]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/amd64/amd64/pmap.c
Disallow preemptive creation of wired superpage mappings.
[FreeBSD/FreeBSD.git] / sys / amd64 / amd64 / pmap.c
1 /*-
2  * SPDX-License-Identifier: BSD-4-Clause
3  *
4  * Copyright (c) 1991 Regents of the University of California.
5  * All rights reserved.
6  * Copyright (c) 1994 John S. Dyson
7  * All rights reserved.
8  * Copyright (c) 1994 David Greenman
9  * All rights reserved.
10  * Copyright (c) 2003 Peter Wemm
11  * All rights reserved.
12  * Copyright (c) 2005-2010 Alan L. Cox <alc@cs.rice.edu>
13  * All rights reserved.
14  *
15  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
16  * the Systems Programming Group of the University of Utah Computer
17  * Science Department and William Jolitz of UUNET Technologies Inc.
18  *
19  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
20  * modification, are permitted provided that the following conditions
21  * are met:
22  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
23  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
24  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
25  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
26  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
27  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
28  *    must display the following acknowledgement:
29  *      This product includes software developed by the University of
30  *      California, Berkeley and its contributors.
31  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
32  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
33  *    without specific prior written permission.
34  *
35  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
36  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
37  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
38  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
39  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
40  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
41  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
42  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
43  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
44  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
45  * SUCH DAMAGE.
46  *
47  *      from:   @(#)pmap.c      7.7 (Berkeley)  5/12/91
48  */
49 /*-
50  * Copyright (c) 2003 Networks Associates Technology, Inc.
51  * Copyright (c) 2014-2019 The FreeBSD Foundation
52  * All rights reserved.
53  *
54  * This software was developed for the FreeBSD Project by Jake Burkholder,
55  * Safeport Network Services, and Network Associates Laboratories, the
56  * Security Research Division of Network Associates, Inc. under
57  * DARPA/SPAWAR contract N66001-01-C-8035 ("CBOSS"), as part of the DARPA
58  * CHATS research program.
59  *
60  * Portions of this software were developed by
61  * Konstantin Belousov <kib@FreeBSD.org> under sponsorship from
62  * the FreeBSD Foundation.
63  *
64  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
65  * modification, are permitted provided that the following conditions
66  * are met:
67  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
68  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
69  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
70  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
71  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
72  *
73  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
74  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
75  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
76  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
77  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
78  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
79  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
80  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
81  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
82  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
83  * SUCH DAMAGE.
84  */
85
86 #define AMD64_NPT_AWARE
87
88 #include <sys/cdefs.h>
89 __FBSDID("$FreeBSD$");
90
91 /*
92  *      Manages physical address maps.
93  *
94  *      Since the information managed by this module is
95  *      also stored by the logical address mapping module,
96  *      this module may throw away valid virtual-to-physical
97  *      mappings at almost any time.  However, invalidations
98  *      of virtual-to-physical mappings must be done as
99  *      requested.
100  *
101  *      In order to cope with hardware architectures which
102  *      make virtual-to-physical map invalidates expensive,
103  *      this module may delay invalidate or reduced protection
104  *      operations until such time as they are actually
105  *      necessary.  This module is given full information as
106  *      to which processors are currently using which maps,
107  *      and to when physical maps must be made correct.
108  */
109
110 #include "opt_pmap.h"
111 #include "opt_vm.h"
112
113 #include <sys/param.h>
114 #include <sys/bitstring.h>
115 #include <sys/bus.h>
116 #include <sys/systm.h>
117 #include <sys/kernel.h>
118 #include <sys/ktr.h>
119 #include <sys/lock.h>
120 #include <sys/malloc.h>
121 #include <sys/mman.h>
122 #include <sys/mutex.h>
123 #include <sys/proc.h>
124 #include <sys/rangeset.h>
125 #include <sys/rwlock.h>
126 #include <sys/sx.h>
127 #include <sys/turnstile.h>
128 #include <sys/vmem.h>
129 #include <sys/vmmeter.h>
130 #include <sys/sched.h>
131 #include <sys/sysctl.h>
132 #include <sys/smp.h>
133
134 #include <vm/vm.h>
135 #include <vm/vm_param.h>
136 #include <vm/vm_kern.h>
137 #include <vm/vm_page.h>
138 #include <vm/vm_map.h>
139 #include <vm/vm_object.h>
140 #include <vm/vm_extern.h>
141 #include <vm/vm_pageout.h>
142 #include <vm/vm_pager.h>
143 #include <vm/vm_phys.h>
144 #include <vm/vm_radix.h>
145 #include <vm/vm_reserv.h>
146 #include <vm/uma.h>
147
148 #include <machine/intr_machdep.h>
149 #include <x86/apicvar.h>
150 #include <x86/ifunc.h>
151 #include <machine/cpu.h>
152 #include <machine/cputypes.h>
153 #include <machine/md_var.h>
154 #include <machine/pcb.h>
155 #include <machine/specialreg.h>
156 #ifdef SMP
157 #include <machine/smp.h>
158 #endif
159 #include <machine/sysarch.h>
160 #include <machine/tss.h>
161
162 static __inline boolean_t
163 pmap_type_guest(pmap_t pmap)
164 {
165
166         return ((pmap->pm_type == PT_EPT) || (pmap->pm_type == PT_RVI));
167 }
168
169 static __inline boolean_t
170 pmap_emulate_ad_bits(pmap_t pmap)
171 {
172
173         return ((pmap->pm_flags & PMAP_EMULATE_AD_BITS) != 0);
174 }
175
176 static __inline pt_entry_t
177 pmap_valid_bit(pmap_t pmap)
178 {
179         pt_entry_t mask;
180
181         switch (pmap->pm_type) {
182         case PT_X86:
183         case PT_RVI:
184                 mask = X86_PG_V;
185                 break;
186         case PT_EPT:
187                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
188                         mask = EPT_PG_EMUL_V;
189                 else
190                         mask = EPT_PG_READ;
191                 break;
192         default:
193                 panic("pmap_valid_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
