAP(pv);
6331                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6332                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
6333                         md_gen = m->md.pv_gen;
6334                         rw_wunlock(lock);
6335                         PMAP_LOCK(pmap);
6336                         rw_wlock(lock);
6337                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
6338                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6339                                 goto retry;
6340                         }
6341                 }
6342                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6343                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6344                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6345                 pmap_resident_count_adj(pmap, -1);
6346                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
6347                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_remove_all: found"
6348                     " a 2mpage in page %p's pv list", m));
6349                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
6350                 tpte = pte_load_clear(pte);
6351                 if (tpte & PG_W)
6352                         pmap->pm_stats.wired_count--;
6353                 if (tpte & PG_A)
6354                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
6355
6356                 /*
6357                  * Update the vm_page_t clean and reference bits.
6358                  */
6359                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
6360                         vm_page_dirty(m);
6361                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, *pde, &free);
6362                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
6363                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
6364                 m->md.pv_gen++;
6365                 free_pv_entry(pmap, pv);
6366                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6367         }
6368         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
6369         rw_wunlock(lock);
6370         pmap_delayed_invl_wait(m);
6371         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
6372 }
6373
6374 /*
6375  * pmap_protect_pde: do the things to protect a 2mpage in a process
6376  */
6377 static boolean_t
6378 pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva, vm_prot_t prot)
6379 {
6380         pd_entry_t newpde, oldpde;
6381         vm_page_t m, mt;
6382         boolean_t anychanged;
6383         pt_entry_t PG_G, PG_M, PG_RW;
6384
6385         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
6386         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6387         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6388
6389         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6390         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
6391             ("pmap_protect_pde: sva is not 2mpage aligned"));
6392         anychanged = FALSE;
6393 retry:
6394         oldpde = newpde = *pde;
6395         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
6396                 if ((oldpde & (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) ==
6397                     (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) {
6398                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
6399                         for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
6400                                 vm_page_dirty(mt);
6401                 }
6402                 newpde &= ~(PG_RW | PG_M);
6403         }
6404         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
6405                 newpde |= pg_nx;
6406         if (newpde != oldpde) {
6407                 /*
6408                  * As an optimization to future operations on this PDE, clear
6409                  * PG_PROMOTED.  The impending invalidation will remove any
6410                  * lingering 4KB page mappings from the TLB.
6411                  */
6412                 if (!atomic_cmpset_long(pde, oldpde, newpde & ~PG_PROMOTED))
6413                         goto retry;
6414                 if ((oldpde & PG_G) != 0)
6415                         pmap_invalidate_pde_page(kernel_pmap, sva, oldpde);
6416                 else
6417                         anychanged = TRUE;
6418         }
6419         return (anychanged);
6420 }
6421
6422 /*
6423  *      Set the physical protection on the
6424  *      specified range of this map as requested.
6425  */
6426 void
6427 pmap_protect(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, vm_prot_t prot)
6428 {
6429         vm_page_t m;
6430         vm_offset_t va_next;
6431         pml4_entry_t *pml4e;
6432         pdp_entry_t *pdpe;
6433         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
6434         pt_entry_t *pte, PG_G, PG_M, PG_RW, PG_V;
6435         pt_entry_t obits, pbits;
6436         boolean_t anychanged;
6437
6438         KASSERT((prot & ~VM_PROT_ALL) == 0, ("invalid prot %x", prot));
6439         if (prot == VM_PROT_NONE) {
6440                 pmap_remove(pmap, sva, eva);
6441                 return;
6442         }
6443
6444         if ((prot & (VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE)) ==
6445             (VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE))
6446                 return;
6447
6448         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
6449         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6450         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6451         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6452         anychanged = FALSE;
6453
6454         /*
6455          * Although this function delays and batches the invalidation
6456          * of stale TLB entries, it does not need to call
6457          * pmap_delayed_invl_start() and
6458          * pmap_delayed_invl_finish(), because it does not
6459          * ordinarily destroy mappings.  Stale TLB entries from
6460          * protection-only changes need only be invalidated before the
6461          * pmap lock is released, because protection-only changes do
6462          * not destroy PV entries.  Even operations that iterate over
6463          * a physical page's PV list of mappings, like
6464          * pmap_remove_write(), acquire the pmap lock for each
6465          * mapping.  Consequently, for protection-only changes, the
6466          * pmap lock suffices to synchronize both page table and TLB
6467          * updates.
6468          *
6469          * This function only destroys a mapping if pmap_demote_pde()
6470          * fails.  In that case, stale TLB entries are immediately
6471          * invalidated.
6472          */
6473
6474         PMAP_LOCK(pmap);
6475         for (; sva < eva; sva = va_next) {
6476                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
6477                 if (pml4e == NULL || (*pml4e & PG_V) == 0) {
6478                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
6479                         if (va_next < sva)
6480                                 va_next = eva;
6481                         continue;
6482                 }
6483
6484                 va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
6485                 if (va_next < sva)
6486                         va_next = eva;
6487                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
6488                 if ((*pdpe & PG_V) == 0)
6489                         continue;
6490                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0) {
6491                         KASSERT(va_next <= eva,
6492                             ("partial update of non-transparent 1G mapping "
6493                             "pdpe %#lx sva %#lx eva %#lx va_next %#lx",
6494                             *pdpe, sva, eva, va_next));
6495 retry_pdpe:
6496                         obits = pbits = *pdpe;
6497                         MPASS((pbits & (PG_MANAGED | PG_G)) == 0);
6498                         MPASS(pmap != kernel_pmap); /* XXXKIB */
6499                         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0)
6500                                 pbits &= ~(PG_RW | PG_M);
6501                         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
6502                                 pbits |= pg_nx;
6503
6504                         if (pbits != obits) {
6505                                 if (!atomic_cmpset_long(pdpe, obits, pbits))
6506                                         /* PG_PS cannot be cleared under us, */
6507                                         goto retry_pdpe;
6508                                 anychanged = TRUE;
6509                         }
6510                         continue;
6511                 }
6512
6513                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
6514                 if (va_next < sva)
6515                         va_next = eva;
6516
6517                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
6518                 ptpaddr = *pde;
6519
6520                 /*
6521                  * Weed out invalid mappings.
6522                  */
6523                 if (ptpaddr == 0)
6524                         continue;
6525
6526                 /*
6527                  * Check for large page.
6528                  */
6529                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
6530                         /*
6531                          * Are we protecting the entire large page?  If not,
6532                          * demote the mapping and fall through.
6533                          */
6534                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
6535                                 /*
6536                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
6537                                  * invalidated by pmap_protect_pde().
6538                                  */
6539                                 if (pmap_protect_pde(pmap, pde, sva, prot))
6540                                         anychanged = TRUE;
6541                                 continue;
6542                         } else if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, sva)) {
6543                                 /*
6544                                  * The large page mapping was destroyed.
6545                                  */
6546                                 continue;
6547                         }
6548                 }
6549
6550                 if (va_next > eva)
6551                         va_next = eva;
6552
6553                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
6554                     sva += PAGE_SIZE) {
6555 retry:
6556                         obits = pbits = *pte;
6557                         if ((pbits & PG_V) == 0)
6558                                 continue;
6559
6560                         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
6561                                 if ((pbits & (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) ==
6562                                     (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) {
6563                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pbits & PG_FRAME);
6564                                         vm_page_dirty(m);
6565                                 }
6566                                 pbits &= ~(PG_RW | PG_M);
6567                         }
6568                         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
6569                                 pbits |= pg_nx;
6570
6571                         if (pbits != obits) {
6572                                 if (!atomic_cmpset_long(pte, obits, pbits))
6573                                         goto retry;
6574                                 if (obits & PG_G)
6575                                         pmap_invalidate_page(pmap, sva);
6576                                 else
6577                                         anychanged = TRUE;
6578                         }
6579                 }
6580         }
6581         if (anychanged)
6582                 pmap_invalidate_all(pmap);
6583         PMAP_UNLOCK(pmap);
6584 }
6585
6586 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
6587 static bool
6588 pmap_pde_ept_executable(pmap_t pmap, pd_entry_t pde)
6589 {
6590
6591         if (pmap->pm_type != PT_EPT)
6592                 return (false);
6593         return ((pde & EPT_PG_EXECUTE) != 0);
6594 }
6595
6596 /*
6597  * Tries to promote the 512, contiguous 4KB page mappings that are within a
6598  * single page table page (PTP) to a single 2MB page mapping.  For promotion
6599  * to occur, two conditions must be met: (1) the 4KB page mappings must map
6600  * aligned, contiguous physical memory and (2) the 4KB page mappings must have
6601  * identical characteristics. 
6602  */
6603 static void
6604 pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
6605     struct rwlock **lockp)
6606 {
6607         pd_entry_t newpde;
6608         pt_entry_t *firstpte, oldpte, pa, *pte;
6609         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V, PG_PKU_MASK;
6610         vm_page_t mpte;
6611         int PG_PTE_CACHE;
6612
6613         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6614         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
6615         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6616         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6617         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6618         PG_PKU_MASK = pmap_pku_mask_bit(pmap);
6619         PG_PTE_CACHE = pmap_cache_mask(pmap, 0);
6620
6621         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6622
6623         /*
6624          * Examine the first PTE in the specified PTP.  Abort if this PTE is
6625          * either invalid, unused, or does not map the first 4KB physical page
6626          * within a 2MB page. 
6627          */
6628         firstpte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pde & PG_FRAME);
6629 setpde:
6630         newpde = *firstpte;
6631         if ((newpde & ((PG_FRAME & PDRMASK) | PG_A | PG_V)) != (PG_A | PG_V) ||
6632             !pmap_allow_2m_x_page(pmap, pmap_pde_ept_executable(pmap,
6633             newpde))) {
6634                 counter_u64_add(pmap_pde_p_failures, 1);
6635                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
6636                     " in pmap %p", va, pmap);
6637                 return;
6638         }
6639         if ((newpde & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
6640                 /*
6641                  * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared without
6642                  * a TLB invalidation.
6643                  */
6644                 if (!atomic_cmpset_long(firstpte, newpde, newpde & ~PG_RW))
6645                         goto setpde;
6646                 newpde &= ~PG_RW;
6647         }
6648
6649         /*
6650          * Examine each of the other PTEs in the specified PTP.  Abort if this
6651          * PTE maps an unexpected 4KB physical page or does not have identical
6652          * characteristics to the first PTE.
6653          */
6654         pa = (newpde & (PG_PS_FRAME | PG_A | PG_V)) + NBPDR - PAGE_SIZE;
6655         for (pte = firstpte + NPTEPG - 1; pte > firstpte; pte--) {
6656 setpte:
6657                 oldpte = *pte;
6658                 if ((oldpte & (PG_FRAME | PG_A | PG_V)) != pa) {
6659                         counter_u64_add(pmap_pde_p_failures, 1);
6660                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
6661                             " in pmap %p", va, pmap);
6662                         return;
6663                 }
6664                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
6665                         /*
6666                          * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared
6667                          * without a TLB invalidation.
6668                          */
6669                         if (!atomic_cmpset_long(pte, oldpte, oldpte & ~PG_RW))
6670                                 goto setpte;
6671                         oldpte &= ~PG_RW;
6672                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: protect for va %#lx"
6673                             " in pmap %p", (oldpte & PG_FRAME & PDRMASK) |
6674                             (va & ~PDRMASK), pmap);
6675                 }
6676                 if ((oldpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpde & PG_PTE_PROMOTE)) {
6677                         counter_u64_add(pmap_pde_p_failures, 1);
6678                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
6679                             " in pmap %p", va, pmap);
6680                         return;
6681                 }
6682                 pa -= PAGE_SIZE;
6683         }
6684
6685         /*
6686          * Save the page table page in its current state until the PDE
6687          * mapping the superpage is demoted by pmap_demote_pde() or
6688          * destroyed by pmap_remove_pde(). 
6689          */
6690         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
6691         KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
6692             mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
6693             ("pmap_promote_pde: page table page is out of range"));
6694         KASSERT(mpte->pindex == pmap_pde_pindex(va),
6695             ("pmap_promote_pde: page table page's pindex is wrong"));
6696         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mpte, true)) {
6697                 counter_u64_add(pmap_pde_p_failures, 1);
6698                 CTR2(KTR_PMAP,
6699                     "pmap_promote_pde: failure for va %#lx in pmap %p", va,
6700                     pmap);
6701                 return;
6702         }
6703
6704         /*
6705          * Promote the pv entries.
6706          */
6707         if ((newpde & PG_MANAGED) != 0)
6708                 pmap_pv_promote_pde(pmap, va, newpde & PG_PS_FRAME, lockp);
6709
6710         /*
6711          * Propagate the PAT index to its proper position.
6712          */
6713         newpde = pmap_swap_pat(pmap, newpde);
6714
6715         /*
6716          * Map the superpage.
6717          */
6718         if (workaround_erratum383)
6719                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, PG_PS | newpde);
6720         else
6721                 pde_store(pde, PG_PROMOTED | PG_PS | newpde);
6722
6723         counter_u64_add(pmap_pde_promotions, 1);
6724         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: success for va %#lx"
6725             " in pmap %p", va, pmap);
6726 }
6727 #endif /* VM_NRESERVLEVEL > 0 */
6728
6729 static int
6730 pmap_enter_largepage(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pt_entry_t newpte, int flags,
6731     int psind)
6732 {
6733         vm_page_t mp;
6734         pt_entry_t origpte, *pml4e, *pdpe, *pde, pten, PG_V;
6735
6736         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6737         KASSERT(psind > 0 && psind < MAXPAGESIZES && pagesizes[psind] != 0,
6738             ("psind %d unexpected", psind));
6739         KASSERT(((newpte & PG_FRAME) & (pagesizes[psind] - 1)) == 0,
6740             ("unaligned phys address %#lx newpte %#lx psind %d",
6741             newpte & PG_FRAME, newpte, psind));
6742         KASSERT((va & (pagesizes[psind] - 1)) == 0,
6743             ("unaligned va %#lx psind %d", va, psind));
6744         KASSERT(va < VM_MAXUSER_ADDRESS,
6745             ("kernel mode non-transparent superpage")); /* XXXKIB */
6746         KASSERT(va + pagesizes[psind] < VM_MAXUSER_ADDRESS,
6747             ("overflowing user map va %#lx psind %d", va, psind)); /* XXXKIB */
6748
6749         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6750
6751 restart:
6752         if (!pmap_pkru_same(pmap, va, va + pagesizes[psind]))
6753                 return (KERN_PROTECTION_FAILURE);
6754         pten = newpte;
6755         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS && pmap->pm_type == PT_X86)
6756                 pten |= pmap_pkru_get(pmap, va);
6757
6758         if (psind == 2) {       /* 1G */
6759                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, va);
6760                 if (pml4e == NULL || (*pml4e & PG_V) == 0) {
6761                         mp = pmap_allocpte_alloc(pmap, pmap_pml4e_pindex(va),
6762                             NULL, va);
6763                         if (mp == NULL)
6764                                 goto allocf;
6765                         pdpe = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mp));
6766                         pdpe = &pdpe[pmap_pdpe_index(va)];
6767                         origpte = *pdpe;
6768                         MPASS(origpte == 0);
6769                 } else {
6770                         pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, va);
6771                         KASSERT(pdpe != NULL, ("va %#lx lost pdpe", va));
6772                         origpte = *pdpe;
6773                         if ((origpte & PG_V) == 0) {
6774                                 mp = PHYS_TO_VM_PAGE(*pml4e & PG_FRAME);
6775                                 mp->ref_count++;
6776                         }
6777                 }
6778                 *pdpe = pten;
6779         } else /* (psind == 1) */ {     /* 2M */
6780                 pde = pmap_pde(pmap, va);
6781                 if (pde == NULL) {
6782                         mp = pmap_allocpte_alloc(pmap, pmap_pdpe_pindex(va),
6783                             NULL, va);
6784                         if (mp == NULL)
6785                                 goto allocf;
6786                         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mp));
6787                         pde = &pde[pmap_pde_index(va)];
6788                         origpte = *pde;
6789                         MPASS(origpte == 0);
6790                 } else {
6791                         origpte = *pde;
6792                         if ((origpte & PG_V) == 0) {
6793                                 pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
6794                                 MPASS(pdpe != NULL && (*pdpe & PG_V) != 0);
6795                                 mp = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdpe & PG_FRAME);
6796                                 mp->ref_count++;
6797                         }
6798                 }
6799                 *pde = pten;
6800         }
6801         KASSERT((origpte & PG_V) == 0 || ((origpte & PG_PS) != 0 &&
6802             (origpte & PG_PS_FRAME) == (pten & PG_PS_FRAME)),
6803             ("va %#lx changing %s phys page origpte %#lx pten %#lx",
6804             va, psind == 2 ? "1G" : "2M", origpte, pten));
6805         if ((pten & PG_W) != 0 && (origpte & PG_W) == 0)
6806                 pmap->pm_stats.wired_count += pagesizes[psind] / PAGE_SIZE;
6807         else if ((pten & PG_W) == 0 && (origpte & PG_W) != 0)
6808                 pmap->pm_stats.wired_count -= pagesizes[psind] / PAGE_SIZE;
6809         if ((origpte & PG_V) == 0)
6810                 pmap_resident_count_adj(pmap, pagesizes[psind] / PAGE_SIZE);
6811
6812         return (KERN_SUCCESS);
6813
6814 allocf:
6815         if ((flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0)
6816                 return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
6817         PMAP_UNLOCK(pmap);
6818         vm_wait(NULL);
6819         PMAP_LOCK(pmap);
6820         goto restart;
6821 }
6822
6823 /*
6824  *      Insert the given physical page (p) at
6825  *      the specified virtual address (v) in the
6826  *      target physical map with the protection requested.
6827  *
6828  *      If specified, the page will be wired down, meaning
6829  *      that the related pte can not be reclaimed.
6830  *
6831  *      NB:  This is the only routine which MAY NOT lazy-evaluate
6832  *      or lose information.  That is, this routine must actually
6833  *      insert this page into the given map NOW.
6834  *
6835  *      When destroying both a page table and PV entry, this function
6836  *      performs the TLB invalidation before releasing the PV list
6837  *      lock, so we do not need pmap_delayed_invl_page() calls here.
6838  */
6839 int
6840 pmap_enter(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
6841     u_int flags, int8_t psind)
6842 {
6843         struct rwlock *lock;
6844         pd_entry_t *pde;
6845         pt_entry_t *pte, PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
6846         pt_entry_t newpte, origpte;
6847         pv_entry_t pv;
6848         vm_paddr_t opa, pa;
6849         vm_page_t mpte, om;
6850         int rv;
6851         boolean_t nosleep;
6852
6853         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6854         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
6855         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6856         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6857         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6858
6859         va = trunc_page(va);
6860         KASSERT(va <= VM_MAX_KERNEL_ADDRESS, ("pmap_enter: toobig"));
6861         KASSERT(va < UPT_MIN_ADDRESS || va >= UPT_MAX_ADDRESS,
6862             ("pmap_enter: invalid to pmap_enter page table pages (va: 0x%lx)",
6863             va));
6864         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0 || !VA_IS_CLEANMAP(va),
6865             ("pmap_enter: managed mapping within the clean submap"));
6866         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
6867                 VM_PAGE_OBJECT_BUSY_ASSERT(m);
6868         KASSERT((flags & PMAP_ENTER_RESERVED) == 0,
6869             ("pmap_enter: flags %u has reserved bits set", flags));
6870         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
6871         newpte = (pt_entry_t)(pa | PG_A | PG_V);
6872         if ((flags & VM_PROT_WRITE) != 0)
6873                 newpte |= PG_M;
6874         if ((prot & VM_PROT_WRITE) != 0)
6875                 newpte |= PG_RW;
6876         KASSERT((newpte & (PG_M | PG_RW)) != PG_M,
6877             ("pmap_enter: flags includes VM_PROT_WRITE but prot doesn't"));
6878         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
6879                 newpte |= pg_nx;
6880         if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) != 0)
6881                 newpte |= PG_W;
6882         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
6883                 newpte |= PG_U;
6884         if (pmap == kernel_pmap)
6885                 newpte |= PG_G;
6886         newpte |= pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, psind > 0);
6887
6888         /*
6889          * Set modified bit gratuitously for writeable mappings if
6890          * the page is unmanaged. We do not want to take a fault
6891          * to do the dirty bit accounting for these mappings.
6892          */
6893         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0) {
6894                 if ((newpte & PG_RW) != 0)
6895                         newpte |= PG_M;
6896         } else
6897                 newpte |= PG_MANAGED;
6898
6899         lock = NULL;
6900         PMAP_LOCK(pmap);
6901         if ((flags & PMAP_ENTER_LARGEPAGE) != 0) {
6902                 KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0,
6903                     ("managed largepage va %#lx flags %#x", va, flags));
6904                 rv = pmap_enter_largepage(pmap, va, newpte | PG_PS, flags,
6905                     psind);
6906                 goto out;
6907         }
6908         if (psind == 1) {
6909                 /* Assert the required virtual and physical alignment. */ 
6910                 KASSERT((va & PDRMASK) == 0, ("pmap_enter: va unaligned"));
6911                 KASSERT(m->psind > 0, ("pmap_enter: m->psind < psind"));
6912                 rv = pmap_enter_pde(pmap, va, newpte | PG_PS, flags, m, &lock);
6913                 goto out;
6914         }
6915         mpte = NULL;
6916
6917         /*
6918          * In the case that a page table page is not
6919          * resident, we are creating it here.
6920          */
6921 retry:
6922         pde = pmap_pde(pmap, va);
6923         if (pde != NULL && (*pde & PG_V) != 0 && ((*pde & PG_PS) == 0 ||
6924             pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock))) {
6925                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
6926                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS && mpte == NULL) {
6927                         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
6928                         mpte->ref_count++;
6929                 }
6930         } else if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
6931                 /*
6932                  * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been
6933                  * deallocated.
6934                  */
6935                 nosleep = (flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0;
6936                 mpte = pmap_allocpte_alloc(pmap, pmap_pde_pindex(va),
6937                     nosleep ? NULL : &lock, va);
6938                 if (mpte == NULL && nosleep) {
6939                         rv = KERN_RESOURCE_SHORTAGE;
6940                         goto out;
6941                 }
6942                 goto retry;
6943         } else
6944                 panic("pmap_enter: invalid page directory va=%#lx", va);
6945
6946         origpte = *pte;
6947         pv = NULL;
6948         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS && pmap->pm_type == PT_X86)
6949                 newpte |= pmap_pkru_get(pmap, va);
6950
6951         /*
6952          * Is the specified virtual address already mapped?
6953          */
6954         if ((origpte & PG_V) != 0) {
6955                 /*
6956                  * Wiring change, just update stats. We don't worry about
6957                  * wiring PT pages as they remain resident as long as there
6958                  * are valid mappings in them. Hence, if a user page is wired,
6959                  * the PT page will be also.
6960                  */
6961                 if ((newpte & PG_W) != 0 && (origpte & PG_W) == 0)
6962                         pmap->pm_stats.wired_count++;
6963                 else if ((newpte & PG_W) == 0 && (origpte & PG_W) != 0)
6964                         pmap->pm_stats.wired_count--;
6965
6966                 /*
6967                  * Remove the extra PT page reference.
6968                  */
6969                 if (mpte != NULL) {
6970                         mpte->ref_count--;
6971                         KASSERT(mpte->ref_count > 0,
6972                             ("pmap_enter: missing reference to page table page,"
6973                              " va: 0x%lx", va));
6974                 }
6975
6976                 /*
6977                  * Has the physical page changed?
6978                  */
6979                 opa = origpte & PG_FRAME;
6980                 if (opa == pa) {
6981                         /*
6982                          * No, might be a protection or wiring change.
6983                          */
6984                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0 &&
6985                             (newpte & PG_RW) != 0)
6986                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
6987                         if (((origpte ^ newpte) & ~(PG_M | PG_A)) == 0)
6988                                 goto unchanged;
6989                         goto validate;
6990                 }
6991
6992                 /*
6993                  * The physical page has changed.  Temporarily invalidate
6994                  * the mapping.  This ensures that all threads sharing the
6995                  * pmap keep a consistent view of the mapping, which is
6996                  * necessary for the correct handling of COW faults.  It
6997                  * also permits reuse of the old mapping's PV entry,
6998                  * avoiding an allocation.
6999                  *
7000                  * For consistency, handle unmanaged mappings the same way.
7001                  */
7002                 origpte = pte_load_clear(pte);
7003                 KASSERT((origpte & PG_FRAME) == opa,
7004                     ("pmap_enter: unexpected pa update for %#lx", va));
7005                 if ((origpte & PG_MANAGED) != 0) {
7006                         om = PHYS_TO_VM_PAGE(opa);
7007
7008                         /*
7009                          * The pmap lock is sufficient to synchronize with
7010                          * concurrent calls to pmap_page_test_mappings() and
7011                          * pmap_ts_referenced().
