]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/stable/8.git/blob - sys/amd64/amd64/pmap.c
MFC r306478:
[FreeBSD/stable/8.git] / sys / amd64 / amd64 / pmap.c
1 /*-
2  * Copyright (c) 1991 Regents of the University of California.
3  * All rights reserved.
4  * Copyright (c) 1994 John S. Dyson
5  * All rights reserved.
6  * Copyright (c) 1994 David Greenman
7  * All rights reserved.
8  * Copyright (c) 2003 Peter Wemm
9  * All rights reserved.
10  * Copyright (c) 2005-2010 Alan L. Cox <alc@cs.rice.edu>
11  * All rights reserved.
12  *
13  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
14  * the Systems Programming Group of the University of Utah Computer
15  * Science Department and William Jolitz of UUNET Technologies Inc.
16  *
17  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
18  * modification, are permitted provided that the following conditions
19  * are met:
20  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
21  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
22  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
23  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
24  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
25  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
26  *    must display the following acknowledgement:
27  *      This product includes software developed by the University of
28  *      California, Berkeley and its contributors.
29  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
30  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
31  *    without specific prior written permission.
32  *
33  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
34  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
35  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
36  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
37  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
38  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
39  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
40  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
41  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
42  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
43  * SUCH DAMAGE.
44  *
45  *      from:   @(#)pmap.c      7.7 (Berkeley)  5/12/91
46  */
47 /*-
48  * Copyright (c) 2003 Networks Associates Technology, Inc.
49  * All rights reserved.
50  *
51  * This software was developed for the FreeBSD Project by Jake Burkholder,
52  * Safeport Network Services, and Network Associates Laboratories, the
53  * Security Research Division of Network Associates, Inc. under
54  * DARPA/SPAWAR contract N66001-01-C-8035 ("CBOSS"), as part of the DARPA
55  * CHATS research program.
56  *
57  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
58  * modification, are permitted provided that the following conditions
59  * are met:
60  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
61  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
62  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
63  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
64  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
65  *
66  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
67  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
68  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
69  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
70  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
71  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
72  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
73  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
74  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
75  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
76  * SUCH DAMAGE.
77  */
78
79 #include <sys/cdefs.h>
80 __FBSDID("$FreeBSD$");
81
82 /*
83  *      Manages physical address maps.
84  *
85  *      In addition to hardware address maps, this
86  *      module is called upon to provide software-use-only
87  *      maps which may or may not be stored in the same
88  *      form as hardware maps.  These pseudo-maps are
89  *      used to store intermediate results from copy
90  *      operations to and from address spaces.
91  *
92  *      Since the information managed by this module is
93  *      also stored by the logical address mapping module,
94  *      this module may throw away valid virtual-to-physical
95  *      mappings at almost any time.  However, invalidations
96  *      of virtual-to-physical mappings must be done as
97  *      requested.
98  *
99  *      In order to cope with hardware architectures which
100  *      make virtual-to-physical map invalidates expensive,
101  *      this module may delay invalidate or reduced protection
102  *      operations until such time as they are actually
103  *      necessary.  This module is given full information as
104  *      to which processors are currently using which maps,
105  *      and to when physical maps must be made correct.
106  */
107
108 #include "opt_pmap.h"
109 #include "opt_vm.h"
110
111 #include <sys/param.h>
112 #include <sys/bus.h>
113 #include <sys/systm.h>
114 #include <sys/kernel.h>
115 #include <sys/ktr.h>
116 #include <sys/lock.h>
117 #include <sys/malloc.h>
118 #include <sys/mman.h>
119 #include <sys/mutex.h>
120 #include <sys/proc.h>
121 #include <sys/sx.h>
122 #include <sys/vmmeter.h>
123 #include <sys/sched.h>
124 #include <sys/sysctl.h>
125 #ifdef SMP
126 #include <sys/smp.h>
127 #endif
128
129 #include <vm/vm.h>
130 #include <vm/vm_param.h>
131 #include <vm/vm_kern.h>
132 #include <vm/vm_page.h>
133 #include <vm/vm_map.h>
134 #include <vm/vm_object.h>
135 #include <vm/vm_extern.h>
136 #include <vm/vm_pageout.h>
137 #include <vm/vm_pager.h>
138 #include <vm/vm_reserv.h>
139 #include <vm/uma.h>
140
141 #include <machine/intr_machdep.h>
142 #include <machine/apicvar.h>
143 #include <machine/cpu.h>
144 #include <machine/cputypes.h>
145 #include <machine/md_var.h>
146 #include <machine/pcb.h>
147 #include <machine/specialreg.h>
148 #ifdef SMP
149 #include <machine/smp.h>
150 #endif
151
152 #if !defined(DIAGNOSTIC)
153 #define PMAP_INLINE     __gnu89_inline
154 #else
155 #define PMAP_INLINE
156 #endif
157
158 #ifdef PV_STATS
159 #define PV_STAT(x)      do { x ; } while (0)
160 #else
161 #define PV_STAT(x)      do { } while (0)
162 #endif
163
164 #define pa_index(pa)    ((pa) >> PDRSHIFT)
165 #define pa_to_pvh(pa)   (&pv_table[pa_index(pa)])
166
167 struct pmap kernel_pmap_store;
168
169 vm_offset_t virtual_avail;      /* VA of first avail page (after kernel bss) */
170 vm_offset_t virtual_end;        /* VA of last avail page (end of kernel AS) */
171
172 static int ndmpdp;
173 static vm_paddr_t dmaplimit;
174 vm_offset_t kernel_vm_end = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
175 pt_entry_t pg_nx;
176
177 SYSCTL_NODE(_vm, OID_AUTO, pmap, CTLFLAG_RD, 0, "VM/pmap parameters");
178
179 static int pat_works = 1;
180 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pat_works, CTLFLAG_RD, &pat_works, 1,
181     "Is page attribute table fully functional?");
182
183 static int pg_ps_enabled = 1;
184 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pg_ps_enabled, CTLFLAG_RDTUN, &pg_ps_enabled, 0,
185     "Are large page mappings enabled?");
186
187 #define PAT_INDEX_SIZE  8
188 static int pat_index[PAT_INDEX_SIZE];   /* cache mode to PAT index conversion */
189
190 static u_int64_t        KPTphys;        /* phys addr of kernel level 1 */
191 static u_int64_t        KPDphys;        /* phys addr of kernel level 2 */
192 u_int64_t               KPDPphys;       /* phys addr of kernel level 3 */
193 u_int64_t               KPML4phys;      /* phys addr of kernel level 4 */
194
195 static u_int64_t        DMPDphys;       /* phys addr of direct mapped level 2 */
196 static u_int64_t        DMPDPphys;      /* phys addr of direct mapped level 3 */
197
198 /*
199  * Data for the pv entry allocation mechanism
200  */
201 static int pv_entry_count;
202 static struct md_page *pv_table;
203
204 /*
205  * All those kernel PT submaps that BSD is so fond of
206  */
207 pt_entry_t *CMAP1 = 0;
208 caddr_t CADDR1 = 0;
209
210 /*
211  * Crashdump maps.
212  */
213 static caddr_t crashdumpmap;
214
215 static void     free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv);
216 static pv_entry_t get_pv_entry(pmap_t locked_pmap, boolean_t try);
217 static void     pmap_pv_demote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa);
218 static boolean_t pmap_pv_insert_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa);
219 static void     pmap_pv_promote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa);
220 static void     pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va);
221 static pv_entry_t pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap,
222                     vm_offset_t va);
223 static int      pmap_pvh_wired_mappings(struct md_page *pvh, int count);
224
225 static int pmap_change_attr_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode);
226 static boolean_t pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va);
227 static boolean_t pmap_demote_pdpe(pmap_t pmap, pdp_entry_t *pdpe,
228     vm_offset_t va);
229 static boolean_t pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
230     vm_prot_t prot);
231 static vm_page_t pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
232     vm_page_t m, vm_prot_t prot, vm_page_t mpte);
233 static void pmap_fill_ptp(pt_entry_t *firstpte, pt_entry_t newpte);
234 static void pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte);
235 static void pmap_invalidate_cache_range(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva);
236 static boolean_t pmap_is_modified_pvh(struct md_page *pvh);
237 static void pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode);
238 static vm_page_t pmap_lookup_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
239 static void pmap_pde_attr(pd_entry_t *pde, int cache_bits);
240 static void pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va);
241 static boolean_t pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva,
242     vm_prot_t prot);
243 static void pmap_pte_attr(pt_entry_t *pte, int cache_bits);
244 static int pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
245                 vm_page_t *free);
246 static int pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq,
247                 vm_offset_t sva, pd_entry_t ptepde, vm_page_t *free);
248 static void pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte);
249 static void pmap_remove_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
250     vm_page_t *free);
251 static void pmap_remove_entry(struct pmap *pmap, vm_page_t m,
252                 vm_offset_t va);
253 static void pmap_insert_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m);
254 static boolean_t pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
255     vm_page_t m);
256 static void pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
257     pd_entry_t newpde);
258 static void pmap_update_pde_invalidate(vm_offset_t va, pd_entry_t newpde);
259
260 static vm_page_t pmap_allocpde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, int flags);
261 static vm_page_t pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va, int flags);
262
263 static vm_page_t _pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex, int flags);
264 static int _pmap_unwire_pte_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
265                 vm_page_t* free);
266 static int pmap_unuse_pt(pmap_t, vm_offset_t, pd_entry_t, vm_page_t *);
267 static vm_offset_t pmap_kmem_choose(vm_offset_t addr);
268
269 CTASSERT(1 << PDESHIFT == sizeof(pd_entry_t));
270 CTASSERT(1 << PTESHIFT == sizeof(pt_entry_t));
271
272 /*
273  * Move the kernel virtual free pointer to the next
274  * 2MB.  This is used to help improve performance
275  * by using a large (2MB) page for much of the kernel
276  * (.text, .data, .bss)
277  */
278 static vm_offset_t
279 pmap_kmem_choose(vm_offset_t addr)
280 {
281         vm_offset_t newaddr = addr;
282
283         newaddr = (addr + (NBPDR - 1)) & ~(NBPDR - 1);
284         return newaddr;
285 }
286
287 /********************/
288 /* Inline functions */
289 /********************/
290
291 /* Return a non-clipped PD index for a given VA */
292 static __inline vm_pindex_t
293 pmap_pde_pindex(vm_offset_t va)
294 {
295         return va >> PDRSHIFT;
296 }
297
298
299 /* Return various clipped indexes for a given VA */
300 static __inline vm_pindex_t
301 pmap_pte_index(vm_offset_t va)
302 {
303
304         return ((va >> PAGE_SHIFT) & ((1ul << NPTEPGSHIFT) - 1));
305 }
306
307 static __inline vm_pindex_t
308 pmap_pde_index(vm_offset_t va)
309 {
310
311         return ((va >> PDRSHIFT) & ((1ul << NPDEPGSHIFT) - 1));
312 }
313
314 static __inline vm_pindex_t
315 pmap_pdpe_index(vm_offset_t va)
316 {
317
318         return ((va >> PDPSHIFT) & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1));
319 }
320
321 static __inline vm_pindex_t
322 pmap_pml4e_index(vm_offset_t va)
323 {
324
325         return ((va >> PML4SHIFT) & ((1ul << NPML4EPGSHIFT) - 1));
326 }
327
328 /* Return a pointer to the PML4 slot that corresponds to a VA */
329 static __inline pml4_entry_t *
330 pmap_pml4e(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
331 {
332
333         return (&pmap->pm_pml4[pmap_pml4e_index(va)]);
334 }
335
336 /* Return a pointer to the PDP slot that corresponds to a VA */
337 static __inline pdp_entry_t *
338 pmap_pml4e_to_pdpe(pml4_entry_t *pml4e, vm_offset_t va)
339 {
340         pdp_entry_t *pdpe;
341
342         pdpe = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4e & PG_FRAME);
343         return (&pdpe[pmap_pdpe_index(va)]);
344 }
345
346 /* Return a pointer to the PDP slot that corresponds to a VA */
347 static __inline pdp_entry_t *
348 pmap_pdpe(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
349 {
350         pml4_entry_t *pml4e;
351
352         pml4e = pmap_pml4e(pmap, va);
353         if ((*pml4e & PG_V) == 0)
354                 return NULL;
355         return (pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, va));
356 }
357
358 /* Return a pointer to the PD slot that corresponds to a VA */
359 static __inline pd_entry_t *
360 pmap_pdpe_to_pde(pdp_entry_t *pdpe, vm_offset_t va)
361 {
362         pd_entry_t *pde;
363
364         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdpe & PG_FRAME);
365         return (&pde[pmap_pde_index(va)]);
366 }
367
368 /* Return a pointer to the PD slot that corresponds to a VA */
369 static __inline pd_entry_t *
370 pmap_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
371 {
372         pdp_entry_t *pdpe;
373
374         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
375         if (pdpe == NULL || (*pdpe & PG_V) == 0)
376                  return NULL;
377         return (pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va));
378 }
379
380 /* Return a pointer to the PT slot that corresponds to a VA */
381 static __inline pt_entry_t *
382 pmap_pde_to_pte(pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
383 {
384         pt_entry_t *pte;
385
386         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pde & PG_FRAME);
387         return (&pte[pmap_pte_index(va)]);
388 }
389
390 /* Return a pointer to the PT slot that corresponds to a VA */
391 static __inline pt_entry_t *
392 pmap_pte(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
393 {
394         pd_entry_t *pde;
395
396         pde = pmap_pde(pmap, va);
397         if (pde == NULL || (*pde & PG_V) == 0)
398                 return NULL;
399         if ((*pde & PG_PS) != 0)        /* compat with i386 pmap_pte() */
400                 return ((pt_entry_t *)pde);
401         return (pmap_pde_to_pte(pde, va));
402 }
403
404
405 PMAP_INLINE pt_entry_t *
406 vtopte(vm_offset_t va)
407 {
408         u_int64_t mask = ((1ul << (NPTEPGSHIFT + NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT)) - 1);
409
410         return (PTmap + ((va >> PAGE_SHIFT) & mask));
411 }
412
413 static __inline pd_entry_t *
414 vtopde(vm_offset_t va)
415 {
416         u_int64_t mask = ((1ul << (NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT)) - 1);
417
418         return (PDmap + ((va >> PDRSHIFT) & mask));
419 }
420
421 static u_int64_t
422 allocpages(vm_paddr_t *firstaddr, int n)
423 {
424         u_int64_t ret;
425
426         ret = *firstaddr;
427         bzero((void *)ret, n * PAGE_SIZE);
428         *firstaddr += n * PAGE_SIZE;
429         return (ret);
430 }
431
432 static void
433 create_pagetables(vm_paddr_t *firstaddr)
434 {
435         int i, j, ndm1g;
436
437         /* Allocate pages */
438         KPTphys = allocpages(firstaddr, NKPT);
439         KPML4phys = allocpages(firstaddr, 1);
440         KPDPphys = allocpages(firstaddr, NKPML4E);
441         KPDphys = allocpages(firstaddr, NKPDPE);
442
443         ndmpdp = (ptoa(Maxmem) + NBPDP - 1) >> PDPSHIFT;
444         if (ndmpdp < 4)         /* Minimum 4GB of dirmap */
445                 ndmpdp = 4;
446         DMPDPphys = allocpages(firstaddr, NDMPML4E);
447         ndm1g = 0;
448         if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0)
449                 ndm1g = ptoa(Maxmem) >> PDPSHIFT;
450         if (ndm1g < ndmpdp)
451                 DMPDphys = allocpages(firstaddr, ndmpdp - ndm1g);
452         dmaplimit = (vm_paddr_t)ndmpdp << PDPSHIFT;
453
454         /* Fill in the underlying page table pages */
455         /* Read-only from zero to physfree */
456         /* XXX not fully used, underneath 2M pages */
457         for (i = 0; (i << PAGE_SHIFT) < *firstaddr; i++) {
458                 ((pt_entry_t *)KPTphys)[i] = i << PAGE_SHIFT;
459                 ((pt_entry_t *)KPTphys)[i] |= PG_RW | PG_V | PG_G;
460         }
461
462         /* Now map the page tables at their location within PTmap */
463         for (i = 0; i < NKPT; i++) {
464                 ((pd_entry_t *)KPDphys)[i] = KPTphys + (i << PAGE_SHIFT);
465                 ((pd_entry_t *)KPDphys)[i] |= PG_RW | PG_V;
466         }
467
468         /* Map from zero to end of allocations under 2M pages */
469         /* This replaces some of the KPTphys entries above */
470         for (i = 0; (i << PDRSHIFT) < *firstaddr; i++) {
471                 ((pd_entry_t *)KPDphys)[i] = i << PDRSHIFT;
472                 ((pd_entry_t *)KPDphys)[i] |= PG_RW | PG_V | PG_PS | PG_G;
473         }
474
475         /* And connect up the PD to the PDP */
476         for (i = 0; i < NKPDPE; i++) {
477                 ((pdp_entry_t *)KPDPphys)[i + KPDPI] = KPDphys +
478                     (i << PAGE_SHIFT);
479                 ((pdp_entry_t *)KPDPphys)[i + KPDPI] |= PG_RW | PG_V | PG_U;
480         }
481
482         /*
483          * Now, set up the direct map region using 2MB and/or 1GB pages.  If
484          * the end of physical memory is not aligned to a 1GB page boundary,
485          * then the residual physical memory is mapped with 2MB pages.  Later,
486          * if pmap_mapdev{_attr}() uses the direct map for non-write-back
487          * memory, pmap_change_attr() will demote any 2MB or 1GB page mappings
488          * that are partially used. 
489          */
490         for (i = NPDEPG * ndm1g, j = 0; i < NPDEPG * ndmpdp; i++, j++) {
491                 ((pd_entry_t *)DMPDphys)[j] = (vm_paddr_t)i << PDRSHIFT;
492                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
493                 ((pd_entry_t *)DMPDphys)[j] |= PG_RW | PG_V | PG_PS | PG_G |
494                     PG_M | PG_A;
495         }
496         for (i = 0; i < ndm1g; i++) {
497                 ((pdp_entry_t *)DMPDPphys)[i] = (vm_paddr_t)i << PDPSHIFT;
498                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
499                 ((pdp_entry_t *)DMPDPphys)[i] |= PG_RW | PG_V | PG_PS | PG_G |
500                     PG_M | PG_A;
501         }
502         for (j = 0; i < ndmpdp; i++, j++) {
503                 ((pdp_entry_t *)DMPDPphys)[i] = DMPDphys + (j << PAGE_SHIFT);
504                 ((pdp_entry_t *)DMPDPphys)[i] |= PG_RW | PG_V | PG_U;
505         }
506
507         /* And recursively map PML4 to itself in order to get PTmap */
508         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[PML4PML4I] = KPML4phys;
509         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[PML4PML4I] |= PG_RW | PG_V | PG_U;
510
511         /* Connect the Direct Map slot up to the PML4 */
512         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[DMPML4I] = DMPDPphys;
513         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[DMPML4I] |= PG_RW | PG_V | PG_U;
514
515         /* Connect the KVA slot up to the PML4 */
516         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[KPML4I] = KPDPphys;
517         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[KPML4I] |= PG_RW | PG_V | PG_U;
518 }
519
520 /*
521  *      Bootstrap the system enough to run with virtual memory.
522  *
523  *      On amd64 this is called after mapping has already been enabled
524  *      and just syncs the pmap module with what has already been done.
525  *      [We can't call it easily with mapping off since the kernel is not
526  *      mapped with PA == VA, hence we would have to relocate every address
527  *      from the linked base (virtual) address "KERNBASE" to the actual
528  *      (physical) address starting relative to 0]
529  */
530 void
531 pmap_bootstrap(vm_paddr_t *firstaddr)
532 {
533         vm_offset_t va;
534         pt_entry_t *pte, *unused;
535
536         /*
537          * Create an initial set of page tables to run the kernel in.
538          */
539         create_pagetables(firstaddr);
540
541         virtual_avail = (vm_offset_t) KERNBASE + *firstaddr;
542         virtual_avail = pmap_kmem_choose(virtual_avail);
543
544         virtual_end = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS;
545
546
547         /* XXX do %cr0 as well */
548         load_cr4(rcr4() | CR4_PGE | CR4_PSE);
549         load_cr3(KPML4phys);
550
551         /*
552          * Initialize the kernel pmap (which is statically allocated).
553          */
554         PMAP_LOCK_INIT(kernel_pmap);
555         kernel_pmap->pm_pml4 = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(KPML4phys);
556         kernel_pmap->pm_root = NULL;
557         kernel_pmap->pm_active = -1;    /* don't allow deactivation */
558         TAILQ_INIT(&kernel_pmap->pm_pvchunk);
559
560         /*
561          * Reserve some special page table entries/VA space for temporary
562          * mapping of pages.
563          */
564 #define SYSMAP(c, p, v, n)      \
565         v = (c)va; va += ((n)*PAGE_SIZE); p = pte; pte += (n);
566
567         va = virtual_avail;
568         pte = vtopte(va);
569
570         /*
571          * CMAP1 is only used for the memory test.
572          */
573         SYSMAP(caddr_t, CMAP1, CADDR1, 1)
574
575         /*
576          * Crashdump maps.
577          */
578         SYSMAP(caddr_t, unused, crashdumpmap, MAXDUMPPGS)
579
580         virtual_avail = va;
581
582         *CMAP1 = 0;
583
584         invltlb();
585
586         /* Initialize the PAT MSR. */
587         pmap_init_pat();
588 }
589
590 /*
591  * Setup the PAT MSR.