194         }
195
196         return (mask);
197 }
198
199 static __inline pt_entry_t
200 pmap_rw_bit(pmap_t pmap)
201 {
202         pt_entry_t mask;
203
204         switch (pmap->pm_type) {
205         case PT_X86:
206         case PT_RVI:
207                 mask = X86_PG_RW;
208                 break;
209         case PT_EPT:
210                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
211                         mask = EPT_PG_EMUL_RW;
212                 else
213                         mask = EPT_PG_WRITE;
214                 break;
215         default:
216                 panic("pmap_rw_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
217         }
218
219         return (mask);
220 }
221
222 static pt_entry_t pg_g;
223
224 static __inline pt_entry_t
225 pmap_global_bit(pmap_t pmap)
226 {
227         pt_entry_t mask;
228
229         switch (pmap->pm_type) {
230         case PT_X86:
231                 mask = pg_g;
232                 break;
233         case PT_RVI:
234         case PT_EPT:
235                 mask = 0;
236                 break;
237         default:
238                 panic("pmap_global_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
239         }
240
241         return (mask);
242 }
243
244 static __inline pt_entry_t
245 pmap_accessed_bit(pmap_t pmap)
246 {
247         pt_entry_t mask;
248
249         switch (pmap->pm_type) {
250         case PT_X86:
251         case PT_RVI:
252                 mask = X86_PG_A;
253                 break;
254         case PT_EPT:
255                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
256                         mask = EPT_PG_READ;
257                 else
258                         mask = EPT_PG_A;
259                 break;
260         default:
261                 panic("pmap_accessed_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
262         }
263
264         return (mask);
265 }
266
267 static __inline pt_entry_t
268 pmap_modified_bit(pmap_t pmap)
269 {
270         pt_entry_t mask;
271
272         switch (pmap->pm_type) {
273         case PT_X86:
274         case PT_RVI:
275                 mask = X86_PG_M;
276                 break;
277         case PT_EPT:
278                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
279                         mask = EPT_PG_WRITE;
280                 else
281                         mask = EPT_PG_M;
282                 break;
283         default:
284                 panic("pmap_modified_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
285         }
286
287         return (mask);
288 }
289
290 static __inline pt_entry_t
291 pmap_pku_mask_bit(pmap_t pmap)
292 {
293
294         return (pmap->pm_type == PT_X86 ? X86_PG_PKU_MASK : 0);
295 }
296
297 #if !defined(DIAGNOSTIC)
298 #ifdef __GNUC_GNU_INLINE__
299 #define PMAP_INLINE     __attribute__((__gnu_inline__)) inline
300 #else
301 #define PMAP_INLINE     extern inline
302 #endif
303 #else
304 #define PMAP_INLINE
305 #endif
306
307 #ifdef PV_STATS
308 #define PV_STAT(x)      do { x ; } while (0)
309 #else
310 #define PV_STAT(x)      do { } while (0)
311 #endif
312
313 #define pa_index(pa)    ((pa) >> PDRSHIFT)
314 #define pa_to_pvh(pa)   (&pv_table[pa_index(pa)])
315
316 #define NPV_LIST_LOCKS  MAXCPU
317
318 #define PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa)        \
319                         (&pv_list_locks[pa_index(pa) % NPV_LIST_LOCKS])
320
321 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa)  do {    \
322         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
323         struct rwlock *_new_lock;                       \
324                                                         \
325         _new_lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);           \
326         if (_new_lock != *_lockp) {                     \
327                 if (*_lockp != NULL)                    \
328                         rw_wunlock(*_lockp);            \
329                 *_lockp = _new_lock;                    \
330                 rw_wlock(*_lockp);                      \
331         }                                               \
332 } while (0)
333
334 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m)        \
335                         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, VM_PAGE_TO_PHYS(m))
336
337 #define RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp)             do {    \
338         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
339                                                         \
340         if (*_lockp != NULL) {                          \
341                 rw_wunlock(*_lockp);                    \
342                 *_lockp = NULL;                         \
343         }                                               \
344 } while (0)
345
346 #define VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m)      \
347                         PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(VM_PAGE_TO_PHYS(m))
348
349 struct pmap kernel_pmap_store;
350
351 vm_offset_t virtual_avail;      /* VA of first avail page (after kernel bss) */
352 vm_offset_t virtual_end;        /* VA of last avail page (end of kernel AS) */
353
354 int nkpt;
355 SYSCTL_INT(_machdep, OID_AUTO, nkpt, CTLFLAG_RD, &nkpt, 0,
356     "Number of kernel page table pages allocated on bootup");
357
358 static int ndmpdp;
359 vm_paddr_t dmaplimit;
360 vm_offset_t kernel_vm_end = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
361 pt_entry_t pg_nx;
362
363 static SYSCTL_NODE(_vm, OID_AUTO, pmap, CTLFLAG_RD, 0, "VM/pmap parameters");
364
365 static int pg_ps_enabled = 1;
366 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pg_ps_enabled, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
367     &pg_ps_enabled, 0, "Are large page mappings enabled?");
368
369 #define PAT_INDEX_SIZE  8
370 static int pat_index[PAT_INDEX_SIZE];   /* cache mode to PAT index conversion */
371
372 static u_int64_t        KPTphys;        /* phys addr of kernel level 1 */
373 static u_int64_t        KPDphys;        /* phys addr of kernel level 2 */
374 u_int64_t               KPDPphys;       /* phys addr of kernel level 3 */
375 u_int64_t               KPML4phys;      /* phys addr of kernel level 4 */
376
377 static u_int64_t        DMPDphys;       /* phys addr of direct mapped level 2 */
378 static u_int64_t        DMPDPphys;      /* phys addr of direct mapped level 3 */
379 static int              ndmpdpphys;     /* number of DMPDPphys pages */
380
381 static vm_paddr_t       KERNend;        /* phys addr of end of bootstrap data */
382
383 /*
384  * pmap_mapdev support pre initialization (i.e. console)
385  */
386 #define PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT      8
387 static struct pmap_preinit_mapping {
388         vm_paddr_t      pa;
389         vm_offset_t     va;
390         vm_size_t       sz;
391         int             mode;
392 } pmap_preinit_mapping[PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT];
393 static int pmap_initialized;
394
395 /*
396  * Data for the pv entry allocation mechanism.
397  * Updates to pv_invl_gen are protected by the pv_list_locks[]
398  * elements, but reads are not.