7012                          */
7013                         if ((origpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
7014                                 vm_page_dirty(om);
7015                         if ((origpte & PG_A) != 0) {
7016                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
7017                                 vm_page_aflag_set(om, PGA_REFERENCED);
7018                         }
7019                         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, opa);
7020                         pv = pmap_pvh_remove(&om->md, pmap, va);
7021                         KASSERT(pv != NULL,
7022                             ("pmap_enter: no PV entry for %#lx", va));
7023                         if ((newpte & PG_MANAGED) == 0)
7024                                 free_pv_entry(pmap, pv);
7025                         if ((om->a.flags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
7026                             TAILQ_EMPTY(&om->md.pv_list) &&
7027                             ((om->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
7028                             TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(opa)->pv_list)))
7029                                 vm_page_aflag_clear(om, PGA_WRITEABLE);
7030                 } else {
7031                         /*
7032                          * Since this mapping is unmanaged, assume that PG_A
7033                          * is set.
7034                          */
7035                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
7036                 }
7037                 origpte = 0;
7038         } else {
7039                 /*
7040                  * Increment the counters.
7041                  */
7042                 if ((newpte & PG_W) != 0)
7043                         pmap->pm_stats.wired_count++;
7044                 pmap_resident_count_adj(pmap, 1);
7045         }
7046
7047         /*
7048          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
7049          */
7050         if ((newpte & PG_MANAGED) != 0) {
7051                 if (pv == NULL) {
7052                         pv = get_pv_entry(pmap, &lock);
7053                         pv->pv_va = va;
7054                 }
7055                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, pa);
7056                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
7057                 m->md.pv_gen++;
7058                 if ((newpte & PG_RW) != 0)
7059                         vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
7060         }
7061
7062         /*
7063          * Update the PTE.
7064          */
7065         if ((origpte & PG_V) != 0) {
7066 validate:
7067                 origpte = pte_load_store(pte, newpte);
7068                 KASSERT((origpte & PG_FRAME) == pa,
7069                     ("pmap_enter: unexpected pa update for %#lx", va));
7070                 if ((newpte & PG_M) == 0 && (origpte & (PG_M | PG_RW)) ==
7071                     (PG_M | PG_RW)) {
7072                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0)
7073                                 vm_page_dirty(m);
7074
7075                         /*
7076                          * Although the PTE may still have PG_RW set, TLB
7077                          * invalidation may nonetheless be required because
7078                          * the PTE no longer has PG_M set.
7079                          */
7080                 } else if ((origpte & PG_NX) != 0 || (newpte & PG_NX) == 0) {
7081                         /*
7082                          * This PTE change does not require TLB invalidation.
7083                          */
7084                         goto unchanged;
7085                 }
7086                 if ((origpte & PG_A) != 0)
7087                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
7088         } else
7089                 pte_store(pte, newpte);
7090
7091 unchanged:
7092
7093 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
7094         /*
7095          * If both the page table page and the reservation are fully
7096          * populated, then attempt promotion.
7097          */
7098         if ((mpte == NULL || mpte->ref_count == NPTEPG) &&
7099             pmap_ps_enabled(pmap) &&
7100             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
7101             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0)
7102                 pmap_promote_pde(pmap, pde, va, &lock);
7103 #endif
7104
7105         rv = KERN_SUCCESS;
7106 out:
7107         if (lock != NULL)
7108                 rw_wunlock(lock);
7109         PMAP_UNLOCK(pmap);
7110         return (rv);
7111 }
7112
7113 /*
7114  * Tries to create a read- and/or execute-only 2MB page mapping.  Returns true
7115  * if successful.  Returns false if (1) a page table page cannot be allocated
7116  * without sleeping, (2) a mapping already exists at the specified virtual
7117  * address, or (3) a PV entry cannot be allocated without reclaiming another
7118  * PV entry.
7119  */
7120 static bool
7121 pmap_enter_2mpage(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
7122     struct rwlock **lockp)
7123 {
7124         pd_entry_t newpde;
7125         pt_entry_t PG_V;
7126
7127         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
7128         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7129         newpde = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, 1) |
7130             PG_PS | PG_V;
7131         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
7132                 newpde |= PG_MANAGED;
7133         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
7134                 newpde |= pg_nx;
7135         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
7136                 newpde |= PG_U;
7137         return (pmap_enter_pde(pmap, va, newpde, PMAP_ENTER_NOSLEEP |
7138             PMAP_ENTER_NOREPLACE | PMAP_ENTER_NORECLAIM, NULL, lockp) ==
7139             KERN_SUCCESS);
7140 }
7141
7142 /*
7143  * Returns true if every page table entry in the specified page table page is
7144  * zero.
7145  */
7146 static bool
7147 pmap_every_pte_zero(vm_paddr_t pa)
7148 {
7149         pt_entry_t *pt_end, *pte;
7150
7151         KASSERT((pa & PAGE_MASK) == 0, ("pa is misaligned"));
7152         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
7153         for (pt_end = pte + NPTEPG; pte < pt_end; pte++) {
7154                 if (*pte != 0)
7155                         return (false);
7156         }
7157         return (true);
7158 }
7159
7160 /*
7161  * Tries to create the specified 2MB page mapping.  Returns KERN_SUCCESS if
7162  * the mapping was created, and either KERN_FAILURE or KERN_RESOURCE_SHORTAGE
7163  * otherwise.  Returns KERN_FAILURE if PMAP_ENTER_NOREPLACE was specified and
7164  * a mapping already exists at the specified virtual address.  Returns
7165  * KERN_RESOURCE_SHORTAGE if PMAP_ENTER_NOSLEEP was specified and a page table
7166  * page allocation failed.  Returns KERN_RESOURCE_SHORTAGE if
7167  * PMAP_ENTER_NORECLAIM was specified and a PV entry allocation failed.
7168  *
7169  * The parameter "m" is only used when creating a managed, writeable mapping.
7170  */
7171 static int
7172 pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t newpde, u_int flags,
7173     vm_page_t m, struct rwlock **lockp)
7174 {
7175         struct spglist free;
7176         pd_entry_t oldpde, *pde;
7177         pt_entry_t PG_G, PG_RW, PG_V;
7178         vm_page_t mt, pdpg;
7179
7180         KASSERT(pmap == kernel_pmap || (newpde & PG_W) == 0,
7181             ("pmap_enter_pde: cannot create wired user mapping"));
7182         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
7183         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7184         KASSERT((newpde & (pmap_modified_bit(pmap) | PG_RW)) != PG_RW,
7185             ("pmap_enter_pde: newpde is missing PG_M"));
7186         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7187         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
7188
7189         if (!pmap_allow_2m_x_page(pmap, pmap_pde_ept_executable(pmap,
7190             newpde))) {
7191                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: 2m x blocked for va %#lx"
7192                     " in pmap %p", va, pmap);
7193                 return (KERN_FAILURE);
7194         }
7195         if ((pde = pmap_alloc_pde(pmap, va, &pdpg, (flags &
7196             PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0 ? NULL : lockp)) == NULL) {
7197                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
7198                     " in pmap %p", va, pmap);
7199                 return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
7200         }
7201
7202         /*
7203          * If pkru is not same for the whole pde range, return failure
7204          * and let vm_fault() cope.  Check after pde allocation, since
7205          * it could sleep.
7206          */
7207         if (!pmap_pkru_same(pmap, va, va + NBPDR)) {
7208                 pmap_abort_ptp(pmap, va, pdpg);
7209                 return (KERN_PROTECTION_FAILURE);
7210         }
7211         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS && pmap->pm_type == PT_X86) {
7212                 newpde &= ~X86_PG_PKU_MASK;
7213                 newpde |= pmap_pkru_get(pmap, va);
7214         }
7215
7216         /*
7217          * If there are existing mappings, either abort or remove them.
7218          */
7219         oldpde = *pde;
7220         if ((oldpde & PG_V) != 0) {
7221                 KASSERT(pdpg == NULL || pdpg->ref_count > 1,
7222                     ("pmap_enter_pde: pdpg's reference count is too low"));
7223                 if ((flags & PMAP_ENTER_NOREPLACE) != 0 && (va <
7224                     VM_MAXUSER_ADDRESS || (oldpde & PG_PS) != 0 ||
7225                     !pmap_every_pte_zero(oldpde & PG_FRAME))) {
7226                         if (pdpg != NULL)
7227                                 pdpg->ref_count--;
7228                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
7229                             " in pmap %p", va, pmap);
7230                         return (KERN_FAILURE);
7231                 }
7232                 /* Break the existing mapping(s). */
7233                 SLIST_INIT(&free);
7234                 if ((oldpde & PG_PS) != 0) {
7235                         /*
7236                          * The reference to the PD page that was acquired by
7237                          * pmap_alloc_pde() ensures that it won't be freed.
7238                          * However, if the PDE resulted from a promotion, then
7239                          * a reserved PT page could be freed.
7240                          */
7241                         (void)pmap_remove_pde(pmap, pde, va, &free, lockp);
7242                         if ((oldpde & PG_G) == 0)
7243                                 pmap_invalidate_pde_page(pmap, va, oldpde);
7244                 } else {
7245                         pmap_delayed_invl_start();
7246                         if (pmap_remove_ptes(pmap, va, va + NBPDR, pde, &free,
7247                             lockp))
7248                                pmap_invalidate_all(pmap);
7249                         pmap_delayed_invl_finish();
7250                 }
7251                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
7252                         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
7253                         KASSERT(*pde == 0, ("pmap_enter_pde: non-zero pde %p",
7254                             pde));
7255                 } else {
7256                         KASSERT(SLIST_EMPTY(&free),
7257                             ("pmap_enter_pde: freed kernel page table page"));
7258
7259                         /*
7260                          * Both pmap_remove_pde() and pmap_remove_ptes() will
7261                          * leave the kernel page table page zero filled.
7262                          */
7263                         mt = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
7264                         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mt, false))
7265                                 panic("pmap_enter_pde: trie insert failed");
7266                 }
7267         }
7268
7269         if ((newpde & PG_MANAGED) != 0) {
7270                 /*
7271                  * Abort this mapping if its PV entry could not be created.
7272                  */
7273                 if (!pmap_pv_insert_pde(pmap, va, newpde, flags, lockp)) {
7274                         if (pdpg != NULL)
7275                                 pmap_abort_ptp(pmap, va, pdpg);
7276                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
7277                             " in pmap %p", va, pmap);
7278                         return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
7279                 }
7280                 if ((newpde & PG_RW) != 0) {
7281                         for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
7282                                 vm_page_aflag_set(mt, PGA_WRITEABLE);
7283                 }
7284         }
7285
7286         /*
7287          * Increment counters.
7288          */
7289         if ((newpde & PG_W) != 0)
7290                 pmap->pm_stats.wired_count += NBPDR / PAGE_SIZE;
7291         pmap_resident_count_adj(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
7292
7293         /*
7294          * Map the superpage.  (This is not a promoted mapping; there will not
7295          * be any lingering 4KB page mappings in the TLB.)
7296          */
7297         pde_store(pde, newpde);
7298
7299         counter_u64_add(pmap_pde_mappings, 1);
7300         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: success for va %#lx in pmap %p",
7301             va, pmap);
7302         return (KERN_SUCCESS);
7303 }
7304
7305 /*
7306  * Maps a sequence of resident pages belonging to the same object.
7307  * The sequence begins with the given page m_start.  This page is
7308  * mapped at the given virtual address start.  Each subsequent page is
7309  * mapped at a virtual address that is offset from start by the same
7310  * amount as the page is offset from m_start within the object.  The
7311  * last page in the sequence is the page with the largest offset from
7312  * m_start that can be mapped at a virtual address less than the given
7313  * virtual address end.  Not every virtual page between start and end
7314  * is mapped; only those for which a resident page exists with the
7315  * corresponding offset from m_start are mapped.
7316  */
7317 void
7318 pmap_enter_object(pmap_t pmap, vm_offset_t start, vm_offset_t end,
7319     vm_page_t m_start, vm_prot_t prot)
7320 {
7321         struct rwlock *lock;
7322         vm_offset_t va;
7323         vm_page_t m, mpte;
7324         vm_pindex_t diff, psize;
7325
7326         VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m_start->object);
7327
7328         psize = atop(end - start);
7329         mpte = NULL;
7330         m = m_start;
7331         lock = NULL;
7332         PMAP_LOCK(pmap);
7333         while (m != NULL && (diff = m->pindex - m_start->pindex) < psize) {
7334                 va = start + ptoa(diff);
7335                 if ((va & PDRMASK) == 0 && va + NBPDR <= end &&
7336                     m->psind == 1 && pmap_ps_enabled(pmap) &&
7337                     pmap_allow_2m_x_page(pmap, (prot & VM_PROT_EXECUTE) != 0) &&
7338                     pmap_enter_2mpage(pmap, va, m, prot, &lock))
7339                         m = &m[NBPDR / PAGE_SIZE - 1];
7340                 else
7341                         mpte = pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot,
7342                             mpte, &lock);
7343                 m = TAILQ_NEXT(m, listq);
7344         }
7345         if (lock != NULL)
7346                 rw_wunlock(lock);
7347         PMAP_UNLOCK(pmap);
7348 }
7349
7350 /*
7351  * this code makes some *MAJOR* assumptions:
7352  * 1. Current pmap & pmap exists.
7353  * 2. Not wired.
7354  * 3. Read access.
7355  * 4. No page table pages.
7356  * but is *MUCH* faster than pmap_enter...
7357  */
7358
7359 void
7360 pmap_enter_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot)
7361 {
7362         struct rwlock *lock;
7363
7364         lock = NULL;
7365         PMAP_LOCK(pmap);
7366         (void)pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot, NULL, &lock);
7367         if (lock != NULL)
7368                 rw_wunlock(lock);
7369         PMAP_UNLOCK(pmap);
7370 }
7371
7372 static vm_page_t
7373 pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
7374     vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp)
7375 {
7376         pt_entry_t newpte, *pte, PG_V;
7377
7378         KASSERT(!VA_IS_CLEANMAP(va) ||
7379             (m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0,
7380             ("pmap_enter_quick_locked: managed mapping within the clean submap"));
7381         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7382         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
7383
7384         /*
7385          * In the case that a page table page is not
7386          * resident, we are creating it here.
7387          */
7388         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
7389                 vm_pindex_t ptepindex;
7390                 pd_entry_t *ptepa;
7391
7392                 /*
7393                  * Calculate pagetable page index
7394                  */
7395                 ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
7396                 if (mpte && (mpte->pindex == ptepindex)) {
7397                         mpte->ref_count++;
7398                 } else {
7399                         /*
7400                          * Get the page directory entry
7401                          */
7402                         ptepa = pmap_pde(pmap, va);
7403
7404                         /*
7405                          * If the page table page is mapped, we just increment
7406                          * the hold count, and activate it.  Otherwise, we
7407                          * attempt to allocate a page table page.  If this
7408                          * attempt fails, we don't retry.  Instead, we give up.
7409                          */
7410                         if (ptepa && (*ptepa & PG_V) != 0) {
7411                                 if (*ptepa & PG_PS)
7412                                         return (NULL);
7413                                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*ptepa & PG_FRAME);
7414                                 mpte->ref_count++;
7415                         } else {
7416                                 /*
7417                                  * Pass NULL instead of the PV list lock
7418                                  * pointer, because we don't intend to sleep.
7419                                  */
7420                                 mpte = pmap_allocpte_alloc(pmap, ptepindex,
7421                                     NULL, va);
7422                                 if (mpte == NULL)
7423                                         return (mpte);
7424                         }
7425                 }
7426                 pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mpte));
7427                 pte = &pte[pmap_pte_index(va)];
7428         } else {
7429                 mpte = NULL;
7430                 pte = vtopte(va);
7431         }
7432         if (*pte) {
7433                 if (mpte != NULL)
7434                         mpte->ref_count--;
7435                 return (NULL);
7436         }
7437
7438         /*
7439          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
7440          */
7441         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 &&
7442             !pmap_try_insert_pv_entry(pmap, va, m, lockp)) {
7443                 if (mpte != NULL)
7444                         pmap_abort_ptp(pmap, va, mpte);
7445                 return (NULL);
7446         }
7447
7448         /*
7449          * Increment counters
7450          */
7451         pmap_resident_count_adj(pmap, 1);
7452
7453         newpte = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_V |
7454             pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, 0);
7455         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
7456                 newpte |= PG_MANAGED;
7457         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
7458                 newpte |= pg_nx;
7459         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
7460                 newpte |= PG_U | pmap_pkru_get(pmap, va);
7461         pte_store(pte, newpte);
7462         return (mpte);
7463 }
7464
7465 /*
7466  * Make a temporary mapping for a physical address.  This is only intended
7467  * to be used for panic dumps.
7468  */
7469 void *
7470 pmap_kenter_temporary(vm_paddr_t pa, int i)
7471 {
7472         vm_offset_t va;
7473
7474         va = (vm_offset_t)crashdumpmap + (i * PAGE_SIZE);
7475         pmap_kenter(va, pa);
7476         invlpg(va);
7477         return ((void *)crashdumpmap);
7478 }
7479
7480 /*
7481  * This code maps large physical mmap regions into the
7482  * processor address space.  Note that some shortcuts
7483  * are taken, but the code works.
7484  */
7485 void
7486 pmap_object_init_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_object_t object,
7487     vm_pindex_t pindex, vm_size_t size)
7488 {
7489         pd_entry_t *pde;
7490         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
7491         vm_paddr_t pa, ptepa;
7492         vm_page_t p, pdpg;
7493         int pat_mode;
7494
7495         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
7496         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7497         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7498         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7499
7500         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
7501         KASSERT(object->type == OBJT_DEVICE || object->type == OBJT_SG,
7502             ("pmap_object_init_pt: non-device object"));
7503         if ((addr & (NBPDR - 1)) == 0 && (size & (NBPDR - 1)) == 0) {
7504                 if (!pmap_ps_enabled(pmap))
7505                         return;
7506                 if (!vm_object_populate(object, pindex, pindex + atop(size)))
7507                         return;
7508                 p = vm_page_lookup(object, pindex);
7509                 KASSERT(p->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
7510                     ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
7511                 pat_mode = p->md.pat_mode;
7512
7513                 /*
7514                  * Abort the mapping if the first page is not physically
7515                  * aligned to a 2MB page boundary.
7516                  */
7517                 ptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(p);
7518                 if (ptepa & (NBPDR - 1))
7519                         return;
7520
7521                 /*
7522                  * Skip the first page.  Abort the mapping if the rest of
7523                  * the pages are not physically contiguous or have differing
7524                  * memory attributes.
7525                  */
7526                 p = TAILQ_NEXT(p, listq);
7527                 for (pa = ptepa + PAGE_SIZE; pa < ptepa + size;
7528                     pa += PAGE_SIZE) {
7529                         KASSERT(p->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
7530                             ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
7531                         if (pa != VM_PAGE_TO_PHYS(p) ||
7532                             pat_mode != p->md.pat_mode)
7533                                 return;
7534                         p = TAILQ_NEXT(p, listq);
7535                 }
7536
7537                 /*
7538                  * Map using 2MB pages.  Since "ptepa" is 2M aligned and
7539                  * "size" is a multiple of 2M, adding the PAT setting to "pa"
7540                  * will not affect the termination of this loop.
7541                  */ 
7542                 PMAP_LOCK(pmap);
7543                 for (pa = ptepa | pmap_cache_bits(pmap, pat_mode, 1);
7544                     pa < ptepa + size; pa += NBPDR) {
7545                         pde = pmap_alloc_pde(pmap, addr, &pdpg, NULL);
7546                         if (pde == NULL) {
7547                                 /*
7548                                  * The creation of mappings below is only an
7549                                  * optimization.  If a page directory page
7550                                  * cannot be allocated without blocking,
7551                                  * continue on to the next mapping rather than
7552                                  * blocking.
7553                                  */
7554                                 addr += NBPDR;
7555                                 continue;
7556                         }
7557                         if ((*pde & PG_V) == 0) {
7558                                 pde_store(pde, pa | PG_PS | PG_M | PG_A |
7559                                     PG_U | PG_RW | PG_V);
7560                                 pmap_resident_count_adj(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
7561                                 counter_u64_add(pmap_pde_mappings, 1);
7562                         } else {
7563                                 /* Continue on if the PDE is already valid. */
7564                                 pdpg->ref_count--;
7565                                 KASSERT(pdpg->ref_count > 0,
7566                                     ("pmap_object_init_pt: missing reference "
7567                                     "to page directory page, va: 0x%lx", addr));
7568                         }
7569                         addr += NBPDR;
7570                 }
7571                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7572         }
7573 }
7574
7575 /*
7576  *      Clear the wired attribute from the mappings for the specified range of
7577  *      addresses in the given pmap.  Every valid mapping within that range
7578  *      must have the wired attribute set.  In contrast, invalid mappings
7579  *      cannot have the wired attribute set, so they are ignored.
7580  *
7581  *      The wired attribute of the page table entry is not a hardware
7582  *      feature, so there is no need to invalidate any TLB entries.
7583  *      Since pmap_demote_pde() for the wired entry must never fail,
7584  *      pmap_delayed_invl_start()/finish() calls around the
7585  *      function are not needed.
7586  */
7587 void
7588 pmap_unwire(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
7589 {
7590         vm_offset_t va_next;
7591         pml4_entry_t *pml4e;
7592         pdp_entry_t *pdpe;
7593         pd_entry_t *pde;
7594         pt_entry_t *pte, PG_V, PG_G;
7595
7596         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7597         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
7598         PMAP_LOCK(pmap);
7599         for (; sva < eva; sva = va_next) {
7600                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
7601                 if (pml4e == NULL || (*pml4e & PG_V) == 0) {
7602                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
7603                         if (va_next < sva)
7604                                 va_next = eva;
7605                         continue;
7606                 }
7607
7608                 va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
7609                 if (va_next < sva)
7610                         va_next = eva;
7611                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
7612                 if ((*pdpe & PG_V) == 0)
7613                         continue;
7614                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0) {
7615                         KASSERT(va_next <= eva,
7616                             ("partial update of non-transparent 1G mapping "
7617                             "pdpe %#lx sva %#lx eva %#lx va_next %#lx",
7618                             *pdpe, sva, eva, va_next));
7619                         MPASS(pmap != kernel_pmap); /* XXXKIB */
7620                         MPASS((*pdpe & (PG_MANAGED | PG_G)) == 0);
7621                         atomic_clear_long(pdpe, PG_W);
7622                         pmap->pm_stats.wired_count -= NBPDP / PAGE_SIZE;
7623                         continue;
7624                 }
7625
7626                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
7627                 if (va_next < sva)
7628                         va_next = eva;
7629                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
7630                 if ((*pde & PG_V) == 0)
7631                         continue;
7632                 if ((*pde & PG_PS) != 0) {
7633                         if ((*pde & PG_W) == 0)
7634                                 panic("pmap_unwire: pde %#jx is missing PG_W",
7635                                     (uintmax_t)*pde);
7636
7637                         /*
7638                          * Are we unwiring the entire large page?  If not,
7639                          * demote the mapping and fall through.
7640                          */
7641                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
7642                                 atomic_clear_long(pde, PG_W);
7643                                 pmap->pm_stats.wired_count -= NBPDR /
7644                                     PAGE_SIZE;
7645                                 continue;
7646                         } else if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, sva))
7647                                 panic("pmap_unwire: demotion failed");
7648                 }
7649                 if (va_next > eva)
7650                         va_next = eva;
7651                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
7652                     sva += PAGE_SIZE) {
7653                         if ((*pte & PG_V) == 0)
7654                                 continue;
7655                         if ((*pte & PG_W) == 0)
7656                                 panic("pmap_unwire: pte %#jx is missing PG_W",
7657                                     (uintmax_t)*pte);
7658
7659                         /*
7660                          * PG_W must be cleared atomically.  Although the pmap
7661                          * lock synchronizes access to PG_W, another processor
7662                          * could be setting PG_M and/or PG_A concurrently.
7663                          */
7664                         atomic_clear_long(pte, PG_W);
7665                         pmap->pm_stats.wired_count--;
7666                 }
7667         }
7668         PMAP_UNLOCK(pmap);
7669 }
7670
7671 /*
7672  *      Copy the range specified by src_addr/len
7673  *      from the source map to the range dst_addr/len
7674  *      in the destination map.
7675  *
7676  *      This routine is only advisory and need not do anything.