592  */
593 void
594 pmap_init_pat(void)
595 {
596         int pat_table[PAT_INDEX_SIZE];
597         uint64_t pat_msr;
598         u_long cr0, cr4;
599         int i;
600
601         /* Bail if this CPU doesn't implement PAT. */
602         if ((cpu_feature & CPUID_PAT) == 0)
603                 panic("no PAT??");
604
605         /* Set default PAT index table. */
606         for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
607                 pat_table[i] = -1;
608         pat_table[PAT_WRITE_BACK] = 0;
609         pat_table[PAT_WRITE_THROUGH] = 1;
610         pat_table[PAT_UNCACHEABLE] = 3;
611         pat_table[PAT_WRITE_COMBINING] = 3;
612         pat_table[PAT_WRITE_PROTECTED] = 3;
613         pat_table[PAT_UNCACHED] = 3;
614
615         /* Initialize default PAT entries. */
616         pat_msr = PAT_VALUE(0, PAT_WRITE_BACK) |
617             PAT_VALUE(1, PAT_WRITE_THROUGH) |
618             PAT_VALUE(2, PAT_UNCACHED) |
619             PAT_VALUE(3, PAT_UNCACHEABLE) |
620             PAT_VALUE(4, PAT_WRITE_BACK) |
621             PAT_VALUE(5, PAT_WRITE_THROUGH) |
622             PAT_VALUE(6, PAT_UNCACHED) |
623             PAT_VALUE(7, PAT_UNCACHEABLE);
624
625         if (pat_works) {
626                 /*
627                  * Leave the indices 0-3 at the default of WB, WT, UC-, and UC.
628                  * Program 5 and 6 as WP and WC.
629                  * Leave 4 and 7 as WB and UC.
630                  */
631                 pat_msr &= ~(PAT_MASK(5) | PAT_MASK(6));
632                 pat_msr |= PAT_VALUE(5, PAT_WRITE_PROTECTED) |
633                     PAT_VALUE(6, PAT_WRITE_COMBINING);
634                 pat_table[PAT_UNCACHED] = 2;
635                 pat_table[PAT_WRITE_PROTECTED] = 5;
636                 pat_table[PAT_WRITE_COMBINING] = 6;
637         } else {
638                 /*
639                  * Just replace PAT Index 2 with WC instead of UC-.
640                  */
641                 pat_msr &= ~PAT_MASK(2);
642                 pat_msr |= PAT_VALUE(2, PAT_WRITE_COMBINING);
643                 pat_table[PAT_WRITE_COMBINING] = 2;
644         }
645
646         /* Disable PGE. */
647         cr4 = rcr4();
648         load_cr4(cr4 & ~CR4_PGE);
649
650         /* Disable caches (CD = 1, NW = 0). */
651         cr0 = rcr0();
652         load_cr0((cr0 & ~CR0_NW) | CR0_CD);
653
654         /* Flushes caches and TLBs. */
655         wbinvd();
656         invltlb();
657
658         /* Update PAT and index table. */
659         wrmsr(MSR_PAT, pat_msr);
660         for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
661                 pat_index[i] = pat_table[i];
662
663         /* Flush caches and TLBs again. */
664         wbinvd();
665         invltlb();
666
667         /* Restore caches and PGE. */
668         load_cr0(cr0);
669         load_cr4(cr4);
670 }
671
672 /*
673  *      Initialize a vm_page's machine-dependent fields.
674  */
675 void
676 pmap_page_init(vm_page_t m)
677 {
678
679         TAILQ_INIT(&m->md.pv_list);
680         m->md.pat_mode = PAT_WRITE_BACK;
681 }
682
683 /*
684  *      Initialize the pmap module.
685  *      Called by vm_init, to initialize any structures that the pmap
686  *      system needs to map virtual memory.
687  */
688 void
689 pmap_init(void)
690 {
691         vm_page_t mpte;
692         vm_size_t s;
693         int i, pv_npg;
694
695         /*
696          * Initialize the vm page array entries for the kernel pmap's
697          * page table pages.
698          */ 
699         for (i = 0; i < NKPT; i++) {
700                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(KPTphys + (i << PAGE_SHIFT));
701                 KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
702                     mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
703                     ("pmap_init: page table page is out of range"));
704                 mpte->pindex = pmap_pde_pindex(KERNBASE) + i;
705                 mpte->phys_addr = KPTphys + (i << PAGE_SHIFT);
706         }
707
708         /*
709          * If the kernel is running on a virtual machine, then it must assume
710          * that MCA is enabled by the hypervisor.  Moreover, the kernel must
711          * be prepared for the hypervisor changing the vendor and family that
712          * are reported by CPUID.  Consequently, the workaround for AMD Family
713          * 10h Erratum 383 is enabled if the processor's feature set does not
714          * include at least one feature that is only supported by older Intel
715          * or newer AMD processors.
716          */
717         if (vm_guest == VM_GUEST_VM && (cpu_feature & CPUID_SS) == 0 &&
718             (cpu_feature2 & (CPUID2_SSSE3 | CPUID2_SSE41 | CPUID2_AESNI |
719             CPUID2_AVX | CPUID2_XSAVE)) == 0 && (amd_feature2 & (AMDID2_XOP |
720             AMDID2_FMA4)) == 0)
721                 workaround_erratum383 = 1;
722
723         /*
724          * Are large page mappings enabled?
725          */
726         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.pg_ps_enabled", &pg_ps_enabled);
727         if (pg_ps_enabled) {
728                 KASSERT(MAXPAGESIZES > 1 && pagesizes[1] == 0,
729                     ("pmap_init: can't assign to pagesizes[1]"));
730                 pagesizes[1] = NBPDR;
731         }
732
733         /*
734          * Calculate the size of the pv head table for superpages.
735          */
736         for (i = 0; phys_avail[i + 1]; i += 2);
737         pv_npg = round_2mpage(phys_avail[(i - 2) + 1]) / NBPDR;
738
739         /*
740          * Allocate memory for the pv head table for superpages.
741          */
742         s = (vm_size_t)(pv_npg * sizeof(struct md_page));
743         s = round_page(s);
744         pv_table = (struct md_page *)kmem_alloc(kernel_map, s);
745         for (i = 0; i < pv_npg; i++)
746                 TAILQ_INIT(&pv_table[i].pv_list);
747 }
748
749 SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, pde, CTLFLAG_RD, 0,
750     "2MB page mapping counters");
751
752 static u_long pmap_pde_demotions;
753 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
754     &pmap_pde_demotions, 0, "2MB page demotions");
755
756 static u_long pmap_pde_mappings;
757 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, mappings, CTLFLAG_RD,
758     &pmap_pde_mappings, 0, "2MB page mappings");
759
760 static u_long pmap_pde_p_failures;
761 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, p_failures, CTLFLAG_RD,
762     &pmap_pde_p_failures, 0, "2MB page promotion failures");
763
764 static u_long pmap_pde_promotions;
765 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, promotions, CTLFLAG_RD,
766     &pmap_pde_promotions, 0, "2MB page promotions");
767
768 SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, pdpe, CTLFLAG_RD, 0,
769     "1GB page mapping counters");
770
771 static u_long pmap_pdpe_demotions;
772 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pdpe, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
773     &pmap_pdpe_demotions, 0, "1GB page demotions");
774
775
776 /***************************************************
777  * Low level helper routines.....
778  ***************************************************/
779
780 /*
781  * Determine the appropriate bits to set in a PTE or PDE for a specified
782  * caching mode.
783  */
784 static int
785 pmap_cache_bits(int mode, boolean_t is_pde)
786 {
787         int cache_bits, pat_flag, pat_idx;
788
789         if (mode < 0 || mode >= PAT_INDEX_SIZE || pat_index[mode] < 0)
790                 panic("Unknown caching mode %d\n", mode);
791
792         /* The PAT bit is different for PTE's and PDE's. */
793         pat_flag = is_pde ? PG_PDE_PAT : PG_PTE_PAT;
794
795         /* Map the caching mode to a PAT index. */
796         pat_idx = pat_index[mode];
797
798         /* Map the 3-bit index value into the PAT, PCD, and PWT bits. */
799         cache_bits = 0;
800         if (pat_idx & 0x4)
801                 cache_bits |= pat_flag;
802         if (pat_idx & 0x2)
803                 cache_bits |= PG_NC_PCD;
804         if (pat_idx & 0x1)
805                 cache_bits |= PG_NC_PWT;
806         return (cache_bits);
807 }
808
809 /*
810  * After changing the page size for the specified virtual address in the page
811  * table, flush the corresponding entries from the processor's TLB.  Only the
812  * calling processor's TLB is affected.
813  *
814  * The calling thread must be pinned to a processor.
815  */
816 static void
817 pmap_update_pde_invalidate(vm_offset_t va, pd_entry_t newpde)
818 {
819         u_long cr4;
820
821         if ((newpde & PG_PS) == 0)
822                 /* Demotion: flush a specific 2MB page mapping. */
823                 invlpg(va);
824         else if ((newpde & PG_G) == 0)
825                 /*
826                  * Promotion: flush every 4KB page mapping from the TLB
827                  * because there are too many to flush individually.
828                  */
829                 invltlb();
830         else {
831                 /*
832                  * Promotion: flush every 4KB page mapping from the TLB,
833                  * including any global (PG_G) mappings.
834                  */
835                 cr4 = rcr4();
836                 load_cr4(cr4 & ~CR4_PGE);
837                 /*
838                  * Although preemption at this point could be detrimental to
839                  * performance, it would not lead to an error.  PG_G is simply
840                  * ignored if CR4.PGE is clear.  Moreover, in case this block
841                  * is re-entered, the load_cr4() either above or below will
842                  * modify CR4.PGE flushing the TLB.
843                  */
844                 load_cr4(cr4 | CR4_PGE);
845         }
846 }
847 #ifdef SMP
848 /*
849  * For SMP, these functions have to use the IPI mechanism for coherence.
850  *
851  * N.B.: Before calling any of the following TLB invalidation functions,
852  * the calling processor must ensure that all stores updating a non-
853  * kernel page table are globally performed.  Otherwise, another
854  * processor could cache an old, pre-update entry without being
855  * invalidated.  This can happen one of two ways: (1) The pmap becomes
856  * active on another processor after its pm_active field is checked by
857  * one of the following functions but before a store updating the page
858  * table is globally performed. (2) The pmap becomes active on another
859  * processor before its pm_active field is checked but due to
860  * speculative loads one of the following functions stills reads the
861  * pmap as inactive on the other processor.
862  * 
863  * The kernel page table is exempt because its pm_active field is
864  * immutable.  The kernel page table is always active on every
865  * processor.
866  */
867 void
868 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
869 {
870         cpumask_t cpumask, other_cpus;
871
872         sched_pin();
873         if (pmap == kernel_pmap || pmap->pm_active == all_cpus) {
874                 invlpg(va);
875                 smp_invlpg(va);
876         } else {
877                 cpumask = PCPU_GET(cpumask);
878                 other_cpus = PCPU_GET(other_cpus);
879                 if (pmap->pm_active & cpumask)
880                         invlpg(va);
881                 if (pmap->pm_active & other_cpus)
882                         smp_masked_invlpg(pmap->pm_active & other_cpus, va);
883         }
884         sched_unpin();
885 }
886
887 void
888 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
889 {
890         cpumask_t cpumask, other_cpus;
891         vm_offset_t addr;
892
893         sched_pin();
894         if (pmap == kernel_pmap || pmap->pm_active == all_cpus) {
895                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
896                         invlpg(addr);
897                 smp_invlpg_range(sva, eva);
898         } else {
899                 cpumask = PCPU_GET(cpumask);
900                 other_cpus = PCPU_GET(other_cpus);
901                 if (pmap->pm_active & cpumask)
902                         for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
903                                 invlpg(addr);
904                 if (pmap->pm_active & other_cpus)
905                         smp_masked_invlpg_range(pmap->pm_active & other_cpus,
906                             sva, eva);
907         }
908         sched_unpin();
909 }
910
911 void
912 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
913 {
914         cpumask_t cpumask, other_cpus;
915
916         sched_pin();
917         if (pmap == kernel_pmap || pmap->pm_active == all_cpus) {
918                 invltlb();
919                 smp_invltlb();
920         } else {
921                 cpumask = PCPU_GET(cpumask);
922                 other_cpus = PCPU_GET(other_cpus);
923                 if (pmap->pm_active & cpumask)
924                         invltlb();
925                 if (pmap->pm_active & other_cpus)
926                         smp_masked_invltlb(pmap->pm_active & other_cpus);
927         }
928         sched_unpin();
929 }
930
931 void
932 pmap_invalidate_cache(void)
933 {
934
935         sched_pin();
936         wbinvd();
937         smp_cache_flush();
938         sched_unpin();
939 }
940
941 struct pde_action {
942         cpumask_t store;        /* processor that updates the PDE */
943         cpumask_t invalidate;   /* processors that invalidate their TLB */
944         vm_offset_t va;
945         pd_entry_t *pde;
946         pd_entry_t newpde;
947 };
948
949 static void
950 pmap_update_pde_action(void *arg)
951 {
952         struct pde_action *act = arg;
953
954         if (act->store == PCPU_GET(cpumask))
955                 pde_store(act->pde, act->newpde);
956 }
957
958 static void
959 pmap_update_pde_teardown(void *arg)
960 {
961         struct pde_action *act = arg;
962
963         if ((act->invalidate & PCPU_GET(cpumask)) != 0)
964                 pmap_update_pde_invalidate(act->va, act->newpde);
965 }
966
967 /*
968  * Change the page size for the specified virtual address in a way that
969  * prevents any possibility of the TLB ever having two entries that map the
970  * same virtual address using different page sizes.  This is the recommended
971  * workaround for Erratum 383 on AMD Family 10h processors.  It prevents a
972  * machine check exception for a TLB state that is improperly diagnosed as a
973  * hardware error.
974  */
975 static void
976 pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
977 {
978         struct pde_action act;
979         cpumask_t active, cpumask;
980
981         sched_pin();
982         cpumask = PCPU_GET(cpumask);
983         if (pmap == kernel_pmap)
984                 active = all_cpus;
985         else
986                 active = pmap->pm_active;
987         if ((active & PCPU_GET(other_cpus)) != 0) {
988                 act.store = cpumask;
989                 act.invalidate = active;
990                 act.va = va;
991                 act.pde = pde;
992                 act.newpde = newpde;
993                 smp_rendezvous_cpus(cpumask | active,
994                     smp_no_rendevous_barrier, pmap_update_pde_action,
995                     pmap_update_pde_teardown, &act);
996         } else {
997                 pde_store(pde, newpde);
998                 if ((active & cpumask) != 0)
999                         pmap_update_pde_invalidate(va, newpde);
1000         }
1001         sched_unpin();
1002 }
1003 #else /* !SMP */
1004 /*
1005  * Normal, non-SMP, invalidation functions.
1006  * We inline these within pmap.c for speed.
1007  */
1008 PMAP_INLINE void
1009 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1010 {
1011
1012         if (pmap == kernel_pmap || pmap->pm_active)
1013                 invlpg(va);
1014 }
1015
1016 PMAP_INLINE void
1017 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
1018 {
1019         vm_offset_t addr;
1020
1021         if (pmap == kernel_pmap || pmap->pm_active)
1022                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
1023                         invlpg(addr);
1024 }
1025
1026 PMAP_INLINE void
1027 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
1028 {
1029
1030         if (pmap == kernel_pmap || pmap->pm_active)
1031                 invltlb();
1032 }
1033
1034 PMAP_INLINE void
1035 pmap_invalidate_cache(void)
1036 {
1037
1038         wbinvd();
1039 }
1040
1041 static void
1042 pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
1043 {
1044
1045         pde_store(pde, newpde);
1046         if (pmap == kernel_pmap || pmap->pm_active)
1047                 pmap_update_pde_invalidate(va, newpde);
1048 }
1049 #endif /* !SMP */
1050
1051 static void
1052 pmap_invalidate_cache_range(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
1053 {
1054
1055         KASSERT((sva & PAGE_MASK) == 0,
1056             ("pmap_invalidate_cache_range: sva not page-aligned"));
1057         KASSERT((eva & PAGE_MASK) == 0,
1058             ("pmap_invalidate_cache_range: eva not page-aligned"));
1059
1060         if (cpu_feature & CPUID_SS)
1061                 ; /* If "Self Snoop" is supported, do nothing. */
1062         else if ((cpu_feature & CPUID_CLFSH) != 0 &&
1063                  eva - sva < 2 * 1024 * 1024) {
1064
1065                 /*
1066                  * XXX: Some CPUs fault, hang, or trash the local APIC
1067                  * registers if we use CLFLUSH on the local APIC
1068                  * range.  The local APIC is always uncached, so we
1069                  * don't need to flush for that range anyway.
1070                  */
1071                 if (pmap_kextract(sva) == lapic_paddr)
1072                         return;
1073
1074                 /*
1075                  * Otherwise, do per-cache line flush.  Use the mfence
1076                  * instruction to insure that previous stores are
1077                  * included in the write-back.  The processor
1078                  * propagates flush to other processors in the cache
1079                  * coherence domain.
1080                  */
1081                 mfence();
1082                 for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size)
1083                         clflush(sva);
1084                 mfence();
1085         } else {
1086
1087                 /*
1088                  * No targeted cache flush methods are supported by CPU,
1089                  * or the supplied range is bigger than 2MB.
1090                  * Globally invalidate cache.
1091                  */
1092                 pmap_invalidate_cache();
1093         }
1094 }
1095
1096 /*
1097  *      Routine:        pmap_extract
1098  *      Function:
1099  *              Extract the physical page address associated
1100  *              with the given map/virtual_address pair.
1101  */
1102 vm_paddr_t 
1103 pmap_extract(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1104 {
1105         pdp_entry_t *pdpe;
1106         pd_entry_t *pde;
1107         pt_entry_t *pte;
1108         vm_paddr_t pa;
1109
1110         pa = 0;
1111         PMAP_LOCK(pmap);
1112         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
1113         if (pdpe != NULL && (*pdpe & PG_V) != 0) {
1114                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0)
1115                         pa = (*pdpe & PG_PS_FRAME) | (va & PDPMASK);
1116                 else {
1117                         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
1118                         if ((*pde & PG_V) != 0) {
1119                                 if ((*pde & PG_PS) != 0) {
1120                                         pa = (*pde & PG_PS_FRAME) |
1121                                             (va & PDRMASK);
1122                                 } else {
1123                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
1124                                         pa = (*pte & PG_FRAME) |
1125                                             (va & PAGE_MASK);
1126                                 }
1127                         }
1128                 }
1129         }
1130         PMAP_UNLOCK(pmap);
1131         return (pa);
1132 }
1133
1134 /*
1135  *      Routine:        pmap_extract_and_hold
1136  *      Function:
1137  *              Atomically extract and hold the physical page
1138  *              with the given pmap and virtual address pair
1139  *              if that mapping permits the given protection.
1140  */
1141 vm_page_t
1142 pmap_extract_and_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_prot_t prot)
1143 {
1144         pd_entry_t pde, *pdep;
1145         pt_entry_t pte;
1146         vm_page_t m;
1147
1148         m = NULL;
1149         vm_page_lock_queues();
1150         PMAP_LOCK(pmap);
1151         pdep = pmap_pde(pmap, va);
1152         if (pdep != NULL && (pde = *pdep)) {
1153                 if (pde & PG_PS) {
1154                         if ((pde & PG_RW) || (prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
1155                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE((pde & PG_PS_FRAME) |
1156                                     (va & PDRMASK));
1157                                 vm_page_hold(m);
1158                         }
1159                 } else {
1160                         pte = *pmap_pde_to_pte(pdep, va);
1161                         if ((pte & PG_V) &&
1162                             ((pte & PG_RW) || (prot & VM_PROT_WRITE) == 0)) {
1163                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pte & PG_FRAME);
1164                                 vm_page_hold(m);
1165                         }
1166                 }
1167         }
1168         vm_page_unlock_queues();
1169         PMAP_UNLOCK(pmap);
1170         return (m);
1171 }
1172
1173 vm_paddr_t
1174 pmap_kextract(vm_offset_t va)
1175 {
1176         pd_entry_t pde;
1177         vm_paddr_t pa;
1178
1179         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS) {
1180                 pa = DMAP_TO_PHYS(va);
1181         } else {
1182                 pde = *vtopde(va);
1183                 if (pde & PG_PS) {
1184                         pa = (pde & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK);
1185                 } else {
1186                         /*
1187                          * Beware of a concurrent promotion that changes the
1188                          * PDE at this point!  For example, vtopte() must not
1189                          * be used to access the PTE because it would use the
1190                          * new PDE.  It is, however, safe to use the old PDE
1191                          * because the page table page is preserved by the
1192                          * promotion.
1193                          */
1194                         pa = *pmap_pde_to_pte(&pde, va);
1195                         pa = (pa & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK);
1196                 }
1197         }
1198         return pa;
1199 }
1200
1201 /***************************************************
1202  * Low level mapping routines.....
1203  ***************************************************/
1204
1205 /*
1206  * Add a wired page to the kva.
1207  * Note: not SMP coherent.
1208  */
1209 PMAP_INLINE void 
1210 pmap_kenter(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
1211 {
1212         pt_entry_t *pte;
1213
1214         pte = vtopte(va);
1215         pte_store(pte, pa | PG_RW | PG_V | PG_G);
1216 }
1217
1218 static __inline void
1219 pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode)
1220 {
1221         pt_entry_t *pte;
1222
1223         pte = vtopte(va);
1224         pte_store(pte, pa | PG_RW | PG_V | PG_G | pmap_cache_bits(mode, 0));
1225 }
1226
1227 /*
1228  * Remove a page from the kernel pagetables.