399  */
400 static TAILQ_HEAD(pch, pv_chunk) pv_chunks = TAILQ_HEAD_INITIALIZER(pv_chunks);
401 static struct mtx __exclusive_cache_line pv_chunks_mutex;
402 static struct rwlock __exclusive_cache_line pv_list_locks[NPV_LIST_LOCKS];
403 static u_long pv_invl_gen[NPV_LIST_LOCKS];
404 static struct md_page *pv_table;
405 static struct md_page pv_dummy;
406
407 /*
408  * All those kernel PT submaps that BSD is so fond of
409  */
410 pt_entry_t *CMAP1 = NULL;
411 caddr_t CADDR1 = 0;
412 static vm_offset_t qframe = 0;
413 static struct mtx qframe_mtx;
414
415 static int pmap_flags = PMAP_PDE_SUPERPAGE;     /* flags for x86 pmaps */
416
417 static vmem_t *large_vmem;
418 static u_int lm_ents;
419
420 int pmap_pcid_enabled = 1;
421 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pcid_enabled, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
422     &pmap_pcid_enabled, 0, "Is TLB Context ID enabled ?");
423 int invpcid_works = 0;
424 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, invpcid_works, CTLFLAG_RD, &invpcid_works, 0,
425     "Is the invpcid instruction available ?");
426
427 int __read_frequently pti = 0;
428 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pti, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
429     &pti, 0,
430     "Page Table Isolation enabled");
431 static vm_object_t pti_obj;
432 static pml4_entry_t *pti_pml4;
433 static vm_pindex_t pti_pg_idx;
434 static bool pti_finalized;
435
436 struct pmap_pkru_range {
437         struct rs_el    pkru_rs_el;
438         u_int           pkru_keyidx;
439         int             pkru_flags;
440 };
441
442 static uma_zone_t pmap_pkru_ranges_zone;
443 static bool pmap_pkru_same(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva);
444 static pt_entry_t pmap_pkru_get(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
445 static void pmap_pkru_on_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva);
446 static void *pkru_dup_range(void *ctx, void *data);
447 static void pkru_free_range(void *ctx, void *node);
448 static int pmap_pkru_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap);
449 static int pmap_pkru_deassign(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva);
450 static void pmap_pkru_deassign_all(pmap_t pmap);
451
452 static int
453 pmap_pcid_save_cnt_proc(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
454 {
455         int i;
456         uint64_t res;
457
458         res = 0;
459         CPU_FOREACH(i) {
460                 res += cpuid_to_pcpu[i]->pc_pm_save_cnt;
461         }
462         return (sysctl_handle_64(oidp, &res, 0, req));
463 }
464 SYSCTL_PROC(_vm_pmap, OID_AUTO, pcid_save_cnt, CTLTYPE_U64 | CTLFLAG_RW |
465     CTLFLAG_MPSAFE, NULL, 0, pmap_pcid_save_cnt_proc, "QU",
466     "Count of saved TLB context on switch");
467
468 static LIST_HEAD(, pmap_invl_gen) pmap_invl_gen_tracker =
469     LIST_HEAD_INITIALIZER(&pmap_invl_gen_tracker);
470 static struct mtx invl_gen_mtx;
471 static u_long pmap_invl_gen = 0;
472 /* Fake lock object to satisfy turnstiles interface. */
473 static struct lock_object invl_gen_ts = {
474         .lo_name = "invlts",
475 };
476
477 static bool
478 pmap_not_in_di(void)
479 {
480
481         return (curthread->td_md.md_invl_gen.gen == 0);
482 }
483
484 #define PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI() \
485     KASSERT(pmap_not_in_di(), ("DI already started"))
486
487 /*
488  * Start a new Delayed Invalidation (DI) block of code, executed by
489  * the current thread.  Within a DI block, the current thread may
490  * destroy both the page table and PV list entries for a mapping and
491  * then release the corresponding PV list lock before ensuring that
492  * the mapping is flushed from the TLBs of any processors with the
493  * pmap active.
494  */
495 static void
496 pmap_delayed_invl_started(void)
497 {
498         struct pmap_invl_gen *invl_gen;
499         u_long currgen;
500
501         invl_gen = &curthread->td_md.md_invl_gen;
502         PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI();
503         mtx_lock(&invl_gen_mtx);
504         if (LIST_EMPTY(&pmap_invl_gen_tracker))
505                 currgen = pmap_invl_gen;
506         else
507                 currgen = LIST_FIRST(&pmap_invl_gen_tracker)->gen;
508         invl_gen->gen = currgen + 1;
509         LIST_INSERT_HEAD(&pmap_invl_gen_tracker, invl_gen, link);
510         mtx_unlock(&invl_gen_mtx);
511 }
512
513 /*
514  * Finish the DI block, previously started by the current thread.  All
515  * required TLB flushes for the pages marked by
516  * pmap_delayed_invl_page() must be finished before this function is
517  * called.
518  *
519  * This function works by bumping the global DI generation number to
520  * the generation number of the current thread's DI, unless there is a
521  * pending DI that started earlier.  In the latter case, bumping the
522  * global DI generation number would incorrectly signal that the
523  * earlier DI had finished.  Instead, this function bumps the earlier
524  * DI's generation number to match the generation number of the
525  * current thread's DI.
526  */
527 static void
528 pmap_delayed_invl_finished(void)
529 {
530         struct pmap_invl_gen *invl_gen, *next;
531         struct turnstile *ts;
532
533         invl_gen = &curthread->td_md.md_invl_gen;
534         KASSERT(invl_gen->gen != 0, ("missed invl_started"));
535         mtx_lock(&invl_gen_mtx);
536         next = LIST_NEXT(invl_gen, link);
537         if (next == NULL) {
538                 turnstile_chain_lock(&invl_gen_ts);
539                 ts = turnstile_lookup(&invl_gen_ts);
540                 pmap_invl_gen = invl_gen->gen;
541                 if (ts != NULL) {
542                         turnstile_broadcast(ts, TS_SHARED_QUEUE);
543                         turnstile_unpend(ts);
544                 }
545                 turnstile_chain_unlock(&invl_gen_ts);
546         } else {
547                 next->gen = invl_gen->gen;
548         }
549         LIST_REMOVE(invl_gen, link);
550         mtx_unlock(&invl_gen_mtx);
551         invl_gen->gen = 0;
552 }
553
554 #ifdef PV_STATS
555 static long invl_wait;
556 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, invl_wait, CTLFLAG_RD, &invl_wait, 0,
557     "Number of times DI invalidation blocked pmap_remove_all/write");
558 #endif
559
560 static u_long *
561 pmap_delayed_invl_genp(vm_page_t m)
562 {
563
564         return (&pv_invl_gen[pa_index(VM_PAGE_TO_PHYS(m)) % NPV_LIST_LOCKS]);
565 }
566
567 /*
568  * Ensure that all currently executing DI blocks, that need to flush
569  * TLB for the given page m, actually flushed the TLB at the time the
570  * function returned.  If the page m has an empty PV list and we call
571  * pmap_delayed_invl_wait(), upon its return we know that no CPU has a
572  * valid mapping for the page m in either its page table or TLB.