7677  */
7678 void
7679 pmap_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap, vm_offset_t dst_addr, vm_size_t len,
7680     vm_offset_t src_addr)
7681 {
7682         struct rwlock *lock;
7683         pml4_entry_t *pml4e;
7684         pdp_entry_t *pdpe;
7685         pd_entry_t *pde, srcptepaddr;
7686         pt_entry_t *dst_pte, PG_A, PG_M, PG_V, ptetemp, *src_pte;
7687         vm_offset_t addr, end_addr, va_next;
7688         vm_page_t dst_pdpg, dstmpte, srcmpte;
7689
7690         if (dst_addr != src_addr)
7691                 return;
7692
7693         if (dst_pmap->pm_type != src_pmap->pm_type)
7694                 return;
7695
7696         /*
7697          * EPT page table entries that require emulation of A/D bits are
7698          * sensitive to clearing the PG_A bit (aka EPT_PG_READ). Although
7699          * we clear PG_M (aka EPT_PG_WRITE) concomitantly, the PG_U bit
7700          * (aka EPT_PG_EXECUTE) could still be set. Since some EPT
7701          * implementations flag an EPT misconfiguration for exec-only
7702          * mappings we skip this function entirely for emulated pmaps.
7703          */
7704         if (pmap_emulate_ad_bits(dst_pmap))
7705                 return;
7706
7707         end_addr = src_addr + len;
7708         lock = NULL;
7709         if (dst_pmap < src_pmap) {
7710                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
7711                 PMAP_LOCK(src_pmap);
7712         } else {
7713                 PMAP_LOCK(src_pmap);
7714                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
7715         }
7716
7717         PG_A = pmap_accessed_bit(dst_pmap);
7718         PG_M = pmap_modified_bit(dst_pmap);
7719         PG_V = pmap_valid_bit(dst_pmap);
7720
7721         for (addr = src_addr; addr < end_addr; addr = va_next) {
7722                 KASSERT(addr < UPT_MIN_ADDRESS,
7723                     ("pmap_copy: invalid to pmap_copy page tables"));
7724
7725                 pml4e = pmap_pml4e(src_pmap, addr);
7726                 if (pml4e == NULL || (*pml4e & PG_V) == 0) {
7727                         va_next = (addr + NBPML4) & ~PML4MASK;
7728                         if (va_next < addr)
7729                                 va_next = end_addr;
7730                         continue;
7731                 }
7732
7733                 va_next = (addr + NBPDP) & ~PDPMASK;
7734                 if (va_next < addr)
7735                         va_next = end_addr;
7736                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, addr);
7737                 if ((*pdpe & PG_V) == 0)
7738                         continue;
7739                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0) {
7740                         KASSERT(va_next <= end_addr,
7741                             ("partial update of non-transparent 1G mapping "
7742                             "pdpe %#lx sva %#lx eva %#lx va_next %#lx",
7743                             *pdpe, addr, end_addr, va_next));
7744                         MPASS((addr & PDPMASK) == 0);
7745                         MPASS((*pdpe & PG_MANAGED) == 0);
7746                         srcptepaddr = *pdpe;
7747                         pdpe = pmap_pdpe(dst_pmap, addr);
7748                         if (pdpe == NULL) {
7749                                 if (pmap_allocpte_alloc(dst_pmap,
7750                                     pmap_pml4e_pindex(addr), NULL, addr) ==
7751                                     NULL)
7752                                         break;
7753                                 pdpe = pmap_pdpe(dst_pmap, addr);
7754                         } else {
7755                                 pml4e = pmap_pml4e(dst_pmap, addr);
7756                                 dst_pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pml4e & PG_FRAME);
7757                                 dst_pdpg->ref_count++;
7758                         }
7759                         KASSERT(*pdpe == 0,
7760                             ("1G mapping present in dst pmap "
7761                             "pdpe %#lx sva %#lx eva %#lx va_next %#lx",
7762                             *pdpe, addr, end_addr, va_next));
7763                         *pdpe = srcptepaddr & ~PG_W;
7764                         pmap_resident_count_adj(dst_pmap, NBPDP / PAGE_SIZE);
7765                         continue;
7766                 }
7767
7768                 va_next = (addr + NBPDR) & ~PDRMASK;
7769                 if (va_next < addr)
7770                         va_next = end_addr;
7771
7772                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, addr);
7773                 srcptepaddr = *pde;
7774                 if (srcptepaddr == 0)
7775                         continue;
7776                         
7777                 if (srcptepaddr & PG_PS) {
7778                         if ((addr & PDRMASK) != 0 || addr + NBPDR > end_addr)
7779                                 continue;
7780                         pde = pmap_alloc_pde(dst_pmap, addr, &dst_pdpg, NULL);
7781                         if (pde == NULL)
7782                                 break;
7783                         if (*pde == 0 && ((srcptepaddr & PG_MANAGED) == 0 ||
7784                             pmap_pv_insert_pde(dst_pmap, addr, srcptepaddr,
7785                             PMAP_ENTER_NORECLAIM, &lock))) {
7786                                 *pde = srcptepaddr & ~PG_W;
7787                                 pmap_resident_count_adj(dst_pmap, NBPDR /
7788                                     PAGE_SIZE);
7789                                 counter_u64_add(pmap_pde_mappings, 1);
7790                         } else
7791                                 pmap_abort_ptp(dst_pmap, addr, dst_pdpg);
7792                         continue;
7793                 }
7794
7795                 srcptepaddr &= PG_FRAME;
7796                 srcmpte = PHYS_TO_VM_PAGE(srcptepaddr);
7797                 KASSERT(srcmpte->ref_count > 0,
7798                     ("pmap_copy: source page table page is unused"));
7799
7800                 if (va_next > end_addr)
7801                         va_next = end_addr;
7802
7803                 src_pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(srcptepaddr);
7804                 src_pte = &src_pte[pmap_pte_index(addr)];
7805                 dstmpte = NULL;
7806                 for (; addr < va_next; addr += PAGE_SIZE, src_pte++) {
7807                         ptetemp = *src_pte;
7808
7809                         /*
7810                          * We only virtual copy managed pages.
7811                          */
7812                         if ((ptetemp & PG_MANAGED) == 0)
7813                                 continue;
7814
7815                         if (dstmpte != NULL) {
7816                                 KASSERT(dstmpte->pindex ==
7817                                     pmap_pde_pindex(addr),
7818                                     ("dstmpte pindex/addr mismatch"));
7819                                 dstmpte->ref_count++;
7820                         } else if ((dstmpte = pmap_allocpte(dst_pmap, addr,
7821                             NULL)) == NULL)
7822                                 goto out;
7823                         dst_pte = (pt_entry_t *)
7824                             PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(dstmpte));
7825                         dst_pte = &dst_pte[pmap_pte_index(addr)];
7826                         if (*dst_pte == 0 &&
7827                             pmap_try_insert_pv_entry(dst_pmap, addr,
7828                             PHYS_TO_VM_PAGE(ptetemp & PG_FRAME), &lock)) {
7829                                 /*
7830                                  * Clear the wired, modified, and accessed
7831                                  * (referenced) bits during the copy.
7832                                  */
7833                                 *dst_pte = ptetemp & ~(PG_W | PG_M | PG_A);
7834                                 pmap_resident_count_adj(dst_pmap, 1);
7835                         } else {
7836                                 pmap_abort_ptp(dst_pmap, addr, dstmpte);
7837                                 goto out;
7838                         }
7839                         /* Have we copied all of the valid mappings? */ 
7840                         if (dstmpte->ref_count >= srcmpte->ref_count)
7841                                 break;
7842                 }
7843         }
7844 out:
7845         if (lock != NULL)
7846                 rw_wunlock(lock);
7847         PMAP_UNLOCK(src_pmap);
7848         PMAP_UNLOCK(dst_pmap);
7849 }
7850
7851 int
7852 pmap_vmspace_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap)
7853 {
7854         int error;
7855
7856         if (dst_pmap->pm_type != src_pmap->pm_type ||
7857             dst_pmap->pm_type != PT_X86 ||
7858             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) == 0)
7859                 return (0);
7860         for (;;) {
7861                 if (dst_pmap < src_pmap) {
7862                         PMAP_LOCK(dst_pmap);
7863                         PMAP_LOCK(src_pmap);
7864                 } else {
7865                         PMAP_LOCK(src_pmap);
7866                         PMAP_LOCK(dst_pmap);
7867                 }
7868                 error = pmap_pkru_copy(dst_pmap, src_pmap);
7869                 /* Clean up partial copy on failure due to no memory. */
7870                 if (error == ENOMEM)
7871                         pmap_pkru_deassign_all(dst_pmap);
7872                 PMAP_UNLOCK(src_pmap);
7873                 PMAP_UNLOCK(dst_pmap);
7874                 if (error != ENOMEM)
7875                         break;
7876                 vm_wait(NULL);
7877         }
7878         return (error);
7879 }
7880
7881 /*
7882  * Zero the specified hardware page.
7883  */
7884 void
7885 pmap_zero_page(vm_page_t m)
7886 {
7887         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
7888
7889         pagezero((void *)va);
7890 }
7891
7892 /*
7893  * Zero an an area within a single hardware page.  off and size must not
7894  * cover an area beyond a single hardware page.
7895  */
7896 void
7897 pmap_zero_page_area(vm_page_t m, int off, int size)
7898 {
7899         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
7900
7901         if (off == 0 && size == PAGE_SIZE)
7902                 pagezero((void *)va);
7903         else
7904                 bzero((char *)va + off, size);
7905 }
7906
7907 /*
7908  * Copy 1 specified hardware page to another.
7909  */
7910 void
7911 pmap_copy_page(vm_page_t msrc, vm_page_t mdst)
7912 {
7913         vm_offset_t src = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(msrc));
7914         vm_offset_t dst = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mdst));
7915
7916         pagecopy((void *)src, (void *)dst);
7917 }
7918
7919 int unmapped_buf_allowed = 1;
7920
7921 void
7922 pmap_copy_pages(vm_page_t ma[], vm_offset_t a_offset, vm_page_t mb[],
7923     vm_offset_t b_offset, int xfersize)
7924 {
7925         void *a_cp, *b_cp;
7926         vm_page_t pages[2];
7927         vm_offset_t vaddr[2], a_pg_offset, b_pg_offset;
7928         int cnt;
7929         boolean_t mapped;
7930
7931         while (xfersize > 0) {
7932                 a_pg_offset = a_offset & PAGE_MASK;
7933                 pages[0] = ma[a_offset >> PAGE_SHIFT];
7934                 b_pg_offset = b_offset & PAGE_MASK;
7935                 pages[1] = mb[b_offset >> PAGE_SHIFT];
7936                 cnt = min(xfersize, PAGE_SIZE - a_pg_offset);
7937                 cnt = min(cnt, PAGE_SIZE - b_pg_offset);
7938                 mapped = pmap_map_io_transient(pages, vaddr, 2, FALSE);
7939                 a_cp = (char *)vaddr[0] + a_pg_offset;
7940                 b_cp = (char *)vaddr[1] + b_pg_offset;
7941                 bcopy(a_cp, b_cp, cnt);
7942                 if (__predict_false(mapped))
7943                         pmap_unmap_io_transient(pages, vaddr, 2, FALSE);
7944                 a_offset += cnt;
7945                 b_offset += cnt;
7946                 xfersize -= cnt;
7947         }
7948 }
7949
7950 /*
7951  * Returns true if the pmap's pv is one of the first
7952  * 16 pvs linked to from this page.  This count may
7953  * be changed upwards or downwards in the future; it
7954  * is only necessary that true be returned for a small
7955  * subset of pmaps for proper page aging.
7956  */
7957 boolean_t
7958 pmap_page_exists_quick(pmap_t pmap, vm_page_t m)
7959 {
7960         struct md_page *pvh;
7961         struct rwlock *lock;
7962         pv_entry_t pv;
7963         int loops = 0;
7964         boolean_t rv;
7965
7966         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
7967             ("pmap_page_exists_quick: page %p is not managed", m));
7968         rv = FALSE;
7969         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
7970         rw_rlock(lock);
7971         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
7972                 if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
7973                         rv = TRUE;
7974                         break;
7975                 }
7976                 loops++;
7977                 if (loops >= 16)
7978                         break;
7979         }
7980         if (!rv && loops < 16 && (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
7981                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
7982                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
7983                         if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
7984                                 rv = TRUE;
7985                                 break;
7986                         }
7987                         loops++;
7988                         if (loops >= 16)
7989                                 break;
7990                 }
7991         }
7992         rw_runlock(lock);
7993         return (rv);
7994 }
7995
7996 /*
7997  *      pmap_page_wired_mappings:
7998  *
7999  *      Return the number of managed mappings to the given physical page
8000  *      that are wired.
8001  */
8002 int
8003 pmap_page_wired_mappings(vm_page_t m)
8004 {
8005         struct rwlock *lock;
8006         struct md_page *pvh;
8007         pmap_t pmap;
8008         pt_entry_t *pte;
8009         pv_entry_t pv;
8010         int count, md_gen, pvh_gen;
8011
8012         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
8013                 return (0);
8014         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
8015         rw_rlock(lock);
8016 restart:
8017         count = 0;
8018         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
8019                 pmap = PV_PMAP(pv);
8020                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
8021                         md_gen = m->md.pv_gen;
8022                         rw_runlock(lock);
8023                         PMAP_LOCK(pmap);
8024                         rw_rlock(lock);
8025                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
8026                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8027                                 goto restart;
8028                         }
8029                 }
8030                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va);
8031                 if ((*pte & PG_W) != 0)
8032                         count++;
8033                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8034         }
8035         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
8036                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
8037                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
8038                         pmap = PV_PMAP(pv);
8039                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
8040                                 md_gen = m->md.pv_gen;
8041                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
8042                                 rw_runlock(lock);
8043                                 PMAP_LOCK(pmap);
8044                                 rw_rlock(lock);
8045                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
8046                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
8047                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
8048                                         goto restart;
8049                                 }
8050                         }
8051                         pte = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
8052                         if ((*pte & PG_W) != 0)
8053                                 count++;
8054                         PMAP_UNLOCK(pmap);
8055                 }
8056         }
8057         rw_runlock(lock);
8058         return (count);
8059 }
8060
8061 /*
8062  * Returns TRUE if the given page is mapped individually or as part of
8063  * a 2mpage.  Otherwise, returns FALSE.
8064  */
8065 boolean_t
8066 pmap_page_is_mapped(vm_page_t m)
8067 {
8068         struct rwlock *lock;
8069         boolean_t rv;
8070
8071         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
8072                 return (FALSE);
8073         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
8074         rw_rlock(lock);
8075         rv = !TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) ||
8076             ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
8077             !TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m))->pv_list));
8078         rw_runlock(lock);
8079         return (rv);
8080 }
8081
8082 /*
8083  * Destroy all managed, non-wired mappings in the given user-space
8084  * pmap.  This pmap cannot be active on any processor besides the
8085  * caller.
8086  *
8087  * This function cannot be applied to the kernel pmap.  Moreover, it
8088  * is not intended for general use.  It is only to be used during
8089  * process termination.  Consequently, it can be implemented in ways
8090  * that make it faster than pmap_remove().  First, it can more quickly
8091  * destroy mappings by iterating over the pmap's collection of PV
8092  * entries, rather than searching the page table.  Second, it doesn't
8093  * have to test and clear the page table entries atomically, because
8094  * no processor is currently accessing the user address space.  In
8095  * particular, a page table entry's dirty bit won't change state once
8096  * this function starts.
8097  *
8098  * Although this function destroys all of the pmap's managed,
8099  * non-wired mappings, it can delay and batch the invalidation of TLB
8100  * entries without calling pmap_delayed_invl_start() and
8101  * pmap_delayed_invl_finish().  Because the pmap is not active on
8102  * any other processor, none of these TLB entries will ever be used
8103  * before their eventual invalidation.  Consequently, there is no need
8104  * for either pmap_remove_all() or pmap_remove_write() to wait for
8105  * that eventual TLB invalidation.
8106  */
8107 void
8108 pmap_remove_pages(pmap_t pmap)
8109 {
8110         pd_entry_t ptepde;
8111         pt_entry_t *pte, tpte;
8112         pt_entry_t PG_M, PG_RW, PG_V;
8113         struct spglist free;
8114         struct pv_chunklist free_chunks[PMAP_MEMDOM];
8115         vm_page_t m, mpte, mt;
8116         pv_entry_t pv;
8117         struct md_page *pvh;
8118         struct pv_chunk *pc, *npc;
8119         struct rwlock *lock;
8120         int64_t bit;
8121         uint64_t inuse, bitmask;
8122         int allfree, field, freed, i, idx;
8123         boolean_t superpage;
8124         vm_paddr_t pa;
8125
8126         /*
8127          * Assert that the given pmap is only active on the current
8128          * CPU.  Unfortunately, we cannot block another CPU from
8129          * activating the pmap while this function is executing.
8130          */
8131         KASSERT(pmap == PCPU_GET(curpmap), ("non-current pmap %p", pmap));
8132 #ifdef INVARIANTS
8133         {
8134                 cpuset_t other_cpus;
8135
8136                 other_cpus = all_cpus;
8137                 critical_enter();
8138                 CPU_CLR(PCPU_GET(cpuid), &other_cpus);
8139                 CPU_AND(&other_cpus, &pmap->pm_active);
8140                 critical_exit();
8141                 KASSERT(CPU_EMPTY(&other_cpus), ("pmap active %p", pmap));
8142         }
8143 #endif
8144
8145         lock = NULL;
8146         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
8147         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
8148         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8149
8150         for (i = 0; i < PMAP_MEMDOM; i++)
8151                 TAILQ_INIT(&free_chunks[i]);
8152         SLIST_INIT(&free);
8153         PMAP_LOCK(pmap);
8154         TAILQ_FOREACH_SAFE(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list, npc) {
8155                 allfree = 1;
8156                 freed = 0;
8157                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
8158                         inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
8159                         while (inuse != 0) {
8160                                 bit = bsfq(inuse);
8161                                 bitmask = 1UL << bit;
8162                                 idx = field * 64 + bit;
8163                                 pv = &pc->pc_pventry[idx];
8164                                 inuse &= ~bitmask;
8165
8166                                 pte = pmap_pdpe(pmap, pv->pv_va);
8167                                 ptepde = *pte;
8168                                 pte = pmap_pdpe_to_pde(pte, pv->pv_va);
8169                                 tpte = *pte;
8170                                 if ((tpte & (PG_PS | PG_V)) == PG_V) {
8171                                         superpage = FALSE;
8172                                         ptepde = tpte;
8173                                         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(tpte &
8174                                             PG_FRAME);
8175                                         pte = &pte[pmap_pte_index(pv->pv_va)];
8176                                         tpte = *pte;
8177                                 } else {
8178                                         /*
8179                                          * Keep track whether 'tpte' is a
8180                                          * superpage explicitly instead of
8181                                          * relying on PG_PS being set.
8182                                          *
8183                                          * This is because PG_PS is numerically
8184                                          * identical to PG_PTE_PAT and thus a
8185                                          * regular page could be mistaken for
8186                                          * a superpage.
8187                                          */
8188                                         superpage = TRUE;
8189                                 }
8190
8191                                 if ((tpte & PG_V) == 0) {
8192                                         panic("bad pte va %lx pte %lx",
8193                                             pv->pv_va, tpte);
8194                                 }
8195
8196 /*
8197  * We cannot remove wired pages from a process' mapping at this time
8198  */
8199                                 if (tpte & PG_W) {
8200                                         allfree = 0;
8201                                         continue;
8202                                 }
8203
8204                                 /* Mark free */
8205                                 pc->pc_map[field] |= bitmask;
8206
8207                                 /*
8208                                  * Because this pmap is not active on other
8209                                  * processors, the dirty bit cannot have
8210                                  * changed state since we last loaded pte.
8211                                  */
8212                                 pte_clear(pte);
8213
8214                                 if (superpage)
8215                                         pa = tpte & PG_PS_FRAME;
8216                                 else
8217                                         pa = tpte & PG_FRAME;
8218
8219                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
8220                                 KASSERT(m->phys_addr == pa,
8221                                     ("vm_page_t %p phys_addr mismatch %016jx %016jx",
8222                                     m, (uintmax_t)m->phys_addr,
8223                                     (uintmax_t)tpte));
8224
8225                                 KASSERT((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
8226                                     m < &vm_page_array[vm_page_array_size],
8227                                     ("pmap_remove_pages: bad tpte %#jx",
8228                                     (uintmax_t)tpte));
8229
8230                                 /*
8231                                  * Update the vm_page_t clean/reference bits.
8232                                  */
8233                                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
8234                                         if (superpage) {
8235                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
8236                                                         vm_page_dirty(mt);
8237                                         } else
8238                                                 vm_page_dirty(m);
8239                                 }
8240
8241                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(&lock, m);
8242
8243                                 if (superpage) {
8244                                         pmap_resident_count_adj(pmap, -NBPDR / PAGE_SIZE);
8245                                         pvh = pa_to_pvh(tpte & PG_PS_FRAME);
8246                                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
8247                                         pvh->pv_gen++;
8248                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
8249                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
8250                                                         if ((mt->a.flags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
8251                                                             TAILQ_EMPTY(&mt->md.pv_list))
8252                                                                 vm_page_aflag_clear(mt, PGA_WRITEABLE);
8253                                         }
8254                                         mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, pv->pv_va);
8255                                         if (mpte != NULL) {
8256                                                 KASSERT(mpte->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
8257                                                     ("pmap_remove_pages: pte page not promoted"));
8258                                                 pmap_resident_count_adj(pmap, -1);
8259                                                 KASSERT(mpte->ref_count == NPTEPG,
8260                                                     ("pmap_remove_pages: pte page reference count error"));
8261                                                 mpte->ref_count = 0;
8262                                                 pmap_add_delayed_free_list(mpte, &free, FALSE);
8263                                         }
8264                                 } else {
8265                                         pmap_resident_count_adj(pmap, -1);
8266                                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
8267                                         m->md.pv_gen++;
8268                                         if ((m->a.flags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
8269                                             TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
8270                                             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
8271                                                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
8272                                                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
8273                                                         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
8274                                         }
8275                                 }
8276                                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, ptepde, &free);
8277                                 freed++;
8278                         }
8279                 }
8280                 PV_STAT(counter_u64_add(pv_entry_frees, freed));
8281                 PV_STAT(counter_u64_add(pv_entry_spare, freed));
8282                 PV_STAT(counter_u64_add(pv_entry_count, -freed));
8283                 if (allfree) {
8284                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
8285                         TAILQ_INSERT_TAIL(&free_chunks[pc_to_domain(pc)], pc, pc_list);
8286                 }
8287         }
8288         if (lock != NULL)
8289                 rw_wunlock(lock);
8290         pmap_invalidate_all(pmap);
8291         pmap_pkru_deassign_all(pmap);
8292         free_pv_chunk_batch((struct pv_chunklist *)&free_chunks);
8293         PMAP_UNLOCK(pmap);
8294         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
8295 }
8296
8297 static boolean_t
8298 pmap_page_test_mappings(vm_page_t m, boolean_t accessed, boolean_t modified)
8299 {
8300         struct rwlock *lock;
8301         pv_entry_t pv;
8302         struct md_page *pvh;
8303         pt_entry_t *pte, mask;
8304         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
8305         pmap_t pmap;
8306         int md_gen, pvh_gen;
8307         boolean_t rv;
8308
8309         rv = FALSE;
8310         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
8311         rw_rlock(lock);
8312 restart:
8313         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
8314                 pmap = PV_PMAP(pv);
8315                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
8316                         md_gen = m->md.pv_gen;
8317                         rw_runlock(lock);
8318                         PMAP_LOCK(pmap);
8319                         rw_rlock(lock);
8320                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
8321                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8322                                 goto restart;
8323                         }
8324                 }
8325                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va);
8326                 mask = 0;
8327                 if (modified) {
8328                         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
8329                         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8330                         mask |= PG_RW | PG_M;
8331                 }
8332                 if (accessed) {
8333                         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
8334                         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
8335                         mask |= PG_V | PG_A;
8336                 }
8337                 rv = (*pte & mask) == mask;
8338                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8339                 if (rv)
8340                         goto out;
8341         }
8342         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
8343                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
8344                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
8345                         pmap = PV_PMAP(pv);
8346                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
8347                                 md_gen = m->md.pv_gen;
8348                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
8349                                 rw_runlock(lock);
8350                                 PMAP_LOCK(pmap);
8351                                 rw_rlock(lock);
8352                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
8353                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
8354                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
8355                                         goto restart;
8356                                 }
8357                         }
8358                         pte = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
8359                         mask = 0;
8360                         if (modified) {
8361                                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
8362                                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8363                                 mask |= PG_RW | PG_M;
8364                         }
8365                         if (accessed) {
8366                                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
8367                                 PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
8368                                 mask |= PG_V | PG_A;
8369                         }
8370                         rv = (*pte & mask) == mask;
8371                         PMAP_UNLOCK(pmap);
8372                         if (rv)
8373                                 goto out;
8374                 }
8375         }
8376 out:
8377         rw_runlock(lock);
8378         return (rv);
8379 }
8380
8381 /*
8382  *      pmap_is_modified:
8383  *
8384  *      Return whether or not the specified physical page was modified
8385  *      in any physical maps.