1229  * Note: not SMP coherent.
1230  */
1231 PMAP_INLINE void
1232 pmap_kremove(vm_offset_t va)
1233 {
1234         pt_entry_t *pte;
1235
1236         pte = vtopte(va);
1237         pte_clear(pte);
1238 }
1239
1240 /*
1241  *      Used to map a range of physical addresses into kernel
1242  *      virtual address space.
1243  *
1244  *      The value passed in '*virt' is a suggested virtual address for
1245  *      the mapping. Architectures which can support a direct-mapped
1246  *      physical to virtual region can return the appropriate address
1247  *      within that region, leaving '*virt' unchanged. Other
1248  *      architectures should map the pages starting at '*virt' and
1249  *      update '*virt' with the first usable address after the mapped
1250  *      region.
1251  */
1252 vm_offset_t
1253 pmap_map(vm_offset_t *virt, vm_paddr_t start, vm_paddr_t end, int prot)
1254 {
1255         return PHYS_TO_DMAP(start);
1256 }
1257
1258
1259 /*
1260  * Add a list of wired pages to the kva
1261  * this routine is only used for temporary
1262  * kernel mappings that do not need to have
1263  * page modification or references recorded.
1264  * Note that old mappings are simply written
1265  * over.  The page *must* be wired.
1266  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
1267  */
1268 void
1269 pmap_qenter(vm_offset_t sva, vm_page_t *ma, int count)
1270 {
1271         pt_entry_t *endpte, oldpte, pa, *pte;
1272         vm_page_t m;
1273
1274         oldpte = 0;
1275         pte = vtopte(sva);
1276         endpte = pte + count;
1277         while (pte < endpte) {
1278                 m = *ma++;
1279                 pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | pmap_cache_bits(m->md.pat_mode, 0);
1280                 if ((*pte & (PG_FRAME | PG_PTE_CACHE)) != pa) {
1281                         oldpte |= *pte;
1282                         pte_store(pte, pa | PG_G | PG_RW | PG_V);
1283                 }
1284                 pte++;
1285         }
1286         if (__predict_false((oldpte & PG_V) != 0))
1287                 pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, sva + count *
1288                     PAGE_SIZE);
1289 }
1290
1291 /*
1292  * This routine tears out page mappings from the
1293  * kernel -- it is meant only for temporary mappings.
1294  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
1295  */
1296 void
1297 pmap_qremove(vm_offset_t sva, int count)
1298 {
1299         vm_offset_t va;
1300
1301         va = sva;
1302         while (count-- > 0) {
1303                 pmap_kremove(va);
1304                 va += PAGE_SIZE;
1305         }
1306         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
1307 }
1308
1309 /***************************************************
1310  * Page table page management routines.....
1311  ***************************************************/
1312 static __inline void
1313 pmap_free_zero_pages(vm_page_t free)
1314 {
1315         vm_page_t m;
1316
1317         while (free != NULL) {
1318                 m = free;
1319                 free = m->right;
1320                 /* Preserve the page's PG_ZERO setting. */
1321                 vm_page_free_toq(m);
1322         }
1323 }
1324
1325 /*
1326  * Schedule the specified unused page table page to be freed.  Specifically,
1327  * add the page to the specified list of pages that will be released to the
1328  * physical memory manager after the TLB has been updated.
1329  */
1330 static __inline void
1331 pmap_add_delayed_free_list(vm_page_t m, vm_page_t *free, boolean_t set_PG_ZERO)
1332 {
1333
1334         if (set_PG_ZERO)
1335                 m->flags |= PG_ZERO;
1336         else
1337                 m->flags &= ~PG_ZERO;
1338         m->right = *free;
1339         *free = m;
1340 }
1341         
1342 /*
1343  * Inserts the specified page table page into the specified pmap's collection
1344  * of idle page table pages.  Each of a pmap's page table pages is responsible
1345  * for mapping a distinct range of virtual addresses.  The pmap's collection is
1346  * ordered by this virtual address range.
1347  */
1348 static void
1349 pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte)
1350 {
1351         vm_page_t root;
1352
1353         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1354         root = pmap->pm_root;
1355         if (root == NULL) {
1356                 mpte->left = NULL;
1357                 mpte->right = NULL;
1358         } else {
1359                 root = vm_page_splay(mpte->pindex, root);
1360                 if (mpte->pindex < root->pindex) {
1361                         mpte->left = root->left;
1362                         mpte->right = root;
1363                         root->left = NULL;
1364                 } else if (mpte->pindex == root->pindex)
1365                         panic("pmap_insert_pt_page: pindex already inserted");
1366                 else {
1367                         mpte->right = root->right;
1368                         mpte->left = root;
1369                         root->right = NULL;
1370                 }
1371         }
1372         pmap->pm_root = mpte;
1373 }
1374
1375 /*
1376  * Looks for a page table page mapping the specified virtual address in the
1377  * specified pmap's collection of idle page table pages.  Returns NULL if there
1378  * is no page table page corresponding to the specified virtual address.
1379  */
1380 static vm_page_t
1381 pmap_lookup_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1382 {
1383         vm_page_t mpte;
1384         vm_pindex_t pindex = pmap_pde_pindex(va);
1385
1386         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1387         if ((mpte = pmap->pm_root) != NULL && mpte->pindex != pindex) {
1388                 mpte = vm_page_splay(pindex, mpte);
1389                 if ((pmap->pm_root = mpte)->pindex != pindex)
1390                         mpte = NULL;
1391         }
1392         return (mpte);
1393 }
1394
1395 /*
1396  * Removes the specified page table page from the specified pmap's collection
1397  * of idle page table pages.  The specified page table page must be a member of
1398  * the pmap's collection.
1399  */
1400 static void
1401 pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte)
1402 {
1403         vm_page_t root;
1404
1405         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1406         if (mpte != pmap->pm_root) {
1407                 root = vm_page_splay(mpte->pindex, pmap->pm_root);
1408                 KASSERT(mpte == root,
1409                     ("pmap_remove_pt_page: mpte %p is missing from pmap %p",
1410                     mpte, pmap));
1411         }
1412         if (mpte->left == NULL)
1413                 root = mpte->right;
1414         else {
1415                 root = vm_page_splay(mpte->pindex, mpte->left);
1416                 root->right = mpte->right;
1417         }
1418         pmap->pm_root = root;
1419 }
1420
1421 /*
1422  * This routine unholds page table pages, and if the hold count
1423  * drops to zero, then it decrements the wire count.
1424  */
1425 static __inline int
1426 pmap_unwire_pte_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_page_t *free)
1427 {
1428
1429         --m->wire_count;
1430         if (m->wire_count == 0)
1431                 return _pmap_unwire_pte_hold(pmap, va, m, free);
1432         else
1433                 return 0;
1434 }
1435
1436 static int 
1437 _pmap_unwire_pte_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, 
1438     vm_page_t *free)
1439 {
1440
1441         /*
1442          * unmap the page table page
1443          */
1444         if (m->pindex >= (NUPDE + NUPDPE)) {
1445                 /* PDP page */
1446                 pml4_entry_t *pml4;
1447                 pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
1448                 *pml4 = 0;
1449         } else if (m->pindex >= NUPDE) {
1450                 /* PD page */
1451                 pdp_entry_t *pdp;
1452                 pdp = pmap_pdpe(pmap, va);
1453                 *pdp = 0;
1454         } else {
1455                 /* PTE page */
1456                 pd_entry_t *pd;
1457                 pd = pmap_pde(pmap, va);
1458                 *pd = 0;
1459         }
1460         --pmap->pm_stats.resident_count;
1461         if (m->pindex < NUPDE) {
1462                 /* We just released a PT, unhold the matching PD */
1463                 vm_page_t pdpg;
1464
1465                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pdpe(pmap, va) & PG_FRAME);
1466                 pmap_unwire_pte_hold(pmap, va, pdpg, free);
1467         }
1468         if (m->pindex >= NUPDE && m->pindex < (NUPDE + NUPDPE)) {
1469                 /* We just released a PD, unhold the matching PDP */
1470                 vm_page_t pdppg;
1471
1472                 pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pml4e(pmap, va) & PG_FRAME);
1473                 pmap_unwire_pte_hold(pmap, va, pdppg, free);
1474         }
1475
1476         /*
1477          * This is a release store so that the ordinary store unmapping
1478          * the page table page is globally performed before TLB shoot-
1479          * down is begun.
1480          */
1481         atomic_subtract_rel_int(&cnt.v_wire_count, 1);
1482
1483         /* 
1484          * Put page on a list so that it is released after
1485          * *ALL* TLB shootdown is done
1486          */
1487         pmap_add_delayed_free_list(m, free, TRUE);
1488         
1489         return 1;
1490 }
1491
1492 /*
1493  * After removing a page table entry, this routine is used to
1494  * conditionally free the page, and manage the hold/wire counts.
1495  */
1496 static int
1497 pmap_unuse_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t ptepde, vm_page_t *free)
1498 {
1499         vm_page_t mpte;
1500
1501         if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
1502                 return 0;
1503         KASSERT(ptepde != 0, ("pmap_unuse_pt: ptepde != 0"));
1504         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(ptepde & PG_FRAME);
1505         return pmap_unwire_pte_hold(pmap, va, mpte, free);
1506 }
1507
1508 void
1509 pmap_pinit0(pmap_t pmap)
1510 {
1511
1512         PMAP_LOCK_INIT(pmap);
1513         pmap->pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(KPML4phys);
1514         pmap->pm_root = NULL;
1515         pmap->pm_active = 0;
1516         PCPU_SET(curpmap, pmap);
1517         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
1518         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
1519 }
1520
1521 /*
1522  * Initialize a preallocated and zeroed pmap structure,
1523  * such as one in a vmspace structure.
1524  */
1525 int
1526 pmap_pinit(pmap_t pmap)
1527 {
1528         vm_page_t pml4pg;
1529         static vm_pindex_t color;
1530
1531         PMAP_LOCK_INIT(pmap);
1532
1533         /*
1534          * allocate the page directory page
1535          */
1536         while ((pml4pg = vm_page_alloc(NULL, color++, VM_ALLOC_NOOBJ |
1537             VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO)) == NULL)
1538                 VM_WAIT;
1539
1540         pmap->pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg));
1541
1542         if ((pml4pg->flags & PG_ZERO) == 0)
1543                 pagezero(pmap->pm_pml4);
1544
1545         /* Wire in kernel global address entries. */
1546         pmap->pm_pml4[KPML4I] = KPDPphys | PG_RW | PG_V | PG_U;
1547         pmap->pm_pml4[DMPML4I] = DMPDPphys | PG_RW | PG_V | PG_U;
1548
1549         /* install self-referential address mapping entry(s) */
1550         pmap->pm_pml4[PML4PML4I] = VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg) | PG_V | PG_RW | PG_A | PG_M;
1551
1552         pmap->pm_root = NULL;
1553         pmap->pm_active = 0;
1554         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
1555         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
1556
1557         return (1);
1558 }
1559
1560 /*
1561  * this routine is called if the page table page is not
1562  * mapped correctly.
1563  *
1564  * Note: If a page allocation fails at page table level two or three,
1565  * one or two pages may be held during the wait, only to be released
1566  * afterwards.  This conservative approach is easily argued to avoid
1567  * race conditions.
1568  */
1569 static vm_page_t
1570 _pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex, int flags)
1571 {
1572         vm_page_t m, pdppg, pdpg;
1573
1574         KASSERT((flags & (M_NOWAIT | M_WAITOK)) == M_NOWAIT ||
1575             (flags & (M_NOWAIT | M_WAITOK)) == M_WAITOK,
1576             ("_pmap_allocpte: flags is neither M_NOWAIT nor M_WAITOK"));
1577
1578         /*
1579          * Allocate a page table page.
1580          */
1581         if ((m = vm_page_alloc(NULL, ptepindex, VM_ALLOC_NOOBJ |
1582             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO)) == NULL) {
1583                 if (flags & M_WAITOK) {
1584                         PMAP_UNLOCK(pmap);
1585                         vm_page_unlock_queues();
1586                         VM_WAIT;
1587                         vm_page_lock_queues();
1588                         PMAP_LOCK(pmap);
1589                 }
1590
1591                 /*
1592                  * Indicate the need to retry.  While waiting, the page table
1593                  * page may have been allocated.
1594                  */
1595                 return (NULL);
1596         }
1597         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0)
1598                 pmap_zero_page(m);
1599
1600         /*
1601          * Map the pagetable page into the process address space, if
1602          * it isn't already there.
1603          */
1604
1605         if (ptepindex >= (NUPDE + NUPDPE)) {
1606                 pml4_entry_t *pml4;
1607                 vm_pindex_t pml4index;
1608
1609                 /* Wire up a new PDPE page */
1610                 pml4index = ptepindex - (NUPDE + NUPDPE);
1611                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
1612                 *pml4 = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
1613
1614         } else if (ptepindex >= NUPDE) {
1615                 vm_pindex_t pml4index;
1616                 vm_pindex_t pdpindex;
1617                 pml4_entry_t *pml4;
1618                 pdp_entry_t *pdp;
1619
1620                 /* Wire up a new PDE page */
1621                 pdpindex = ptepindex - NUPDE;
1622                 pml4index = pdpindex >> NPML4EPGSHIFT;
1623
1624                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
1625                 if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
1626                         /* Have to allocate a new pdp, recurse */
1627                         if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + NUPDPE + pml4index,
1628                             flags) == NULL) {
1629                                 --m->wire_count;
1630                                 atomic_subtract_int(&cnt.v_wire_count, 1);
1631                                 vm_page_free_zero(m);
1632                                 return (NULL);
1633                         }
1634                 } else {
1635                         /* Add reference to pdp page */
1636                         pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pml4 & PG_FRAME);
1637                         pdppg->wire_count++;
1638                 }
1639                 pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
1640
1641                 /* Now find the pdp page */
1642                 pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
1643                 *pdp = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
1644
1645         } else {
1646                 vm_pindex_t pml4index;
1647                 vm_pindex_t pdpindex;
1648                 pml4_entry_t *pml4;
1649                 pdp_entry_t *pdp;
1650                 pd_entry_t *pd;
1651
1652                 /* Wire up a new PTE page */
1653                 pdpindex = ptepindex >> NPDPEPGSHIFT;
1654                 pml4index = pdpindex >> NPML4EPGSHIFT;
1655
1656                 /* First, find the pdp and check that its valid. */
1657                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
1658                 if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
1659                         /* Have to allocate a new pd, recurse */
1660                         if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex,
1661                             flags) == NULL) {
1662                                 --m->wire_count;
1663                                 atomic_subtract_int(&cnt.v_wire_count, 1);
1664                                 vm_page_free_zero(m);
1665                                 return (NULL);
1666                         }
1667                         pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
1668                         pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
1669                 } else {
1670                         pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
1671                         pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
1672                         if ((*pdp & PG_V) == 0) {
1673                                 /* Have to allocate a new pd, recurse */
1674                                 if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex,
1675                                     flags) == NULL) {
1676                                         --m->wire_count;
1677                                         atomic_subtract_int(&cnt.v_wire_count,
1678                                             1);
1679                                         vm_page_free_zero(m);
1680                                         return (NULL);
1681                                 }
1682                         } else {
1683                                 /* Add reference to the pd page */
1684                                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdp & PG_FRAME);
1685                                 pdpg->wire_count++;
1686                         }
1687                 }
1688                 pd = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdp & PG_FRAME);
1689
1690                 /* Now we know where the page directory page is */
1691                 pd = &pd[ptepindex & ((1ul << NPDEPGSHIFT) - 1)];
1692                 *pd = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
1693         }
1694
1695         pmap->pm_stats.resident_count++;
1696
1697         return m;
1698 }
1699
1700 static vm_page_t
1701 pmap_allocpde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, int flags)
1702 {
1703         vm_pindex_t pdpindex, ptepindex;
1704         pdp_entry_t *pdpe;
1705         vm_page_t pdpg;
1706
1707         KASSERT((flags & (M_NOWAIT | M_WAITOK)) == M_NOWAIT ||
1708             (flags & (M_NOWAIT | M_WAITOK)) == M_WAITOK,
1709             ("pmap_allocpde: flags is neither M_NOWAIT nor M_WAITOK"));
1710 retry:
1711         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
1712         if (pdpe != NULL && (*pdpe & PG_V) != 0) {
1713                 /* Add a reference to the pd page. */
1714                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdpe & PG_FRAME);
1715                 pdpg->wire_count++;
1716         } else {
1717                 /* Allocate a pd page. */
1718                 ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
1719                 pdpindex = ptepindex >> NPDPEPGSHIFT;
1720                 pdpg = _pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex, flags);
1721                 if (pdpg == NULL && (flags & M_WAITOK))
1722                         goto retry;
1723         }
1724         return (pdpg);
1725 }
1726
1727 static vm_page_t
1728 pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va, int flags)
1729 {
1730         vm_pindex_t ptepindex;
1731         pd_entry_t *pd;
1732         vm_page_t m;
1733
1734         KASSERT((flags & (M_NOWAIT | M_WAITOK)) == M_NOWAIT ||
1735             (flags & (M_NOWAIT | M_WAITOK)) == M_WAITOK,
1736             ("pmap_allocpte: flags is neither M_NOWAIT nor M_WAITOK"));
1737
1738         /*
1739          * Calculate pagetable page index
1740          */
1741         ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
1742 retry:
1743         /*
1744          * Get the page directory entry
1745          */
1746         pd = pmap_pde(pmap, va);
1747
1748         /*
1749          * This supports switching from a 2MB page to a
1750          * normal 4K page.
1751          */
1752         if (pd != NULL && (*pd & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V)) {
1753                 if (!pmap_demote_pde(pmap, pd, va)) {
1754                         /*
1755                          * Invalidation of the 2MB page mapping may have caused
1756                          * the deallocation of the underlying PD page.
1757                          */
1758                         pd = NULL;
1759                 }
1760         }
1761
1762         /*
1763          * If the page table page is mapped, we just increment the
1764          * hold count, and activate it.
1765          */
1766         if (pd != NULL && (*pd & PG_V) != 0) {
1767                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pd & PG_FRAME);
1768                 m->wire_count++;
1769         } else {
1770                 /*
1771                  * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been
1772                  * deallocated.
1773                  */
1774                 m = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex, flags);
1775                 if (m == NULL && (flags & M_WAITOK))
1776                         goto retry;
1777         }
1778         return (m);
1779 }
1780
1781
1782 /***************************************************
1783  * Pmap allocation/deallocation routines.
1784  ***************************************************/
1785
1786 /*
1787  * Release any resources held by the given physical map.
1788  * Called when a pmap initialized by pmap_pinit is being released.
1789  * Should only be called if the map contains no valid mappings.
1790  */
1791 void
1792 pmap_release(pmap_t pmap)
1793 {
1794         vm_page_t m;
1795
1796         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count == 0,
1797             ("pmap_release: pmap resident count %ld != 0",
1798             pmap->pm_stats.resident_count));
1799         KASSERT(pmap->pm_root == NULL,
1800             ("pmap_release: pmap has reserved page table page(s)"));
1801
1802         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap->pm_pml4[PML4PML4I] & PG_FRAME);
1803
1804         pmap->pm_pml4[KPML4I] = 0;      /* KVA */
1805         pmap->pm_pml4[DMPML4I] = 0;     /* Direct Map */
1806         pmap->pm_pml4[PML4PML4I] = 0;   /* Recursive Mapping */
1807
1808         m->wire_count--;
1809         atomic_subtract_int(&cnt.v_wire_count, 1);
1810         vm_page_free_zero(m);
1811         PMAP_LOCK_DESTROY(pmap);
1812 }
1813 \f
1814 static int
1815 kvm_size(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
1816 {
1817         unsigned long ksize = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
1818
1819         return sysctl_handle_long(oidp, &ksize, 0, req);
1820 }
1821 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_size, CTLTYPE_LONG|CTLFLAG_RD, 
1822     0, 0, kvm_size, "LU", "Size of KVM");
1823
1824 static int
1825 kvm_free(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
1826 {
1827         unsigned long kfree = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - kernel_vm_end;
1828
1829         return sysctl_handle_long(oidp, &kfree, 0, req);
1830 }
1831 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_free, CTLTYPE_LONG|CTLFLAG_RD, 
1832     0, 0, kvm_free, "LU", "Amount of KVM free");
1833
1834 /*
1835  * grow the number of kernel page table entries, if needed
1836  */
1837 void
1838 pmap_growkernel(vm_offset_t addr)
1839 {
1840         vm_paddr_t paddr;
1841         vm_page_t nkpg;
1842         pd_entry_t *pde, newpdir;
1843         pdp_entry_t *pdpe;
1844
1845         mtx_assert(&kernel_map->system_mtx, MA_OWNED);
1846
1847         /*
1848          * Return if "addr" is within the range of kernel page table pages
1849          * that were preallocated during pmap bootstrap.  Moreover, leave
1850          * "kernel_vm_end" and the kernel page table as they were.
1851          *
1852          * The correctness of this action is based on the following
1853          * argument: vm_map_findspace() allocates contiguous ranges of the
1854          * kernel virtual address space.  It calls this function if a range
1855          * ends after "kernel_vm_end".  If the kernel is mapped between
1856          * "kernel_vm_end" and "addr", then the range cannot begin at
1857          * "kernel_vm_end".  In fact, its beginning address cannot be less
1858          * than the kernel.  Thus, there is no immediate need to allocate
1859          * any new kernel page table pages between "kernel_vm_end" and
1860          * "KERNBASE".