573  *
574  * This function works by blocking until the global DI generation
575  * number catches up with the generation number associated with the
576  * given page m and its PV list.  Since this function's callers
577  * typically own an object lock and sometimes own a page lock, it
578  * cannot sleep.  Instead, it blocks on a turnstile to relinquish the
579  * processor.
580  */
581 static void
582 pmap_delayed_invl_wait(vm_page_t m)
583 {
584         struct turnstile *ts;
585         u_long *m_gen;
586 #ifdef PV_STATS
587         bool accounted = false;
588 #endif
589
590         m_gen = pmap_delayed_invl_genp(m);
591         while (*m_gen > pmap_invl_gen) {
592 #ifdef PV_STATS
593                 if (!accounted) {
594                         atomic_add_long(&invl_wait, 1);
595                         accounted = true;
596                 }
597 #endif
598                 ts = turnstile_trywait(&invl_gen_ts);
599                 if (*m_gen > pmap_invl_gen)
600                         turnstile_wait(ts, NULL, TS_SHARED_QUEUE);
601                 else
602                         turnstile_cancel(ts);
603         }
604 }
605
606 /*
607  * Mark the page m's PV list as participating in the current thread's
608  * DI block.  Any threads concurrently using m's PV list to remove or
609  * restrict all mappings to m will wait for the current thread's DI
610  * block to complete before proceeding.
611  *
612  * The function works by setting the DI generation number for m's PV
613  * list to at least the DI generation number of the current thread.
614  * This forces a caller of pmap_delayed_invl_wait() to block until
615  * current thread calls pmap_delayed_invl_finished().
616  */
617 static void
618 pmap_delayed_invl_page(vm_page_t m)
619 {
620         u_long gen, *m_gen;
621
622         rw_assert(VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), RA_WLOCKED);
623         gen = curthread->td_md.md_invl_gen.gen;
624         if (gen == 0)
625                 return;
626         m_gen = pmap_delayed_invl_genp(m);
627         if (*m_gen < gen)
628                 *m_gen = gen;
629 }
630
631 /*
632  * Crashdump maps.
633  */
634 static caddr_t crashdumpmap;
635
636 /*
637  * Internal flags for pmap_enter()'s helper functions.
638  */
639 #define PMAP_ENTER_NORECLAIM    0x1000000       /* Don't reclaim PV entries. */
640 #define PMAP_ENTER_NOREPLACE    0x2000000       /* Don't replace mappings. */
641
642 static void     free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc);
643 static void     free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv);
644 static pv_entry_t get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp);
645 static int      popcnt_pc_map_pq(uint64_t *map);
646 static vm_page_t reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp);
647 static void     reserve_pv_entries(pmap_t pmap, int needed,
648                     struct rwlock **lockp);
649 static void     pmap_pv_demote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
650                     struct rwlock **lockp);
651 static bool     pmap_pv_insert_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde,
652                     u_int flags, struct rwlock **lockp);
653 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
654 static void     pmap_pv_promote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
655                     struct rwlock **lockp);
656 #endif
657 static void     pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va);
658 static pv_entry_t pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap,
659                     vm_offset_t va);
660
661 static int pmap_change_attr_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode,
662     bool noflush);
663 static boolean_t pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va);
664 static boolean_t pmap_demote_pde_locked(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde,
665     vm_offset_t va, struct rwlock **lockp);
666 static boolean_t pmap_demote_pdpe(pmap_t pmap, pdp_entry_t *pdpe,
667     vm_offset_t va);
668 static bool     pmap_enter_2mpage(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
669                     vm_prot_t prot, struct rwlock **lockp);
670 static int      pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t newpde,
671                     u_int flags, vm_page_t m, struct rwlock **lockp);
672 static vm_page_t pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
673     vm_page_t m, vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp);
674 static void pmap_fill_ptp(pt_entry_t *firstpte, pt_entry_t newpte);
675 static int pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte);
676 static void pmap_invalidate_cache_range_selfsnoop(vm_offset_t sva,
677     vm_offset_t eva);
678 static void pmap_invalidate_cache_range_all(vm_offset_t sva,
679     vm_offset_t eva);
680 static void pmap_invalidate_pde_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
681                     pd_entry_t pde);
682 static void pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode);
683 static vm_page_t pmap_large_map_getptp_unlocked(void);
684 static void pmap_pde_attr(pd_entry_t *pde, int cache_bits, int mask);
685 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
686 static void pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
687     struct rwlock **lockp);
688 #endif
689 static boolean_t pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva,
690     vm_prot_t prot);
691 static void pmap_pte_attr(pt_entry_t *pte, int cache_bits, int mask);
692 static void pmap_pti_add_kva_locked(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
693     bool exec);
694 static pdp_entry_t *pmap_pti_pdpe(vm_offset_t va);
695 static pd_entry_t *pmap_pti_pde(vm_offset_t va);
696 static void pmap_pti_wire_pte(void *pte);
697 static int pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
698     struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
699 static int pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t sva,
700     pd_entry_t ptepde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
701 static vm_page_t pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
702 static void pmap_remove_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
703     struct spglist *free);
704 static bool     pmap_remove_ptes(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
705                     pd_entry_t *pde, struct spglist *free,
706                     struct rwlock **lockp);
707 static boolean_t pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
708     vm_page_t m, struct rwlock **lockp);
709 static void pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
710     pd_entry_t newpde);