8386  */
8387 boolean_t
8388 pmap_is_modified(vm_page_t m)
8389 {
8390
8391         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
8392             ("pmap_is_modified: page %p is not managed", m));
8393
8394         /*
8395          * If the page is not busied then this check is racy.
8396          */
8397         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
8398                 return (FALSE);
8399         return (pmap_page_test_mappings(m, FALSE, TRUE));
8400 }
8401
8402 /*
8403  *      pmap_is_prefaultable:
8404  *
8405  *      Return whether or not the specified virtual address is eligible
8406  *      for prefault.
8407  */
8408 boolean_t
8409 pmap_is_prefaultable(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
8410 {
8411         pd_entry_t *pde;
8412         pt_entry_t *pte, PG_V;
8413         boolean_t rv;
8414
8415         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
8416         rv = FALSE;
8417         PMAP_LOCK(pmap);
8418         pde = pmap_pde(pmap, addr);
8419         if (pde != NULL && (*pde & (PG_PS | PG_V)) == PG_V) {
8420                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, addr);
8421                 rv = (*pte & PG_V) == 0;
8422         }
8423         PMAP_UNLOCK(pmap);
8424         return (rv);
8425 }
8426
8427 /*
8428  *      pmap_is_referenced:
8429  *
8430  *      Return whether or not the specified physical page was referenced
8431  *      in any physical maps.
8432  */
8433 boolean_t
8434 pmap_is_referenced(vm_page_t m)
8435 {
8436
8437         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
8438             ("pmap_is_referenced: page %p is not managed", m));
8439         return (pmap_page_test_mappings(m, TRUE, FALSE));
8440 }
8441
8442 /*
8443  * Clear the write and modified bits in each of the given page's mappings.
8444  */
8445 void
8446 pmap_remove_write(vm_page_t m)
8447 {
8448         struct md_page *pvh;
8449         pmap_t pmap;
8450         struct rwlock *lock;
8451         pv_entry_t next_pv, pv;
8452         pd_entry_t *pde;
8453         pt_entry_t oldpte, *pte, PG_M, PG_RW;
8454         vm_offset_t va;
8455         int pvh_gen, md_gen;
8456
8457         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
8458             ("pmap_remove_write: page %p is not managed", m));
8459
8460         vm_page_assert_busied(m);
8461         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
8462                 return;
8463
8464         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
8465         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
8466             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
8467         rw_wlock(lock);
8468 retry:
8469         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
8470                 pmap = PV_PMAP(pv);
8471                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
8472                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
8473                         rw_wunlock(lock);
8474                         PMAP_LOCK(pmap);
8475                         rw_wlock(lock);
8476                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
8477                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8478                                 goto retry;
8479                         }
8480                 }
8481                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8482                 va = pv->pv_va;
8483                 pde = pmap_pde(pmap, va);
8484                 if ((*pde & PG_RW) != 0)
8485                         (void)pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
8486                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
8487                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
8488                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
8489                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8490         }
8491         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
8492                 pmap = PV_PMAP(pv);
8493                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
8494                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
8495                         md_gen = m->md.pv_gen;
8496                         rw_wunlock(lock);
8497                         PMAP_LOCK(pmap);
8498                         rw_wlock(lock);
8499                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen ||
8500                             md_gen != m->md.pv_gen) {
8501                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8502                                 goto retry;
8503                         }
8504                 }
8505                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
8506                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8507                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
8508                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0,
8509                     ("pmap_remove_write: found a 2mpage in page %p's pv list",
8510                     m));
8511                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
8512                 oldpte = *pte;
8513                 if (oldpte & PG_RW) {
8514                         while (!atomic_fcmpset_long(pte, &oldpte, oldpte &
8515                             ~(PG_RW | PG_M)))
8516                                 cpu_spinwait();
8517                         if ((oldpte & PG_M) != 0)
8518                                 vm_page_dirty(m);
8519                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
8520                 }
8521                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8522         }
8523         rw_wunlock(lock);
8524         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
8525         pmap_delayed_invl_wait(m);
8526 }
8527
8528 static __inline boolean_t
8529 safe_to_clear_referenced(pmap_t pmap, pt_entry_t pte)
8530 {
8531
8532         if (!pmap_emulate_ad_bits(pmap))
8533                 return (TRUE);
8534
8535         KASSERT(pmap->pm_type == PT_EPT, ("invalid pm_type %d", pmap->pm_type));
8536
8537         /*
8538          * XWR = 010 or 110 will cause an unconditional EPT misconfiguration
8539          * so we don't let the referenced (aka EPT_PG_READ) bit to be cleared
8540          * if the EPT_PG_WRITE bit is set.
8541          */
8542         if ((pte & EPT_PG_WRITE) != 0)
8543                 return (FALSE);
8544
8545         /*
8546          * XWR = 100 is allowed only if the PMAP_SUPPORTS_EXEC_ONLY is set.
8547          */
8548         if ((pte & EPT_PG_EXECUTE) == 0 ||
8549             ((pmap->pm_flags & PMAP_SUPPORTS_EXEC_ONLY) != 0))
8550                 return (TRUE);
8551         else
8552                 return (FALSE);
8553 }
8554
8555 /*
8556  *      pmap_ts_referenced:
8557  *
8558  *      Return a count of reference bits for a page, clearing those bits.
8559  *      It is not necessary for every reference bit to be cleared, but it
8560  *      is necessary that 0 only be returned when there are truly no
8561  *      reference bits set.
8562  *
8563  *      As an optimization, update the page's dirty field if a modified bit is
8564  *      found while counting reference bits.  This opportunistic update can be
8565  *      performed at low cost and can eliminate the need for some future calls
8566  *      to pmap_is_modified().  However, since this function stops after
8567  *      finding PMAP_TS_REFERENCED_MAX reference bits, it may not detect some
8568  *      dirty pages.  Those dirty pages will only be detected by a future call
8569  *      to pmap_is_modified().
8570  *
8571  *      A DI block is not needed within this function, because
8572  *      invalidations are performed before the PV list lock is
8573  *      released.
8574  */
8575 int
8576 pmap_ts_referenced(vm_page_t m)
8577 {
8578         struct md_page *pvh;
8579         pv_entry_t pv, pvf;
8580         pmap_t pmap;
8581         struct rwlock *lock;
8582         pd_entry_t oldpde, *pde;
8583         pt_entry_t *pte, PG_A, PG_M, PG_RW;
8584         vm_offset_t va;
8585         vm_paddr_t pa;
8586         int cleared, md_gen, not_cleared, pvh_gen;
8587         struct spglist free;
8588         boolean_t demoted;
8589
8590         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
8591             ("pmap_ts_referenced: page %p is not managed", m));
8592         SLIST_INIT(&free);
8593         cleared = 0;
8594         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
8595         lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);
8596         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy : pa_to_pvh(pa);
8597         rw_wlock(lock);
8598 retry:
8599         not_cleared = 0;
8600         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) == NULL)
8601                 goto small_mappings;
8602         pv = pvf;
8603         do {
8604                 if (pvf == NULL)
8605                         pvf = pv;
8606                 pmap = PV_PMAP(pv);
8607                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
8608                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
8609                         rw_wunlock(lock);
8610                         PMAP_LOCK(pmap);
8611                         rw_wlock(lock);
8612                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
8613                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8614                                 goto retry;
8615                         }
8616                 }
8617                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
8618                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
8619                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8620                 va = pv->pv_va;
8621                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
8622                 oldpde = *pde;
8623                 if ((oldpde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
8624                         /*
8625                          * Although "oldpde" is mapping a 2MB page, because
8626                          * this function is called at a 4KB page granularity,
8627                          * we only update the 4KB page under test.
8628                          */
8629                         vm_page_dirty(m);
8630                 }
8631                 if ((oldpde & PG_A) != 0) {
8632                         /*
8633                          * Since this reference bit is shared by 512 4KB
8634                          * pages, it should not be cleared every time it is
8635                          * tested.  Apply a simple "hash" function on the
8636                          * physical page number, the virtual superpage number,
8637                          * and the pmap address to select one 4KB page out of
8638                          * the 512 on which testing the reference bit will
8639                          * result in clearing that reference bit.  This
8640                          * function is designed to avoid the selection of the
8641                          * same 4KB page for every 2MB page mapping.
8642                          *
8643                          * On demotion, a mapping that hasn't been referenced
8644                          * is simply destroyed.  To avoid the possibility of a
8645                          * subsequent page fault on a demoted wired mapping,
8646                          * always leave its reference bit set.  Moreover,
8647                          * since the superpage is wired, the current state of
8648                          * its reference bit won't affect page replacement.
8649                          */
8650                         if ((((pa >> PAGE_SHIFT) ^ (pv->pv_va >> PDRSHIFT) ^
8651                             (uintptr_t)pmap) & (NPTEPG - 1)) == 0 &&
8652                             (oldpde & PG_W) == 0) {
8653                                 if (safe_to_clear_referenced(pmap, oldpde)) {
8654                                         atomic_clear_long(pde, PG_A);
8655                                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
8656                                         demoted = FALSE;
8657                                 } else if (pmap_demote_pde_locked(pmap, pde,
8658                                     pv->pv_va, &lock)) {
8659                                         /*
8660                                          * Remove the mapping to a single page
8661                                          * so that a subsequent access may
8662                                          * repromote.  Since the underlying
8663                                          * page table page is fully populated,
8664                                          * this removal never frees a page
8665                                          * table page.
8666                                          */
8667                                         demoted = TRUE;
8668                                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde &
8669                                             PG_PS_FRAME);
8670                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
8671                                         pmap_remove_pte(pmap, pte, va, *pde,
8672                                             NULL, &lock);
8673                                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
8674                                 } else
8675                                         demoted = TRUE;
8676
8677                                 if (demoted) {
8678                                         /*
8679                                          * The superpage mapping was removed
8680                                          * entirely and therefore 'pv' is no
8681                                          * longer valid.
8682                                          */
8683                                         if (pvf == pv)
8684                                                 pvf = NULL;
8685                                         pv = NULL;
8686                                 }
8687                                 cleared++;
8688                                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
8689                                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
8690                                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
8691                         } else
8692                                 not_cleared++;
8693                 }
8694                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8695                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
8696                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
8697                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
8698                         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
8699                         pvh->pv_gen++;
8700                 }
8701                 if (cleared + not_cleared >= PMAP_TS_REFERENCED_MAX)
8702                         goto out;
8703         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != pvf);
8704 small_mappings:
8705         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) == NULL)
8706                 goto out;
8707         pv = pvf;
8708         do {
8709                 if (pvf == NULL)
8710                         pvf = pv;
8711                 pmap = PV_PMAP(pv);
8712                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
8713                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
8714                         md_gen = m->md.pv_gen;
8715                         rw_wunlock(lock);
8716                         PMAP_LOCK(pmap);
8717                         rw_wlock(lock);
8718                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
8719                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8720                                 goto retry;
8721                         }
8722                 }
8723                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
8724                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
8725                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8726                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
8727                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0,
8728                     ("pmap_ts_referenced: found a 2mpage in page %p's pv list",
8729                     m));
8730                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
8731                 if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
8732                         vm_page_dirty(m);
8733                 if ((*pte & PG_A) != 0) {
8734                         if (safe_to_clear_referenced(pmap, *pte)) {
8735                                 atomic_clear_long(pte, PG_A);
8736                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
8737                                 cleared++;
8738                         } else if ((*pte & PG_W) == 0) {
8739                                 /*
8740                                  * Wired pages cannot be paged out so
8741                                  * doing accessed bit emulation for
8742                                  * them is wasted effort. We do the
8743                                  * hard work for unwired pages only.
8744                                  */
8745                                 pmap_remove_pte(pmap, pte, pv->pv_va,
8746                                     *pde, &free, &lock);
8747                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
8748                                 cleared++;
8749                                 if (pvf == pv)
8750                                         pvf = NULL;
8751                                 pv = NULL;
8752                                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
8753                                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
8754                                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
8755                         } else
8756                                 not_cleared++;
8757                 }
8758                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8759                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
8760                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
8761                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
8762                         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
8763                         m->md.pv_gen++;
8764                 }
8765         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != pvf && cleared +
8766             not_cleared < PMAP_TS_REFERENCED_MAX);
8767 out:
8768         rw_wunlock(lock);
8769         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
8770         return (cleared + not_cleared);
8771 }
8772
8773 /*
8774  *      Apply the given advice to the specified range of addresses within the
8775  *      given pmap.  Depending on the advice, clear the referenced and/or
8776  *      modified flags in each mapping and set the mapped page's dirty field.
8777  */
8778 void
8779 pmap_advise(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, int advice)
8780 {
8781         struct rwlock *lock;
8782         pml4_entry_t *pml4e;
8783         pdp_entry_t *pdpe;
8784         pd_entry_t oldpde, *pde;
8785         pt_entry_t *pte, PG_A, PG_G, PG_M, PG_RW, PG_V;
8786         vm_offset_t va, va_next;
8787         vm_page_t m;
8788         bool anychanged;
8789
8790         if (advice != MADV_DONTNEED && advice != MADV_FREE)
8791                 return;
8792
8793         /*
8794          * A/D bit emulation requires an alternate code path when clearing
8795          * the modified and accessed bits below. Since this function is
8796          * advisory in nature we skip it entirely for pmaps that require
8797          * A/D bit emulation.
8798          */
8799         if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
8800                 return;
8801
8802         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
8803         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
8804         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
8805         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
8806         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8807         anychanged = false;
8808         pmap_delayed_invl_start();
8809         PMAP_LOCK(pmap);
8810         for (; sva < eva; sva = va_next) {
8811                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
8812                 if (pml4e == NULL || (*pml4e & PG_V) == 0) {
8813                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
8814                         if (va_next < sva)
8815                                 va_next = eva;
8816                         continue;
8817                 }
8818
8819                 va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
8820                 if (va_next < sva)
8821                         va_next = eva;
8822                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
8823                 if ((*pdpe & PG_V) == 0)
8824                         continue;
8825                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0) {
8826                         KASSERT(va_next <= eva,
8827                             ("partial update of non-transparent 1G mapping "
8828                             "pdpe %#lx sva %#lx eva %#lx va_next %#lx",
8829                             *pdpe, sva, eva, va_next));
8830                         continue;
8831                 }
8832
8833                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
8834                 if (va_next < sva)
8835                         va_next = eva;
8836                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
8837                 oldpde = *pde;
8838                 if ((oldpde & PG_V) == 0)
8839                         continue;
8840                 else if ((oldpde & PG_PS) != 0) {
8841                         if ((oldpde & PG_MANAGED) == 0)
8842                                 continue;
8843                         lock = NULL;
8844                         if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, sva, &lock)) {
8845                                 if (lock != NULL)
8846                                         rw_wunlock(lock);
8847
8848                                 /*
8849                                  * The large page mapping was destroyed.
8850                                  */
8851                                 continue;
8852                         }
8853
8854                         /*
8855                          * Unless the page mappings are wired, remove the
8856                          * mapping to a single page so that a subsequent
8857                          * access may repromote.  Choosing the last page
8858                          * within the address range [sva, min(va_next, eva))
8859                          * generally results in more repromotions.  Since the
8860                          * underlying page table page is fully populated, this
8861                          * removal never frees a page table page.
8862                          */
8863                         if ((oldpde & PG_W) == 0) {
8864                                 va = eva;
8865                                 if (va > va_next)
8866                                         va = va_next;
8867                                 va -= PAGE_SIZE;
8868                                 KASSERT(va >= sva,
8869                                     ("pmap_advise: no address gap"));
8870                                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
8871                                 KASSERT((*pte & PG_V) != 0,
8872                                     ("pmap_advise: invalid PTE"));
8873                                 pmap_remove_pte(pmap, pte, va, *pde, NULL,
8874                                     &lock);
8875                                 anychanged = true;
8876                         }
8877                         if (lock != NULL)
8878                                 rw_wunlock(lock);
8879                 }
8880                 if (va_next > eva)
8881                         va_next = eva;
8882                 va = va_next;
8883                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
8884                     sva += PAGE_SIZE) {
8885                         if ((*pte & (PG_MANAGED | PG_V)) != (PG_MANAGED | PG_V))
8886                                 goto maybe_invlrng;
8887                         else if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
8888                                 if (advice == MADV_DONTNEED) {
8889                                         /*
8890                                          * Future calls to pmap_is_modified()
8891                                          * can be avoided by making the page
8892                                          * dirty now.
8893                                          */
8894                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pte & PG_FRAME);
8895                                         vm_page_dirty(m);
8896                                 }
8897                                 atomic_clear_long(pte, PG_M | PG_A);
8898                         } else if ((*pte & PG_A) != 0)
8899                                 atomic_clear_long(pte, PG_A);
8900                         else
8901                                 goto maybe_invlrng;
8902
8903                         if ((*pte & PG_G) != 0) {
8904                                 if (va == va_next)
8905                                         va = sva;
8906                         } else
8907                                 anychanged = true;
8908                         continue;
8909 maybe_invlrng:
8910                         if (va != va_next) {
8911                                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
8912                                 va = va_next;
8913                         }
8914                 }
8915                 if (va != va_next)
8916                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
8917         }
8918         if (anychanged)
8919                 pmap_invalidate_all(pmap);
8920         PMAP_UNLOCK(pmap);
8921         pmap_delayed_invl_finish();
8922 }
8923
8924 /*
8925  *      Clear the modify bits on the specified physical page.
8926  */
8927 void
8928 pmap_clear_modify(vm_page_t m)
8929 {
8930         struct md_page *pvh;
8931         pmap_t pmap;
8932         pv_entry_t next_pv, pv;
8933         pd_entry_t oldpde, *pde;
8934         pt_entry_t *pte, PG_M, PG_RW;
8935         struct rwlock *lock;
8936         vm_offset_t va;
8937         int md_gen, pvh_gen;
8938
8939         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
8940             ("pmap_clear_modify: page %p is not managed", m));
8941         vm_page_assert_busied(m);
8942
8943         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
8944                 return;
8945         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
8946             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
8947         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
8948         rw_wlock(lock);
8949 restart:
8950         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
8951                 pmap = PV_PMAP(pv);
8952                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
8953                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
8954                         rw_wunlock(lock);
8955                         PMAP_LOCK(pmap);
8956                         rw_wlock(lock);
8957                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
8958                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8959                                 goto restart;
8960                         }
8961                 }
8962                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
8963                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8964                 va = pv->pv_va;
8965                 pde = pmap_pde(pmap, va);
8966                 oldpde = *pde;
8967                 /* If oldpde has PG_RW set, then it also has PG_M set. */
8968                 if ((oldpde & PG_RW) != 0 &&
8969                     pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock) &&
8970                     (oldpde & PG_W) == 0) {
8971                         /*
8972                          * Write protect the mapping to a single page so that
8973                          * a subsequent write access may repromote.
8974                          */
8975                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde & PG_PS_FRAME);
8976                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
8977                         atomic_clear_long(pte, PG_M | PG_RW);
8978                         vm_page_dirty(m);
8979                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
8980                 }
8981                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8982         }
8983         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
8984                 pmap = PV_PMAP(pv);
8985                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
8986                         md_gen = m->md.pv_gen;
8987                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
8988                         rw_wunlock(lock);
8989                         PMAP_LOCK(pmap);
8990                         rw_wlock(lock);
8991                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
8992                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8993                                 goto restart;
8994                         }
8995                 }
8996                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
8997                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8998                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
8999                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_clear_modify: found"
9000                     " a 2mpage in page %p's pv list", m));
9001                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
9002                 if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
9003                         atomic_clear_long(pte, PG_M);
9004                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
9005                 }
9006                 PMAP_UNLOCK(pmap);
9007         }
9008         rw_wunlock(lock);
9009 }
9010
9011 /*
9012  * Miscellaneous support routines follow
9013  */
9014
9015 /* Adjust the properties for a leaf page table entry. */
9016 static __inline void
9017 pmap_pte_props(pt_entry_t *pte, u_long bits, u_long mask)
9018 {
9019         u_long opte, npte;
9020
9021         opte = *(u_long *)pte;
9022         do {
9023                 npte = opte & ~mask;
9024                 npte |= bits;
9025         } while (npte != opte && !atomic_fcmpset_long((u_long *)pte, &opte,
9026             npte));
9027 }
9028
9029 /*
9030  * Map a set of physical memory pages into the kernel virtual
9031  * address space. Return a pointer to where it is mapped. This
9032  * routine is intended to be used for mapping device memory,
9033  * NOT real memory.
9034  */
9035 static void *
9036 pmap_mapdev_internal(vm_paddr_t pa, vm_size_t size, int mode, int flags)
9037 {
9038         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
9039         vm_offset_t va, offset;
9040         vm_size_t tmpsize;
9041         int i;
9042
9043         offset = pa & PAGE_MASK;
9044         size = round_page(offset + size);
9045         pa = trunc_page(pa);
9046
9047         if (!pmap_initialized) {
9048                 va = 0;
9049                 for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
9050                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
9051                         if (ppim->va == 0) {
9052                                 ppim->pa = pa;
9053                                 ppim->sz = size;
9054                                 ppim->mode = mode;
9055                                 ppim->va = virtual_avail;
9056                                 virtual_avail += size;
9057                                 va = ppim->va;
9058                                 break;
9059                         }
9060                 }
9061                 if (va == 0)
9062                         panic("%s: too many preinit mappings", __func__);
9063         } else {
9064                 /*
9065                  * If we have a preinit mapping, re-use it.
9066                  */
9067                 for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
9068                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
9069                         if (ppim->pa == pa && ppim->sz == size &&
9070                             (ppim->mode == mode ||
9071                             (flags & MAPDEV_SETATTR) == 0))
9072                                 return ((void *)(ppim->va + offset));
9073                 }
9074                 /*
9075                  * If the specified range of physical addresses fits within
9076                  * the direct map window, use the direct map.
9077                  */
9078                 if (pa < dmaplimit && pa + size <= dmaplimit) {
9079                         va = PHYS_TO_DMAP(pa);
9080                         if ((flags & MAPDEV_SETATTR) != 0) {
9081                                 PMAP_LOCK(kernel_pmap);
9082                                 i = pmap_change_props_locked(va, size,
9083                                     PROT_NONE, mode, flags);
9084                                 PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
9085                         } else
9086                                 i = 0;
9087                         if (!i)
9088                                 return ((void *)(va + offset));
9089                 }
9090                 va = kva_alloc(size);
9091                 if (va == 0)
9092                         panic("%s: Couldn't allocate KVA", __func__);
9093         }
9094         for (tmpsize = 0; tmpsize < size; tmpsize += PAGE_SIZE)
9095                 pmap_kenter_attr(va + tmpsize, pa + tmpsize, mode);
9096         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, va, va + tmpsize);
9097         if ((flags & MAPDEV_FLUSHCACHE) != 0)
9098                 pmap_invalidate_cache_range(va, va + tmpsize);
9099         return ((void *)(va + offset));
9100 }
9101
9102 void *
9103 pmap_mapdev_attr(vm_paddr_t pa, vm_size_t size, int mode)
9104 {
9105
9106         return (pmap_mapdev_internal(pa, size, mode, MAPDEV_FLUSHCACHE |
9107             MAPDEV_SETATTR));
9108 }
9109
9110 void *
9111 pmap_mapdev(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
9112 {
9113
9114         return (pmap_mapdev_attr(pa, size, PAT_UNCACHEABLE));
9115 }
9116
9117 void *
9118 pmap_mapdev_pciecfg(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
9119 {
9120
9121         return (pmap_mapdev_internal(pa, size, PAT_UNCACHEABLE,
9122             MAPDEV_SETATTR));
9123 }
9124
9125 void *
9126 pmap_mapbios(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
9127 {
9128
9129         return (pmap_mapdev_internal(pa, size, PAT_WRITE_BACK,
9130             MAPDEV_FLUSHCACHE));
9131 }
9132
9133 void
9134 pmap_unmapdev(vm_offset_t va, vm_size_t size)
9135 {
9136         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
9137         vm_offset_t offset;
9138         int i;
9139
9140         /* If we gave a direct map region in pmap_mapdev, do nothing */
9141         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS)
9142                 return;
9143         offset = va & PAGE_MASK;
9144         size = round_page(offset + size);
9145         va = trunc_page(va);
9146         for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
9147                 ppim = pmap_preinit_mapping + i;
9148                 if (ppim->va == va && ppim->sz == size) {
9149                         if (pmap_initialized)
9150                                 return;
9151                         ppim->pa = 0;
9152                         ppim->va = 0;
9153                         ppim->sz = 0;
9154                         ppim->mode = 0;
9155                         if (va + size == virtual_avail)
9156                                 virtual_avail = va;
9157                         return;
9158                 }
9159         }
9160         if (pmap_initialized) {
9161                 pmap_qremove(va, atop(size));
9162                 kva_free(va, size);
9163         }
9164 }
9165
9166 /*
9167  * Tries to demote a 1GB page mapping.