1861          */
1862         if (KERNBASE < addr && addr <= KERNBASE + NKPT * NBPDR)
1863                 return;
1864
1865         addr = roundup2(addr, NBPDR);
1866         if (addr - 1 >= kernel_map->max_offset)
1867                 addr = kernel_map->max_offset;
1868         while (kernel_vm_end < addr) {
1869                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, kernel_vm_end);
1870                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
1871                         /* We need a new PDP entry */
1872                         nkpg = vm_page_alloc(NULL, kernel_vm_end >> PDPSHIFT,
1873                             VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ |
1874                             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
1875                         if (nkpg == NULL)
1876                                 panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
1877                         if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
1878                                 pmap_zero_page(nkpg);
1879                         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
1880                         *pdpe = (pdp_entry_t)
1881                                 (paddr | PG_V | PG_RW | PG_A | PG_M);
1882                         continue; /* try again */
1883                 }
1884                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, kernel_vm_end);
1885                 if ((*pde & PG_V) != 0) {
1886                         kernel_vm_end = (kernel_vm_end + NBPDR) & ~PDRMASK;
1887                         if (kernel_vm_end - 1 >= kernel_map->max_offset) {
1888                                 kernel_vm_end = kernel_map->max_offset;
1889                                 break;                       
1890                         }
1891                         continue;
1892                 }
1893
1894                 nkpg = vm_page_alloc(NULL, pmap_pde_pindex(kernel_vm_end),
1895                     VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED |
1896                     VM_ALLOC_ZERO);
1897                 if (nkpg == NULL)
1898                         panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
1899                 if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
1900                         pmap_zero_page(nkpg);
1901                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
1902                 newpdir = (pd_entry_t) (paddr | PG_V | PG_RW | PG_A | PG_M);
1903                 pde_store(pde, newpdir);
1904
1905                 kernel_vm_end = (kernel_vm_end + NBPDR) & ~PDRMASK;
1906                 if (kernel_vm_end - 1 >= kernel_map->max_offset) {
1907                         kernel_vm_end = kernel_map->max_offset;
1908                         break;                       
1909                 }
1910         }
1911 }
1912
1913
1914 /***************************************************
1915  * page management routines.
1916  ***************************************************/
1917
1918 CTASSERT(sizeof(struct pv_chunk) == PAGE_SIZE);
1919 CTASSERT(_NPCM == 3);
1920 CTASSERT(_NPCPV == 168);
1921
1922 static __inline struct pv_chunk *
1923 pv_to_chunk(pv_entry_t pv)
1924 {
1925
1926         return (struct pv_chunk *)((uintptr_t)pv & ~(uintptr_t)PAGE_MASK);
1927 }
1928
1929 #define PV_PMAP(pv) (pv_to_chunk(pv)->pc_pmap)
1930
1931 #define PC_FREE0        0xfffffffffffffffful
1932 #define PC_FREE1        0xfffffffffffffffful
1933 #define PC_FREE2        0x000000fffffffffful
1934
1935 static uint64_t pc_freemask[_NPCM] = { PC_FREE0, PC_FREE1, PC_FREE2 };
1936
1937 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_count, CTLFLAG_RD, &pv_entry_count, 0,
1938         "Current number of pv entries");
1939
1940 #ifdef PV_STATS
1941 static int pc_chunk_count, pc_chunk_allocs, pc_chunk_frees, pc_chunk_tryfail;
1942
1943 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_count, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_count, 0,
1944         "Current number of pv entry chunks");
1945 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_allocs, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_allocs, 0,
1946         "Current number of pv entry chunks allocated");
1947 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_frees, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_frees, 0,
1948         "Current number of pv entry chunks frees");
1949 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_tryfail, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_tryfail, 0,
1950         "Number of times tried to get a chunk page but failed.");
1951
1952 static long pv_entry_frees, pv_entry_allocs;
1953 static int pv_entry_spare;
1954
1955 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_frees, CTLFLAG_RD, &pv_entry_frees, 0,
1956         "Current number of pv entry frees");
1957 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_allocs, CTLFLAG_RD, &pv_entry_allocs, 0,
1958         "Current number of pv entry allocs");
1959 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_spare, CTLFLAG_RD, &pv_entry_spare, 0,
1960         "Current number of spare pv entries");
1961
1962 static int pmap_collect_inactive, pmap_collect_active;
1963
1964 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pmap_collect_inactive, CTLFLAG_RD, &pmap_collect_inactive, 0,
1965         "Current number times pmap_collect called on inactive queue");
1966 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pmap_collect_active, CTLFLAG_RD, &pmap_collect_active, 0,
1967         "Current number times pmap_collect called on active queue");
1968 #endif
1969
1970 /*
1971  * We are in a serious low memory condition.  Resort to
1972  * drastic measures to free some pages so we can allocate
1973  * another pv entry chunk.  This is normally called to
1974  * unmap inactive pages, and if necessary, active pages.
1975  *
1976  * We do not, however, unmap 2mpages because subsequent accesses will
1977  * allocate per-page pv entries until repromotion occurs, thereby
1978  * exacerbating the shortage of free pv entries.
1979  */
1980 static void
1981 pmap_collect(pmap_t locked_pmap, struct vpgqueues *vpq)
1982 {
1983         struct md_page *pvh;
1984         pd_entry_t *pde;
1985         pmap_t pmap;
1986         pt_entry_t *pte, tpte;
1987         pv_entry_t next_pv, pv;
1988         vm_offset_t va;
1989         vm_page_t m, free;
1990
1991         TAILQ_FOREACH(m, &vpq->pl, pageq) {
1992                 if ((m->flags & PG_MARKER) != 0 || m->hold_count || m->busy)
1993                         continue;
1994                 TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &m->md.pv_list, pv_list, next_pv) {
1995                         va = pv->pv_va;
1996                         pmap = PV_PMAP(pv);
1997                         /* Avoid deadlock and lock recursion. */
1998                         if (pmap > locked_pmap)
1999                                 PMAP_LOCK(pmap);
2000                         else if (pmap != locked_pmap && !PMAP_TRYLOCK(pmap))
2001                                 continue;
2002                         pmap->pm_stats.resident_count--;
2003                         pde = pmap_pde(pmap, va);
2004                         KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_collect: found"
2005                             " a 2mpage in page %p's pv list", m));
2006                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
2007                         tpte = pte_load_clear(pte);
2008                         KASSERT((tpte & PG_W) == 0,
2009                             ("pmap_collect: wired pte %#lx", tpte));
2010                         if (tpte & PG_A)
2011                                 vm_page_flag_set(m, PG_REFERENCED);
2012                         if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
2013                                 vm_page_dirty(m);
2014                         free = NULL;
2015                         pmap_unuse_pt(pmap, va, *pde, &free);
2016                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
2017                         pmap_free_zero_pages(free);
2018                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
2019                         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list)) {
2020                                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2021                                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
2022                                         vm_page_flag_clear(m, PG_WRITEABLE);
2023                         }
2024                         free_pv_entry(pmap, pv);
2025                         if (pmap != locked_pmap)
2026                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
2027                 }
2028         }
2029 }
2030
2031
2032 /*
2033  * free the pv_entry back to the free list
2034  */
2035 static void
2036 free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv)
2037 {
2038         vm_page_t m;
2039         struct pv_chunk *pc;
2040         int idx, field, bit;
2041
2042         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
2043         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2044         PV_STAT(pv_entry_frees++);
2045         PV_STAT(pv_entry_spare++);
2046         pv_entry_count--;
2047         pc = pv_to_chunk(pv);
2048         idx = pv - &pc->pc_pventry[0];
2049         field = idx / 64;
2050         bit = idx % 64;
2051         pc->pc_map[field] |= 1ul << bit;
2052         /* move to head of list */
2053         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2054         if (pc->pc_map[0] != PC_FREE0 || pc->pc_map[1] != PC_FREE1 ||
2055             pc->pc_map[2] != PC_FREE2) {
2056                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2057                 return;
2058         }
2059         PV_STAT(pv_entry_spare -= _NPCPV);
2060         PV_STAT(pc_chunk_count--);
2061         PV_STAT(pc_chunk_frees++);
2062         /* entire chunk is free, return it */
2063         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
2064         dump_drop_page(m->phys_addr);
2065         vm_page_unwire(m, 0);
2066         vm_page_free(m);
2067 }
2068
2069 /*
2070  * get a new pv_entry, allocating a block from the system
2071  * when needed.
2072  */
2073 static pv_entry_t
2074 get_pv_entry(pmap_t pmap, boolean_t try)
2075 {
2076         static vm_pindex_t colour;
2077         struct vpgqueues *pq;
2078         int bit, field;
2079         pv_entry_t pv;
2080         struct pv_chunk *pc;
2081         vm_page_t m;
2082
2083         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2084         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
2085         PV_STAT(pv_entry_allocs++);
2086         pq = NULL;
2087 retry:
2088         pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
2089         if (pc != NULL) {
2090                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
2091                         if (pc->pc_map[field]) {
2092                                 bit = bsfq(pc->pc_map[field]);
2093                                 break;
2094                         }
2095                 }
2096                 if (field < _NPCM) {
2097                         pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
2098                         pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
2099                         /* If this was the last item, move it to tail */
2100                         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 &&
2101                             pc->pc_map[2] == 0) {
2102                                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2103                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc,
2104                                     pc_list);
2105                         }
2106                         pv_entry_count++;
2107                         PV_STAT(pv_entry_spare--);
2108                         return (pv);
2109                 }
2110         }
2111         /* No free items, allocate another chunk */
2112         m = vm_page_alloc(NULL, colour, (pq == &vm_page_queues[PQ_ACTIVE] ?
2113             VM_ALLOC_SYSTEM : VM_ALLOC_NORMAL) | VM_ALLOC_NOOBJ |
2114             VM_ALLOC_WIRED);
2115         if (m == NULL) {
2116                 if (try) {
2117                         PV_STAT(pc_chunk_tryfail++);
2118                         return (NULL);
2119                 }
2120                 /*
2121                  * Reclaim pv entries: At first, destroy mappings to inactive
2122                  * pages.  After that, if a pv chunk entry is still needed,
2123                  * destroy mappings to active pages.
2124                  */
2125                 if (pq == NULL) {
2126                         PV_STAT(pmap_collect_inactive++);
2127                         pq = &vm_page_queues[PQ_INACTIVE];
2128                 } else if (pq == &vm_page_queues[PQ_INACTIVE]) {
2129                         PV_STAT(pmap_collect_active++);
2130                         pq = &vm_page_queues[PQ_ACTIVE];
2131                 } else
2132                         panic("get_pv_entry: allocation failed");
2133                 pmap_collect(pmap, pq);
2134                 goto retry;
2135         }
2136         PV_STAT(pc_chunk_count++);
2137         PV_STAT(pc_chunk_allocs++);
2138         colour++;
2139         dump_add_page(m->phys_addr);
2140         pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
2141         pc->pc_pmap = pmap;
2142         pc->pc_map[0] = PC_FREE0 & ~1ul;        /* preallocated bit 0 */
2143         pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
2144         pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
2145         pv = &pc->pc_pventry[0];
2146         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2147         pv_entry_count++;
2148         PV_STAT(pv_entry_spare += _NPCPV - 1);
2149         return (pv);
2150 }
2151
2152 /*
2153  * First find and then remove the pv entry for the specified pmap and virtual
2154  * address from the specified pv list.  Returns the pv entry if found and NULL
2155  * otherwise.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or
2156  * 2MB page mappings.
2157  */
2158 static __inline pv_entry_t
2159 pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2160 {
2161         pv_entry_t pv;
2162
2163         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
2164         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_list) {
2165                 if (pmap == PV_PMAP(pv) && va == pv->pv_va) {
2166                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_list);
2167                         break;
2168                 }
2169         }
2170         return (pv);
2171 }
2172
2173 /*
2174  * After demotion from a 2MB page mapping to 512 4KB page mappings,
2175  * destroy the pv entry for the 2MB page mapping and reinstantiate the pv
2176  * entries for each of the 4KB page mappings.
2177  */
2178 static void
2179 pmap_pv_demote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
2180 {
2181         struct md_page *pvh;
2182         pv_entry_t pv;
2183         vm_offset_t va_last;
2184         vm_page_t m;
2185
2186         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
2187         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
2188             ("pmap_pv_demote_pde: pa is not 2mpage aligned"));
2189
2190         /*
2191          * Transfer the 2mpage's pv entry for this mapping to the first
2192          * page's pv list.
2193          */
2194         pvh = pa_to_pvh(pa);
2195         va = trunc_2mpage(va);
2196         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
2197         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_demote_pde: pv not found"));
2198         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
2199         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
2200         /* Instantiate the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
2201         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
2202         do {
2203                 m++;
2204                 KASSERT((m->flags & (PG_FICTITIOUS | PG_UNMANAGED)) == 0,
2205                     ("pmap_pv_demote_pde: page %p is not managed", m));
2206                 va += PAGE_SIZE;
2207                 pmap_insert_entry(pmap, va, m);
2208         } while (va < va_last);
2209 }
2210
2211 /*
2212  * After promotion from 512 4KB page mappings to a single 2MB page mapping,
2213  * replace the many pv entries for the 4KB page mappings by a single pv entry
2214  * for the 2MB page mapping.
2215  */
2216 static void
2217 pmap_pv_promote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
2218 {
2219         struct md_page *pvh;
2220         pv_entry_t pv;
2221         vm_offset_t va_last;
2222         vm_page_t m;
2223
2224         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
2225         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
2226             ("pmap_pv_promote_pde: pa is not 2mpage aligned"));
2227
2228         /*
2229          * Transfer the first page's pv entry for this mapping to the
2230          * 2mpage's pv list.  Aside from avoiding the cost of a call
2231          * to get_pv_entry(), a transfer avoids the possibility that
2232          * get_pv_entry() calls pmap_collect() and that pmap_collect()
2233          * removes one of the mappings that is being promoted.
2234          */
2235         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
2236         va = trunc_2mpage(va);
2237         pv = pmap_pvh_remove(&m->md, pmap, va);
2238         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_promote_pde: pv not found"));
2239         pvh = pa_to_pvh(pa);
2240         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_list);
2241         /* Free the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
2242         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
2243         do {
2244                 m++;
2245                 va += PAGE_SIZE;
2246                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
2247         } while (va < va_last);
2248 }
2249
2250 /*
2251  * First find and then destroy the pv entry for the specified pmap and virtual
2252  * address.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or 2MB
2253  * page mappings.
2254  */
2255 static void
2256 pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2257 {
2258         pv_entry_t pv;
2259
2260         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
2261         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pvh_free: pv not found"));
2262         free_pv_entry(pmap, pv);
2263 }
2264
2265 static void
2266 pmap_remove_entry(pmap_t pmap, vm_page_t m, vm_offset_t va)
2267 {
2268         struct md_page *pvh;
2269
2270         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
2271         pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
2272         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list)) {
2273                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2274                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
2275                         vm_page_flag_clear(m, PG_WRITEABLE);
2276         }
2277 }
2278
2279 /*
2280  * Create a pv entry for page at pa for
2281  * (pmap, va).
2282  */
2283 static void
2284 pmap_insert_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m)
2285 {
2286         pv_entry_t pv;
2287
2288         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2289         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
2290         pv = get_pv_entry(pmap, FALSE);
2291         pv->pv_va = va;
2292         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
2293 }
2294
2295 /*
2296  * Conditionally create a pv entry.
2297  */
2298 static boolean_t
2299 pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m)
2300 {
2301         pv_entry_t pv;
2302
2303         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2304         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
2305         if ((pv = get_pv_entry(pmap, TRUE)) != NULL) {
2306                 pv->pv_va = va;
2307                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
2308                 return (TRUE);
2309         } else
2310                 return (FALSE);
2311 }
2312
2313 /*
2314  * Create the pv entry for a 2MB page mapping.
2315  */
2316 static boolean_t
2317 pmap_pv_insert_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
2318 {
2319         struct md_page *pvh;
2320         pv_entry_t pv;
2321
2322         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
2323         if ((pv = get_pv_entry(pmap, TRUE)) != NULL) {
2324                 pv->pv_va = va;
2325                 pvh = pa_to_pvh(pa);
2326                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_list);
2327                 return (TRUE);
2328         } else
2329                 return (FALSE);
2330 }
2331
2332 /*
2333  * Fills a page table page with mappings to consecutive physical pages.
2334  */
2335 static void
2336 pmap_fill_ptp(pt_entry_t *firstpte, pt_entry_t newpte)
2337 {
2338         pt_entry_t *pte;
2339
2340         for (pte = firstpte; pte < firstpte + NPTEPG; pte++) {
2341                 *pte = newpte;
2342                 newpte += PAGE_SIZE;
2343         }
2344 }
2345
2346 /*
2347  * Tries to demote a 2MB page mapping.  If demotion fails, the 2MB page
2348  * mapping is invalidated.
2349  */
2350 static boolean_t
2351 pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
2352 {
2353         pd_entry_t newpde, oldpde;
2354         pt_entry_t *firstpte, newpte;
2355         vm_paddr_t mptepa;
2356         vm_page_t free, mpte;
2357
2358         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2359         oldpde = *pde;
2360         KASSERT((oldpde & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V),
2361             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_PS and/or PG_V"));
2362         mpte = pmap_lookup_pt_page(pmap, va);
2363         if (mpte != NULL)
2364                 pmap_remove_pt_page(pmap, mpte);
2365         else {
2366                 KASSERT((oldpde & PG_W) == 0,
2367                     ("pmap_demote_pde: page table page for a wired mapping"
2368                     " is missing"));
2369
2370                 /*
2371                  * Invalidate the 2MB page mapping and return "failure" if the
2372                  * mapping was never accessed or the allocation of the new
2373                  * page table page fails.  If the 2MB page mapping belongs to
2374                  * the direct map region of the kernel's address space, then
2375                  * the page allocation request specifies the highest possible
2376                  * priority (VM_ALLOC_INTERRUPT).  Otherwise, the priority is
2377                  * normal.  Page table pages are preallocated for every other
2378                  * part of the kernel address space, so the direct map region
2379                  * is the only part of the kernel address space that must be
2380                  * handled here.
2381                  */
2382                 if ((oldpde & PG_A) == 0 || (mpte = vm_page_alloc(NULL,
2383                     pmap_pde_pindex(va), (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va <
2384                     DMAP_MAX_ADDRESS ? VM_ALLOC_INTERRUPT : VM_ALLOC_NORMAL) |
2385                     VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED)) == NULL) {
2386                         free = NULL;
2387                         pmap_remove_pde(pmap, pde, trunc_2mpage(va), &free);
2388                         pmap_invalidate_page(pmap, trunc_2mpage(va));
2389                         pmap_free_zero_pages(free);
2390                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: failure for va %#lx"
2391                             " in pmap %p", va, pmap);
2392                         return (FALSE);
2393                 }
2394                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
2395                         pmap->pm_stats.resident_count++;
2396         }
2397         mptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpte);
2398         firstpte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mptepa);
2399         newpde = mptepa | PG_M | PG_A | (oldpde & PG_U) | PG_RW | PG_V;
2400         KASSERT((oldpde & PG_A) != 0,
2401             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_A"));
2402         KASSERT((oldpde & (PG_M | PG_RW)) != PG_RW,
2403             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_M"));
2404         newpte = oldpde & ~PG_PS;
2405         if ((newpte & PG_PDE_PAT) != 0)
2406                 newpte ^= PG_PDE_PAT | PG_PTE_PAT;
2407
2408         /*
2409          * If the page table page is new, initialize it.
2410          */
2411         if (mpte->wire_count == 1) {
2412                 mpte->wire_count = NPTEPG;
2413                 pmap_fill_ptp(firstpte, newpte);
2414         }
2415         KASSERT((*firstpte & PG_FRAME) == (newpte & PG_FRAME),
2416             ("pmap_demote_pde: firstpte and newpte map different physical"
2417             " addresses"));
2418
2419         /*
2420          * If the mapping has changed attributes, update the page table
2421          * entries.
2422          */
2423         if ((*firstpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpte & PG_PTE_PROMOTE))
2424                 pmap_fill_ptp(firstpte, newpte);
2425
2426         /*
2427          * Demote the mapping.  This pmap is locked.  The old PDE has
2428          * PG_A set.  If the old PDE has PG_RW set, it also has PG_M
2429          * set.  Thus, there is no danger of a race with another
2430          * processor changing the setting of PG_A and/or PG_M between
2431          * the read above and the store below. 
2432          */
2433         if (workaround_erratum383)
2434                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, newpde);
2435         else
2436                 pde_store(pde, newpde);
2437
2438         /*
2439          * Invalidate a stale recursive mapping of the page table page.
2440          */
2441         if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
2442                 pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopte(va));
2443
2444         /*
2445          * Demote the pv entry.  This depends on the earlier demotion
2446          * of the mapping.  Specifically, the (re)creation of a per-
2447          * page pv entry might trigger the execution of pmap_collect(),
2448          * which might reclaim a newly (re)created per-page pv entry
2449          * and destroy the associated mapping.  In order to destroy
2450          * the mapping, the PDE must have already changed from mapping
2451          * the 2mpage to referencing the page table page.