711 static void pmap_update_pde_invalidate(pmap_t, vm_offset_t va, pd_entry_t pde);
712
713 static vm_page_t _pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex,
714                 struct rwlock **lockp);
715 static vm_page_t pmap_allocpde(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
716                 struct rwlock **lockp);
717 static vm_page_t pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
718                 struct rwlock **lockp);
719
720 static void _pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
721     struct spglist *free);
722 static int pmap_unuse_pt(pmap_t, vm_offset_t, pd_entry_t, struct spglist *);
723
724 /********************/
725 /* Inline functions */
726 /********************/
727
728 /* Return a non-clipped PD index for a given VA */
729 static __inline vm_pindex_t
730 pmap_pde_pindex(vm_offset_t va)
731 {
732         return (va >> PDRSHIFT);
733 }
734
735
736 /* Return a pointer to the PML4 slot that corresponds to a VA */
737 static __inline pml4_entry_t *
738 pmap_pml4e(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
739 {
740
741         return (&pmap->pm_pml4[pmap_pml4e_index(va)]);
742 }
743
744 /* Return a pointer to the PDP slot that corresponds to a VA */
745 static __inline pdp_entry_t *
746 pmap_pml4e_to_pdpe(pml4_entry_t *pml4e, vm_offset_t va)
747 {
748         pdp_entry_t *pdpe;
749
750         pdpe = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4e & PG_FRAME);
751         return (&pdpe[pmap_pdpe_index(va)]);
752 }
753
754 /* Return a pointer to the PDP slot that corresponds to a VA */
755 static __inline pdp_entry_t *
756 pmap_pdpe(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
757 {
758         pml4_entry_t *pml4e;
759         pt_entry_t PG_V;
760
761         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
762         pml4e = pmap_pml4e(pmap, va);
763         if ((*pml4e & PG_V) == 0)
764                 return (NULL);
765         return (pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, va));
766 }
767
768 /* Return a pointer to the PD slot that corresponds to a VA */
769 static __inline pd_entry_t *
770 pmap_pdpe_to_pde(pdp_entry_t *pdpe, vm_offset_t va)
771 {
772         pd_entry_t *pde;
773
774         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdpe & PG_FRAME);
775         return (&pde[pmap_pde_index(va)]);
776 }
777
778 /* Return a pointer to the PD slot that corresponds to a VA */
779 static __inline pd_entry_t *
780 pmap_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
781 {
782         pdp_entry_t *pdpe;
783         pt_entry_t PG_V;
784
785         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
786         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
787         if (pdpe == NULL || (*pdpe & PG_V) == 0)
788                 return (NULL);
789         return (pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va));
790 }
791
792 /* Return a pointer to the PT slot that corresponds to a VA */
793 static __inline pt_entry_t *
794 pmap_pde_to_pte(pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
795 {
796         pt_entry_t *pte;
797
798         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pde & PG_FRAME);
799         return (&pte[pmap_pte_index(va)]);
800 }
801
802 /* Return a pointer to the PT slot that corresponds to a VA */
803 static __inline pt_entry_t *
804 pmap_pte(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
805 {
806         pd_entry_t *pde;
807         pt_entry_t PG_V;
808
809         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
810         pde = pmap_pde(pmap, va);
811         if (pde == NULL || (*pde & PG_V) == 0)
812                 return (NULL);
813         if ((*pde & PG_PS) != 0)        /* compat with i386 pmap_pte() */
814                 return ((pt_entry_t *)pde);
815         return (pmap_pde_to_pte(pde, va));
816 }
817
818 static __inline void
819 pmap_resident_count_inc(pmap_t pmap, int count)
820 {
821
822         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
823         pmap->pm_stats.resident_count += count;
824 }
825
826 static __inline void
827 pmap_resident_count_dec(pmap_t pmap, int count)
828 {
829
830         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
831         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count >= count,
832             ("pmap %p resident count underflow %ld %d", pmap,
833             pmap->pm_stats.resident_count, count));
834         pmap->pm_stats.resident_count -= count;
835 }
836
837 PMAP_INLINE pt_entry_t *
838 vtopte(vm_offset_t va)
839 {
840         u_int64_t mask = ((1ul << (NPTEPGSHIFT + NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT)) - 1);
841
842         KASSERT(va >= VM_MAXUSER_ADDRESS, ("vtopte on a uva/gpa 0x%0lx", va));
843
844         return (PTmap + ((va >> PAGE_SHIFT) & mask));
845 }
846
847 static __inline pd_entry_t *
848 vtopde(vm_offset_t va)
849 {
850         u_int64_t mask = ((1ul << (NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT)) - 1);
851
852         KASSERT(va >= VM_MAXUSER_ADDRESS, ("vtopde on a uva/gpa 0x%0lx", va));
853
854         return (PDmap + ((va >> PDRSHIFT) & mask));
855 }
856
857 static u_int64_t
858 allocpages(vm_paddr_t *firstaddr, int n)
859 {
860         u_int64_t ret;
861
862         ret = *firstaddr;
863         bzero((void *)ret, n * PAGE_SIZE);
864         *firstaddr += n * PAGE_SIZE;
865         return (ret);
866 }
867
868 CTASSERT(powerof2(NDMPML4E));
869
870 /* number of kernel PDP slots */
871 #define NKPDPE(ptpgs)           howmany(ptpgs, NPDEPG)
872
873 static void
874 nkpt_init(vm_paddr_t addr)
875 {
876         int pt_pages;
877         
878 #ifdef NKPT
879         pt_pages = NKPT;
880 #else
881         pt_pages = howmany(addr, 1 << PDRSHIFT);
882         pt_pages += NKPDPE(pt_pages);
883
884         /*
885          * Add some slop beyond the bare minimum required for bootstrapping
886          * the kernel.
887          *
888          * This is quite important when allocating KVA for kernel modules.
889          * The modules are required to be linked in the negative 2GB of
890          * the address space.  If we run out of KVA in this region then
891          * pmap_growkernel() will need to allocate page table pages to map
892          * the entire 512GB of KVA space which is an unnecessary tax on
893          * physical memory.
894          *
895          * Secondly, device memory mapped as part of setting up the low-
896          * level console(s) is taken from KVA, starting at virtual_avail.
897          * This is because cninit() is called after pmap_bootstrap() but
898          * before vm_init() and pmap_init(). 20MB for a frame buffer is
899          * not uncommon.