9168  */
9169 static boolean_t
9170 pmap_demote_pdpe(pmap_t pmap, pdp_entry_t *pdpe, vm_offset_t va)
9171 {
9172         pdp_entry_t newpdpe, oldpdpe;
9173         pd_entry_t *firstpde, newpde, *pde;
9174         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
9175         vm_paddr_t pdpgpa;
9176         vm_page_t pdpg;
9177
9178         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
9179         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
9180         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
9181         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
9182
9183         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
9184         oldpdpe = *pdpe;
9185         KASSERT((oldpdpe & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V),
9186             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_PS and/or PG_V"));
9187         pdpg = pmap_alloc_pt_page(pmap, va >> PDPSHIFT,
9188             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_INTERRUPT);
9189         if (pdpg  == NULL) {
9190                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pdpe: failure for va %#lx"
9191                     " in pmap %p", va, pmap);
9192                 return (FALSE);
9193         }
9194         pdpgpa = VM_PAGE_TO_PHYS(pdpg);
9195         firstpde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pdpgpa);
9196         newpdpe = pdpgpa | PG_M | PG_A | (oldpdpe & PG_U) | PG_RW | PG_V;
9197         KASSERT((oldpdpe & PG_A) != 0,
9198             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_A"));
9199         KASSERT((oldpdpe & (PG_M | PG_RW)) != PG_RW,
9200             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_M"));
9201         newpde = oldpdpe;
9202
9203         /*
9204          * Initialize the page directory page.
9205          */
9206         for (pde = firstpde; pde < firstpde + NPDEPG; pde++) {
9207                 *pde = newpde;
9208                 newpde += NBPDR;
9209         }
9210
9211         /*
9212          * Demote the mapping.
9213          */
9214         *pdpe = newpdpe;
9215
9216         /*
9217          * Invalidate a stale recursive mapping of the page directory page.
9218          */
9219         pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopde(va));
9220
9221         counter_u64_add(pmap_pdpe_demotions, 1);
9222         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pdpe: success for va %#lx"
9223             " in pmap %p", va, pmap);
9224         return (TRUE);
9225 }
9226
9227 /*
9228  * Sets the memory attribute for the specified page.
9229  */
9230 void
9231 pmap_page_set_memattr(vm_page_t m, vm_memattr_t ma)
9232 {
9233
9234         m->md.pat_mode = ma;
9235
9236         /*
9237          * If "m" is a normal page, update its direct mapping.  This update
9238          * can be relied upon to perform any cache operations that are
9239          * required for data coherence.
9240          */
9241         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
9242             pmap_change_attr(PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m)), PAGE_SIZE,
9243             m->md.pat_mode))
9244                 panic("memory attribute change on the direct map failed");
9245 }
9246
9247 /*
9248  * Changes the specified virtual address range's memory type to that given by
9249  * the parameter "mode".  The specified virtual address range must be
9250  * completely contained within either the direct map or the kernel map.  If
9251  * the virtual address range is contained within the kernel map, then the
9252  * memory type for each of the corresponding ranges of the direct map is also
9253  * changed.  (The corresponding ranges of the direct map are those ranges that
9254  * map the same physical pages as the specified virtual address range.)  These
9255  * changes to the direct map are necessary because Intel describes the
9256  * behavior of their processors as "undefined" if two or more mappings to the
9257  * same physical page have different memory types.
9258  *
9259  * Returns zero if the change completed successfully, and either EINVAL or
9260  * ENOMEM if the change failed.  Specifically, EINVAL is returned if some part
9261  * of the virtual address range was not mapped, and ENOMEM is returned if
9262  * there was insufficient memory available to complete the change.  In the
9263  * latter case, the memory type may have been changed on some part of the
9264  * virtual address range or the direct map.
9265  */
9266 int
9267 pmap_change_attr(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
9268 {
9269         int error;
9270
9271         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
9272         error = pmap_change_props_locked(va, size, PROT_NONE, mode,
9273             MAPDEV_FLUSHCACHE);
9274         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
9275         return (error);
9276 }
9277
9278 /*
9279  * Changes the specified virtual address range's protections to those
9280  * specified by "prot".  Like pmap_change_attr(), protections for aliases
9281  * in the direct map are updated as well.  Protections on aliasing mappings may
9282  * be a subset of the requested protections; for example, mappings in the direct
9283  * map are never executable.
9284  */
9285 int
9286 pmap_change_prot(vm_offset_t va, vm_size_t size, vm_prot_t prot)
9287 {
9288         int error;
9289
9290         /* Only supported within the kernel map. */
9291         if (va < VM_MIN_KERNEL_ADDRESS)
9292                 return (EINVAL);
9293
9294         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
9295         error = pmap_change_props_locked(va, size, prot, -1,
9296             MAPDEV_ASSERTVALID);
9297         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
9298         return (error);
9299 }
9300
9301 static int
9302 pmap_change_props_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size, vm_prot_t prot,
9303     int mode, int flags)
9304 {
9305         vm_offset_t base, offset, tmpva;
9306         vm_paddr_t pa_start, pa_end, pa_end1;
9307         pdp_entry_t *pdpe;
9308         pd_entry_t *pde, pde_bits, pde_mask;
9309         pt_entry_t *pte, pte_bits, pte_mask;
9310         int error;
9311         bool changed;
9312
9313         PMAP_LOCK_ASSERT(kernel_pmap, MA_OWNED);
9314         base = trunc_page(va);
9315         offset = va & PAGE_MASK;
9316         size = round_page(offset + size);
9317
9318         /*
9319          * Only supported on kernel virtual addresses, including the direct
9320          * map but excluding the recursive map.
9321          */
9322         if (base < DMAP_MIN_ADDRESS)
9323                 return (EINVAL);
9324
9325         /*
9326          * Construct our flag sets and masks.  "bits" is the subset of
9327          * "mask" that will be set in each modified PTE.
9328          *
9329          * Mappings in the direct map are never allowed to be executable.
9330          */
9331         pde_bits = pte_bits = 0;
9332         pde_mask = pte_mask = 0;
9333         if (mode != -1) {
9334                 pde_bits |= pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, true);
9335                 pde_mask |= X86_PG_PDE_CACHE;
9336                 pte_bits |= pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, false);
9337                 pte_mask |= X86_PG_PTE_CACHE;
9338         }
9339         if (prot != VM_PROT_NONE) {
9340                 if ((prot & VM_PROT_WRITE) != 0) {
9341                         pde_bits |= X86_PG_RW;
9342                         pte_bits |= X86_PG_RW;
9343                 }
9344                 if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0 ||
9345                     va < VM_MIN_KERNEL_ADDRESS) {
9346                         pde_bits |= pg_nx;
9347                         pte_bits |= pg_nx;
9348                 }
9349                 pde_mask |= X86_PG_RW | pg_nx;
9350                 pte_mask |= X86_PG_RW | pg_nx;
9351         }
9352
9353         /*
9354          * Pages that aren't mapped aren't supported.  Also break down 2MB pages
9355          * into 4KB pages if required.
9356          */
9357         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
9358                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, tmpva);
9359                 if (pdpe == NULL || *pdpe == 0) {
9360                         KASSERT((flags & MAPDEV_ASSERTVALID) == 0,
9361                             ("%s: addr %#lx is not mapped", __func__, tmpva));
9362                         return (EINVAL);
9363                 }
9364                 if (*pdpe & PG_PS) {
9365                         /*
9366                          * If the current 1GB page already has the required
9367                          * properties, then we need not demote this page.  Just
9368                          * increment tmpva to the next 1GB page frame.
9369                          */
9370                         if ((*pdpe & pde_mask) == pde_bits) {
9371                                 tmpva = trunc_1gpage(tmpva) + NBPDP;
9372                                 continue;
9373                         }
9374
9375                         /*
9376                          * If the current offset aligns with a 1GB page frame
9377                          * and there is at least 1GB left within the range, then
9378                          * we need not break down this page into 2MB pages.
9379                          */
9380                         if ((tmpva & PDPMASK) == 0 &&
9381                             tmpva + PDPMASK < base + size) {
9382                                 tmpva += NBPDP;
9383                                 continue;
9384                         }
9385                         if (!pmap_demote_pdpe(kernel_pmap, pdpe, tmpva))
9386                                 return (ENOMEM);
9387                 }
9388                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, tmpva);
9389                 if (*pde == 0) {
9390                         KASSERT((flags & MAPDEV_ASSERTVALID) == 0,
9391                             ("%s: addr %#lx is not mapped", __func__, tmpva));
9392                         return (EINVAL);
9393                 }
9394                 if (*pde & PG_PS) {
9395                         /*
9396                          * If the current 2MB page already has the required
9397                          * properties, then we need not demote this page.  Just
9398                          * increment tmpva to the next 2MB page frame.
9399                          */
9400                         if ((*pde & pde_mask) == pde_bits) {
9401                                 tmpva = trunc_2mpage(tmpva) + NBPDR;
9402                                 continue;
9403                         }
9404
9405                         /*
9406                          * If the current offset aligns with a 2MB page frame
9407                          * and there is at least 2MB left within the range, then
9408                          * we need not break down this page into 4KB pages.
9409                          */
9410                         if ((tmpva & PDRMASK) == 0 &&
9411                             tmpva + PDRMASK < base + size) {
9412                                 tmpva += NBPDR;
9413                                 continue;
9414                         }
9415                         if (!pmap_demote_pde(kernel_pmap, pde, tmpva))
9416                                 return (ENOMEM);
9417                 }
9418                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, tmpva);
9419                 if (*pte == 0) {
9420                         KASSERT((flags & MAPDEV_ASSERTVALID) == 0,
9421                             ("%s: addr %#lx is not mapped", __func__, tmpva));
9422                         return (EINVAL);
9423                 }
9424                 tmpva += PAGE_SIZE;
9425         }
9426         error = 0;
9427
9428         /*
9429          * Ok, all the pages exist, so run through them updating their
9430          * properties if required.
9431          */
9432         changed = false;
9433         pa_start = pa_end = 0;
9434         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
9435                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, tmpva);
9436                 if (*pdpe & PG_PS) {
9437                         if ((*pdpe & pde_mask) != pde_bits) {
9438                                 pmap_pte_props(pdpe, pde_bits, pde_mask);
9439                                 changed = true;
9440                         }
9441                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS &&
9442                             (*pdpe & PG_PS_FRAME) < dmaplimit) {
9443                                 if (pa_start == pa_end) {
9444                                         /* Start physical address run. */
9445                                         pa_start = *pdpe & PG_PS_FRAME;
9446                                         pa_end = pa_start + NBPDP;
9447                                 } else if (pa_end == (*pdpe & PG_PS_FRAME))
9448                                         pa_end += NBPDP;
9449                                 else {
9450                                         /* Run ended, update direct map. */
9451                                         error = pmap_change_props_locked(
9452                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
9453                                             pa_end - pa_start, prot, mode,
9454                                             flags);
9455                                         if (error != 0)
9456                                                 break;
9457                                         /* Start physical address run. */
9458                                         pa_start = *pdpe & PG_PS_FRAME;
9459                                         pa_end = pa_start + NBPDP;
9460                                 }
9461                         }
9462                         tmpva = trunc_1gpage(tmpva) + NBPDP;
9463                         continue;
9464                 }
9465                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, tmpva);
9466                 if (*pde & PG_PS) {
9467                         if ((*pde & pde_mask) != pde_bits) {
9468                                 pmap_pte_props(pde, pde_bits, pde_mask);
9469                                 changed = true;
9470                         }
9471                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS &&
9472                             (*pde & PG_PS_FRAME) < dmaplimit) {
9473                                 if (pa_start == pa_end) {
9474                                         /* Start physical address run. */
9475                                         pa_start = *pde & PG_PS_FRAME;
9476                                         pa_end = pa_start + NBPDR;
9477                                 } else if (pa_end == (*pde & PG_PS_FRAME))
9478                                         pa_end += NBPDR;
9479                                 else {
9480                                         /* Run ended, update direct map. */
9481                                         error = pmap_change_props_locked(
9482                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
9483                                             pa_end - pa_start, prot, mode,
9484                                             flags);
9485                                         if (error != 0)
9486                                                 break;
9487                                         /* Start physical address run. */
9488                                         pa_start = *pde & PG_PS_FRAME;
9489                                         pa_end = pa_start + NBPDR;
9490                                 }
9491                         }
9492                         tmpva = trunc_2mpage(tmpva) + NBPDR;
9493                 } else {
9494                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, tmpva);
9495                         if ((*pte & pte_mask) != pte_bits) {
9496                                 pmap_pte_props(pte, pte_bits, pte_mask);
9497                                 changed = true;
9498                         }
9499                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS &&
9500                             (*pte & PG_FRAME) < dmaplimit) {
9501                                 if (pa_start == pa_end) {
9502                                         /* Start physical address run. */
9503                                         pa_start = *pte & PG_FRAME;
9504                                         pa_end = pa_start + PAGE_SIZE;
9505                                 } else if (pa_end == (*pte & PG_FRAME))
9506                                         pa_end += PAGE_SIZE;
9507                                 else {
9508                                         /* Run ended, update direct map. */
9509                                         error = pmap_change_props_locked(
9510                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
9511                                             pa_end - pa_start, prot, mode,
9512                                             flags);
9513                                         if (error != 0)
9514                                                 break;
9515                                         /* Start physical address run. */
9516                                         pa_start = *pte & PG_FRAME;
9517                                         pa_end = pa_start + PAGE_SIZE;
9518                                 }
9519                         }
9520                         tmpva += PAGE_SIZE;
9521                 }
9522         }
9523         if (error == 0 && pa_start != pa_end && pa_start < dmaplimit) {
9524                 pa_end1 = MIN(pa_end, dmaplimit);
9525                 if (pa_start != pa_end1)
9526                         error = pmap_change_props_locked(PHYS_TO_DMAP(pa_start),
9527                             pa_end1 - pa_start, prot, mode, flags);
9528         }
9529
9530         /*
9531          * Flush CPU caches if required to make sure any data isn't cached that
9532          * shouldn't be, etc.
9533          */
9534         if (changed) {
9535                 pmap_invalidate_range(kernel_pmap, base, tmpva);
9536                 if ((flags & MAPDEV_FLUSHCACHE) != 0)
9537                         pmap_invalidate_cache_range(base, tmpva);
9538         }
9539         return (error);
9540 }
9541
9542 /*
9543  * Demotes any mapping within the direct map region that covers more than the
9544  * specified range of physical addresses.  This range's size must be a power
9545  * of two and its starting address must be a multiple of its size.  Since the
9546  * demotion does not change any attributes of the mapping, a TLB invalidation
9547  * is not mandatory.  The caller may, however, request a TLB invalidation.
9548  */
9549 void
9550 pmap_demote_DMAP(vm_paddr_t base, vm_size_t len, boolean_t invalidate)
9551 {
9552         pdp_entry_t *pdpe;
9553         pd_entry_t *pde;
9554         vm_offset_t va;
9555         boolean_t changed;
9556
9557         if (len == 0)
9558                 return;
9559         KASSERT(powerof2(len), ("pmap_demote_DMAP: len is not a power of 2"));
9560         KASSERT((base & (len - 1)) == 0,
9561             ("pmap_demote_DMAP: base is not a multiple of len"));
9562         if (len < NBPDP && base < dmaplimit) {
9563                 va = PHYS_TO_DMAP(base);
9564                 changed = FALSE;
9565                 PMAP_LOCK(kernel_pmap);
9566                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, va);
9567                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0)
9568                         panic("pmap_demote_DMAP: invalid PDPE");
9569                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0) {
9570                         if (!pmap_demote_pdpe(kernel_pmap, pdpe, va))
9571                                 panic("pmap_demote_DMAP: PDPE failed");
9572                         changed = TRUE;
9573                 }
9574                 if (len < NBPDR) {
9575                         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
9576                         if ((*pde & X86_PG_V) == 0)
9577                                 panic("pmap_demote_DMAP: invalid PDE");
9578                         if ((*pde & PG_PS) != 0) {
9579                                 if (!pmap_demote_pde(kernel_pmap, pde, va))
9580                                         panic("pmap_demote_DMAP: PDE failed");
9581                                 changed = TRUE;
9582                         }
9583                 }
9584                 if (changed && invalidate)
9585                         pmap_invalidate_page(kernel_pmap, va);
9586                 PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
9587         }
9588 }
9589
9590 /*
9591  * Perform the pmap work for mincore(2).  If the page is not both referenced and
9592  * modified by this pmap, returns its physical address so that the caller can
9593  * find other mappings.
9594  */
9595 int
9596 pmap_mincore(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_paddr_t *pap)
9597 {
9598         pdp_entry_t *pdpe;
9599         pd_entry_t *pdep;
9600         pt_entry_t pte, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
9601         vm_paddr_t pa;
9602         int val;
9603
9604         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
9605         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
9606         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
9607         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
9608
9609         PMAP_LOCK(pmap);
9610         pte = 0;
9611         pa = 0;
9612         val = 0;
9613         pdpe = pmap_pdpe(pmap, addr);
9614         if (pdpe == NULL)
9615                 goto out;
9616         if ((*pdpe & PG_V) != 0) {
9617                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0) {
9618                         pte = *pdpe;
9619                         pa = ((pte & PG_PS_PDP_FRAME) | (addr & PDPMASK)) &
9620                             PG_FRAME;
9621                         val = MINCORE_PSIND(2);
9622                 } else {
9623                         pdep = pmap_pde(pmap, addr);
9624                         if (pdep != NULL && (*pdep & PG_V) != 0) {
9625                                 if ((*pdep & PG_PS) != 0) {
9626                                         pte = *pdep;
9627                         /* Compute the physical address of the 4KB page. */
9628                                         pa = ((pte & PG_PS_FRAME) | (addr &
9629                                             PDRMASK)) & PG_FRAME;
9630                                         val = MINCORE_PSIND(1);
9631                                 } else {
9632                                         pte = *pmap_pde_to_pte(pdep, addr);
9633                                         pa = pte & PG_FRAME;
9634                                         val = 0;
9635                                 }
9636                         }
9637                 }
9638         }
9639         if ((pte & PG_V) != 0) {
9640                 val |= MINCORE_INCORE;
9641                 if ((pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
9642                         val |= MINCORE_MODIFIED | MINCORE_MODIFIED_OTHER;
9643                 if ((pte & PG_A) != 0)
9644                         val |= MINCORE_REFERENCED | MINCORE_REFERENCED_OTHER;
9645         }
9646         if ((val & (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER)) !=
9647             (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER) &&
9648             (pte & (PG_MANAGED | PG_V)) == (PG_MANAGED | PG_V)) {
9649                 *pap = pa;
9650         }
9651 out:
9652         PMAP_UNLOCK(pmap);
9653         return (val);
9654 }
9655
9656 static uint64_t
9657 pmap_pcid_alloc(pmap_t pmap, u_int cpuid)
9658 {
9659         uint32_t gen, new_gen, pcid_next;
9660
9661         CRITICAL_ASSERT(curthread);
9662         gen = PCPU_GET(pcid_gen);
9663         if (pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid == PMAP_PCID_KERN)
9664                 return (pti ? 0 : CR3_PCID_SAVE);
9665         if (pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen == gen)
9666                 return (CR3_PCID_SAVE);
9667         pcid_next = PCPU_GET(pcid_next);
9668         KASSERT((!pti && pcid_next <= PMAP_PCID_OVERMAX) ||
9669             (pti && pcid_next <= PMAP_PCID_OVERMAX_KERN),
9670             ("cpu %d pcid_next %#x", cpuid, pcid_next));
9671         if ((!pti && pcid_next == PMAP_PCID_OVERMAX) ||
9672             (pti && pcid_next == PMAP_PCID_OVERMAX_KERN)) {
9673                 new_gen = gen + 1;
9674                 if (new_gen == 0)
9675                         new_gen = 1;
9676                 PCPU_SET(pcid_gen, new_gen);
9677                 pcid_next = PMAP_PCID_KERN + 1;
9678         } else {
9679                 new_gen = gen;
9680         }
9681         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid = pcid_next;
9682         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = new_gen;
9683         PCPU_SET(pcid_next, pcid_next + 1);
9684         return (0);
9685 }
9686
9687 static uint64_t
9688 pmap_pcid_alloc_checked(pmap_t pmap, u_int cpuid)
9689 {
9690         uint64_t cached;
9691
9692         cached = pmap_pcid_alloc(pmap, cpuid);
9693         KASSERT(pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid < PMAP_PCID_OVERMAX,
9694             ("pmap %p cpu %d pcid %#x", pmap, cpuid,
9695             pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid));
9696         KASSERT(pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid != PMAP_PCID_KERN ||
9697             pmap == kernel_pmap,
9698             ("non-kernel pmap pmap %p cpu %d pcid %#x",
9699             pmap, cpuid, pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid));
9700         return (cached);
9701 }
9702
9703 static void
9704 pmap_activate_sw_pti_post(struct thread *td, pmap_t pmap)
9705 {
9706
9707         PCPU_GET(tssp)->tss_rsp0 = pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3 ?
9708             PCPU_GET(pti_rsp0) : (uintptr_t)td->td_md.md_stack_base;
9709 }
9710
9711 static void
9712 pmap_activate_sw_pcid_pti(struct thread *td, pmap_t pmap, u_int cpuid)
9713 {
9714         pmap_t old_pmap;
9715         uint64_t cached, cr3, kcr3, ucr3;
9716
9717         KASSERT((read_rflags() & PSL_I) == 0,
9718             ("PCID needs interrupts disabled in pmap_activate_sw()"));
9719
9720         /* See the comment in pmap_invalidate_page_pcid(). */
9721         if (PCPU_GET(ucr3_load_mask) != PMAP_UCR3_NOMASK) {
9722                 PCPU_SET(ucr3_load_mask, PMAP_UCR3_NOMASK);
9723                 old_pmap = PCPU_GET(curpmap);
9724                 MPASS(old_pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3);
9725                 old_pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = 0;
9726         }
9727
9728         cached = pmap_pcid_alloc_checked(pmap, cpuid);
9729         cr3 = rcr3();
9730         if ((cr3 & ~CR3_PCID_MASK) != pmap->pm_cr3)
9731                 load_cr3(pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid);
9732         PCPU_SET(curpmap, pmap);
9733         kcr3 = pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
9734         ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid |
9735             PMAP_PCID_USER_PT;
9736
9737         if (!cached && pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3)
9738                 PCPU_SET(ucr3_load_mask, ~CR3_PCID_SAVE);
9739
9740         PCPU_SET(kcr3, kcr3 | CR3_PCID_SAVE);
9741         PCPU_SET(ucr3, ucr3 | CR3_PCID_SAVE);
9742         if (cached)
9743                 counter_u64_add(pcid_save_cnt, 1);
9744
9745         pmap_activate_sw_pti_post(td, pmap);
9746 }
9747
9748 static void
9749 pmap_activate_sw_pcid_nopti(struct thread *td __unused, pmap_t pmap,
9750     u_int cpuid)
9751 {
9752         uint64_t cached, cr3;
9753
9754         KASSERT((read_rflags() & PSL_I) == 0,
9755             ("PCID needs interrupts disabled in pmap_activate_sw()"));
9756
9757         cached = pmap_pcid_alloc_checked(pmap, cpuid);
9758         cr3 = rcr3();
9759         if (!cached || (cr3 & ~CR3_PCID_MASK) != pmap->pm_cr3)
9760                 load_cr3(pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid |
9761                     cached);
9762         PCPU_SET(curpmap, pmap);
9763         if (cached)
9764                 counter_u64_add(pcid_save_cnt, 1);
9765 }
9766
9767 static void
9768 pmap_activate_sw_nopcid_nopti(struct thread *td __unused, pmap_t pmap,
9769     u_int cpuid __unused)
9770 {
9771
9772         load_cr3(pmap->pm_cr3);
9773         PCPU_SET(curpmap, pmap);
9774 }
9775
9776 static void
9777 pmap_activate_sw_nopcid_pti(struct thread *td, pmap_t pmap,
9778     u_int cpuid __unused)
9779 {
9780
9781         pmap_activate_sw_nopcid_nopti(td, pmap, cpuid);
9782         PCPU_SET(kcr3, pmap->pm_cr3);
9783         PCPU_SET(ucr3, pmap->pm_ucr3);
9784         pmap_activate_sw_pti_post(td, pmap);
9785 }
9786
9787 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_activate_sw_mode, (struct thread *, pmap_t,
9788     u_int))
9789 {
9790
9791         if (pmap_pcid_enabled && pti)
9792                 return (pmap_activate_sw_pcid_pti);
9793         else if (pmap_pcid_enabled && !pti)
9794                 return (pmap_activate_sw_pcid_nopti);
9795         else if (!pmap_pcid_enabled && pti)
9796                 return (pmap_activate_sw_nopcid_pti);
9797         else /* if (!pmap_pcid_enabled && !pti) */
9798                 return (pmap_activate_sw_nopcid_nopti);
9799 }
9800
9801 void
9802 pmap_activate_sw(struct thread *td)
9803 {
9804         pmap_t oldpmap, pmap;
9805         u_int cpuid;
9806
9807         oldpmap = PCPU_GET(curpmap);
9808         pmap = vmspace_pmap(td->td_proc->p_vmspace);
9809         if (oldpmap == pmap) {
9810                 if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
9811                         mfence();
9812                 return;
9813         }
9814         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
9815 #ifdef SMP
9816         CPU_SET_ATOMIC(cpuid, &pmap->pm_active);
9817 #else
9818         CPU_SET(cpuid, &pmap->pm_active);
9819 #endif
9820         pmap_activate_sw_mode(td, pmap, cpuid);
9821 #ifdef SMP
9822         CPU_CLR_ATOMIC(cpuid, &oldpmap->pm_active);
9823 #else
9824         CPU_CLR(cpuid, &oldpmap->pm_active);
9825 #endif
9826 }
9827
9828 void
9829 pmap_activate(struct thread *td)
9830 {
9831         /*
9832          * invltlb_{invpcid,}_pcid_handler() is used to handle an
9833          * invalidate_all IPI, which checks for curpmap ==
9834          * smp_tlb_pmap.  The below sequence of operations has a
9835          * window where %CR3 is loaded with the new pmap's PML4
9836          * address, but the curpmap value has not yet been updated.