2452          */
2453         if ((oldpde & PG_MANAGED) != 0)
2454                 pmap_pv_demote_pde(pmap, va, oldpde & PG_PS_FRAME);
2455
2456         pmap_pde_demotions++;
2457         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: success for va %#lx"
2458             " in pmap %p", va, pmap);
2459         return (TRUE);
2460 }
2461
2462 /*
2463  * pmap_remove_pde: do the things to unmap a superpage in a process
2464  */
2465 static int
2466 pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
2467     vm_page_t *free)
2468 {
2469         struct md_page *pvh;
2470         pd_entry_t oldpde;
2471         vm_offset_t eva, va;
2472         vm_page_t m, mpte;
2473
2474         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2475         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
2476             ("pmap_remove_pde: sva is not 2mpage aligned"));
2477         oldpde = pte_load_clear(pdq);
2478         if (oldpde & PG_W)
2479                 pmap->pm_stats.wired_count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
2480
2481         /*
2482          * Machines that don't support invlpg, also don't support
2483          * PG_G.
2484          */
2485         if (oldpde & PG_G)
2486                 pmap_invalidate_page(kernel_pmap, sva);
2487         pmap->pm_stats.resident_count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
2488         if (oldpde & PG_MANAGED) {
2489                 pvh = pa_to_pvh(oldpde & PG_PS_FRAME);
2490                 pmap_pvh_free(pvh, pmap, sva);
2491                 eva = sva + NBPDR;
2492                 for (va = sva, m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
2493                     va < eva; va += PAGE_SIZE, m++) {
2494                         if ((oldpde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
2495                                 vm_page_dirty(m);
2496                         if (oldpde & PG_A)
2497                                 vm_page_flag_set(m, PG_REFERENCED);
2498                         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
2499                             TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
2500                                 vm_page_flag_clear(m, PG_WRITEABLE);
2501                 }
2502         }
2503         if (pmap == kernel_pmap) {
2504                 if (!pmap_demote_pde(pmap, pdq, sva))
2505                         panic("pmap_remove_pde: failed demotion");
2506         } else {
2507                 mpte = pmap_lookup_pt_page(pmap, sva);
2508                 if (mpte != NULL) {
2509                         pmap_remove_pt_page(pmap, mpte);
2510                         pmap->pm_stats.resident_count--;
2511                         KASSERT(mpte->wire_count == NPTEPG,
2512                             ("pmap_remove_pde: pte page wire count error"));
2513                         mpte->wire_count = 0;
2514                         pmap_add_delayed_free_list(mpte, free, FALSE);
2515                         atomic_subtract_int(&cnt.v_wire_count, 1);
2516                 }
2517         }
2518         return (pmap_unuse_pt(pmap, sva, *pmap_pdpe(pmap, sva), free));
2519 }
2520
2521 /*
2522  * pmap_remove_pte: do the things to unmap a page in a process
2523  */
2524 static int
2525 pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t va, 
2526     pd_entry_t ptepde, vm_page_t *free)
2527 {
2528         pt_entry_t oldpte;
2529         vm_page_t m;
2530
2531         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2532         oldpte = pte_load_clear(ptq);
2533         if (oldpte & PG_W)
2534                 pmap->pm_stats.wired_count -= 1;
2535         pmap->pm_stats.resident_count -= 1;
2536         if (oldpte & PG_MANAGED) {
2537                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpte & PG_FRAME);
2538                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
2539                         vm_page_dirty(m);
2540                 if (oldpte & PG_A)
2541                         vm_page_flag_set(m, PG_REFERENCED);
2542                 pmap_remove_entry(pmap, m, va);
2543         }
2544         return (pmap_unuse_pt(pmap, va, ptepde, free));
2545 }
2546
2547 /*
2548  * Remove a single page from a process address space
2549  */
2550 static void
2551 pmap_remove_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, vm_page_t *free)
2552 {
2553         pt_entry_t *pte;
2554
2555         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2556         if ((*pde & PG_V) == 0)
2557                 return;
2558         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
2559         if ((*pte & PG_V) == 0)
2560                 return;
2561         pmap_remove_pte(pmap, pte, va, *pde, free);
2562         pmap_invalidate_page(pmap, va);
2563 }
2564
2565 /*
2566  *      Remove the given range of addresses from the specified map.
2567  *
2568  *      It is assumed that the start and end are properly
2569  *      rounded to the page size.
2570  */
2571 void
2572 pmap_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2573 {
2574         vm_offset_t va, va_next;
2575         pml4_entry_t *pml4e;
2576         pdp_entry_t *pdpe;
2577         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
2578         pt_entry_t *pte;
2579         vm_page_t free = NULL;
2580         int anyvalid;
2581
2582         /*
2583          * Perform an unsynchronized read.  This is, however, safe.
2584          */
2585         if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
2586                 return;
2587
2588         anyvalid = 0;
2589
2590         vm_page_lock_queues();
2591         PMAP_LOCK(pmap);
2592
2593         /*
2594          * special handling of removing one page.  a very
2595          * common operation and easy to short circuit some
2596          * code.
2597          */
2598         if (sva + PAGE_SIZE == eva) {
2599                 pde = pmap_pde(pmap, sva);
2600                 if (pde && (*pde & PG_PS) == 0) {
2601                         pmap_remove_page(pmap, sva, pde, &free);
2602                         goto out;
2603                 }
2604         }
2605
2606         for (; sva < eva; sva = va_next) {
2607
2608                 if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
2609                         break;
2610
2611                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
2612                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
2613                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
2614                         if (va_next < sva)
2615                                 va_next = eva;
2616                         continue;
2617                 }
2618
2619                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
2620                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
2621                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
2622                         if (va_next < sva)
2623                                 va_next = eva;
2624                         continue;
2625                 }
2626
2627                 /*
2628                  * Calculate index for next page table.
2629                  */
2630                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
2631                 if (va_next < sva)
2632                         va_next = eva;
2633
2634                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
2635                 ptpaddr = *pde;
2636
2637                 /*
2638                  * Weed out invalid mappings.
2639                  */
2640                 if (ptpaddr == 0)
2641                         continue;
2642
2643                 /*
2644                  * Check for large page.
2645                  */
2646                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
2647                         /*
2648                          * Are we removing the entire large page?  If not,
2649                          * demote the mapping and fall through.
2650                          */
2651                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
2652                                 /*
2653                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
2654                                  * invalidated by pmap_remove_pde().
2655                                  */
2656                                 if ((ptpaddr & PG_G) == 0)
2657                                         anyvalid = 1;
2658                                 pmap_remove_pde(pmap, pde, sva, &free);
2659                                 continue;
2660                         } else if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, sva)) {
2661                                 /* The large page mapping was destroyed. */
2662                                 continue;
2663                         } else
2664                                 ptpaddr = *pde;
2665                 }
2666
2667                 /*
2668                  * Limit our scan to either the end of the va represented
2669                  * by the current page table page, or to the end of the
2670                  * range being removed.
2671                  */
2672                 if (va_next > eva)
2673                         va_next = eva;
2674
2675                 va = va_next;
2676                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
2677                     sva += PAGE_SIZE) {
2678                         if (*pte == 0) {
2679                                 if (va != va_next) {
2680                                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
2681                                         va = va_next;
2682                                 }
2683                                 continue;
2684                         }
2685                         if ((*pte & PG_G) == 0)
2686                                 anyvalid = 1;
2687                         else if (va == va_next)
2688                                 va = sva;
2689                         if (pmap_remove_pte(pmap, pte, sva, ptpaddr, &free)) {
2690                                 sva += PAGE_SIZE;
2691                                 break;
2692                         }
2693                 }
2694                 if (va != va_next)
2695                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
2696         }
2697 out:
2698         if (anyvalid)
2699                 pmap_invalidate_all(pmap);
2700         vm_page_unlock_queues();        
2701         PMAP_UNLOCK(pmap);
2702         pmap_free_zero_pages(free);
2703 }
2704
2705 /*
2706  *      Routine:        pmap_remove_all
2707  *      Function:
2708  *              Removes this physical page from
2709  *              all physical maps in which it resides.
2710  *              Reflects back modify bits to the pager.
2711  *
2712  *      Notes:
2713  *              Original versions of this routine were very
2714  *              inefficient because they iteratively called
2715  *              pmap_remove (slow...)
2716  */
2717
2718 void
2719 pmap_remove_all(vm_page_t m)
2720 {
2721         struct md_page *pvh;
2722         pv_entry_t pv;
2723         pmap_t pmap;
2724         pt_entry_t *pte, tpte;
2725         pd_entry_t *pde;
2726         vm_offset_t va;
2727         vm_page_t free;
2728
2729         KASSERT((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0,
2730             ("pmap_remove_all: page %p is fictitious", m));
2731         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
2732         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2733         while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != NULL) {
2734                 va = pv->pv_va;
2735                 pmap = PV_PMAP(pv);
2736                 PMAP_LOCK(pmap);
2737                 pde = pmap_pde(pmap, va);
2738                 (void)pmap_demote_pde(pmap, pde, va);
2739                 PMAP_UNLOCK(pmap);
2740         }
2741         while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
2742                 pmap = PV_PMAP(pv);
2743                 PMAP_LOCK(pmap);
2744                 pmap->pm_stats.resident_count--;
2745                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
2746                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_remove_all: found"
2747                     " a 2mpage in page %p's pv list", m));
2748                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
2749                 tpte = pte_load_clear(pte);
2750                 if (tpte & PG_W)
2751                         pmap->pm_stats.wired_count--;
2752                 if (tpte & PG_A)
2753                         vm_page_flag_set(m, PG_REFERENCED);
2754
2755                 /*
2756                  * Update the vm_page_t clean and reference bits.
2757                  */
2758                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
2759                         vm_page_dirty(m);
2760                 free = NULL;
2761                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, *pde, &free);
2762                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
2763                 pmap_free_zero_pages(free);
2764                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
2765                 free_pv_entry(pmap, pv);
2766                 PMAP_UNLOCK(pmap);
2767         }
2768         vm_page_flag_clear(m, PG_WRITEABLE);
2769 }
2770
2771 /*
2772  * pmap_protect_pde: do the things to protect a 2mpage in a process
2773  */
2774 static boolean_t
2775 pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva, vm_prot_t prot)
2776 {
2777         pd_entry_t newpde, oldpde;
2778         vm_offset_t eva, va;
2779         vm_page_t m;
2780         boolean_t anychanged;
2781
2782         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2783         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
2784             ("pmap_protect_pde: sva is not 2mpage aligned"));
2785         anychanged = FALSE;
2786 retry:
2787         oldpde = newpde = *pde;
2788         if (oldpde & PG_MANAGED) {
2789                 eva = sva + NBPDR;
2790                 for (va = sva, m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
2791                     va < eva; va += PAGE_SIZE, m++) {
2792                         /*
2793                          * In contrast to the analogous operation on a 4KB page
2794                          * mapping, the mapping's PG_A flag is not cleared and
2795                          * the page's PG_REFERENCED flag is not set.  The
2796                          * reason is that pmap_demote_pde() expects that a 2MB
2797                          * page mapping with a stored page table page has PG_A
2798                          * set.
2799                          */
2800                         if ((oldpde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
2801                                 vm_page_dirty(m);
2802                 }
2803         }
2804         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0)
2805                 newpde &= ~(PG_RW | PG_M);
2806         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
2807                 newpde |= pg_nx;
2808         if (newpde != oldpde) {
2809                 if (!atomic_cmpset_long(pde, oldpde, newpde))
2810                         goto retry;
2811                 if (oldpde & PG_G)
2812                         pmap_invalidate_page(pmap, sva);
2813                 else
2814                         anychanged = TRUE;
2815         }
2816         return (anychanged);
2817 }
2818
2819 /*
2820  *      Set the physical protection on the
2821  *      specified range of this map as requested.
2822  */
2823 void
2824 pmap_protect(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, vm_prot_t prot)
2825 {
2826         vm_offset_t va_next;
2827         pml4_entry_t *pml4e;
2828         pdp_entry_t *pdpe;
2829         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
2830         pt_entry_t *pte;
2831         int anychanged;
2832
2833         if ((prot & VM_PROT_READ) == VM_PROT_NONE) {
2834                 pmap_remove(pmap, sva, eva);
2835                 return;
2836         }
2837
2838         if ((prot & (VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE)) ==
2839             (VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE))
2840                 return;
2841
2842         anychanged = 0;
2843
2844         vm_page_lock_queues();
2845         PMAP_LOCK(pmap);
2846         for (; sva < eva; sva = va_next) {
2847
2848                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
2849                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
2850                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
2851                         if (va_next < sva)
2852                                 va_next = eva;
2853                         continue;
2854                 }
2855
2856                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
2857                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
2858                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
2859                         if (va_next < sva)
2860                                 va_next = eva;
2861                         continue;
2862                 }
2863
2864                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
2865                 if (va_next < sva)
2866                         va_next = eva;
2867
2868                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
2869                 ptpaddr = *pde;
2870
2871                 /*
2872                  * Weed out invalid mappings.
2873                  */
2874                 if (ptpaddr == 0)
2875                         continue;
2876
2877                 /*
2878                  * Check for large page.
2879                  */
2880                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
2881                         /*
2882                          * Are we protecting the entire large page?  If not,
2883                          * demote the mapping and fall through.
2884                          */
2885                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
2886                                 /*
2887                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
2888                                  * invalidated by pmap_protect_pde().
2889                                  */
2890                                 if (pmap_protect_pde(pmap, pde, sva, prot))
2891                                         anychanged = 1;
2892                                 continue;
2893                         } else if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, sva)) {
2894                                 /* The large page mapping was destroyed. */
2895                                 continue;
2896                         }
2897                 }
2898
2899                 if (va_next > eva)
2900                         va_next = eva;
2901
2902                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
2903                     sva += PAGE_SIZE) {
2904                         pt_entry_t obits, pbits;
2905                         vm_page_t m;
2906
2907 retry:
2908                         obits = pbits = *pte;
2909                         if ((pbits & PG_V) == 0)
2910                                 continue;
2911                         if (pbits & PG_MANAGED) {
2912                                 m = NULL;
2913                                 if (pbits & PG_A) {
2914                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pbits & PG_FRAME);
2915                                         vm_page_flag_set(m, PG_REFERENCED);
2916                                         pbits &= ~PG_A;
2917                                 }
2918                                 if ((pbits & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
2919                                         if (m == NULL)
2920                                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pbits &
2921                                                     PG_FRAME);
2922                                         vm_page_dirty(m);
2923                                 }
2924                         }
2925
2926                         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0)
2927                                 pbits &= ~(PG_RW | PG_M);
2928                         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
2929                                 pbits |= pg_nx;
2930
2931                         if (pbits != obits) {
2932                                 if (!atomic_cmpset_long(pte, obits, pbits))
2933                                         goto retry;
2934                                 if (obits & PG_G)
2935                                         pmap_invalidate_page(pmap, sva);
2936                                 else
2937                                         anychanged = 1;
2938                         }
2939                 }
2940         }
2941         if (anychanged)
2942                 pmap_invalidate_all(pmap);
2943         vm_page_unlock_queues();
2944         PMAP_UNLOCK(pmap);
2945 }
2946
2947 /*
2948  * Tries to promote the 512, contiguous 4KB page mappings that are within a
2949  * single page table page (PTP) to a single 2MB page mapping.  For promotion
2950  * to occur, two conditions must be met: (1) the 4KB page mappings must map
2951  * aligned, contiguous physical memory and (2) the 4KB page mappings must have
2952  * identical characteristics. 
2953  */
2954 static void
2955 pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
2956 {
2957         pd_entry_t newpde;
2958         pt_entry_t *firstpte, oldpte, pa, *pte;
2959         vm_offset_t oldpteva;
2960         vm_page_t mpte;
2961
2962         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2963
2964         /*
2965          * Examine the first PTE in the specified PTP.  Abort if this PTE is
2966          * either invalid, unused, or does not map the first 4KB physical page
2967          * within a 2MB page. 
2968          */
2969         firstpte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pde & PG_FRAME);
2970 setpde:
2971         newpde = *firstpte;
2972         if ((newpde & ((PG_FRAME & PDRMASK) | PG_A | PG_V)) != (PG_A | PG_V)) {
2973                 pmap_pde_p_failures++;
2974                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
2975                     " in pmap %p", va, pmap);
2976                 return;
2977         }
2978         if ((newpde & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
2979                 /*
2980                  * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared without
2981                  * a TLB invalidation.
2982                  */
2983                 if (!atomic_cmpset_long(firstpte, newpde, newpde & ~PG_RW))
2984                         goto setpde;
2985                 newpde &= ~PG_RW;
2986         }
2987
2988         /*
2989          * Examine each of the other PTEs in the specified PTP.  Abort if this
2990          * PTE maps an unexpected 4KB physical page or does not have identical
2991          * characteristics to the first PTE.
2992          */
2993         pa = (newpde & (PG_PS_FRAME | PG_A | PG_V)) + NBPDR - PAGE_SIZE;
2994         for (pte = firstpte + NPTEPG - 1; pte > firstpte; pte--) {
2995 setpte:
2996                 oldpte = *pte;
2997                 if ((oldpte & (PG_FRAME | PG_A | PG_V)) != pa) {
2998                         pmap_pde_p_failures++;
2999                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
3000                             " in pmap %p", va, pmap);
3001                         return;
3002                 }
3003                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
3004                         /*
3005                          * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared
3006                          * without a TLB invalidation.
3007                          */
3008                         if (!atomic_cmpset_long(pte, oldpte, oldpte & ~PG_RW))
3009                                 goto setpte;
3010                         oldpte &= ~PG_RW;
3011                         oldpteva = (oldpte & PG_FRAME & PDRMASK) |
3012                             (va & ~PDRMASK);
3013                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: protect for va %#lx"
3014                             " in pmap %p", oldpteva, pmap);
3015                 }
3016                 if ((oldpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpde & PG_PTE_PROMOTE)) {
3017                         pmap_pde_p_failures++;
3018                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
3019                             " in pmap %p", va, pmap);
3020                         return;
3021                 }
3022                 pa -= PAGE_SIZE;
3023         }
3024
3025         /*
3026          * Save the page table page in its current state until the PDE
3027          * mapping the superpage is demoted by pmap_demote_pde() or
3028          * destroyed by pmap_remove_pde(). 
3029          */
3030         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
3031         KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
3032             mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
3033             ("pmap_promote_pde: page table page is out of range"));
3034         KASSERT(mpte->pindex == pmap_pde_pindex(va),
3035             ("pmap_promote_pde: page table page's pindex is wrong"));
3036         pmap_insert_pt_page(pmap, mpte);
3037
3038         /*
3039          * Promote the pv entries.
3040          */
3041         if ((newpde & PG_MANAGED) != 0)
3042                 pmap_pv_promote_pde(pmap, va, newpde & PG_PS_FRAME);
3043
3044         /*
3045          * Propagate the PAT index to its proper position.
3046          */
3047         if ((newpde & PG_PTE_PAT) != 0)
3048                 newpde ^= PG_PDE_PAT | PG_PTE_PAT;
3049
3050         /*
3051          * Map the superpage.
3052          */
3053         if (workaround_erratum383)
3054                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, PG_PS | newpde);
3055         else
3056                 pde_store(pde, PG_PS | newpde);
3057
3058         pmap_pde_promotions++;
3059         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: success for va %#lx"
3060             " in pmap %p", va, pmap);
3061 }
3062
3063 /*
3064  *      Insert the given physical page (p) at
3065  *      the specified virtual address (v) in the
3066  *      target physical map with the protection requested.
3067  *
3068  *      If specified, the page will be wired down, meaning
3069  *      that the related pte can not be reclaimed.
3070  *
3071  *      NB:  This is the only routine which MAY NOT lazy-evaluate
3072  *      or lose information.  That is, this routine must actually
3073  *      insert this page into the given map NOW.
3074  */
3075 void
3076 pmap_enter(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_prot_t access, vm_page_t m,
3077     vm_prot_t prot, boolean_t wired)
3078 {
3079         vm_paddr_t pa;
3080         pd_entry_t *pde;
3081         pt_entry_t *pte;
3082         vm_paddr_t opa;
3083         pt_entry_t origpte, newpte;
3084         vm_page_t mpte, om;
3085         boolean_t invlva;
3086
3087         va = trunc_page(va);
3088         KASSERT(va <= VM_MAX_KERNEL_ADDRESS, ("pmap_enter: toobig"));
3089         KASSERT(va < UPT_MIN_ADDRESS || va >= UPT_MAX_ADDRESS,
3090             ("pmap_enter: invalid to pmap_enter page table pages (va: 0x%lx)", va));
3091
3092         mpte = NULL;
3093
3094         vm_page_lock_queues();
3095         PMAP_LOCK(pmap);
3096
3097         /*
3098          * In the case that a page table page is not
3099          * resident, we are creating it here.
3100          */
3101         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
3102                 mpte = pmap_allocpte(pmap, va, M_WAITOK);
3103         }
3104
3105         pde = pmap_pde(pmap, va);
3106         if (pde != NULL && (*pde & PG_V) != 0) {
3107                 if ((*pde & PG_PS) != 0)
3108                         panic("pmap_enter: attempted pmap_enter on 2MB page");
3109                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
3110         } else
3111                 panic("pmap_enter: invalid page directory va=%#lx", va);
3112
3113         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
3114         om = NULL;
3115         origpte = *pte;
3116         opa = origpte & PG_FRAME;
3117
3118         /*
3119          * Mapping has not changed, must be protection or wiring change.
3120          */
3121         if (origpte && (opa == pa)) {
3122                 /*
3123                  * Wiring change, just update stats. We don't worry about
3124                  * wiring PT pages as they remain resident as long as there
3125                  * are valid mappings in them. Hence, if a user page is wired,
3126                  * the PT page will be also.