900          */
901         pt_pages += 32;         /* 64MB additional slop. */
902 #endif
903         nkpt = pt_pages;
904 }
905
906 /*
907  * Returns the proper write/execute permission for a physical page that is
908  * part of the initial boot allocations.
909  *
910  * If the page has kernel text, it is marked as read-only. If the page has
911  * kernel read-only data, it is marked as read-only/not-executable. If the
912  * page has only read-write data, it is marked as read-write/not-executable.
913  * If the page is below/above the kernel range, it is marked as read-write.
914  *
915  * This function operates on 2M pages, since we map the kernel space that
916  * way.
917  *
918  * Note that this doesn't currently provide any protection for modules.
919  */
920 static inline pt_entry_t
921 bootaddr_rwx(vm_paddr_t pa)
922 {
923
924         /*
925          * Everything in the same 2M page as the start of the kernel
926          * should be static. On the other hand, things in the same 2M
927          * page as the end of the kernel could be read-write/executable,
928          * as the kernel image is not guaranteed to end on a 2M boundary.
929          */
930         if (pa < trunc_2mpage(btext - KERNBASE) ||
931            pa >= trunc_2mpage(_end - KERNBASE))
932                 return (X86_PG_RW);
933         /*
934          * The linker should ensure that the read-only and read-write
935          * portions don't share the same 2M page, so this shouldn't
936          * impact read-only data. However, in any case, any page with
937          * read-write data needs to be read-write.
938          */
939         if (pa >= trunc_2mpage(brwsection - KERNBASE))
940                 return (X86_PG_RW | pg_nx);
941         /*
942          * Mark any 2M page containing kernel text as read-only. Mark
943          * other pages with read-only data as read-only and not executable.
944          * (It is likely a small portion of the read-only data section will
945          * be marked as read-only, but executable. This should be acceptable
946          * since the read-only protection will keep the data from changing.)
947          * Note that fixups to the .text section will still work until we
948          * set CR0.WP.
949          */
950         if (pa < round_2mpage(etext - KERNBASE))
951                 return (0);
952         return (pg_nx);
953 }
954
955 static void
956 create_pagetables(vm_paddr_t *firstaddr)
957 {
958         int i, j, ndm1g, nkpdpe, nkdmpde;
959         pt_entry_t *pt_p;
960         pd_entry_t *pd_p;
961         pdp_entry_t *pdp_p;
962         pml4_entry_t *p4_p;
963         uint64_t DMPDkernphys;
964
965         /* Allocate page table pages for the direct map */
966         ndmpdp = howmany(ptoa(Maxmem), NBPDP);
967         if (ndmpdp < 4)         /* Minimum 4GB of dirmap */
968                 ndmpdp = 4;
969         ndmpdpphys = howmany(ndmpdp, NPDPEPG);
970         if (ndmpdpphys > NDMPML4E) {
971                 /*
972                  * Each NDMPML4E allows 512 GB, so limit to that,
973                  * and then readjust ndmpdp and ndmpdpphys.
974                  */
975                 printf("NDMPML4E limits system to %d GB\n", NDMPML4E * 512);
976                 Maxmem = atop(NDMPML4E * NBPML4);
977                 ndmpdpphys = NDMPML4E;
978                 ndmpdp = NDMPML4E * NPDEPG;
979         }
980         DMPDPphys = allocpages(firstaddr, ndmpdpphys);
981         ndm1g = 0;
982         if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0) {
983                 /*
984                  * Calculate the number of 1G pages that will fully fit in
985                  * Maxmem.
986                  */
987                 ndm1g = ptoa(Maxmem) >> PDPSHIFT;
988
989                 /*
990                  * Allocate 2M pages for the kernel. These will be used in
991                  * place of the first one or more 1G pages from ndm1g.
992                  */
993                 nkdmpde = howmany((vm_offset_t)(brwsection - KERNBASE), NBPDP);
994                 DMPDkernphys = allocpages(firstaddr, nkdmpde);
995         }
996         if (ndm1g < ndmpdp)
997                 DMPDphys = allocpages(firstaddr, ndmpdp - ndm1g);
998         dmaplimit = (vm_paddr_t)ndmpdp << PDPSHIFT;
999
1000         /* Allocate pages */
1001         KPML4phys = allocpages(firstaddr, 1);
1002         KPDPphys = allocpages(firstaddr, NKPML4E);
1003
1004         /*
1005          * Allocate the initial number of kernel page table pages required to
1006          * bootstrap.  We defer this until after all memory-size dependent
1007          * allocations are done (e.g. direct map), so that we don't have to
1008          * build in too much slop in our estimate.
1009          *
1010          * Note that when NKPML4E > 1, we have an empty page underneath
1011          * all but the KPML4I'th one, so we need NKPML4E-1 extra (zeroed)
1012          * pages.  (pmap_enter requires a PD page to exist for each KPML4E.)
1013          */
1014         nkpt_init(*firstaddr);
1015         nkpdpe = NKPDPE(nkpt);
1016
1017         KPTphys = allocpages(firstaddr, nkpt);
1018         KPDphys = allocpages(firstaddr, nkpdpe);
1019
1020         /* Fill in the underlying page table pages */
1021         /* XXX not fully used, underneath 2M pages */
1022         pt_p = (pt_entry_t *)KPTphys;
1023         for (i = 0; ptoa(i) < *firstaddr; i++)
1024                 pt_p[i] = ptoa(i) | X86_PG_V | pg_g | bootaddr_rwx(ptoa(i));
1025
1026         /* Now map the page tables at their location within PTmap */
1027         pd_p = (pd_entry_t *)KPDphys;
1028         for (i = 0; i < nkpt; i++)
1029                 pd_p[i] = (KPTphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW | X86_PG_V;
1030
1031         /* Map from zero to end of allocations under 2M pages */
1032         /* This replaces some of the KPTphys entries above */
1033         for (i = 0; (i << PDRSHIFT) < *firstaddr; i++)
1034                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
1035                 pd_p[i] = (i << PDRSHIFT) | X86_PG_V | PG_PS | pg_g |
1036                     X86_PG_M | X86_PG_A | bootaddr_rwx(i << PDRSHIFT);
1037
1038         /*
1039          * Because we map the physical blocks in 2M pages, adjust firstaddr
1040          * to record the physical blocks we've actually mapped into kernel
1041          * virtual address space.