9837          * This causes the invltlb IPI handler, which is called
9838          * between the updates, to execute as a NOP, which leaves
9839          * stale TLB entries.
9840          *
9841          * Note that the most common use of pmap_activate_sw(), from
9842          * a context switch, is immune to this race, because
9843          * interrupts are disabled (while the thread lock is owned),
9844          * so the IPI is delayed until after curpmap is updated.  Protect
9845          * other callers in a similar way, by disabling interrupts
9846          * around the %cr3 register reload and curpmap assignment.
9847          */
9848         spinlock_enter();
9849         pmap_activate_sw(td);
9850         spinlock_exit();
9851 }
9852
9853 void
9854 pmap_activate_boot(pmap_t pmap)
9855 {
9856         uint64_t kcr3;
9857         u_int cpuid;
9858
9859         /*
9860          * kernel_pmap must be never deactivated, and we ensure that
9861          * by never activating it at all.
9862          */
9863         MPASS(pmap != kernel_pmap);
9864
9865         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
9866 #ifdef SMP
9867         CPU_SET_ATOMIC(cpuid, &pmap->pm_active);
9868 #else
9869         CPU_SET(cpuid, &pmap->pm_active);
9870 #endif
9871         PCPU_SET(curpmap, pmap);
9872         if (pti) {
9873                 kcr3 = pmap->pm_cr3;
9874                 if (pmap_pcid_enabled)
9875                         kcr3 |= pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid | CR3_PCID_SAVE;
9876         } else {
9877                 kcr3 = PMAP_NO_CR3;
9878         }
9879         PCPU_SET(kcr3, kcr3);
9880         PCPU_SET(ucr3, PMAP_NO_CR3);
9881 }
9882
9883 void
9884 pmap_sync_icache(pmap_t pm, vm_offset_t va, vm_size_t sz)
9885 {
9886 }
9887
9888 /*
9889  *      Increase the starting virtual address of the given mapping if a
9890  *      different alignment might result in more superpage mappings.
9891  */
9892 void
9893 pmap_align_superpage(vm_object_t object, vm_ooffset_t offset,
9894     vm_offset_t *addr, vm_size_t size)
9895 {
9896         vm_offset_t superpage_offset;
9897
9898         if (size < NBPDR)
9899                 return;
9900         if (object != NULL && (object->flags & OBJ_COLORED) != 0)
9901                 offset += ptoa(object->pg_color);
9902         superpage_offset = offset & PDRMASK;
9903         if (size - ((NBPDR - superpage_offset) & PDRMASK) < NBPDR ||
9904             (*addr & PDRMASK) == superpage_offset)
9905                 return;
9906         if ((*addr & PDRMASK) < superpage_offset)
9907                 *addr = (*addr & ~PDRMASK) + superpage_offset;
9908         else
9909                 *addr = ((*addr + PDRMASK) & ~PDRMASK) + superpage_offset;
9910 }
9911
9912 #ifdef INVARIANTS
9913 static unsigned long num_dirty_emulations;
9914 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_dirty_emulations, CTLFLAG_RW,
9915              &num_dirty_emulations, 0, NULL);
9916
9917 static unsigned long num_accessed_emulations;
9918 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_accessed_emulations, CTLFLAG_RW,
9919              &num_accessed_emulations, 0, NULL);
9920
9921 static unsigned long num_superpage_accessed_emulations;
9922 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_superpage_accessed_emulations, CTLFLAG_RW,
9923              &num_superpage_accessed_emulations, 0, NULL);
9924
9925 static unsigned long ad_emulation_superpage_promotions;
9926 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, ad_emulation_superpage_promotions, CTLFLAG_RW,
9927              &ad_emulation_superpage_promotions, 0, NULL);
9928 #endif  /* INVARIANTS */
9929
9930 int
9931 pmap_emulate_accessed_dirty(pmap_t pmap, vm_offset_t va, int ftype)
9932 {
9933         int rv;
9934         struct rwlock *lock;
9935 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
9936         vm_page_t m, mpte;
9937 #endif
9938         pd_entry_t *pde;
9939         pt_entry_t *pte, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
9940
9941         KASSERT(ftype == VM_PROT_READ || ftype == VM_PROT_WRITE,
9942             ("pmap_emulate_accessed_dirty: invalid fault type %d", ftype));
9943
9944         if (!pmap_emulate_ad_bits(pmap))
9945                 return (-1);
9946
9947         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
9948         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
9949         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
9950         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
9951
9952         rv = -1;
9953         lock = NULL;
9954         PMAP_LOCK(pmap);
9955
9956         pde = pmap_pde(pmap, va);
9957         if (pde == NULL || (*pde & PG_V) == 0)
9958                 goto done;
9959
9960         if ((*pde & PG_PS) != 0) {
9961                 if (ftype == VM_PROT_READ) {
9962 #ifdef INVARIANTS
9963                         atomic_add_long(&num_superpage_accessed_emulations, 1);
9964 #endif
9965                         *pde |= PG_A;
9966                         rv = 0;
9967                 }
9968                 goto done;
9969         }
9970
9971         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
9972         if ((*pte & PG_V) == 0)
9973                 goto done;
9974
9975         if (ftype == VM_PROT_WRITE) {
9976                 if ((*pte & PG_RW) == 0)
9977                         goto done;
9978                 /*
9979                  * Set the modified and accessed bits simultaneously.
9980                  *
9981                  * Intel EPT PTEs that do software emulation of A/D bits map
9982                  * PG_A and PG_M to EPT_PG_READ and EPT_PG_WRITE respectively.
9983                  * An EPT misconfiguration is triggered if the PTE is writable
9984                  * but not readable (WR=10). This is avoided by setting PG_A
9985                  * and PG_M simultaneously.
9986                  */
9987                 *pte |= PG_M | PG_A;
9988         } else {
9989                 *pte |= PG_A;
9990         }
9991
9992 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
9993         /* try to promote the mapping */
9994         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
9995                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
9996         else
9997                 mpte = NULL;
9998
9999         m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pte & PG_FRAME);
10000
10001         if ((mpte == NULL || mpte->ref_count == NPTEPG) &&
10002             pmap_ps_enabled(pmap) &&
10003             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
10004             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0) {
10005                 pmap_promote_pde(pmap, pde, va, &lock);
10006 #ifdef INVARIANTS
10007                 atomic_add_long(&ad_emulation_superpage_promotions, 1);
10008 #endif
10009         }
10010 #endif
10011
10012 #ifdef INVARIANTS
10013         if (ftype == VM_PROT_WRITE)
10014                 atomic_add_long(&num_dirty_emulations, 1);
10015         else
10016                 atomic_add_long(&num_accessed_emulations, 1);
10017 #endif
10018         rv = 0;         /* success */
10019 done:
10020         if (lock != NULL)
10021                 rw_wunlock(lock);
10022         PMAP_UNLOCK(pmap);
10023         return (rv);
10024 }
10025
10026 void
10027 pmap_get_mapping(pmap_t pmap, vm_offset_t va, uint64_t *ptr, int *num)
10028 {
10029         pml4_entry_t *pml4;
10030         pdp_entry_t *pdp;
10031         pd_entry_t *pde;
10032         pt_entry_t *pte, PG_V;
10033         int idx;
10034
10035         idx = 0;
10036         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
10037         PMAP_LOCK(pmap);
10038
10039         pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
10040         if (pml4 == NULL)
10041                 goto done;
10042         ptr[idx++] = *pml4;
10043         if ((*pml4 & PG_V) == 0)
10044                 goto done;
10045
10046         pdp = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4, va);
10047         ptr[idx++] = *pdp;
10048         if ((*pdp & PG_V) == 0 || (*pdp & PG_PS) != 0)
10049                 goto done;
10050
10051         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdp, va);
10052         ptr[idx++] = *pde;
10053         if ((*pde & PG_V) == 0 || (*pde & PG_PS) != 0)
10054                 goto done;
10055
10056         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
10057         ptr[idx++] = *pte;
10058
10059 done:
10060         PMAP_UNLOCK(pmap);
10061         *num = idx;
10062 }
10063
10064 /**
10065  * Get the kernel virtual address of a set of physical pages. If there are
10066  * physical addresses not covered by the DMAP perform a transient mapping
10067  * that will be removed when calling pmap_unmap_io_transient.
10068  *
10069  * \param page        The pages the caller wishes to obtain the virtual
10070  *                    address on the kernel memory map.
10071  * \param vaddr       On return contains the kernel virtual memory address
10072  *                    of the pages passed in the page parameter.
10073  * \param count       Number of pages passed in.
10074  * \param can_fault   TRUE if the thread using the mapped pages can take
10075  *                    page faults, FALSE otherwise.
10076  *
10077  * \returns TRUE if the caller must call pmap_unmap_io_transient when
10078  *          finished or FALSE otherwise.
10079  *
10080  */
10081 boolean_t
10082 pmap_map_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
10083     boolean_t can_fault)
10084 {
10085         vm_paddr_t paddr;
10086         boolean_t needs_mapping;
10087         pt_entry_t *pte;
10088         int cache_bits, error __unused, i;
10089
10090         /*
10091          * Allocate any KVA space that we need, this is done in a separate
10092          * loop to prevent calling vmem_alloc while pinned.
10093          */
10094         needs_mapping = FALSE;
10095         for (i = 0; i < count; i++) {
10096                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
10097                 if (__predict_false(paddr >= dmaplimit)) {
10098                         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE,
10099                             M_BESTFIT | M_WAITOK, &vaddr[i]);
10100                         KASSERT(error == 0, ("vmem_alloc failed: %d", error));
10101                         needs_mapping = TRUE;
10102                 } else {
10103                         vaddr[i] = PHYS_TO_DMAP(paddr);
10104                 }
10105         }
10106
10107         /* Exit early if everything is covered by the DMAP */
10108         if (!needs_mapping)
10109                 return (FALSE);
10110
10111         /*
10112          * NB:  The sequence of updating a page table followed by accesses
10113          * to the corresponding pages used in the !DMAP case is subject to
10114          * the situation described in the "AMD64 Architecture Programmer's
10115          * Manual Volume 2: System Programming" rev. 3.23, "7.3.1 Special
10116          * Coherency Considerations".  Therefore, issuing the INVLPG right
10117          * after modifying the PTE bits is crucial.
10118          */
10119         if (!can_fault)
10120                 sched_pin();
10121         for (i = 0; i < count; i++) {
10122                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
10123                 if (paddr >= dmaplimit) {
10124                         if (can_fault) {
10125                                 /*
10126                                  * Slow path, since we can get page faults
10127                                  * while mappings are active don't pin the
10128                                  * thread to the CPU and instead add a global
10129                                  * mapping visible to all CPUs.
10130                                  */
10131                                 pmap_qenter(vaddr[i], &page[i], 1);
10132                         } else {
10133                                 pte = vtopte(vaddr[i]);
10134                                 cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap,
10135                                     page[i]->md.pat_mode, 0);
10136                                 pte_store(pte, paddr | X86_PG_RW | X86_PG_V |
10137                                     cache_bits);
10138                                 invlpg(vaddr[i]);
10139                         }
10140                 }
10141         }
10142
10143         return (needs_mapping);
10144 }
10145
10146 void
10147 pmap_unmap_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
10148     boolean_t can_fault)
10149 {
10150         vm_paddr_t paddr;
10151         int i;
10152
10153         if (!can_fault)
10154                 sched_unpin();
10155         for (i = 0; i < count; i++) {
10156                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
10157                 if (paddr >= dmaplimit) {
10158                         if (can_fault)
10159                                 pmap_qremove(vaddr[i], 1);
10160                         vmem_free(kernel_arena, vaddr[i], PAGE_SIZE);
10161                 }
10162         }
10163 }
10164
10165 vm_offset_t
10166 pmap_quick_enter_page(vm_page_t m)
10167 {
10168         vm_paddr_t paddr;
10169
10170         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
10171         if (paddr < dmaplimit)
10172                 return (PHYS_TO_DMAP(paddr));
10173         mtx_lock_spin(&qframe_mtx);
10174         KASSERT(*vtopte(qframe) == 0, ("qframe busy"));
10175         pte_store(vtopte(qframe), paddr | X86_PG_RW | X86_PG_V | X86_PG_A |
10176             X86_PG_M | pmap_cache_bits(kernel_pmap, m->md.pat_mode, 0));
10177         return (qframe);
10178 }
10179
10180 void
10181 pmap_quick_remove_page(vm_offset_t addr)
10182 {
10183
10184         if (addr != qframe)
10185                 return;
10186         pte_store(vtopte(qframe), 0);
10187         invlpg(qframe);
10188         mtx_unlock_spin(&qframe_mtx);
10189 }
10190
10191 /*
10192  * Pdp pages from the large map are managed differently from either
10193  * kernel or user page table pages.  They are permanently allocated at
10194  * initialization time, and their reference count is permanently set to
10195  * zero.  The pml4 entries pointing to those pages are copied into
10196  * each allocated pmap.
10197  *
10198  * In contrast, pd and pt pages are managed like user page table
10199  * pages.  They are dynamically allocated, and their reference count
10200  * represents the number of valid entries within the page.
10201  */
10202 static vm_page_t
10203 pmap_large_map_getptp_unlocked(void)
10204 {
10205         return (pmap_alloc_pt_page(kernel_pmap, 0,
10206             VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_ZERO));
10207 }
10208
10209 static vm_page_t
10210 pmap_large_map_getptp(void)
10211 {
10212         vm_page_t m;
10213
10214         PMAP_LOCK_ASSERT(kernel_pmap, MA_OWNED);
10215         m = pmap_large_map_getptp_unlocked();
10216         if (m == NULL) {
10217                 PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
10218                 vm_wait(NULL);
10219                 PMAP_LOCK(kernel_pmap);
10220                 /* Callers retry. */
10221         }
10222         return (m);
10223 }
10224
10225 static pdp_entry_t *
10226 pmap_large_map_pdpe(vm_offset_t va)
10227 {
10228         vm_pindex_t pml4_idx;
10229         vm_paddr_t mphys;
10230
10231         pml4_idx = pmap_pml4e_index(va);
10232         KASSERT(LMSPML4I <= pml4_idx && pml4_idx < LMSPML4I + lm_ents,
10233             ("pmap_large_map_pdpe: va %#jx out of range idx %#jx LMSPML4I "
10234             "%#jx lm_ents %d",
10235             (uintmax_t)va, (uintmax_t)pml4_idx, LMSPML4I, lm_ents));
10236         KASSERT((kernel_pml4[pml4_idx] & X86_PG_V) != 0,
10237             ("pmap_large_map_pdpe: invalid pml4 for va %#jx idx %#jx "
10238             "LMSPML4I %#jx lm_ents %d",
10239             (uintmax_t)va, (uintmax_t)pml4_idx, LMSPML4I, lm_ents));
10240         mphys = kernel_pml4[pml4_idx] & PG_FRAME;
10241         return ((pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys) + pmap_pdpe_index(va));
10242 }
10243
10244 static pd_entry_t *
10245 pmap_large_map_pde(vm_offset_t va)
10246 {
10247         pdp_entry_t *pdpe;
10248         vm_page_t m;
10249         vm_paddr_t mphys;
10250
10251 retry:
10252         pdpe = pmap_large_map_pdpe(va);
10253         if (*pdpe == 0) {
10254                 m = pmap_large_map_getptp();
10255                 if (m == NULL)
10256                         goto retry;
10257                 mphys = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
10258                 *pdpe = mphys | X86_PG_A | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
10259         } else {
10260                 MPASS((*pdpe & X86_PG_PS) == 0);
10261                 mphys = *pdpe & PG_FRAME;
10262         }
10263         return ((pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys) + pmap_pde_index(va));
10264 }
10265
10266 static pt_entry_t *
10267 pmap_large_map_pte(vm_offset_t va)
10268 {
10269         pd_entry_t *pde;
10270         vm_page_t m;
10271         vm_paddr_t mphys;
10272
10273 retry:
10274         pde = pmap_large_map_pde(va);
10275         if (*pde == 0) {
10276                 m = pmap_large_map_getptp();
10277                 if (m == NULL)
10278                         goto retry;
10279                 mphys = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
10280                 *pde = mphys | X86_PG_A | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
10281                 PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pde))->ref_count++;
10282         } else {
10283                 MPASS((*pde & X86_PG_PS) == 0);
10284                 mphys = *pde & PG_FRAME;
10285         }
10286         return ((pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys) + pmap_pte_index(va));
10287 }
10288
10289 static vm_paddr_t
10290 pmap_large_map_kextract(vm_offset_t va)
10291 {
10292         pdp_entry_t *pdpe, pdp;
10293         pd_entry_t *pde, pd;
10294         pt_entry_t *pte, pt;
10295
10296         KASSERT(PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(va),
10297             ("not largemap range %#lx", (u_long)va));
10298         pdpe = pmap_large_map_pdpe(va);
10299         pdp = *pdpe;
10300         KASSERT((pdp & X86_PG_V) != 0,
10301             ("invalid pdp va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
10302             (u_long)pdpe, pdp));
10303         if ((pdp & X86_PG_PS) != 0) {
10304                 KASSERT((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0,
10305                     ("no 1G pages, va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
10306                     (u_long)pdpe, pdp));
10307                 return ((pdp & PG_PS_PDP_FRAME) | (va & PDPMASK));
10308         }
10309         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
10310         pd = *pde;
10311         KASSERT((pd & X86_PG_V) != 0,
10312             ("invalid pd va %#lx pde %#lx pd %#lx", va, (u_long)pde, pd));
10313         if ((pd & X86_PG_PS) != 0)
10314                 return ((pd & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK));
10315         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
10316         pt = *pte;
10317         KASSERT((pt & X86_PG_V) != 0,
10318             ("invalid pte va %#lx pte %#lx pt %#lx", va, (u_long)pte, pt));
10319         return ((pt & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK));
10320 }
10321
10322 static int
10323 pmap_large_map_getva(vm_size_t len, vm_offset_t align, vm_offset_t phase,
10324     vmem_addr_t *vmem_res)
10325 {
10326
10327         /*
10328          * Large mappings are all but static.  Consequently, there
10329          * is no point in waiting for an earlier allocation to be
10330          * freed.
10331          */
10332         return (vmem_xalloc(large_vmem, len, align, phase, 0, VMEM_ADDR_MIN,
10333             VMEM_ADDR_MAX, M_NOWAIT | M_BESTFIT, vmem_res));
10334 }
10335
10336 int
10337 pmap_large_map(vm_paddr_t spa, vm_size_t len, void **addr,
10338     vm_memattr_t mattr)
10339 {
10340         pdp_entry_t *pdpe;
10341         pd_entry_t *pde;
10342         pt_entry_t *pte;
10343         vm_offset_t va, inc;
10344         vmem_addr_t vmem_res;
10345         vm_paddr_t pa;
10346         int error;
10347
10348         if (len == 0 || spa + len < spa)
10349                 return (EINVAL);
10350
10351         /* See if DMAP can serve. */
10352         if (spa + len <= dmaplimit) {
10353                 va = PHYS_TO_DMAP(spa);
10354                 *addr = (void *)va;
10355                 return (pmap_change_attr(va, len, mattr));
10356         }
10357
10358         /*
10359          * No, allocate KVA.  Fit the address with best possible
10360          * alignment for superpages.  Fall back to worse align if
10361          * failed.
10362          */
10363         error = ENOMEM;
10364         if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0 && rounddown2(spa + len,
10365             NBPDP) >= roundup2(spa, NBPDP) + NBPDP)
10366                 error = pmap_large_map_getva(len, NBPDP, spa & PDPMASK,
10367                     &vmem_res);
10368         if (error != 0 && rounddown2(spa + len, NBPDR) >= roundup2(spa,
10369             NBPDR) + NBPDR)
10370                 error = pmap_large_map_getva(len, NBPDR, spa & PDRMASK,
10371                     &vmem_res);
10372         if (error != 0)
10373                 error = pmap_large_map_getva(len, PAGE_SIZE, 0, &vmem_res);
10374         if (error != 0)
10375                 return (error);
10376
10377         /*
10378          * Fill pagetable.  PG_M is not pre-set, we scan modified bits
10379          * in the pagetable to minimize flushing.  No need to
10380          * invalidate TLB, since we only update invalid entries.