3127                  */
3128                 if (wired && ((origpte & PG_W) == 0))
3129                         pmap->pm_stats.wired_count++;
3130                 else if (!wired && (origpte & PG_W))
3131                         pmap->pm_stats.wired_count--;
3132
3133                 /*
3134                  * Remove extra pte reference
3135                  */
3136                 if (mpte)
3137                         mpte->wire_count--;
3138
3139                 /*
3140                  * We might be turning off write access to the page,
3141                  * so we go ahead and sense modify status.
3142                  */
3143                 if (origpte & PG_MANAGED) {
3144                         om = m;
3145                         pa |= PG_MANAGED;
3146                 }
3147                 goto validate;
3148         } 
3149         /*
3150          * Mapping has changed, invalidate old range and fall through to
3151          * handle validating new mapping.
3152          */
3153         if (opa) {
3154                 if (origpte & PG_W)
3155                         pmap->pm_stats.wired_count--;
3156                 if (origpte & PG_MANAGED) {
3157                         om = PHYS_TO_VM_PAGE(opa);
3158                         pmap_remove_entry(pmap, om, va);
3159                 }
3160                 if (mpte != NULL) {
3161                         mpte->wire_count--;
3162                         KASSERT(mpte->wire_count > 0,
3163                             ("pmap_enter: missing reference to page table page,"
3164                              " va: 0x%lx", va));
3165                 }
3166         } else
3167                 pmap->pm_stats.resident_count++;
3168
3169         /*
3170          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
3171          */
3172         if ((m->flags & (PG_FICTITIOUS | PG_UNMANAGED)) == 0) {
3173                 KASSERT(va < kmi.clean_sva || va >= kmi.clean_eva,
3174                     ("pmap_enter: managed mapping within the clean submap"));
3175                 pmap_insert_entry(pmap, va, m);
3176                 pa |= PG_MANAGED;
3177         }
3178
3179         /*
3180          * Increment counters
3181          */
3182         if (wired)
3183                 pmap->pm_stats.wired_count++;
3184
3185 validate:
3186         /*
3187          * Now validate mapping with desired protection/wiring.
3188          */
3189         newpte = (pt_entry_t)(pa | pmap_cache_bits(m->md.pat_mode, 0) | PG_V);
3190         if ((prot & VM_PROT_WRITE) != 0) {
3191                 newpte |= PG_RW;
3192                 vm_page_flag_set(m, PG_WRITEABLE);
3193         }
3194         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
3195                 newpte |= pg_nx;
3196         if (wired)
3197                 newpte |= PG_W;
3198         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
3199                 newpte |= PG_U;
3200         if (pmap == kernel_pmap)
3201                 newpte |= PG_G;
3202
3203         /*
3204          * if the mapping or permission bits are different, we need
3205          * to update the pte.
3206          */
3207         if ((origpte & ~(PG_M|PG_A)) != newpte) {
3208                 newpte |= PG_A;
3209                 if ((access & VM_PROT_WRITE) != 0)
3210                         newpte |= PG_M;
3211                 if (origpte & PG_V) {
3212                         invlva = FALSE;
3213                         origpte = pte_load_store(pte, newpte);
3214                         if (origpte & PG_A) {
3215                                 if (origpte & PG_MANAGED)
3216                                         vm_page_flag_set(om, PG_REFERENCED);
3217                                 if (opa != VM_PAGE_TO_PHYS(m) || ((origpte &
3218                                     PG_NX) == 0 && (newpte & PG_NX)))
3219                                         invlva = TRUE;
3220                         }
3221                         if ((origpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
3222                                 if ((origpte & PG_MANAGED) != 0)
3223                                         vm_page_dirty(om);
3224                                 if ((newpte & PG_RW) == 0)
3225                                         invlva = TRUE;
3226                         }
3227                         if (invlva)
3228                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
3229                 } else
3230                         pte_store(pte, newpte);
3231         }
3232
3233         /*
3234          * If both the page table page and the reservation are fully
3235          * populated, then attempt promotion.
3236          */
3237         if ((mpte == NULL || mpte->wire_count == NPTEPG) &&
3238             pg_ps_enabled && vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0)
3239                 pmap_promote_pde(pmap, pde, va);
3240
3241         vm_page_unlock_queues();
3242         PMAP_UNLOCK(pmap);
3243 }
3244
3245 /*
3246  * Tries to create a 2MB page mapping.  Returns TRUE if successful and FALSE
3247  * otherwise.  Fails if (1) a page table page cannot be allocated without
3248  * blocking, (2) a mapping already exists at the specified virtual address, or
3249  * (3) a pv entry cannot be allocated without reclaiming another pv entry. 
3250  */
3251 static boolean_t
3252 pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot)
3253 {
3254         pd_entry_t *pde, newpde;
3255         vm_page_t free, mpde;
3256
3257         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
3258         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3259         if ((mpde = pmap_allocpde(pmap, va, M_NOWAIT)) == NULL) {
3260                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
3261                     " in pmap %p", va, pmap);
3262                 return (FALSE);
3263         }
3264         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mpde));
3265         pde = &pde[pmap_pde_index(va)];
3266         if ((*pde & PG_V) != 0) {
3267                 KASSERT(mpde->wire_count > 1,
3268                     ("pmap_enter_pde: mpde's wire count is too low"));
3269                 mpde->wire_count--;
3270                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
3271                     " in pmap %p", va, pmap);
3272                 return (FALSE);
3273         }
3274         newpde = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | pmap_cache_bits(m->md.pat_mode, 1) |
3275             PG_PS | PG_V;
3276         if ((m->flags & (PG_FICTITIOUS | PG_UNMANAGED)) == 0) {
3277                 newpde |= PG_MANAGED;
3278
3279                 /*
3280                  * Abort this mapping if its PV entry could not be created.
3281                  */
3282                 if (!pmap_pv_insert_pde(pmap, va, VM_PAGE_TO_PHYS(m))) {
3283                         free = NULL;
3284                         if (pmap_unwire_pte_hold(pmap, va, mpde, &free)) {
3285                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
3286                                 pmap_free_zero_pages(free);
3287                         }
3288                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
3289                             " in pmap %p", va, pmap);
3290                         return (FALSE);
3291                 }
3292         }
3293         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
3294                 newpde |= pg_nx;
3295         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
3296                 newpde |= PG_U;
3297
3298         /*
3299          * Increment counters.
3300          */
3301         pmap->pm_stats.resident_count += NBPDR / PAGE_SIZE;
3302
3303         /*
3304          * Map the superpage.
3305          */
3306         pde_store(pde, newpde);
3307
3308         pmap_pde_mappings++;
3309         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: success for va %#lx"
3310             " in pmap %p", va, pmap);
3311         return (TRUE);
3312 }
3313
3314 /*
3315  * Maps a sequence of resident pages belonging to the same object.
3316  * The sequence begins with the given page m_start.  This page is
3317  * mapped at the given virtual address start.  Each subsequent page is
3318  * mapped at a virtual address that is offset from start by the same
3319  * amount as the page is offset from m_start within the object.  The
3320  * last page in the sequence is the page with the largest offset from
3321  * m_start that can be mapped at a virtual address less than the given
3322  * virtual address end.  Not every virtual page between start and end
3323  * is mapped; only those for which a resident page exists with the
3324  * corresponding offset from m_start are mapped.
3325  */
3326 void
3327 pmap_enter_object(pmap_t pmap, vm_offset_t start, vm_offset_t end,
3328     vm_page_t m_start, vm_prot_t prot)
3329 {
3330         vm_offset_t va;
3331         vm_page_t m, mpte;
3332         vm_pindex_t diff, psize;
3333
3334         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(m_start->object, MA_OWNED);
3335         psize = atop(end - start);
3336         mpte = NULL;
3337         m = m_start;
3338         PMAP_LOCK(pmap);
3339         while (m != NULL && (diff = m->pindex - m_start->pindex) < psize) {
3340                 va = start + ptoa(diff);
3341                 if ((va & PDRMASK) == 0 && va + NBPDR <= end &&
3342                     (VM_PAGE_TO_PHYS(m) & PDRMASK) == 0 &&
3343                     pg_ps_enabled && vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0 &&
3344                     pmap_enter_pde(pmap, va, m, prot))
3345                         m = &m[NBPDR / PAGE_SIZE - 1];
3346                 else
3347                         mpte = pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot,
3348                             mpte);
3349                 m = TAILQ_NEXT(m, listq);
3350         }
3351         PMAP_UNLOCK(pmap);
3352 }
3353
3354 /*
3355  * this code makes some *MAJOR* assumptions:
3356  * 1. Current pmap & pmap exists.
3357  * 2. Not wired.
3358  * 3. Read access.
3359  * 4. No page table pages.
3360  * but is *MUCH* faster than pmap_enter...
3361  */
3362
3363 void
3364 pmap_enter_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot)
3365 {
3366
3367         PMAP_LOCK(pmap);
3368         (void) pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot, NULL);
3369         PMAP_UNLOCK(pmap);
3370 }
3371
3372 static vm_page_t
3373 pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
3374     vm_prot_t prot, vm_page_t mpte)
3375 {
3376         vm_page_t free;
3377         pt_entry_t *pte;
3378         vm_paddr_t pa;
3379
3380         KASSERT(va < kmi.clean_sva || va >= kmi.clean_eva ||
3381             (m->flags & (PG_FICTITIOUS | PG_UNMANAGED)) != 0,
3382             ("pmap_enter_quick_locked: managed mapping within the clean submap"));
3383         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
3384         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3385
3386         /*
3387          * In the case that a page table page is not
3388          * resident, we are creating it here.
3389          */
3390         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
3391                 vm_pindex_t ptepindex;
3392                 pd_entry_t *ptepa;
3393
3394                 /*
3395                  * Calculate pagetable page index
3396                  */
3397                 ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
3398                 if (mpte && (mpte->pindex == ptepindex)) {
3399                         mpte->wire_count++;
3400                 } else {
3401                         /*
3402                          * Get the page directory entry
3403                          */
3404                         ptepa = pmap_pde(pmap, va);
3405
3406                         /*
3407                          * If the page table page is mapped, we just increment
3408                          * the hold count, and activate it.
3409                          */
3410                         if (ptepa && (*ptepa & PG_V) != 0) {
3411                                 if (*ptepa & PG_PS)
3412                                         return (NULL);
3413                                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*ptepa & PG_FRAME);
3414                                 mpte->wire_count++;
3415                         } else {
3416                                 mpte = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex,
3417                                     M_NOWAIT);
3418                                 if (mpte == NULL)
3419                                         return (mpte);
3420                         }
3421                 }
3422                 pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mpte));
3423                 pte = &pte[pmap_pte_index(va)];
3424         } else {
3425                 mpte = NULL;
3426                 pte = vtopte(va);
3427         }
3428         if (*pte) {
3429                 if (mpte != NULL) {
3430                         mpte->wire_count--;
3431                         mpte = NULL;
3432                 }
3433                 return (mpte);
3434         }
3435
3436         /*
3437          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
3438          */
3439         if ((m->flags & (PG_FICTITIOUS | PG_UNMANAGED)) == 0 &&
3440             !pmap_try_insert_pv_entry(pmap, va, m)) {
3441                 if (mpte != NULL) {
3442                         free = NULL;
3443                         if (pmap_unwire_pte_hold(pmap, va, mpte, &free)) {
3444                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
3445                                 pmap_free_zero_pages(free);
3446                         }
3447                         mpte = NULL;
3448                 }
3449                 return (mpte);
3450         }
3451
3452         /*
3453          * Increment counters
3454          */
3455         pmap->pm_stats.resident_count++;
3456
3457         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | pmap_cache_bits(m->md.pat_mode, 0);
3458         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
3459                 pa |= pg_nx;
3460
3461         /*
3462          * Now validate mapping with RO protection
3463          */
3464         if (m->flags & (PG_FICTITIOUS|PG_UNMANAGED))
3465                 pte_store(pte, pa | PG_V | PG_U);
3466         else
3467                 pte_store(pte, pa | PG_V | PG_U | PG_MANAGED);
3468         return mpte;
3469 }
3470
3471 /*
3472  * Make a temporary mapping for a physical address.  This is only intended
3473  * to be used for panic dumps.
3474  */
3475 void *
3476 pmap_kenter_temporary(vm_paddr_t pa, int i)
3477 {
3478         vm_offset_t va;
3479
3480         va = (vm_offset_t)crashdumpmap + (i * PAGE_SIZE);
3481         pmap_kenter(va, pa);
3482         invlpg(va);
3483         return ((void *)crashdumpmap);
3484 }
3485
3486 /*
3487  * This code maps large physical mmap regions into the
3488  * processor address space.  Note that some shortcuts
3489  * are taken, but the code works.
3490  */
3491 void
3492 pmap_object_init_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_object_t object,
3493     vm_pindex_t pindex, vm_size_t size)
3494 {
3495         pd_entry_t *pde;
3496         vm_paddr_t pa, ptepa;
3497         vm_page_t p, pdpg;
3498         int pat_mode;
3499
3500         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(object, MA_OWNED);
3501         KASSERT(object->type == OBJT_DEVICE || object->type == OBJT_SG,
3502             ("pmap_object_init_pt: non-device object"));
3503         if ((addr & (NBPDR - 1)) == 0 && (size & (NBPDR - 1)) == 0) {
3504                 if (!vm_object_populate(object, pindex, pindex + atop(size)))
3505                         return;
3506                 p = vm_page_lookup(object, pindex);
3507                 KASSERT(p->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
3508                     ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
3509                 pat_mode = p->md.pat_mode;
3510
3511                 /*
3512                  * Abort the mapping if the first page is not physically
3513                  * aligned to a 2MB page boundary.
3514                  */
3515                 ptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(p);
3516                 if (ptepa & (NBPDR - 1))
3517                         return;
3518
3519                 /*
3520                  * Skip the first page.  Abort the mapping if the rest of
3521                  * the pages are not physically contiguous or have differing
3522                  * memory attributes.
3523                  */
3524                 p = TAILQ_NEXT(p, listq);
3525                 for (pa = ptepa + PAGE_SIZE; pa < ptepa + size;
3526                     pa += PAGE_SIZE) {
3527                         KASSERT(p->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
3528                             ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
3529                         if (pa != VM_PAGE_TO_PHYS(p) ||
3530                             pat_mode != p->md.pat_mode)
3531                                 return;
3532                         p = TAILQ_NEXT(p, listq);
3533                 }
3534
3535                 /*
3536                  * Map using 2MB pages.  Since "ptepa" is 2M aligned and
3537                  * "size" is a multiple of 2M, adding the PAT setting to "pa"
3538                  * will not affect the termination of this loop.
3539                  */ 
3540                 PMAP_LOCK(pmap);
3541                 for (pa = ptepa | pmap_cache_bits(pat_mode, 1); pa < ptepa +
3542                     size; pa += NBPDR) {
3543                         pdpg = pmap_allocpde(pmap, addr, M_NOWAIT);
3544                         if (pdpg == NULL) {
3545                                 /*
3546                                  * The creation of mappings below is only an
3547                                  * optimization.  If a page directory page
3548                                  * cannot be allocated without blocking,
3549                                  * continue on to the next mapping rather than
3550                                  * blocking.
3551                                  */
3552                                 addr += NBPDR;
3553                                 continue;
3554                         }
3555                         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pdpg));
3556                         pde = &pde[pmap_pde_index(addr)];
3557                         if ((*pde & PG_V) == 0) {
3558                                 pde_store(pde, pa | PG_PS | PG_M | PG_A |
3559                                     PG_U | PG_RW | PG_V);
3560                                 pmap->pm_stats.resident_count += NBPDR /
3561                                     PAGE_SIZE;
3562                                 pmap_pde_mappings++;
3563                         } else {
3564                                 /* Continue on if the PDE is already valid. */
3565                                 pdpg->wire_count--;
3566                                 KASSERT(pdpg->wire_count > 0,
3567                                     ("pmap_object_init_pt: missing reference "
3568                                     "to page directory page, va: 0x%lx", addr));
3569                         }
3570                         addr += NBPDR;
3571                 }
3572                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3573         }
3574 }
3575
3576 /*
3577  *      Routine:        pmap_change_wiring
3578  *      Function:       Change the wiring attribute for a map/virtual-address
3579  *                      pair.
3580  *      In/out conditions:
3581  *                      The mapping must already exist in the pmap.
3582  */
3583 void
3584 pmap_change_wiring(pmap_t pmap, vm_offset_t va, boolean_t wired)
3585 {
3586         pd_entry_t *pde;
3587         pt_entry_t *pte;
3588         boolean_t are_queues_locked;
3589
3590         are_queues_locked = FALSE;
3591
3592         /*
3593          * Wiring is not a hardware characteristic so there is no need to
3594          * invalidate TLB.
3595          */
3596 retry:
3597         PMAP_LOCK(pmap);
3598         pde = pmap_pde(pmap, va);
3599         if ((*pde & PG_PS) != 0) {
3600                 if (!wired != ((*pde & PG_W) == 0)) {
3601                         if (!are_queues_locked) {
3602                                 are_queues_locked = TRUE;
3603                                 if (!mtx_trylock(&vm_page_queue_mtx)) {
3604                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
3605                                         vm_page_lock_queues();
3606                                         goto retry;
3607                                 }
3608                         }
3609                         if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, va))
3610                                 panic("pmap_change_wiring: demotion failed");
3611                 } else
3612                         goto out;
3613         }
3614         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
3615         if (wired && (*pte & PG_W) == 0) {
3616                 pmap->pm_stats.wired_count++;
3617                 atomic_set_long(pte, PG_W);
3618         } else if (!wired && (*pte & PG_W) != 0) {
3619                 pmap->pm_stats.wired_count--;
3620                 atomic_clear_long(pte, PG_W);
3621         }
3622 out:
3623         if (are_queues_locked)
3624                 vm_page_unlock_queues();
3625         PMAP_UNLOCK(pmap);
3626 }
3627
3628
3629
3630 /*
3631  *      Copy the range specified by src_addr/len
3632  *      from the source map to the range dst_addr/len
3633  *      in the destination map.
3634  *
3635  *      This routine is only advisory and need not do anything.
3636  */
3637
3638 void
3639 pmap_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap, vm_offset_t dst_addr, vm_size_t len,
3640     vm_offset_t src_addr)
3641 {
3642         vm_page_t   free;
3643         vm_offset_t addr;
3644         vm_offset_t end_addr = src_addr + len;
3645         vm_offset_t va_next;
3646
3647         if (dst_addr != src_addr)
3648                 return;
3649
3650         vm_page_lock_queues();
3651         if (dst_pmap < src_pmap) {
3652                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
3653                 PMAP_LOCK(src_pmap);
3654         } else {
3655                 PMAP_LOCK(src_pmap);
3656                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
3657         }
3658         for (addr = src_addr; addr < end_addr; addr = va_next) {
3659                 pt_entry_t *src_pte, *dst_pte;
3660                 vm_page_t dstmpde, dstmpte, srcmpte;
3661                 pml4_entry_t *pml4e;
3662                 pdp_entry_t *pdpe;
3663                 pd_entry_t srcptepaddr, *pde;
3664
3665                 KASSERT(addr < UPT_MIN_ADDRESS,
3666                     ("pmap_copy: invalid to pmap_copy page tables"));
3667
3668                 pml4e = pmap_pml4e(src_pmap, addr);
3669                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
3670                         va_next = (addr + NBPML4) & ~PML4MASK;
3671                         if (va_next < addr)
3672                                 va_next = end_addr;
3673                         continue;
3674                 }
3675
3676                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, addr);
3677                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
3678                         va_next = (addr + NBPDP) & ~PDPMASK;
3679                         if (va_next < addr)
3680                                 va_next = end_addr;
3681                         continue;
3682                 }
3683
3684                 va_next = (addr + NBPDR) & ~PDRMASK;
3685                 if (va_next < addr)
3686                         va_next = end_addr;
3687
3688                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, addr);
3689                 srcptepaddr = *pde;
3690                 if (srcptepaddr == 0)
3691                         continue;
3692                         
3693                 if (srcptepaddr & PG_PS) {
3694                         dstmpde = pmap_allocpde(dst_pmap, addr, M_NOWAIT);
3695                         if (dstmpde == NULL)
3696                                 break;
3697                         pde = (pd_entry_t *)
3698                             PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(dstmpde));
3699                         pde = &pde[pmap_pde_index(addr)];
3700                         if (*pde == 0 && ((srcptepaddr & PG_MANAGED) == 0 ||
3701                             pmap_pv_insert_pde(dst_pmap, addr, srcptepaddr &
3702                             PG_PS_FRAME))) {
3703                                 *pde = srcptepaddr & ~PG_W;
3704                                 dst_pmap->pm_stats.resident_count +=
3705                                     NBPDR / PAGE_SIZE;
3706                         } else
3707                                 dstmpde->wire_count--;
3708                         continue;
3709                 }
3710
3711                 srcptepaddr &= PG_FRAME;
3712                 srcmpte = PHYS_TO_VM_PAGE(srcptepaddr);
3713                 KASSERT(srcmpte->wire_count > 0,
3714                     ("pmap_copy: source page table page is unused"));
3715
3716                 if (va_next > end_addr)
3717                         va_next = end_addr;
3718
3719                 src_pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(srcptepaddr);
3720                 src_pte = &src_pte[pmap_pte_index(addr)];
3721                 dstmpte = NULL;
3722                 while (addr < va_next) {
3723                         pt_entry_t ptetemp;
3724                         ptetemp = *src_pte;
3725                         /*
3726                          * we only virtual copy managed pages
3727                          */
3728                         if ((ptetemp & PG_MANAGED) != 0) {
3729                                 if (dstmpte != NULL &&
3730                                     dstmpte->pindex == pmap_pde_pindex(addr))
3731                                         dstmpte->wire_count++;
3732                                 else if ((dstmpte = pmap_allocpte(dst_pmap,
3733                                     addr, M_NOWAIT)) == NULL)
3734                                         goto out;
3735                                 dst_pte = (pt_entry_t *)
3736                                     PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(dstmpte));
3737                                 dst_pte = &dst_pte[pmap_pte_index(addr)];
3738                                 if (*dst_pte == 0 &&
3739                                     pmap_try_insert_pv_entry(dst_pmap, addr,
3740                                     PHYS_TO_VM_PAGE(ptetemp & PG_FRAME))) {
3741                                         /*
3742                                          * Clear the wired, modified, and
3743                                          * accessed (referenced) bits
3744                                          * during the copy.