1042          */
1043         *firstaddr = round_2mpage(*firstaddr);
1044
1045         /* And connect up the PD to the PDP (leaving room for L4 pages) */
1046         pdp_p = (pdp_entry_t *)(KPDPphys + ptoa(KPML4I - KPML4BASE));
1047         for (i = 0; i < nkpdpe; i++)
1048                 pdp_p[i + KPDPI] = (KPDphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW | X86_PG_V;
1049
1050         /*
1051          * Now, set up the direct map region using 2MB and/or 1GB pages.  If
1052          * the end of physical memory is not aligned to a 1GB page boundary,
1053          * then the residual physical memory is mapped with 2MB pages.  Later,
1054          * if pmap_mapdev{_attr}() uses the direct map for non-write-back
1055          * memory, pmap_change_attr() will demote any 2MB or 1GB page mappings
1056          * that are partially used. 
1057          */
1058         pd_p = (pd_entry_t *)DMPDphys;
1059         for (i = NPDEPG * ndm1g, j = 0; i < NPDEPG * ndmpdp; i++, j++) {
1060                 pd_p[j] = (vm_paddr_t)i << PDRSHIFT;
1061                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
1062                 pd_p[j] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_PS | pg_g |
1063                     X86_PG_M | X86_PG_A | pg_nx;
1064         }
1065         pdp_p = (pdp_entry_t *)DMPDPphys;
1066         for (i = 0; i < ndm1g; i++) {
1067                 pdp_p[i] = (vm_paddr_t)i << PDPSHIFT;
1068                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
1069                 pdp_p[i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_PS | pg_g |
1070                     X86_PG_M | X86_PG_A | pg_nx;
1071         }
1072         for (j = 0; i < ndmpdp; i++, j++) {
1073                 pdp_p[i] = DMPDphys + ptoa(j);
1074                 pdp_p[i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V;
1075         }
1076
1077         /*
1078          * Instead of using a 1G page for the memory containing the kernel,
1079          * use 2M pages with appropriate permissions. (If using 1G pages,
1080          * this will partially overwrite the PDPEs above.)
1081          */
1082         if (ndm1g) {
1083                 pd_p = (pd_entry_t *)DMPDkernphys;
1084                 for (i = 0; i < (NPDEPG * nkdmpde); i++)
1085                         pd_p[i] = (i << PDRSHIFT) | X86_PG_V | PG_PS | pg_g |
1086                             X86_PG_M | X86_PG_A | pg_nx |
1087                             bootaddr_rwx(i << PDRSHIFT);
1088                 for (i = 0; i < nkdmpde; i++)
1089                         pdp_p[i] = (DMPDkernphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW |
1090                             X86_PG_V;
1091         }
1092
1093         /* And recursively map PML4 to itself in order to get PTmap */
1094         p4_p = (pml4_entry_t *)KPML4phys;
1095         p4_p[PML4PML4I] = KPML4phys;
1096         p4_p[PML4PML4I] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
1097
1098         /* Connect the Direct Map slot(s) up to the PML4. */
1099         for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++) {
1100                 p4_p[DMPML4I + i] = DMPDPphys + ptoa(i);
1101                 p4_p[DMPML4I + i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V;
1102         }
1103
1104         /* Connect the KVA slots up to the PML4 */
1105         for (i = 0; i < NKPML4E; i++) {
1106                 p4_p[KPML4BASE + i] = KPDPphys + ptoa(i);
1107                 p4_p[KPML4BASE + i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V;
1108         }
1109 }
1110
1111 /*
1112  *      Bootstrap the system enough to run with virtual memory.
1113  *
1114  *      On amd64 this is called after mapping has already been enabled
1115  *      and just syncs the pmap module with what has already been done.
1116  *      [We can't call it easily with mapping off since the kernel is not
1117  *      mapped with PA == VA, hence we would have to relocate every address
1118  *      from the linked base (virtual) address "KERNBASE" to the actual
1119  *      (physical) address starting relative to 0]
1120  */
1121 void
1122 pmap_bootstrap(vm_paddr_t *firstaddr)
1123 {
1124         vm_offset_t va;
1125         pt_entry_t *pte;
1126         uint64_t cr4;
1127         u_long res;
1128         int i;
1129
1130         KERNend = *firstaddr;
1131         res = atop(KERNend - (vm_paddr_t)kernphys);
1132
1133         if (!pti)
1134                 pg_g = X86_PG_G;
1135
1136         /*
1137          * Create an initial set of page tables to run the kernel in.
1138          */
1139         create_pagetables(firstaddr);
1140
1141         /*
1142          * Add a physical memory segment (vm_phys_seg) corresponding to the
1143          * preallocated kernel page table pages so that vm_page structures
1144          * representing these pages will be created.  The vm_page structures
1145          * are required for promotion of the corresponding kernel virtual
1146          * addresses to superpage mappings.
1147          */
1148         vm_phys_add_seg(KPTphys, KPTphys + ptoa(nkpt));
1149
1150         virtual_avail = (vm_offset_t) KERNBASE + *firstaddr;
1151         virtual_end = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS;
1152
1153         /*
1154          * Enable PG_G global pages, then switch to the kernel page
1155          * table from the bootstrap page table.  After the switch, it
1156          * is possible to enable SMEP and SMAP since PG_U bits are
1157          * correct now.
1158          */
1159         cr4 = rcr4();
1160         cr4 |= CR4_PGE;
1161         load_cr4(cr4);
1162         load_cr3(KPML4phys);
1163         if (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_SMEP)
1164                 cr4 |= CR4_SMEP;
1165         if (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_SMAP)
1166                 cr4 |= CR4_SMAP;
1167         load_cr4(cr4);
1168
1169         /*
1170          * Initialize the kernel pmap (which is statically allocated).
1171          * Count bootstrap data as being resident in case any of this data is
1172          * later unmapped (using pmap_remove()) and freed.