10381          */
10382         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
10383         for (pa = spa, va = vmem_res; len > 0; pa += inc, va += inc,
10384             len -= inc) {
10385                 if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0 && len >= NBPDP &&
10386                     (pa & PDPMASK) == 0 && (va & PDPMASK) == 0) {
10387                         pdpe = pmap_large_map_pdpe(va);
10388                         MPASS(*pdpe == 0);
10389                         *pdpe = pa | pg_g | X86_PG_PS | X86_PG_RW |
10390                             X86_PG_V | X86_PG_A | pg_nx |
10391                             pmap_cache_bits(kernel_pmap, mattr, TRUE);
10392                         inc = NBPDP;
10393                 } else if (len >= NBPDR && (pa & PDRMASK) == 0 &&
10394                     (va & PDRMASK) == 0) {
10395                         pde = pmap_large_map_pde(va);
10396                         MPASS(*pde == 0);
10397                         *pde = pa | pg_g | X86_PG_PS | X86_PG_RW |
10398                             X86_PG_V | X86_PG_A | pg_nx |
10399                             pmap_cache_bits(kernel_pmap, mattr, TRUE);
10400                         PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pde))->
10401                             ref_count++;
10402                         inc = NBPDR;
10403                 } else {
10404                         pte = pmap_large_map_pte(va);
10405                         MPASS(*pte == 0);
10406                         *pte = pa | pg_g | X86_PG_RW | X86_PG_V |
10407                             X86_PG_A | pg_nx | pmap_cache_bits(kernel_pmap,
10408                             mattr, FALSE);
10409                         PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pte))->
10410                             ref_count++;
10411                         inc = PAGE_SIZE;
10412                 }
10413         }
10414         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
10415         MPASS(len == 0);
10416
10417         *addr = (void *)vmem_res;
10418         return (0);
10419 }
10420
10421 void
10422 pmap_large_unmap(void *svaa, vm_size_t len)
10423 {
10424         vm_offset_t sva, va;
10425         vm_size_t inc;
10426         pdp_entry_t *pdpe, pdp;
10427         pd_entry_t *pde, pd;
10428         pt_entry_t *pte;
10429         vm_page_t m;
10430         struct spglist spgf;
10431
10432         sva = (vm_offset_t)svaa;
10433         if (len == 0 || sva + len < sva || (sva >= DMAP_MIN_ADDRESS &&
10434             sva + len <= DMAP_MIN_ADDRESS + dmaplimit))
10435                 return;
10436
10437         SLIST_INIT(&spgf);
10438         KASSERT(PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(sva) &&
10439             PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(sva + len - 1),
10440             ("not largemap range %#lx %#lx", (u_long)svaa, (u_long)svaa + len));
10441         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
10442         for (va = sva; va < sva + len; va += inc) {
10443                 pdpe = pmap_large_map_pdpe(va);
10444                 pdp = *pdpe;
10445                 KASSERT((pdp & X86_PG_V) != 0,
10446                     ("invalid pdp va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
10447                     (u_long)pdpe, pdp));
10448                 if ((pdp & X86_PG_PS) != 0) {
10449                         KASSERT((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0,
10450                             ("no 1G pages, va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
10451                             (u_long)pdpe, pdp));
10452                         KASSERT((va & PDPMASK) == 0,
10453                             ("PDPMASK bit set, va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
10454                             (u_long)pdpe, pdp));
10455                         KASSERT(va + NBPDP <= sva + len,
10456                             ("unmap covers partial 1GB page, sva %#lx va %#lx "
10457                             "pdpe %#lx pdp %#lx len %#lx", sva, va,
10458                             (u_long)pdpe, pdp, len));
10459                         *pdpe = 0;
10460                         inc = NBPDP;
10461                         continue;
10462                 }
10463                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
10464                 pd = *pde;
10465                 KASSERT((pd & X86_PG_V) != 0,
10466                     ("invalid pd va %#lx pde %#lx pd %#lx", va,
10467                     (u_long)pde, pd));
10468                 if ((pd & X86_PG_PS) != 0) {
10469                         KASSERT((va & PDRMASK) == 0,
10470                             ("PDRMASK bit set, va %#lx pde %#lx pd %#lx", va,
10471                             (u_long)pde, pd));
10472                         KASSERT(va + NBPDR <= sva + len,
10473                             ("unmap covers partial 2MB page, sva %#lx va %#lx "
10474                             "pde %#lx pd %#lx len %#lx", sva, va, (u_long)pde,
10475                             pd, len));
10476                         pde_store(pde, 0);
10477                         inc = NBPDR;
10478                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pde));
10479                         m->ref_count--;
10480                         if (m->ref_count == 0) {
10481                                 *pdpe = 0;
10482                                 SLIST_INSERT_HEAD(&spgf, m, plinks.s.ss);
10483                         }
10484                         continue;
10485                 }
10486                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
10487                 KASSERT((*pte & X86_PG_V) != 0,
10488                     ("invalid pte va %#lx pte %#lx pt %#lx", va,
10489                     (u_long)pte, *pte));
10490                 pte_clear(pte);
10491                 inc = PAGE_SIZE;
10492                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pte));
10493                 m->ref_count--;
10494                 if (m->ref_count == 0) {
10495                         *pde = 0;
10496                         SLIST_INSERT_HEAD(&spgf, m, plinks.s.ss);
10497                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pde));
10498                         m->ref_count--;
10499                         if (m->ref_count == 0) {
10500                                 *pdpe = 0;
10501                                 SLIST_INSERT_HEAD(&spgf, m, plinks.s.ss);
10502                         }
10503                 }
10504         }
10505         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, sva + len);
10506         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
10507         vm_page_free_pages_toq(&spgf, false);
10508         vmem_free(large_vmem, sva, len);
10509 }
10510
10511 static void
10512 pmap_large_map_wb_fence_mfence(void)
10513 {
10514
10515         mfence();
10516 }
10517
10518 static void
10519 pmap_large_map_wb_fence_atomic(void)
10520 {
10521
10522         atomic_thread_fence_seq_cst();
10523 }
10524
10525 static void
10526 pmap_large_map_wb_fence_nop(void)
10527 {
10528 }
10529
10530 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_large_map_wb_fence, (void))
10531 {
10532
10533         if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
10534                 return (pmap_large_map_wb_fence_mfence);
10535         else if ((cpu_stdext_feature & (CPUID_STDEXT_CLWB |
10536             CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT)) == 0)
10537                 return (pmap_large_map_wb_fence_atomic);
10538         else
10539                 /* clflush is strongly enough ordered */
10540                 return (pmap_large_map_wb_fence_nop);
10541 }
10542
10543 static void
10544 pmap_large_map_flush_range_clwb(vm_offset_t va, vm_size_t len)
10545 {
10546
10547         for (; len > 0; len -= cpu_clflush_line_size,
10548             va += cpu_clflush_line_size)
10549                 clwb(va);
10550 }
10551
10552 static void
10553 pmap_large_map_flush_range_clflushopt(vm_offset_t va, vm_size_t len)
10554 {
10555
10556         for (; len > 0; len -= cpu_clflush_line_size,
10557             va += cpu_clflush_line_size)
10558                 clflushopt(va);
10559 }
10560
10561 static void
10562 pmap_large_map_flush_range_clflush(vm_offset_t va, vm_size_t len)
10563 {
10564
10565         for (; len > 0; len -= cpu_clflush_line_size,
10566             va += cpu_clflush_line_size)
10567                 clflush(va);
10568 }
10569
10570 static void
10571 pmap_large_map_flush_range_nop(vm_offset_t sva __unused, vm_size_t len __unused)
10572 {
10573 }
10574
10575 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_large_map_flush_range, (vm_offset_t, vm_size_t))
10576 {
10577
10578         if ((cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLWB) != 0)
10579                 return (pmap_large_map_flush_range_clwb);
10580         else if ((cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT) != 0)
10581                 return (pmap_large_map_flush_range_clflushopt);
10582         else if ((cpu_feature & CPUID_CLFSH) != 0)
10583                 return (pmap_large_map_flush_range_clflush);
10584         else
10585                 return (pmap_large_map_flush_range_nop);
10586 }
10587
10588 static void
10589 pmap_large_map_wb_large(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
10590 {
10591         volatile u_long *pe;
10592         u_long p;
10593         vm_offset_t va;
10594         vm_size_t inc;
10595         bool seen_other;
10596
10597         for (va = sva; va < eva; va += inc) {
10598                 inc = 0;
10599                 if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0) {
10600                         pe = (volatile u_long *)pmap_large_map_pdpe(va);
10601                         p = *pe;
10602                         if ((p & X86_PG_PS) != 0)
10603                                 inc = NBPDP;
10604                 }
10605                 if (inc == 0) {
10606                         pe = (volatile u_long *)pmap_large_map_pde(va);
10607                         p = *pe;
10608                         if ((p & X86_PG_PS) != 0)
10609                                 inc = NBPDR;
10610                 }
10611                 if (inc == 0) {
10612                         pe = (volatile u_long *)pmap_large_map_pte(va);
10613                         p = *pe;
10614                         inc = PAGE_SIZE;
10615                 }
10616                 seen_other = false;
10617                 for (;;) {
10618                         if ((p & X86_PG_AVAIL1) != 0) {
10619                                 /*
10620                                  * Spin-wait for the end of a parallel
10621                                  * write-back.
10622                                  */
10623                                 cpu_spinwait();
10624                                 p = *pe;
10625
10626                                 /*
10627                                  * If we saw other write-back
10628                                  * occuring, we cannot rely on PG_M to
10629                                  * indicate state of the cache.  The
10630                                  * PG_M bit is cleared before the
10631                                  * flush to avoid ignoring new writes,
10632                                  * and writes which are relevant for
10633                                  * us might happen after.
10634                                  */
10635                                 seen_other = true;
10636                                 continue;
10637                         }
10638
10639                         if ((p & X86_PG_M) != 0 || seen_other) {
10640                                 if (!atomic_fcmpset_long(pe, &p,
10641                                     (p & ~X86_PG_M) | X86_PG_AVAIL1))
10642                                         /*
10643                                          * If we saw PG_M without
10644                                          * PG_AVAIL1, and then on the
10645                                          * next attempt we do not
10646                                          * observe either PG_M or
10647                                          * PG_AVAIL1, the other
10648                                          * write-back started after us
10649                                          * and finished before us.  We
10650                                          * can rely on it doing our
10651                                          * work.
10652                                          */
10653                                         continue;
10654                                 pmap_large_map_flush_range(va, inc);
10655                                 atomic_clear_long(pe, X86_PG_AVAIL1);
10656                         }
10657                         break;
10658                 }
10659                 maybe_yield();
10660         }
10661 }
10662
10663 /*
10664  * Write-back cache lines for the given address range.
10665  *
10666  * Must be called only on the range or sub-range returned from
10667  * pmap_large_map().  Must not be called on the coalesced ranges.
10668  *
10669  * Does nothing on CPUs without CLWB, CLFLUSHOPT, or CLFLUSH
10670  * instructions support.
10671  */
10672 void
10673 pmap_large_map_wb(void *svap, vm_size_t len)
10674 {
10675         vm_offset_t eva, sva;
10676
10677         sva = (vm_offset_t)svap;
10678         eva = sva + len;
10679         pmap_large_map_wb_fence();
10680         if (sva >= DMAP_MIN_ADDRESS && eva <= DMAP_MIN_ADDRESS + dmaplimit) {
10681                 pmap_large_map_flush_range(sva, len);
10682         } else {
10683                 KASSERT(sva >= LARGEMAP_MIN_ADDRESS &&
10684                     eva <= LARGEMAP_MIN_ADDRESS + lm_ents * NBPML4,
10685                     ("pmap_large_map_wb: not largemap %#lx %#lx", sva, len));
10686                 pmap_large_map_wb_large(sva, eva);
10687         }
10688         pmap_large_map_wb_fence();
10689 }
10690
10691 static vm_page_t
10692 pmap_pti_alloc_page(void)
10693 {
10694         vm_page_t m;
10695
10696         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
10697         m = vm_page_grab(pti_obj, pti_pg_idx++, VM_ALLOC_NOBUSY |
10698             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
10699         return (m);
10700 }
10701
10702 static bool
10703 pmap_pti_free_page(vm_page_t m)
10704 {
10705
10706         KASSERT(m->ref_count > 0, ("page %p not referenced", m));
10707         if (!vm_page_unwire_noq(m))
10708                 return (false);
10709         vm_page_free_zero(m);
10710         return (true);
10711 }
10712
10713 static void
10714 pmap_pti_init(void)
10715 {
10716         vm_page_t pml4_pg;
10717         pdp_entry_t *pdpe;
10718         vm_offset_t va;
10719         int i;
10720
10721         if (!pti)
10722                 return;
10723         pti_obj = vm_pager_allocate(OBJT_PHYS, NULL, 0, VM_PROT_ALL, 0, NULL);
10724         VM_OBJECT_WLOCK(pti_obj);
10725         pml4_pg = pmap_pti_alloc_page();
10726         pti_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml4_pg));
10727         for (va = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS; va <= VM_MAX_KERNEL_ADDRESS &&
10728             va >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS && va > NBPML4; va += NBPML4) {
10729                 pdpe = pmap_pti_pdpe(va);
10730                 pmap_pti_wire_pte(pdpe);
10731         }
10732         pmap_pti_add_kva_locked((vm_offset_t)&__pcpu[0],
10733             (vm_offset_t)&__pcpu[0] + sizeof(__pcpu[0]) * MAXCPU, false);
10734         pmap_pti_add_kva_locked((vm_offset_t)idt, (vm_offset_t)idt +
10735             sizeof(struct gate_descriptor) * NIDT, false);
10736         CPU_FOREACH(i) {
10737                 /* Doublefault stack IST 1 */
10738                 va = __pcpu[i].pc_common_tss.tss_ist1 + sizeof(struct nmi_pcpu);
10739                 pmap_pti_add_kva_locked(va - DBLFAULT_STACK_SIZE, va, false);
10740                 /* NMI stack IST 2 */
10741                 va = __pcpu[i].pc_common_tss.tss_ist2 + sizeof(struct nmi_pcpu);
10742                 pmap_pti_add_kva_locked(va - NMI_STACK_SIZE, va, false);
10743                 /* MC# stack IST 3 */
10744                 va = __pcpu[i].pc_common_tss.tss_ist3 +
10745                     sizeof(struct nmi_pcpu);
10746                 pmap_pti_add_kva_locked(va - MCE_STACK_SIZE, va, false);
10747                 /* DB# stack IST 4 */
10748                 va = __pcpu[i].pc_common_tss.tss_ist4 + sizeof(struct nmi_pcpu);
10749                 pmap_pti_add_kva_locked(va - DBG_STACK_SIZE, va, false);
10750         }
10751         pmap_pti_add_kva_locked((vm_offset_t)kernphys + KERNBASE,
10752             (vm_offset_t)etext, true);
10753         pti_finalized = true;
10754         VM_OBJECT_WUNLOCK(pti_obj);
10755 }
10756 SYSINIT(pmap_pti, SI_SUB_CPU + 1, SI_ORDER_ANY, pmap_pti_init, NULL);
10757
10758 static pdp_entry_t *
10759 pmap_pti_pdpe(vm_offset_t va)
10760 {
10761         pml4_entry_t *pml4e;
10762         pdp_entry_t *pdpe;
10763         vm_page_t m;
10764         vm_pindex_t pml4_idx;
10765         vm_paddr_t mphys;
10766
10767         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
10768
10769         pml4_idx = pmap_pml4e_index(va);
10770         pml4e = &pti_pml4[pml4_idx];
10771         m = NULL;
10772         if (*pml4e == 0) {
10773                 if (pti_finalized)
10774                         panic("pml4 alloc after finalization\n");
10775                 m = pmap_pti_alloc_page();
10776                 if (*pml4e != 0) {
10777                         pmap_pti_free_page(m);
10778                         mphys = *pml4e & ~PAGE_MASK;
10779                 } else {
10780                         mphys = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
10781                         *pml4e = mphys | X86_PG_RW | X86_PG_V;
10782                 }
10783         } else {
10784                 mphys = *pml4e & ~PAGE_MASK;
10785         }
10786         pdpe = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys) + pmap_pdpe_index(va);
10787         return (pdpe);
10788 }
10789
10790 static void
10791 pmap_pti_wire_pte(void *pte)
10792 {
10793         vm_page_t m;
10794
10795         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
10796         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pte));
10797         m->ref_count++;
10798 }
10799
10800 static void
10801 pmap_pti_unwire_pde(void *pde, bool only_ref)
10802 {
10803         vm_page_t m;
10804
10805         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
10806         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pde));
10807         MPASS(m->ref_count > 0);
10808         MPASS(only_ref || m->ref_count > 1);
10809         pmap_pti_free_page(m);
10810 }
10811
10812 static void
10813 pmap_pti_unwire_pte(void *pte, vm_offset_t va)
10814 {
10815         vm_page_t m;
10816         pd_entry_t *pde;
10817
10818         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
10819         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pte));
10820         MPASS(m->ref_count > 0);
10821         if (pmap_pti_free_page(m)) {
10822                 pde = pmap_pti_pde(va);
10823                 MPASS((*pde & (X86_PG_PS | X86_PG_V)) == X86_PG_V);
10824                 *pde = 0;
10825                 pmap_pti_unwire_pde(pde, false);
10826         }
10827 }
10828
10829 static pd_entry_t *
10830 pmap_pti_pde(vm_offset_t va)
10831 {
10832         pdp_entry_t *pdpe;
10833         pd_entry_t *pde;
10834         vm_page_t m;
10835         vm_pindex_t pd_idx;
10836         vm_paddr_t mphys;
10837
10838         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
10839
10840         pdpe = pmap_pti_pdpe(va);
10841         if (*pdpe == 0) {
10842                 m = pmap_pti_alloc_page();
10843                 if (*pdpe != 0) {
10844                         pmap_pti_free_page(m);
10845                         MPASS((*pdpe & X86_PG_PS) == 0);
10846                         mphys = *pdpe & ~PAGE_MASK;
10847                 } else {
10848                         mphys =  VM_PAGE_TO_PHYS(m);
10849                         *pdpe = mphys | X86_PG_RW | X86_PG_V;
10850                 }
10851         } else {
10852                 MPASS((*pdpe & X86_PG_PS) == 0);
10853                 mphys = *pdpe & ~PAGE_MASK;
10854         }
10855
10856         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys);
10857         pd_idx = pmap_pde_index(va);
10858         pde += pd_idx;
10859         return (pde);
10860 }
10861
10862 static pt_entry_t *
10863 pmap_pti_pte(vm_offset_t va, bool *unwire_pde)
10864 {
10865         pd_entry_t *pde;
10866         pt_entry_t *pte;
10867         vm_page_t m;
10868         vm_paddr_t mphys;
10869
10870         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
10871
10872         pde = pmap_pti_pde(va);
10873         if (unwire_pde != NULL) {
10874                 *unwire_pde = true;
10875                 pmap_pti_wire_pte(pde);
10876         }
10877         if (*pde == 0) {
10878                 m = pmap_pti_alloc_page();
10879                 if (*pde != 0) {
10880                         pmap_pti_free_page(m);
10881                         MPASS((*pde & X86_PG_PS) == 0);
10882                         mphys = *pde & ~(PAGE_MASK | pg_nx);
10883                 } else {
10884                         mphys = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
10885                         *pde = mphys | X86_PG_RW | X86_PG_V;
10886                         if (unwire_pde != NULL)
10887                                 *unwire_pde = false;
10888                 }
10889         } else {
10890                 MPASS((*pde & X86_PG_PS) == 0);
10891                 mphys = *pde & ~(PAGE_MASK | pg_nx);
10892         }
10893
10894         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys);
10895         pte += pmap_pte_index(va);
10896
10897         return (pte);
10898 }
10899
10900 static void
10901 pmap_pti_add_kva_locked(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, bool exec)
10902 {
10903         vm_paddr_t pa;
10904         pd_entry_t *pde;
10905         pt_entry_t *pte, ptev;
10906         bool unwire_pde;
10907
10908         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
10909
10910         sva = trunc_page(sva);
10911         MPASS(sva > VM_MAXUSER_ADDRESS);
10912         eva = round_page(eva);
10913         MPASS(sva < eva);
10914         for (; sva < eva; sva += PAGE_SIZE) {
10915                 pte = pmap_pti_pte(sva, &unwire_pde);
10916                 pa = pmap_kextract(sva);
10917                 ptev = pa | X86_PG_RW | X86_PG_V | X86_PG_A | X86_PG_G |
10918                     (exec ? 0 : pg_nx) | pmap_cache_bits(kernel_pmap,
10919                     VM_MEMATTR_DEFAULT, FALSE);
10920                 if (*pte == 0) {
10921                         pte_store(pte, ptev);
10922                         pmap_pti_wire_pte(pte);
10923                 } else {
10924                         KASSERT(!pti_finalized,
10925                             ("pti overlap after fin %#lx %#lx %#lx",
10926                             sva, *pte, ptev));
10927                         KASSERT(*pte == ptev,
10928                             ("pti non-identical pte after fin %#lx %#lx %#lx",
10929                             sva, *pte, ptev));
10930                 }
10931                 if (unwire_pde) {
10932                         pde = pmap_pti_pde(sva);
10933                         pmap_pti_unwire_pde(pde, true);
10934                 }
10935         }
10936 }
10937
10938 void
10939 pmap_pti_add_kva(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, bool exec)
10940 {
10941
10942         if (!pti)
10943                 return;
10944         VM_OBJECT_WLOCK(pti_obj);
10945         pmap_pti_add_kva_locked(sva, eva, exec);
10946         VM_OBJECT_WUNLOCK(pti_obj);
10947 }
10948
10949 void
10950 pmap_pti_remove_kva(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
10951 {
10952         pt_entry_t *pte;
10953         vm_offset_t va;
10954
10955         if (!pti)
10956                 return;
10957         sva = rounddown2(sva, PAGE_SIZE);
10958         MPASS(sva > VM_MAXUSER_ADDRESS);
10959         eva = roundup2(eva, PAGE_SIZE);
10960         MPASS(sva < eva);
10961         VM_OBJECT_WLOCK(pti_obj);
10962         for (va = sva; va < eva; va += PAGE_SIZE) {
10963                 pte = pmap_pti_pte(va, NULL);
10964                 KASSERT((*pte & X86_PG_V) != 0,
10965                     ("invalid pte va %#lx pte %#lx pt %#lx", va,
10966                     (u_long)pte, *pte));
10967                 pte_clear(pte);
10968                 pmap_pti_unwire_pte(pte, va);
10969         }
10970         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, eva);
10971         VM_OBJECT_WUNLOCK(pti_obj);
10972 }
10973
10974 static void *
10975 pkru_dup_range(void *ctx __unused, void *data)
10976 {
10977         struct pmap_pkru_range *node, *new_node;
10978
10979         new_node = uma_zalloc(pmap_pkru_ranges_zone, M_NOWAIT);
10980         if (new_node == NULL)
10981                 return (NULL);
10982         node = data;
10983         memcpy(new_node, node, sizeof(*node));
10984         return (new_node);
10985 }
10986
10987 static void
10988 pkru_free_range(void *ctx __unused, void *node)
10989 {
10990
10991         uma_zfree(pmap_pkru_ranges_zone, node);
10992 }
10993
10994 static int
10995 pmap_pkru_assign(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, u_int keyidx,
10996     int flags)
10997 {
10998         struct pmap_pkru_range *ppr;
10999         int error;
11000
11001         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
11002         MPASS(pmap->pm_type == PT_X86);
11003         MPASS((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0);
11004         if ((flags & AMD64_PKRU_EXCL) != 0 &&
11005             !rangeset_check_empty(&pmap->pm_pkru, sva, eva))
11006                 return (EBUSY);
11007         ppr = uma_zalloc(pmap_pkru_ranges_zone, M_NOWAIT);
11008         if (ppr == NULL)
11009                 return (ENOMEM);
11010         ppr->pkru_keyidx = keyidx;
11011         ppr->pkru_flags = flags & AMD64_PKRU_PERSIST;
11012         error = rangeset_insert(&pmap->pm_pkru, sva, eva, ppr);
11013         if (error != 0)
11014                 uma_zfree(pmap_pkru_ranges_zone, ppr);
11015         return (error);
11016 }
11017
11018 static int
11019 pmap_pkru_deassign(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
11020 {
11021
11022         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
11023         MPASS(pmap->pm_type == PT_X86);
11024         MPASS((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0);
11025         return (rangeset_remove(&pmap->pm_pkru, sva, eva));
11026 }
11027
11028 static void
11029 pmap_pkru_deassign_all(pmap_t pmap)
11030 {
11031
11032         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
11033         if (pmap->pm_type == PT_X86 &&
11034             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0)
11035                 rangeset_remove_all(&pmap->pm_pkru);
11036 }
11037
11038 static bool
11039 pmap_pkru_same(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
11040 {
11041         struct pmap_pkru_range *ppr, *prev_ppr;
11042         vm_offset_t va;
11043
11044         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
11045         if (pmap->pm_type != PT_X86 ||
11046             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) == 0 ||
11047             sva >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
11048                 return (true);
11049         MPASS(eva <= VM_MAXUSER_ADDRESS);
11050         for (va = sva; va < eva; prev_ppr = ppr) {
11051                 ppr = rangeset_lookup(&pmap->pm_pkru, va);
11052                 if (va == sva)
11053                         prev_ppr = ppr;
11054                 else if ((ppr == NULL) ^ (prev_ppr == NULL))
11055                         return (false);
11056                 if (ppr == NULL) {
11057                         va += PAGE_SIZE;
11058                         continue;
11059                 }
11060                 if (prev_ppr->pkru_keyidx != ppr->pkru_keyidx)
11061                         return (false);
11062                 va = ppr->pkru_rs_el.re_end;
11063         }
11064         return (true);
11065 }
11066
11067 static pt_entry_t
11068 pmap_pkru_get(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
11069 {
11070         struct pmap_pkru_range *ppr;
11071
11072         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
11073         if (pmap->pm_type != PT_X86 ||
11074             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) == 0 ||
11075             va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
11076                 return (0);
11077         ppr = rangeset_lookup(&pmap->pm_pkru, va);
11078         if (ppr != NULL)
11079                 return (X86_PG_PKU(ppr->pkru_keyidx));
11080         return (0);
11081 }
11082
11083 static bool
11084 pred_pkru_on_remove(void *ctx __unused, void *r)
11085 {
11086         struct pmap_pkru_range *ppr;
11087
11088         ppr = r;
11089         return ((ppr->pkru_flags & AMD64_PKRU_PERSIST) == 0);
11090 }
11091
11092 static void
11093 pmap_pkru_on_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
11094 {
11095
11096         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
11097         if (pmap->pm_type == PT_X86 &&
11098             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0) {
11099                 rangeset_remove_pred(&pmap->pm_pkru, sva, eva,
11100                     pred_pkru_on_remove);
11101         }
11102 }
11103
11104 static int
11105 pmap_pkru_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap)
11106 {
11107
11108         PMAP_LOCK_ASSERT(dst_pmap, MA_OWNED);
11109         PMAP_LOCK_ASSERT(src_pmap, MA_OWNED);
11110         MPASS(dst_pmap->pm_type == PT_X86);
11111         MPASS(src_pmap->pm_type == PT_X86);
11112         MPASS((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0);
11113         if (src_pmap->pm_pkru.rs_data_ctx == NULL)
11114                 return (0);
11115         return (rangeset_copy(&dst_pmap->pm_pkru, &src_pmap->pm_pkru));
11116 }
11117
11118 static void
11119 pmap_pkru_update_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
11120     u_int keyidx)
11121 {
11122         pml4_entry_t *pml4e;
11123         pdp_entry_t *pdpe;
11124         pd_entry_t newpde, ptpaddr, *pde;
11125         pt_entry_t newpte, *ptep, pte;
11126         vm_offset_t va, va_next;
11127         bool changed;
11128
11129         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
11130         MPASS(pmap->pm_type == PT_X86);
11131         MPASS(keyidx <= PMAP_MAX_PKRU_IDX);
11132
11133         for (changed = false, va = sva; va < eva; va = va_next) {
11134                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, va);
11135                 if (pml4e == NULL || (*pml4e & X86_PG_V) == 0) {
11136                         va_next = (va + NBPML4) & ~PML4MASK;
11137                         if (va_next < va)
11138                                 va_next = eva;
11139                         continue;
11140                 }
11141
11142                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, va);
11143                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0) {
11144                         va_next = (va + NBPDP) & ~PDPMASK;
11145                         if (va_next < va)
11146                                 va_next = eva;
11147                         continue;
11148                 }
11149
11150                 va_next = (va + NBPDR) & ~PDRMASK;
11151                 if (va_next < va)
11152                         va_next = eva;
11153
11154                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
11155                 ptpaddr = *pde;
11156                 if (ptpaddr == 0)
11157                         continue;
11158
11159                 MPASS((ptpaddr & X86_PG_V) != 0);
11160                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
11161                         if (va + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
11162                                 newpde = (ptpaddr & ~X86_PG_PKU_MASK) |
11163                                     X86_PG_PKU(keyidx);
11164                                 if (newpde != ptpaddr) {
11165                                         *pde = newpde;
11166                                         changed = true;
11167                                 }
11168                                 continue;
11169                         } else if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, va)) {
11170                                 continue;
11171                         }
11172                 }
11173
11174                 if (va_next > eva)
11175                         va_next = eva;
11176
11177                 for (ptep = pmap_pde_to_pte(pde, va); va != va_next;
11178                     ptep++, va += PAGE_SIZE) {
11179                         pte = *ptep;
11180                         if ((pte & X86_PG_V) == 0)
11181                                 continue;
11182                         newpte = (pte & ~X86_PG_PKU_MASK) | X86_PG_PKU(keyidx);
11183                         if (newpte != pte) {
11184                                 *ptep = newpte;
11185                                 changed = true;
11186                         }
11187                 }
11188         }
11189         if (changed)
11190                 pmap_invalidate_range(pmap, sva, eva);
11191 }
11192
11193 static int
11194 pmap_pkru_check_uargs(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
11195     u_int keyidx, int flags)
11196 {
11197
11198         if (pmap->pm_type != PT_X86 || keyidx > PMAP_MAX_PKRU_IDX ||
11199             (flags & ~(AMD64_PKRU_PERSIST | AMD64_PKRU_EXCL)) != 0)
11200                 return (EINVAL);
11201         if (eva <= sva || eva > VM_MAXUSER_ADDRESS)
11202                 return (EFAULT);
11203         if ((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) == 0)
11204                 return (ENOTSUP);
11205         return (0);
11206 }
11207
11208 int
11209 pmap_pkru_set(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, u_int keyidx,
11210     int flags)
11211 {
11212         int error;
11213
11214         sva = trunc_page(sva);
11215         eva = round_page(eva);
11216         error = pmap_pkru_check_uargs(pmap, sva, eva, keyidx, flags);
11217         if (error != 0)
11218                 return (error);
11219         for (;;) {
11220                 PMAP_LOCK(pmap);
11221                 error = pmap_pkru_assign(pmap, sva, eva, keyidx, flags);
11222                 if (error == 0)
11223                         pmap_pkru_update_range(pmap, sva, eva, keyidx);
11224                 PMAP_UNLOCK(pmap);
11225                 if (error != ENOMEM)
11226                         break;
11227                 vm_wait(NULL);
11228         }
11229         return (error);
11230 }
11231
11232 int
11233 pmap_pkru_clear(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
11234 {
11235         int error;
11236
11237         sva = trunc_page(sva);
11238         eva = round_page(eva);
11239         error = pmap_pkru_check_uargs(pmap, sva, eva, 0, 0);
11240         if (error != 0)
11241                 return (error);
11242         for (;;) {
11243                 PMAP_LOCK(pmap);
11244                 error = pmap_pkru_deassign(pmap, sva, eva);
11245                 if (error == 0)
11246                         pmap_pkru_update_range(pmap, sva, eva, 0);
11247                 PMAP_UNLOCK(pmap);
11248                 if (error != ENOMEM)
11249                         break;
11250                 vm_wait(NULL);
11251         }
11252         return (error);
11253 }
11254
11255 #ifdef KASAN
11256 static vm_page_t
11257 pmap_kasan_enter_alloc_4k(void)
11258 {
11259         vm_page_t m;
11260
11261         m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ |
11262             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
11263         if (m == NULL)
11264                 panic("%s: no memory to grow shadow map", __func__);
11265         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0)
11266                 pmap_zero_page(m);
11267         return (m);
11268 }
11269
11270 static vm_page_t
11271 pmap_kasan_enter_alloc_2m(void)
11272 {
11273         vm_page_t m;
11274
11275         m = vm_page_alloc_contig(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
11276             VM_ALLOC_WIRED, NPTEPG, 0, ~0ul, NBPDR, 0, VM_MEMATTR_DEFAULT);
11277         if (m != NULL)
11278                 memset((void *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m)), 0, NBPDR);
11279         return (m);
11280 }
11281
11282 /*
11283  * Grow the shadow map by at least one 4KB page at the specified address.  Use
11284  * 2MB pages when possible.