3745                                          */
3746                                         *dst_pte = ptetemp & ~(PG_W | PG_M |
3747                                             PG_A);
3748                                         dst_pmap->pm_stats.resident_count++;
3749                                 } else {
3750                                         free = NULL;
3751                                         if (pmap_unwire_pte_hold(dst_pmap,
3752                                             addr, dstmpte, &free)) {
3753                                                 pmap_invalidate_page(dst_pmap,
3754                                                     addr);
3755                                                 pmap_free_zero_pages(free);
3756                                         }
3757                                         goto out;
3758                                 }
3759                                 if (dstmpte->wire_count >= srcmpte->wire_count)
3760                                         break;
3761                         }
3762                         addr += PAGE_SIZE;
3763                         src_pte++;
3764                 }
3765         }
3766 out:
3767         vm_page_unlock_queues();
3768         PMAP_UNLOCK(src_pmap);
3769         PMAP_UNLOCK(dst_pmap);
3770 }       
3771
3772 /*
3773  *      pmap_zero_page zeros the specified hardware page by mapping 
3774  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.
3775  */
3776 void
3777 pmap_zero_page(vm_page_t m)
3778 {
3779         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3780
3781         pagezero((void *)va);
3782 }
3783
3784 /*
3785  *      pmap_zero_page_area zeros the specified hardware page by mapping 
3786  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.
3787  *
3788  *      off and size may not cover an area beyond a single hardware page.
3789  */
3790 void
3791 pmap_zero_page_area(vm_page_t m, int off, int size)
3792 {
3793         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3794
3795         if (off == 0 && size == PAGE_SIZE)
3796                 pagezero((void *)va);
3797         else
3798                 bzero((char *)va + off, size);
3799 }
3800
3801 /*
3802  *      pmap_zero_page_idle zeros the specified hardware page by mapping 
3803  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.  This
3804  *      is intended to be called from the vm_pagezero process only and
3805  *      outside of Giant.
3806  */
3807 void
3808 pmap_zero_page_idle(vm_page_t m)
3809 {
3810         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3811
3812         pagezero((void *)va);
3813 }
3814
3815 /*
3816  *      pmap_copy_page copies the specified (machine independent)
3817  *      page by mapping the page into virtual memory and using
3818  *      bcopy to copy the page, one machine dependent page at a
3819  *      time.
3820  */
3821 void
3822 pmap_copy_page(vm_page_t msrc, vm_page_t mdst)
3823 {
3824         vm_offset_t src = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(msrc));
3825         vm_offset_t dst = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mdst));
3826
3827         pagecopy((void *)src, (void *)dst);
3828 }
3829
3830 /*
3831  * Returns true if the pmap's pv is one of the first
3832  * 16 pvs linked to from this page.  This count may
3833  * be changed upwards or downwards in the future; it
3834  * is only necessary that true be returned for a small
3835  * subset of pmaps for proper page aging.
3836  */
3837 boolean_t
3838 pmap_page_exists_quick(pmap_t pmap, vm_page_t m)
3839 {
3840         struct md_page *pvh;
3841         pv_entry_t pv;
3842         int loops = 0;
3843
3844         if (m->flags & PG_FICTITIOUS)
3845                 return FALSE;
3846
3847         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
3848         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
3849                 if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
3850                         return TRUE;
3851                 }
3852                 loops++;
3853                 if (loops >= 16)
3854                         break;
3855         }
3856         if (loops < 16) {
3857                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3858                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_list) {
3859                         if (PV_PMAP(pv) == pmap)
3860                                 return (TRUE);
3861                         loops++;
3862                         if (loops >= 16)
3863                                 break;
3864                 }
3865         }
3866         return (FALSE);
3867 }
3868
3869 /*
3870  *      pmap_page_wired_mappings:
3871  *
3872  *      Return the number of managed mappings to the given physical page
3873  *      that are wired.
3874  */
3875 int
3876 pmap_page_wired_mappings(vm_page_t m)
3877 {
3878         int count;
3879
3880         count = 0;
3881         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0)
3882                 return (count);
3883         count = pmap_pvh_wired_mappings(&m->md, count);
3884         return (pmap_pvh_wired_mappings(pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m)), count));
3885 }
3886
3887 /*
3888  *      pmap_pvh_wired_mappings:
3889  *
3890  *      Return the updated number "count" of managed mappings that are wired.
3891  */
3892 static int
3893 pmap_pvh_wired_mappings(struct md_page *pvh, int count)
3894 {
3895         pmap_t pmap;
3896         pt_entry_t *pte;
3897         pv_entry_t pv;
3898
3899         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
3900         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_list) {
3901                 pmap = PV_PMAP(pv);
3902                 PMAP_LOCK(pmap);
3903                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va);
3904                 if ((*pte & PG_W) != 0)
3905                         count++;
3906                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3907         }
3908         return (count);
3909 }
3910
3911 /*
3912  * Returns TRUE if the given page is mapped individually or as part of
3913  * a 2mpage.  Otherwise, returns FALSE.
3914  */
3915 boolean_t
3916 pmap_page_is_mapped(vm_page_t m)
3917 {
3918         struct md_page *pvh;
3919
3920         if ((m->flags & (PG_FICTITIOUS | PG_UNMANAGED)) != 0)
3921                 return (FALSE);
3922         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
3923         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list)) {
3924                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3925                 return (!TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list));
3926         } else
3927                 return (TRUE);
3928 }
3929
3930 /*
3931  * Remove all pages from specified address space
3932  * this aids process exit speeds.  Also, this code
3933  * is special cased for current process only, but
3934  * can have the more generic (and slightly slower)
3935  * mode enabled.  This is much faster than pmap_remove
3936  * in the case of running down an entire address space.
3937  */
3938 void
3939 pmap_remove_pages(pmap_t pmap)
3940 {
3941         pd_entry_t ptepde;
3942         pt_entry_t *pte, tpte;
3943         vm_page_t free = NULL;
3944         vm_page_t m, mpte, mt;
3945         pv_entry_t pv;
3946         struct md_page *pvh;
3947         struct pv_chunk *pc, *npc;
3948         int field, idx;
3949         int64_t bit;
3950         uint64_t inuse, bitmask;
3951         int allfree;
3952
3953         if (pmap != PCPU_GET(curpmap)) {
3954                 printf("warning: pmap_remove_pages called with non-current pmap\n");
3955                 return;
3956         }
3957         vm_page_lock_queues();
3958         PMAP_LOCK(pmap);
3959         TAILQ_FOREACH_SAFE(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list, npc) {
3960                 allfree = 1;
3961                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
3962                         inuse = (~(pc->pc_map[field])) & pc_freemask[field];
3963                         while (inuse != 0) {
3964                                 bit = bsfq(inuse);
3965                                 bitmask = 1UL << bit;
3966                                 idx = field * 64 + bit;
3967                                 pv = &pc->pc_pventry[idx];
3968                                 inuse &= ~bitmask;
3969
3970                                 pte = pmap_pdpe(pmap, pv->pv_va);
3971                                 ptepde = *pte;
3972                                 pte = pmap_pdpe_to_pde(pte, pv->pv_va);
3973                                 tpte = *pte;
3974                                 if ((tpte & (PG_PS | PG_V)) == PG_V) {
3975                                         ptepde = tpte;
3976                                         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(tpte &
3977                                             PG_FRAME);
3978                                         pte = &pte[pmap_pte_index(pv->pv_va)];
3979                                         tpte = *pte & ~PG_PTE_PAT;
3980                                 }
3981                                 if ((tpte & PG_V) == 0)
3982                                         panic("bad pte");
3983
3984 /*
3985  * We cannot remove wired pages from a process' mapping at this time
3986  */
3987                                 if (tpte & PG_W) {
3988                                         allfree = 0;
3989                                         continue;
3990                                 }
3991
3992                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpte & PG_FRAME);
3993                                 KASSERT(m->phys_addr == (tpte & PG_FRAME),
3994                                     ("vm_page_t %p phys_addr mismatch %016jx %016jx",
3995                                     m, (uintmax_t)m->phys_addr,
3996                                     (uintmax_t)tpte));
3997
3998                                 KASSERT(m < &vm_page_array[vm_page_array_size],
3999                                         ("pmap_remove_pages: bad tpte %#jx",
4000                                         (uintmax_t)tpte));
4001
4002                                 pte_clear(pte);
4003
4004                                 /*
4005                                  * Update the vm_page_t clean/reference bits.
4006                                  */
4007                                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
4008                                         if ((tpte & PG_PS) != 0) {
4009                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
4010                                                         vm_page_dirty(mt);
4011                                         } else
4012                                                 vm_page_dirty(m);
4013                                 }
4014
4015                                 /* Mark free */
4016                                 PV_STAT(pv_entry_frees++);
4017                                 PV_STAT(pv_entry_spare++);
4018                                 pv_entry_count--;
4019                                 pc->pc_map[field] |= bitmask;
4020                                 if ((tpte & PG_PS) != 0) {
4021                                         pmap->pm_stats.resident_count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
4022                                         pvh = pa_to_pvh(tpte & PG_PS_FRAME);
4023                                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_list);
4024                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
4025                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
4026                                                         if (TAILQ_EMPTY(&mt->md.pv_list))
4027                                                                 vm_page_flag_clear(mt, PG_WRITEABLE);
4028                                         }
4029                                         mpte = pmap_lookup_pt_page(pmap, pv->pv_va);
4030                                         if (mpte != NULL) {
4031                                                 pmap_remove_pt_page(pmap, mpte);
4032                                                 pmap->pm_stats.resident_count--;
4033                                                 KASSERT(mpte->wire_count == NPTEPG,
4034                                                     ("pmap_remove_pages: pte page wire count error"));
4035                                                 mpte->wire_count = 0;
4036                                                 pmap_add_delayed_free_list(mpte, &free, FALSE);
4037                                                 atomic_subtract_int(&cnt.v_wire_count, 1);
4038                                         }
4039                                 } else {
4040                                         pmap->pm_stats.resident_count--;
4041                                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
4042                                         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list)) {
4043                                                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4044                                                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
4045                                                         vm_page_flag_clear(m, PG_WRITEABLE);
4046                                         }
4047                                 }
4048                                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, ptepde, &free);
4049                         }
4050                 }
4051                 if (allfree) {
4052                         PV_STAT(pv_entry_spare -= _NPCPV);
4053                         PV_STAT(pc_chunk_count--);
4054                         PV_STAT(pc_chunk_frees++);
4055                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4056                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
4057                         dump_drop_page(m->phys_addr);
4058                         vm_page_unwire(m, 0);
4059                         vm_page_free(m);
4060                 }
4061         }
4062         pmap_invalidate_all(pmap);
4063         vm_page_unlock_queues();
4064         PMAP_UNLOCK(pmap);
4065         pmap_free_zero_pages(free);
4066 }
4067
4068 /*
4069  *      pmap_is_modified:
4070  *
4071  *      Return whether or not the specified physical page was modified
4072  *      in any physical maps.
4073  */
4074 boolean_t
4075 pmap_is_modified(vm_page_t m)
4076 {
4077
4078         if (m->flags & PG_FICTITIOUS)
4079                 return (FALSE);
4080         if (pmap_is_modified_pvh(&m->md))
4081                 return (TRUE);
4082         return (pmap_is_modified_pvh(pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m))));
4083 }
4084
4085 /*
4086  * Returns TRUE if any of the given mappings were used to modify
4087  * physical memory.  Otherwise, returns FALSE.  Both page and 2mpage
4088  * mappings are supported.
4089  */
4090 static boolean_t
4091 pmap_is_modified_pvh(struct md_page *pvh)
4092 {
4093         pv_entry_t pv;
4094         pt_entry_t *pte;
4095         pmap_t pmap;
4096         boolean_t rv;
4097
4098         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
4099         rv = FALSE;
4100         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_list) {
4101                 pmap = PV_PMAP(pv);
4102                 PMAP_LOCK(pmap);
4103                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va);
4104                 rv = (*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW);
4105                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4106                 if (rv)
4107                         break;
4108         }
4109         return (rv);
4110 }
4111
4112 /*
4113  *      pmap_is_prefaultable:
4114  *
4115  *      Return whether or not the specified virtual address is elgible
4116  *      for prefault.
4117  */
4118 boolean_t
4119 pmap_is_prefaultable(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
4120 {
4121         pd_entry_t *pde;
4122         pt_entry_t *pte;
4123         boolean_t rv;
4124
4125         rv = FALSE;
4126         PMAP_LOCK(pmap);
4127         pde = pmap_pde(pmap, addr);
4128         if (pde != NULL && (*pde & (PG_PS | PG_V)) == PG_V) {
4129                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, addr);
4130                 rv = (*pte & PG_V) == 0;
4131         }
4132         PMAP_UNLOCK(pmap);
4133         return (rv);
4134 }
4135
4136 /*
4137  * Clear the write and modified bits in each of the given page's mappings.
4138  */
4139 void
4140 pmap_remove_write(vm_page_t m)
4141 {
4142         struct md_page *pvh;
4143         pmap_t pmap;
4144         pv_entry_t next_pv, pv;
4145         pd_entry_t *pde;
4146         pt_entry_t oldpte, *pte;
4147         vm_offset_t va;
4148
4149         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
4150             (m->flags & PG_WRITEABLE) == 0)
4151                 return;
4152         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
4153         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4154         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_list, next_pv) {
4155                 va = pv->pv_va;
4156                 pmap = PV_PMAP(pv);
4157                 PMAP_LOCK(pmap);
4158                 pde = pmap_pde(pmap, va);
4159                 if ((*pde & PG_RW) != 0)
4160                         (void)pmap_demote_pde(pmap, pde, va);
4161                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4162         }
4163         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
4164                 pmap = PV_PMAP(pv);
4165                 PMAP_LOCK(pmap);
4166                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
4167                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_clear_write: found"
4168                     " a 2mpage in page %p's pv list", m));
4169                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
4170 retry:
4171                 oldpte = *pte;
4172                 if (oldpte & PG_RW) {
4173                         if (!atomic_cmpset_long(pte, oldpte, oldpte &
4174                             ~(PG_RW | PG_M)))
4175                                 goto retry;
4176                         if ((oldpte & PG_M) != 0)
4177                                 vm_page_dirty(m);
4178                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
4179                 }
4180                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4181         }
4182         vm_page_flag_clear(m, PG_WRITEABLE);
4183 }
4184
4185 /*
4186  *      pmap_ts_referenced:
4187  *
4188  *      Return a count of reference bits for a page, clearing those bits.
4189  *      It is not necessary for every reference bit to be cleared, but it
4190  *      is necessary that 0 only be returned when there are truly no
4191  *      reference bits set.
4192  *
4193  *      XXX: The exact number of bits to check and clear is a matter that
4194  *      should be tested and standardized at some point in the future for
4195  *      optimal aging of shared pages.
4196  */
4197 int
4198 pmap_ts_referenced(vm_page_t m)
4199 {
4200         struct md_page *pvh;
4201         pv_entry_t pv, pvf, pvn;
4202         pmap_t pmap;
4203         pd_entry_t oldpde, *pde;
4204         pt_entry_t *pte;
4205         vm_offset_t va;
4206         int rtval = 0;
4207
4208         if (m->flags & PG_FICTITIOUS)
4209                 return (rtval);
4210         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
4211         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4212         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_list, pvn) {
4213                 va = pv->pv_va;
4214                 pmap = PV_PMAP(pv);
4215                 PMAP_LOCK(pmap);
4216                 pde = pmap_pde(pmap, va);
4217                 oldpde = *pde;
4218                 if ((oldpde & PG_A) != 0) {
4219                         if (pmap_demote_pde(pmap, pde, va)) {
4220                                 if ((oldpde & PG_W) == 0) {
4221                                         /*
4222                                          * Remove the mapping to a single page
4223                                          * so that a subsequent access may
4224                                          * repromote.  Since the underlying
4225                                          * page table page is fully populated,
4226                                          * this removal never frees a page
4227                                          * table page.
4228                                          */
4229                                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde &
4230                                             PG_PS_FRAME);
4231                                         pmap_remove_page(pmap, va, pde, NULL);
4232                                         rtval++;
4233                                         if (rtval > 4) {
4234                                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4235                                                 return (rtval);
4236                                         }
4237                                 }
4238                         }
4239                 }
4240                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4241         }
4242         if ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
4243                 pvf = pv;
4244                 do {
4245                         pvn = TAILQ_NEXT(pv, pv_list);
4246                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
4247                         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
4248                         pmap = PV_PMAP(pv);
4249                         PMAP_LOCK(pmap);
4250                         pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
4251                         KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_ts_referenced:"
4252                             " found a 2mpage in page %p's pv list", m));
4253                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
4254                         if ((*pte & PG_A) != 0) {
4255                                 atomic_clear_long(pte, PG_A);
4256                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
4257                                 rtval++;
4258                                 if (rtval > 4)
4259                                         pvn = NULL;
4260                         }
4261                         PMAP_UNLOCK(pmap);
4262                 } while ((pv = pvn) != NULL && pv != pvf);
4263         }
4264         return (rtval);
4265 }
4266
4267 /*
4268  *      Clear the modify bits on the specified physical page.
4269  */
4270 void
4271 pmap_clear_modify(vm_page_t m)
4272 {
4273         struct md_page *pvh;
4274         pmap_t pmap;
4275         pv_entry_t next_pv, pv;
4276         pd_entry_t oldpde, *pde;
4277         pt_entry_t oldpte, *pte;
4278         vm_offset_t va;
4279
4280         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0)
4281                 return;
4282         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
4283         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4284         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_list, next_pv) {
4285                 va = pv->pv_va;
4286                 pmap = PV_PMAP(pv);
4287                 PMAP_LOCK(pmap);
4288                 pde = pmap_pde(pmap, va);
4289                 oldpde = *pde;
4290                 if ((oldpde & PG_RW) != 0) {
4291                         if (pmap_demote_pde(pmap, pde, va)) {
4292                                 if ((oldpde & PG_W) == 0) {
4293                                         /*
4294                                          * Write protect the mapping to a
4295                                          * single page so that a subsequent
4296                                          * write access may repromote.
4297                                          */
4298                                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde &
4299                                             PG_PS_FRAME);
4300                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
4301                                         oldpte = *pte;
4302                                         if ((oldpte & PG_V) != 0) {
4303                                                 while (!atomic_cmpset_long(pte,
4304                                                     oldpte,
4305                                                     oldpte & ~(PG_M | PG_RW)))
4306                                                         oldpte = *pte;
4307                                                 vm_page_dirty(m);
4308                                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
4309                                         }
4310                                 }
4311                         }
4312                 }
4313                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4314         }
4315         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
4316                 pmap = PV_PMAP(pv);
4317                 PMAP_LOCK(pmap);
4318                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
4319                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_clear_modify: found"
4320                     " a 2mpage in page %p's pv list", m));
4321                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
4322                 if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
4323                         atomic_clear_long(pte, PG_M);
4324                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
4325                 }
4326                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4327         }
4328 }
4329
4330 /*
4331  *      pmap_clear_reference:
4332  *
4333  *      Clear the reference bit on the specified physical page.
4334  */
4335 void
4336 pmap_clear_reference(vm_page_t m)
4337 {
4338         struct md_page *pvh;
4339         pmap_t pmap;
4340         pv_entry_t next_pv, pv;
4341         pd_entry_t oldpde, *pde;
4342         pt_entry_t *pte;
4343         vm_offset_t va;
4344
4345         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0)
4346                 return;
4347         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
4348         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4349         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_list, next_pv) {
4350                 va = pv->pv_va;
4351                 pmap = PV_PMAP(pv);
4352                 PMAP_LOCK(pmap);
4353                 pde = pmap_pde(pmap, va);
4354                 oldpde = *pde;
4355                 if ((oldpde & PG_A) != 0) {
4356                         if (pmap_demote_pde(pmap, pde, va)) {
4357                                 /*
4358                                  * Remove the mapping to a single page so
4359                                  * that a subsequent access may repromote.
4360                                  * Since the underlying page table page is
4361                                  * fully populated, this removal never frees
4362                                  * a page table page.
4363                                  */
4364                                 va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde &
4365                                     PG_PS_FRAME);
4366                                 pmap_remove_page(pmap, va, pde, NULL);
4367                         }
4368                 }
4369                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4370         }
4371         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
4372                 pmap = PV_PMAP(pv);
4373                 PMAP_LOCK(pmap);
4374                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
4375                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_clear_reference: found"
4376                     " a 2mpage in page %p's pv list", m));
4377                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
4378                 if (*pte & PG_A) {
4379                         atomic_clear_long(pte, PG_A);
4380                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
4381                 }
4382                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4383         }
4384 }
4385
4386 /*
4387  * Miscellaneous support routines follow
4388  */
4389
4390 /* Adjust the cache mode for a 4KB page mapped via a PTE. */
4391 static __inline void
4392 pmap_pte_attr(pt_entry_t *pte, int cache_bits)
4393 {
4394         u_int opte, npte;
4395
4396         /*
4397          * The cache mode bits are all in the low 32-bits of the
4398          * PTE, so we can just spin on updating the low 32-bits.
4399          */
4400         do {
4401                 opte = *(u_int *)pte;
4402                 npte = opte & ~PG_PTE_CACHE;
4403                 npte |= cache_bits;
4404         } while (npte != opte && !atomic_cmpset_int((u_int *)pte, opte, npte));
4405 }
4406
4407 /* Adjust the cache mode for a 2MB page mapped via a PDE. */
4408 static __inline void
4409 pmap_pde_attr(pd_entry_t *pde, int cache_bits)
4410 {
4411         u_int opde, npde;
4412
4413         /*
4414          * The cache mode bits are all in the low 32-bits of the
4415          * PDE, so we can just spin on updating the low 32-bits.
4416          */
4417         do {
4418                 opde = *(u_int *)pde;
4419                 npde = opde & ~PG_PDE_CACHE;
4420                 npde |= cache_bits;
4421         } while (npde != opde && !atomic_cmpset_int((u_int *)pde, opde, npde));
4422 }
4423
4424 /*
4425  * Map a set of physical memory pages into the kernel virtual
4426  * address space. Return a pointer to where it is mapped. This
4427  * routine is intended to be used for mapping device memory,
4428  * NOT real memory.
4429  */
4430 void *
4431 pmap_mapdev_attr(vm_paddr_t pa, vm_size_t size, int mode)
4432 {
4433         vm_offset_t va, offset;
4434         vm_size_t tmpsize;
4435
4436         /*
4437          * If the specified range of physical addresses fits within the direct
4438          * map window, use the direct map. 
4439          */
4440         if (pa < dmaplimit && pa + size < dmaplimit) {
4441                 va = PHYS_TO_DMAP(pa);
4442                 if (!pmap_change_attr(va, size, mode))
4443                         return ((void *)va);
4444         }
4445         offset = pa & PAGE_MASK;
4446         size = roundup(offset + size, PAGE_SIZE);
4447         va = kmem_alloc_nofault(kernel_map, size);
4448         if (!va)
4449                 panic("pmap_mapdev: Couldn't alloc kernel virtual memory");
4450         pa = trunc_page(pa);
4451         for (tmpsize = 0; tmpsize < size; tmpsize += PAGE_SIZE)
4452                 pmap_kenter_attr(va + tmpsize, pa + tmpsize, mode);
4453         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, va, va + tmpsize);
4454         pmap_invalidate_cache_range(va, va + tmpsize);
4455         return ((void *)(va + offset));
4456 }
4457
4458 void *
4459 pmap_mapdev(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
4460 {
4461
4462         return (pmap_mapdev_attr(pa, size, PAT_UNCACHEABLE));
4463 }
4464
4465 void *
4466 pmap_mapbios(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
4467 {
4468
4469         return (pmap_mapdev_attr(pa, size, PAT_WRITE_BACK));
4470 }
4471
4472 void
4473 pmap_unmapdev(vm_offset_t va, vm_size_t size)
4474 {
4475         vm_offset_t base, offset, tmpva;
4476
4477         /* If we gave a direct map region in pmap_mapdev, do nothing */
4478         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS)
4479                 return;
4480         base = trunc_page(va);
4481         offset = va & PAGE_MASK;
4482         size = roundup(offset + size, PAGE_SIZE);
4483         for (tmpva = base; tmpva < (base + size); tmpva += PAGE_SIZE)
4484                 pmap_kremove(tmpva);
4485         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, va, tmpva);
4486         kmem_free(kernel_map, base, size);
4487 }
4488
4489 /*
4490  * Tries to demote a 1GB page mapping.
4491  */
4492 static boolean_t
4493 pmap_demote_pdpe(pmap_t pmap, pdp_entry_t *pdpe, vm_offset_t va)
4494 {
4495         pdp_entry_t newpdpe, oldpdpe;
4496         pd_entry_t *firstpde, newpde, *pde;
4497         vm_paddr_t mpdepa;
4498         vm_page_t mpde;
4499
4500         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4501         oldpdpe = *pdpe;
4502         KASSERT((oldpdpe & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V),
4503             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_PS and/or PG_V"));
4504         if ((mpde = vm_page_alloc(NULL, va >> PDPSHIFT, VM_ALLOC_INTERRUPT |
4505             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED)) == NULL) {
4506                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pdpe: failure for va %#lx"
4507                     " in pmap %p", va, pmap);
4508                 return (FALSE);
4509         }
4510         mpdepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpde);
4511         firstpde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mpdepa);
4512         newpdpe = mpdepa | PG_M | PG_A | (oldpdpe & PG_U) | PG_RW | PG_V;
4513         KASSERT((oldpdpe & PG_A) != 0,
4514             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_A"));
4515         KASSERT((oldpdpe & (PG_M | PG_RW)) != PG_RW,
4516             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_M"));
4517         newpde = oldpdpe;
4518
4519         /*
4520          * Initialize the page directory page.
4521          */
4522         for (pde = firstpde; pde < firstpde + NPDEPG; pde++) {
4523                 *pde = newpde;
4524                 newpde += NBPDR;
4525         }
4526
4527         /*
4528          * Demote the mapping.
4529          */
4530         *pdpe = newpdpe;
4531
4532         /*
4533          * Invalidate a stale recursive mapping of the page directory page.
4534          */
4535         pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopde(va));
4536
4537         pmap_pdpe_demotions++;
4538         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pdpe: success for va %#lx"
4539             " in pmap %p", va, pmap);
4540         return (TRUE);
4541 }
4542
4543 /*
4544  * Sets the memory attribute for the specified page.
4545  */
4546 void
4547 pmap_page_set_memattr(vm_page_t m, vm_memattr_t ma)
4548 {
4549
4550         m->md.pat_mode = ma;
4551
4552         /*
4553          * If "m" is a normal page, update its direct mapping.  This update
4554          * can be relied upon to perform any cache operations that are
4555          * required for data coherence.
4556          */
4557         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
4558             pmap_change_attr(PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m)), PAGE_SIZE,
4559             m->md.pat_mode))
4560                 panic("memory attribute change on the direct map failed");
4561 }
4562
4563 /*
4564  * Changes the specified virtual address range's memory type to that given by
4565  * the parameter "mode".  The specified virtual address range must be
4566  * completely contained within either the direct map or the kernel map.  If
4567  * the virtual address range is contained within the kernel map, then the
4568  * memory type for each of the corresponding ranges of the direct map is also
4569  * changed.  (The corresponding ranges of the direct map are those ranges that
4570  * map the same physical pages as the specified virtual address range.)  These
4571  * changes to the direct map are necessary because Intel describes the
4572  * behavior of their processors as "undefined" if two or more mappings to the
4573  * same physical page have different memory types.
4574  *
4575  * Returns zero if the change completed successfully, and either EINVAL or
4576  * ENOMEM if the change failed.  Specifically, EINVAL is returned if some part
4577  * of the virtual address range was not mapped, and ENOMEM is returned if
4578  * there was insufficient memory available to complete the change.  In the
4579  * latter case, the memory type may have been changed on some part of the
4580  * virtual address range or the direct map.
4581  */
4582 int
4583 pmap_change_attr(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
4584 {
4585         int error;
4586
4587         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
4588         error = pmap_change_attr_locked(va, size, mode);
4589         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
4590         return (error);
4591 }
4592
4593 static int
4594 pmap_change_attr_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
4595 {
4596         vm_offset_t base, offset, tmpva;
4597         vm_paddr_t pa_start, pa_end;
4598         pdp_entry_t *pdpe;
4599         pd_entry_t *pde;
4600         pt_entry_t *pte;
4601         int cache_bits_pte, cache_bits_pde, error;
4602         boolean_t changed;
4603
4604         PMAP_LOCK_ASSERT(kernel_pmap, MA_OWNED);
4605         base = trunc_page(va);
4606         offset = va & PAGE_MASK;
4607         size = roundup(offset + size, PAGE_SIZE);
4608
4609         /*
4610          * Only supported on kernel virtual addresses, including the direct
4611          * map but excluding the recursive map.
4612          */
4613         if (base < DMAP_MIN_ADDRESS)
4614                 return (EINVAL);
4615
4616         cache_bits_pde = pmap_cache_bits(mode, 1);
4617         cache_bits_pte = pmap_cache_bits(mode, 0);
4618         changed = FALSE;
4619
4620         /*
4621          * Pages that aren't mapped aren't supported.  Also break down 2MB pages
4622          * into 4KB pages if required.
4623          */
4624         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
4625                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, tmpva);
4626                 if (*pdpe == 0)
4627                         return (EINVAL);
4628                 if (*pdpe & PG_PS) {
4629                         /*
4630                          * If the current 1GB page already has the required
4631                          * memory type, then we need not demote this page. Just
4632                          * increment tmpva to the next 1GB page frame.
4633                          */
4634                         if ((*pdpe & PG_PDE_CACHE) == cache_bits_pde) {
4635                                 tmpva = trunc_1gpage(tmpva) + NBPDP;
4636                                 continue;
4637                         }
4638
4639                         /*
4640                          * If the current offset aligns with a 1GB page frame
4641                          * and there is at least 1GB left within the range, then
4642                          * we need not break down this page into 2MB pages.
4643                          */
4644                         if ((tmpva & PDPMASK) == 0 &&
4645                             tmpva + PDPMASK < base + size) {
4646                                 tmpva += NBPDP;
4647                                 continue;
4648                         }
4649                         if (!pmap_demote_pdpe(kernel_pmap, pdpe, tmpva))
4650                                 return (ENOMEM);
4651                 }
4652                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, tmpva);
4653                 if (*pde == 0)
4654                         return (EINVAL);
4655                 if (*pde & PG_PS) {
4656                         /*
4657                          * If the current 2MB page already has the required
4658                          * memory type, then we need not demote this page. Just
4659                          * increment tmpva to the next 2MB page frame.
4660                          */
4661                         if ((*pde & PG_PDE_CACHE) == cache_bits_pde) {
4662                                 tmpva = trunc_2mpage(tmpva) + NBPDR;
4663                                 continue;
4664                         }
4665
4666                         /*
4667                          * If the current offset aligns with a 2MB page frame
4668                          * and there is at least 2MB left within the range, then
4669                          * we need not break down this page into 4KB pages.
4670                          */
4671                         if ((tmpva & PDRMASK) == 0 &&
4672                             tmpva + PDRMASK < base + size) {
4673                                 tmpva += NBPDR;
4674                                 continue;
4675                         }
4676                         if (!pmap_demote_pde(kernel_pmap, pde, tmpva))
4677                                 return (ENOMEM);
4678                 }
4679                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, tmpva);
4680                 if (*pte == 0)
4681                         return (EINVAL);
4682                 tmpva += PAGE_SIZE;
4683         }
4684         error = 0;
4685
4686         /*
4687          * Ok, all the pages exist, so run through them updating their
4688          * cache mode if required.
4689          */
4690         pa_start = pa_end = 0;
4691         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
4692                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, tmpva);
4693                 if (*pdpe & PG_PS) {
4694                         if ((*pdpe & PG_PDE_CACHE) != cache_bits_pde) {
4695                                 pmap_pde_attr(pdpe, cache_bits_pde);
4696                                 changed = TRUE;
4697                         }
4698                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS) {
4699                                 if (pa_start == pa_end) {
4700                                         /* Start physical address run. */
4701                                         pa_start = *pdpe & PG_PS_FRAME;
4702                                         pa_end = pa_start + NBPDP;
4703                                 } else if (pa_end == (*pdpe & PG_PS_FRAME))
4704                                         pa_end += NBPDP;
4705                                 else {
4706                                         /* Run ended, update direct map. */
4707                                         error = pmap_change_attr_locked(
4708                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
4709                                             pa_end - pa_start, mode);
4710                                         if (error != 0)
4711                                                 break;
4712                                         /* Start physical address run. */
4713                                         pa_start = *pdpe & PG_PS_FRAME;
4714                                         pa_end = pa_start + NBPDP;
4715                                 }
4716                         }
4717                         tmpva = trunc_1gpage(tmpva) + NBPDP;
4718                         continue;
4719                 }
4720                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, tmpva);
4721                 if (*pde & PG_PS) {
4722                         if ((*pde & PG_PDE_CACHE) != cache_bits_pde) {
4723                                 pmap_pde_attr(pde, cache_bits_pde);
4724                                 changed = TRUE;
4725                         }
4726                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS) {
4727                                 if (pa_start == pa_end) {
4728                                         /* Start physical address run. */
4729                                         pa_start = *pde & PG_PS_FRAME;
4730                                         pa_end = pa_start + NBPDR;
4731                                 } else if (pa_end == (*pde & PG_PS_FRAME))
4732                                         pa_end += NBPDR;
4733                                 else {
4734                                         /* Run ended, update direct map. */
4735                                         error = pmap_change_attr_locked(
4736                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
4737                                             pa_end - pa_start, mode);
4738                                         if (error != 0)
4739                                                 break;
4740                                         /* Start physical address run. */
4741                                         pa_start = *pde & PG_PS_FRAME;
4742                                         pa_end = pa_start + NBPDR;
4743                                 }
4744                         }
4745                         tmpva = trunc_2mpage(tmpva) + NBPDR;
4746                 } else {
4747                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, tmpva);
4748                         if ((*pte & PG_PTE_CACHE) != cache_bits_pte) {
4749                                 pmap_pte_attr(pte, cache_bits_pte);
4750                                 changed = TRUE;
4751                         }
4752                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS) {
4753                                 if (pa_start == pa_end) {
4754                                         /* Start physical address run. */
4755                                         pa_start = *pte & PG_FRAME;
4756                                         pa_end = pa_start + PAGE_SIZE;
4757                                 } else if (pa_end == (*pte & PG_FRAME))
4758                                         pa_end += PAGE_SIZE;
4759                                 else {
4760                                         /* Run ended, update direct map. */
4761                                         error = pmap_change_attr_locked(
4762                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
4763                                             pa_end - pa_start, mode);
4764                                         if (error != 0)
4765                                                 break;
4766                                         /* Start physical address run. */
4767                                         pa_start = *pte & PG_FRAME;
4768                                         pa_end = pa_start + PAGE_SIZE;
4769                                 }
4770                         }
4771                         tmpva += PAGE_SIZE;
4772                 }
4773         }
4774         if (error == 0 && pa_start != pa_end)
4775                 error = pmap_change_attr_locked(PHYS_TO_DMAP(pa_start),
4776                     pa_end - pa_start, mode);
4777
4778         /*
4779          * Flush CPU caches if required to make sure any data isn't cached that
4780          * shouldn't be, etc.
4781          */
4782         if (changed) {
4783                 pmap_invalidate_range(kernel_pmap, base, tmpva);
4784                 pmap_invalidate_cache_range(base, tmpva);
4785         }
4786         return (error);
4787 }
4788
4789 /*
4790  * Demotes any mapping within the direct map region that covers more than the
4791  * specified range of physical addresses.  This range's size must be a power
4792  * of two and its starting address must be a multiple of its size.  Since the
4793  * demotion does not change any attributes of the mapping, a TLB invalidation
4794  * is not mandatory.  The caller may, however, request a TLB invalidation.
4795  */
4796 void
4797 pmap_demote_DMAP(vm_paddr_t base, vm_size_t len, boolean_t invalidate)
4798 {
4799         pdp_entry_t *pdpe;
4800         pd_entry_t *pde;
4801         vm_offset_t va;
4802         boolean_t changed;
4803
4804         if (len == 0)
4805                 return;
4806         KASSERT(powerof2(len), ("pmap_demote_DMAP: len is not a power of 2"));
4807         KASSERT((base & (len - 1)) == 0,
4808             ("pmap_demote_DMAP: base is not a multiple of len"));
4809         if (len < NBPDP && base < dmaplimit) {
4810                 va = PHYS_TO_DMAP(base);
4811                 changed = FALSE;
4812                 PMAP_LOCK(kernel_pmap);
4813                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, va);
4814                 if ((*pdpe & PG_V) == 0)
4815                         panic("pmap_demote_DMAP: invalid PDPE");
4816                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0) {
4817                         if (!pmap_demote_pdpe(kernel_pmap, pdpe, va))
4818                                 panic("pmap_demote_DMAP: PDPE failed");
4819                         changed = TRUE;
4820                 }
4821                 if (len < NBPDR) {
4822                         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
4823                         if ((*pde & PG_V) == 0)
4824                                 panic("pmap_demote_DMAP: invalid PDE");
4825                         if ((*pde & PG_PS) != 0) {
4826                                 if (!pmap_demote_pde(kernel_pmap, pde, va))
4827                                         panic("pmap_demote_DMAP: PDE failed");
4828                                 changed = TRUE;
4829                         }
4830                 }
4831                 if (changed && invalidate)
4832                         pmap_invalidate_page(kernel_pmap, va);
4833                 PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
4834         }
4835 }
4836
4837 /*
4838  * perform the pmap work for mincore
4839  */
4840 int
4841 pmap_mincore(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
4842 {
4843         pd_entry_t *pdep;
4844         pt_entry_t pte;
4845         vm_paddr_t pa;
4846         vm_page_t m;
4847         int val = 0;
4848         
4849         PMAP_LOCK(pmap);
4850         pdep = pmap_pde(pmap, addr);
4851         if (pdep != NULL && (*pdep & PG_V)) {
4852                 if (*pdep & PG_PS) {
4853                         pte = *pdep;
4854                         val = MINCORE_SUPER;
4855                         /* Compute the physical address of the 4KB page. */
4856                         pa = ((*pdep & PG_PS_FRAME) | (addr & PDRMASK)) &
4857                             PG_FRAME;
4858                 } else {
4859                         pte = *pmap_pde_to_pte(pdep, addr);
4860                         pa = pte & PG_FRAME;
4861                 }
4862         } else {
4863                 pte = 0;
4864                 pa = 0;
4865         }
4866         PMAP_UNLOCK(pmap);
4867
4868         if (pte != 0) {
4869                 val |= MINCORE_INCORE;
4870                 if ((pte & PG_MANAGED) == 0)
4871                         return val;
4872
4873                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
4874
4875                 /*
4876                  * Modified by us
4877                  */
4878                 if ((pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
4879                         val |= MINCORE_MODIFIED|MINCORE_MODIFIED_OTHER;
4880                 else {
4881                         /*
4882                          * Modified by someone else
4883                          */
4884                         vm_page_lock_queues();
4885                         if (m->dirty || pmap_is_modified(m))
4886                                 val |= MINCORE_MODIFIED_OTHER;
4887                         vm_page_unlock_queues();
4888                 }
4889                 /*
4890                  * Referenced by us
4891                  */
4892                 if (pte & PG_A)
4893                         val |= MINCORE_REFERENCED|MINCORE_REFERENCED_OTHER;
4894                 else {
4895                         /*
4896                          * Referenced by someone else
4897                          */
4898                         vm_page_lock_queues();
4899                         if ((m->flags & PG_REFERENCED) ||
4900                             pmap_ts_referenced(m)) {
4901                                 val |= MINCORE_REFERENCED_OTHER;
4902                                 vm_page_flag_set(m, PG_REFERENCED);
4903                         }
4904                         vm_page_unlock_queues();
4905                 }
4906         } 
4907         return val;
4908 }
4909
4910 void
4911 pmap_activate(struct thread *td)
4912 {
4913         pmap_t  pmap, oldpmap;
4914         u_int64_t  cr3;
4915
4916         critical_enter();
4917         pmap = vmspace_pmap(td->td_proc->p_vmspace);
4918         oldpmap = PCPU_GET(curpmap);
4919 #ifdef SMP
4920         atomic_clear_int(&oldpmap->pm_active, PCPU_GET(cpumask));
4921         atomic_set_int(&pmap->pm_active, PCPU_GET(cpumask));
4922 #else
4923         oldpmap->pm_active &= ~PCPU_GET(cpumask);
4924         pmap->pm_active |= PCPU_GET(cpumask);
4925 #endif
4926         cr3 = DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pmap->pm_pml4);
4927         td->td_pcb->pcb_cr3 = cr3;
4928         load_cr3(cr3);
4929         PCPU_SET(curpmap, pmap);
4930         critical_exit();
4931 }
4932
4933 void
4934 pmap_sync_icache(pmap_t pm, vm_offset_t va, vm_size_t sz)
4935 {
4936 }
4937
4938 /*
4939  *      Increase the starting virtual address of the given mapping if a
4940  *      different alignment might result in more superpage mappings.
4941  */
4942 void
4943 pmap_align_superpage(vm_object_t object, vm_ooffset_t offset,
4944     vm_offset_t *addr, vm_size_t size)
4945 {
4946         vm_offset_t superpage_offset;
4947
4948         if (size < NBPDR)
4949                 return;
4950         if (object != NULL && (object->flags & OBJ_COLORED) != 0)
4951                 offset += ptoa(object->pg_color);
4952         superpage_offset = offset & PDRMASK;
4953         if (size - ((NBPDR - superpage_offset) & PDRMASK) < NBPDR ||
4954             (*addr & PDRMASK) == superpage_offset)
4955                 return;
4956         if ((*addr & PDRMASK) < superpage_offset)
4957                 *addr = (*addr & ~PDRMASK) + superpage_offset;
4958         else
4959                 *addr = ((*addr + PDRMASK) & ~PDRMASK) + superpage_offset;
4960 }