11285  */
11286 void
11287 pmap_kasan_enter(vm_offset_t va)
11288 {
11289         pdp_entry_t *pdpe;
11290         pd_entry_t *pde;
11291         pt_entry_t *pte;
11292         vm_page_t m;
11293
11294         mtx_assert(&kernel_map->system_mtx, MA_OWNED);
11295
11296         pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, va);
11297         if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0) {
11298                 m = pmap_kasan_enter_alloc_4k();
11299                 *pdpe = (pdp_entry_t)(VM_PAGE_TO_PHYS(m) | X86_PG_RW |
11300                     X86_PG_V | pg_nx);
11301         }
11302         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
11303         if ((*pde & X86_PG_V) == 0) {
11304                 m = pmap_kasan_enter_alloc_2m();
11305                 if (m != NULL) {
11306                         *pde = (pd_entry_t)(VM_PAGE_TO_PHYS(m) | X86_PG_RW |
11307                             X86_PG_PS | X86_PG_V | pg_nx);
11308                 } else {
11309                         m = pmap_kasan_enter_alloc_4k();
11310                         *pde = (pd_entry_t)(VM_PAGE_TO_PHYS(m) | X86_PG_RW |
11311                             X86_PG_V | pg_nx);
11312                 }
11313         }
11314         if ((*pde & X86_PG_PS) != 0)
11315                 return;
11316         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
11317         if ((*pte & X86_PG_V) != 0)
11318                 return;
11319         KASSERT((*pte & X86_PG_V) == 0,
11320             ("%s: shadow address %#lx is already mapped", __func__, va));
11321         m = pmap_kasan_enter_alloc_4k();
11322         *pte = (pt_entry_t)(VM_PAGE_TO_PHYS(m) | X86_PG_RW | X86_PG_V |
11323             X86_PG_M | X86_PG_A | pg_nx);
11324 }
11325 #endif
11326
11327 /*
11328  * Track a range of the kernel's virtual address space that is contiguous
11329  * in various mapping attributes.
11330  */
11331 struct pmap_kernel_map_range {
11332         vm_offset_t sva;
11333         pt_entry_t attrs;
11334         int ptes;
11335         int pdes;
11336         int pdpes;
11337 };
11338
11339 static void
11340 sysctl_kmaps_dump(struct sbuf *sb, struct pmap_kernel_map_range *range,
11341     vm_offset_t eva)
11342 {
11343         const char *mode;
11344         int i, pat_idx;
11345
11346         if (eva <= range->sva)
11347                 return;
11348
11349         pat_idx = pmap_pat_index(kernel_pmap, range->attrs, true);
11350         for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
11351                 if (pat_index[i] == pat_idx)
11352                         break;
11353
11354         switch (i) {
11355         case PAT_WRITE_BACK:
11356                 mode = "WB";
11357                 break;
11358         case PAT_WRITE_THROUGH:
11359                 mode = "WT";
11360                 break;
11361         case PAT_UNCACHEABLE:
11362                 mode = "UC";
11363                 break;
11364         case PAT_UNCACHED:
11365                 mode = "U-";
11366                 break;
11367         case PAT_WRITE_PROTECTED:
11368                 mode = "WP";
11369                 break;
11370         case PAT_WRITE_COMBINING:
11371                 mode = "WC";
11372                 break;
11373         default:
11374                 printf("%s: unknown PAT mode %#x for range 0x%016lx-0x%016lx\n",
11375                     __func__, pat_idx, range->sva, eva);
11376                 mode = "??";
11377                 break;
11378         }
11379
11380         sbuf_printf(sb, "0x%016lx-0x%016lx r%c%c%c%c %s %d %d %d\n",
11381             range->sva, eva,
11382             (range->attrs & X86_PG_RW) != 0 ? 'w' : '-',
11383             (range->attrs & pg_nx) != 0 ? '-' : 'x',
11384             (range->attrs & X86_PG_U) != 0 ? 'u' : 's',
11385             (range->attrs & X86_PG_G) != 0 ? 'g' : '-',
11386             mode, range->pdpes, range->pdes, range->ptes);
11387
11388         /* Reset to sentinel value. */
11389         range->sva = la57 ? KV5ADDR(NPML5EPG - 1, NPML4EPG - 1, NPDPEPG - 1,
11390             NPDEPG - 1, NPTEPG - 1) : KV4ADDR(NPML4EPG - 1, NPDPEPG - 1,
11391             NPDEPG - 1, NPTEPG - 1);
11392 }
11393
11394 /*
11395  * Determine whether the attributes specified by a page table entry match those
11396  * being tracked by the current range.  This is not quite as simple as a direct
11397  * flag comparison since some PAT modes have multiple representations.
11398  */
11399 static bool
11400 sysctl_kmaps_match(struct pmap_kernel_map_range *range, pt_entry_t attrs)
11401 {
11402         pt_entry_t diff, mask;
11403
11404         mask = X86_PG_G | X86_PG_RW | X86_PG_U | X86_PG_PDE_CACHE | pg_nx;
11405         diff = (range->attrs ^ attrs) & mask;
11406         if (diff == 0)
11407                 return (true);
11408         if ((diff & ~X86_PG_PDE_PAT) == 0 &&
11409             pmap_pat_index(kernel_pmap, range->attrs, true) ==
11410             pmap_pat_index(kernel_pmap, attrs, true))
11411                 return (true);
11412         return (false);
11413 }
11414
11415 static void
11416 sysctl_kmaps_reinit(struct pmap_kernel_map_range *range, vm_offset_t va,
11417     pt_entry_t attrs)
11418 {
11419
11420         memset(range, 0, sizeof(*range));
11421         range->sva = va;
11422         range->attrs = attrs;
11423 }
11424
11425 /*
11426  * Given a leaf PTE, derive the mapping's attributes.  If they do not match
11427  * those of the current run, dump the address range and its attributes, and
11428  * begin a new run.
11429  */
11430 static void
11431 sysctl_kmaps_check(struct sbuf *sb, struct pmap_kernel_map_range *range,
11432     vm_offset_t va, pml4_entry_t pml4e, pdp_entry_t pdpe, pd_entry_t pde,
11433     pt_entry_t pte)
11434 {
11435         pt_entry_t attrs;
11436
11437         attrs = pml4e & (X86_PG_RW | X86_PG_U | pg_nx);
11438
11439         attrs |= pdpe & pg_nx;
11440         attrs &= pg_nx | (pdpe & (X86_PG_RW | X86_PG_U));
11441         if ((pdpe & PG_PS) != 0) {
11442                 attrs |= pdpe & (X86_PG_G | X86_PG_PDE_CACHE);
11443         } else if (pde != 0) {
11444                 attrs |= pde & pg_nx;
11445                 attrs &= pg_nx | (pde & (X86_PG_RW | X86_PG_U));
11446         }
11447         if ((pde & PG_PS) != 0) {
11448                 attrs |= pde & (X86_PG_G | X86_PG_PDE_CACHE);
11449         } else if (pte != 0) {
11450                 attrs |= pte & pg_nx;
11451                 attrs &= pg_nx | (pte & (X86_PG_RW | X86_PG_U));
11452                 attrs |= pte & (X86_PG_G | X86_PG_PTE_CACHE);
11453
11454                 /* Canonicalize by always using the PDE PAT bit. */
11455                 if ((attrs & X86_PG_PTE_PAT) != 0)
11456                         attrs ^= X86_PG_PDE_PAT | X86_PG_PTE_PAT;
11457         }
11458
11459         if (range->sva > va || !sysctl_kmaps_match(range, attrs)) {
11460                 sysctl_kmaps_dump(sb, range, va);
11461                 sysctl_kmaps_reinit(range, va, attrs);
11462         }
11463 }
11464
11465 static int
11466 sysctl_kmaps(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
11467 {
11468         struct pmap_kernel_map_range range;
11469         struct sbuf sbuf, *sb;
11470         pml4_entry_t pml4e;
11471         pdp_entry_t *pdp, pdpe;
11472         pd_entry_t *pd, pde;
11473         pt_entry_t *pt, pte;
11474         vm_offset_t sva;
11475         vm_paddr_t pa;
11476         int error, i, j, k, l;
11477
11478         error = sysctl_wire_old_buffer(req, 0);
11479         if (error != 0)
11480                 return (error);
11481         sb = &sbuf;
11482         sbuf_new_for_sysctl(sb, NULL, PAGE_SIZE, req);
11483
11484         /* Sentinel value. */
11485         range.sva = la57 ? KV5ADDR(NPML5EPG - 1, NPML4EPG - 1, NPDPEPG - 1,
11486             NPDEPG - 1, NPTEPG - 1) : KV4ADDR(NPML4EPG - 1, NPDPEPG - 1,
11487             NPDEPG - 1, NPTEPG - 1);
11488
11489         /*
11490          * Iterate over the kernel page tables without holding the kernel pmap
11491          * lock.  Outside of the large map, kernel page table pages are never
11492          * freed, so at worst we will observe inconsistencies in the output.
11493          * Within the large map, ensure that PDP and PD page addresses are
11494          * valid before descending.
11495          */
11496         for (sva = 0, i = pmap_pml4e_index(sva); i < NPML4EPG; i++) {
11497                 switch (i) {
11498                 case PML4PML4I:
11499                         sbuf_printf(sb, "\nRecursive map:\n");
11500                         break;
11501                 case DMPML4I:
11502                         sbuf_printf(sb, "\nDirect map:\n");
11503                         break;
11504 #ifdef KASAN
11505                 case KASANPML4I:
11506                         sbuf_printf(sb, "\nKASAN shadow map:\n");
11507                         break;
11508 #endif
11509                 case KPML4BASE:
11510                         sbuf_printf(sb, "\nKernel map:\n");
11511                         break;
11512                 case LMSPML4I:
11513                         sbuf_printf(sb, "\nLarge map:\n");
11514                         break;
11515                 }
11516
11517                 /* Convert to canonical form. */
11518                 if (sva == 1ul << 47)
11519                         sva |= -1ul << 48;
11520
11521 restart:
11522                 pml4e = kernel_pml4[i];
11523                 if ((pml4e & X86_PG_V) == 0) {
11524                         sva = rounddown2(sva, NBPML4);
11525                         sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
11526                         sva += NBPML4;
11527                         continue;
11528                 }
11529                 pa = pml4e & PG_FRAME;
11530                 pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
11531
11532                 for (j = pmap_pdpe_index(sva); j < NPDPEPG; j++) {
11533                         pdpe = pdp[j];
11534                         if ((pdpe & X86_PG_V) == 0) {
11535                                 sva = rounddown2(sva, NBPDP);
11536                                 sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
11537                                 sva += NBPDP;
11538                                 continue;
11539                         }
11540                         pa = pdpe & PG_FRAME;
11541                         if ((pdpe & PG_PS) != 0) {
11542                                 sva = rounddown2(sva, NBPDP);
11543                                 sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva, pml4e, pdpe,
11544                                     0, 0);
11545                                 range.pdpes++;
11546                                 sva += NBPDP;
11547                                 continue;
11548                         }
11549                         if (PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(sva) &&
11550                             vm_phys_paddr_to_vm_page(pa) == NULL) {
11551                                 /*
11552                                  * Page table pages for the large map may be
11553                                  * freed.  Validate the next-level address
11554                                  * before descending.
11555                                  */
11556                                 goto restart;
11557                         }
11558                         pd = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
11559
11560                         for (k = pmap_pde_index(sva); k < NPDEPG; k++) {
11561                                 pde = pd[k];
11562                                 if ((pde & X86_PG_V) == 0) {
11563                                         sva = rounddown2(sva, NBPDR);
11564                                         sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
11565                                         sva += NBPDR;
11566                                         continue;
11567                                 }
11568                                 pa = pde & PG_FRAME;
11569                                 if ((pde & PG_PS) != 0) {
11570                                         sva = rounddown2(sva, NBPDR);
11571                                         sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva,
11572                                             pml4e, pdpe, pde, 0);
11573                                         range.pdes++;
11574                                         sva += NBPDR;
11575                                         continue;
11576                                 }
11577                                 if (PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(sva) &&
11578                                     vm_phys_paddr_to_vm_page(pa) == NULL) {
11579                                         /*
11580                                          * Page table pages for the large map
11581                                          * may be freed.  Validate the
11582                                          * next-level address before descending.
11583                                          */
11584                                         goto restart;
11585                                 }
11586                                 pt = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
11587
11588                                 for (l = pmap_pte_index(sva); l < NPTEPG; l++,
11589                                     sva += PAGE_SIZE) {
11590                                         pte = pt[l];
11591                                         if ((pte & X86_PG_V) == 0) {
11592                                                 sysctl_kmaps_dump(sb, &range,
11593                                                     sva);
11594                                                 continue;
11595                                         }
11596                                         sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva,
11597                                             pml4e, pdpe, pde, pte);
11598                                         range.ptes++;
11599                                 }
11600                         }
11601                 }
11602         }
11603
11604         error = sbuf_finish(sb);
11605         sbuf_delete(sb);
11606         return (error);
11607 }
11608 SYSCTL_OID(_vm_pmap, OID_AUTO, kernel_maps,
11609     CTLTYPE_STRING | CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE | CTLFLAG_SKIP,
11610     NULL, 0, sysctl_kmaps, "A",
11611     "Dump kernel address layout");
11612
11613 #ifdef DDB
11614 DB_SHOW_COMMAND(pte, pmap_print_pte)
11615 {
11616         pmap_t pmap;
11617         pml5_entry_t *pml5;
11618         pml4_entry_t *pml4;
11619         pdp_entry_t *pdp;
11620         pd_entry_t *pde;
11621         pt_entry_t *pte, PG_V;
11622         vm_offset_t va;
11623
11624         if (!have_addr) {
11625                 db_printf("show pte addr\n");
11626                 return;
11627         }
11628         va = (vm_offset_t)addr;
11629
11630         if (kdb_thread != NULL)
11631                 pmap = vmspace_pmap(kdb_thread->td_proc->p_vmspace);
11632         else
11633                 pmap = PCPU_GET(curpmap);
11634
11635         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
11636         db_printf("VA 0x%016lx", va);
11637
11638         if (pmap_is_la57(pmap)) {
11639                 pml5 = pmap_pml5e(pmap, va);
11640                 db_printf(" pml5e 0x%016lx", *pml5);
11641                 if ((*pml5 & PG_V) == 0) {
11642                         db_printf("\n");
11643                         return;
11644                 }
11645                 pml4 = pmap_pml5e_to_pml4e(pml5, va);
11646         } else {
11647                 pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
11648         }
11649         db_printf(" pml4e 0x%016lx", *pml4);
11650         if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
11651                 db_printf("\n");
11652                 return;
11653         }
11654         pdp = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4, va);
11655         db_printf(" pdpe 0x%016lx", *pdp);
11656         if ((*pdp & PG_V) == 0 || (*pdp & PG_PS) != 0) {
11657                 db_printf("\n");
11658                 return;
11659         }
11660         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdp, va);
11661         db_printf(" pde 0x%016lx", *pde);
11662         if ((*pde & PG_V) == 0 || (*pde & PG_PS) != 0) {
11663                 db_printf("\n");
11664                 return;
11665         }
11666         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
11667         db_printf(" pte 0x%016lx\n", *pte);
11668 }
11669
11670 DB_SHOW_COMMAND(phys2dmap, pmap_phys2dmap)
11671 {
11672         vm_paddr_t a;
11673
11674         if (have_addr) {
11675                 a = (vm_paddr_t)addr;
11676                 db_printf("0x%jx\n", (uintmax_t)PHYS_TO_DMAP(a));
11677         } else {
11678                 db_printf("show phys2dmap addr\n");
11679         }
11680 }
11681
11682 static void
11683 ptpages_show_page(int level, int idx, vm_page_t pg)
11684 {
11685         db_printf("l %d i %d pg %p phys %#lx ref %x\n",
11686             level, idx, pg, VM_PAGE_TO_PHYS(pg), pg->ref_count);
11687 }
11688
11689 static void
11690 ptpages_show_complain(int level, int idx, uint64_t pte)
11691 {
11692         db_printf("l %d i %d pte %#lx\n", level, idx, pte);
11693 }
11694
11695 static void
11696 ptpages_show_pml4(vm_page_t pg4, int num_entries, uint64_t PG_V)
11697 {
11698         vm_page_t pg3, pg2, pg1;
11699         pml4_entry_t *pml4;
11700         pdp_entry_t *pdp;
11701         pd_entry_t *pd;
11702         int i4, i3, i2;
11703
11704         pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pg4));
11705         for (i4 = 0; i4 < num_entries; i4++) {
11706                 if ((pml4[i4] & PG_V) == 0)
11707                         continue;
11708                 pg3 = PHYS_TO_VM_PAGE(pml4[i4] & PG_FRAME);
11709                 if (pg3 == NULL) {
11710                         ptpages_show_complain(3, i4, pml4[i4]);
11711                         continue;
11712                 }
11713                 ptpages_show_page(3, i4, pg3);
11714                 pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pg3));
11715                 for (i3 = 0; i3 < NPDPEPG; i3++) {
11716                         if ((pdp[i3] & PG_V) == 0)
11717                                 continue;
11718                         pg2 = PHYS_TO_VM_PAGE(pdp[i3] & PG_FRAME);
11719                         if (pg3 == NULL) {
11720                                 ptpages_show_complain(2, i3, pdp[i3]);
11721                                 continue;
11722                         }
11723                         ptpages_show_page(2, i3, pg2);
11724                         pd = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pg2));
11725                         for (i2 = 0; i2 < NPDEPG; i2++) {
11726                                 if ((pd[i2] & PG_V) == 0)
11727                                         continue;
11728                                 pg1 = PHYS_TO_VM_PAGE(pd[i2] & PG_FRAME);
11729                                 if (pg1 == NULL) {
11730                                         ptpages_show_complain(1, i2, pd[i2]);
11731                                         continue;
11732                                 }
11733                                 ptpages_show_page(1, i2, pg1);
11734                         }
11735                 }
11736         }
11737 }
11738
11739 DB_SHOW_COMMAND(ptpages, pmap_ptpages)
11740 {
11741         pmap_t pmap;
11742         vm_page_t pg;
11743         pml5_entry_t *pml5;
11744         uint64_t PG_V;
11745         int i5;
11746
11747         if (have_addr)
11748                 pmap = (pmap_t)addr;
11749         else
11750                 pmap = PCPU_GET(curpmap);
11751
11752         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
11753
11754         if (pmap_is_la57(pmap)) {
11755                 pml5 = pmap->pm_pmltop;
11756                 for (i5 = 0; i5 < NUPML5E; i5++) {
11757                         if ((pml5[i5] & PG_V) == 0)
11758                                 continue;
11759                         pg = PHYS_TO_VM_PAGE(pml5[i5] & PG_FRAME);
11760                         if (pg == NULL) {
11761                                 ptpages_show_complain(4, i5, pml5[i5]);
11762                                 continue;
11763                         }
11764                         ptpages_show_page(4, i5, pg);
11765                         ptpages_show_pml4(pg, NPML4EPG, PG_V);
11766                 }
11767         } else {
11768                 ptpages_show_pml4(PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS(
11769                     (vm_offset_t)pmap->pm_pmltop)), NUP4ML4E, PG_V);
11770         }
11771 }
11772 #endif