1173          */
1174         PMAP_LOCK_INIT(kernel_pmap);
1175         kernel_pmap->pm_pml4 = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(KPML4phys);
1176         kernel_pmap->pm_cr3 = KPML4phys;
1177         kernel_pmap->pm_ucr3 = PMAP_NO_CR3;
1178         CPU_FILL(&kernel_pmap->pm_active);      /* don't allow deactivation */
1179         TAILQ_INIT(&kernel_pmap->pm_pvchunk);
1180         kernel_pmap->pm_stats.resident_count = res;
1181         kernel_pmap->pm_flags = pmap_flags;
1182
1183         /*
1184          * Initialize the TLB invalidations generation number lock.
1185          */
1186         mtx_init(&invl_gen_mtx, "invlgn", NULL, MTX_DEF);
1187
1188         /*
1189          * Reserve some special page table entries/VA space for temporary
1190          * mapping of pages.
1191          */
1192 #define SYSMAP(c, p, v, n)      \
1193         v = (c)va; va += ((n)*PAGE_SIZE); p = pte; pte += (n);
1194
1195         va = virtual_avail;
1196         pte = vtopte(va);
1197
1198         /*
1199          * Crashdump maps.  The first page is reused as CMAP1 for the
1200          * memory test.
1201          */
1202         SYSMAP(caddr_t, CMAP1, crashdumpmap, MAXDUMPPGS)
1203         CADDR1 = crashdumpmap;
1204
1205         virtual_avail = va;
1206
1207         /*
1208          * Initialize the PAT MSR.
1209          * pmap_init_pat() clears and sets CR4_PGE, which, as a
1210          * side-effect, invalidates stale PG_G TLB entries that might
1211          * have been created in our pre-boot environment.
1212          */
1213         pmap_init_pat();
1214
1215         /* Initialize TLB Context Id. */
1216         if (pmap_pcid_enabled) {
1217                 for (i = 0; i < MAXCPU; i++) {
1218                         kernel_pmap->pm_pcids[i].pm_pcid = PMAP_PCID_KERN;
1219                         kernel_pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 1;
1220                 }
1221
1222                 /*
1223                  * PMAP_PCID_KERN + 1 is used for initialization of
1224                  * proc0 pmap.  The pmap' pcid state might be used by
1225                  * EFIRT entry before first context switch, so it
1226                  * needs to be valid.
1227                  */
1228                 PCPU_SET(pcid_next, PMAP_PCID_KERN + 2);
1229                 PCPU_SET(pcid_gen, 1);
1230
1231                 /*
1232                  * pcpu area for APs is zeroed during AP startup.
1233                  * pc_pcid_next and pc_pcid_gen are initialized by AP
1234                  * during pcpu setup.
1235                  */
1236                 load_cr4(rcr4() | CR4_PCIDE);
1237         }
1238 }
1239
1240 /*
1241  * Setup the PAT MSR.
1242  */
1243 void
1244 pmap_init_pat(void)
1245 {
1246         uint64_t pat_msr;
1247         u_long cr0, cr4;
1248         int i;
1249
1250         /* Bail if this CPU doesn't implement PAT. */
1251         if ((cpu_feature & CPUID_PAT) == 0)
1252                 panic("no PAT??");
1253
1254         /* Set default PAT index table. */
1255         for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
1256                 pat_index[i] = -1;
1257         pat_index[PAT_WRITE_BACK] = 0;
1258         pat_index[PAT_WRITE_THROUGH] = 1;
1259         pat_index[PAT_UNCACHEABLE] = 3;
1260         pat_index[PAT_WRITE_COMBINING] = 6;
1261         pat_index[PAT_WRITE_PROTECTED] = 5;
1262         pat_index[PAT_UNCACHED] = 2;
1263
1264         /*
1265          * Initialize default PAT entries.
1266          * Leave the indices 0-3 at the default of WB, WT, UC-, and UC.
1267          * Program 5 and 6 as WP and WC.
1268          *
1269          * Leave 4 and 7 as WB and UC.  Note that a recursive page table
1270          * mapping for a 2M page uses a PAT value with the bit 3 set due
1271          * to its overload with PG_PS.
1272          */
1273         pat_msr = PAT_VALUE(0, PAT_WRITE_BACK) |
1274             PAT_VALUE(1, PAT_WRITE_THROUGH) |
1275             PAT_VALUE(2, PAT_UNCACHED) |
1276             PAT_VALUE(3, PAT_UNCACHEABLE) |
1277             PAT_VALUE(4, PAT_WRITE_BACK) |
1278             PAT_VALUE(5, PAT_WRITE_PROTECTED) |
1279             PAT_VALUE(6, PAT_WRITE_COMBINING) |
1280             PAT_VALUE(7, PAT_UNCACHEABLE);
1281
1282         /* Disable PGE. */
1283         cr4 = rcr4();
1284         load_cr4(cr4 & ~CR4_PGE);
1285
1286         /* Disable caches (CD = 1, NW = 0). */
1287         cr0 = rcr0();
1288         load_cr0((cr0 & ~CR0_NW) | CR0_CD);
1289
1290         /* Flushes caches and TLBs. */
1291         wbinvd();
1292         invltlb();
1293
1294         /* Update PAT and index table. */
1295         wrmsr(MSR_PAT, pat_msr);
1296
1297         /* Flush caches and TLBs again. */
1298         wbinvd();
1299         invltlb();
1300
1301         /* Restore caches and PGE. */
1302         load_cr0(cr0);
1303         load_cr4(cr4);
1304 }
1305
1306 /*
1307  *      Initialize a vm_page's machine-dependent fields.
1308  */
1309 void
1310 pmap_page_init(vm_page_t m)
1311 {
1312
1313         TAILQ_INIT(&m->md.pv_list);
1314         m->md.pat_mode = PAT_WRITE_BACK;
1315 }
1316
1317 /*
1318  *      Initialize the pmap module.
1319  *      Called by vm_init, to initialize any structures that the pmap
1320  *      system needs to map virtual memory.
1321  */
1322 void
1323 pmap_init(void)
1324 {
1325         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
1326         vm_page_t m, mpte;
1327         vm_size_t s;
1328         int error, i, pv_npg, ret, skz63;
1329
1330         /* L1TF, reserve page @0 unconditionally */
1331         vm_page_blacklist_add(0, bootverbose);
1332
1333         /* Detect bare-metal Skylake Server and Skylake-X. */
1334         if (vm_guest == VM_GUEST_NO && cpu_vendor_id == CPU_VENDOR_INTEL &&
1335             CPUID_TO_FAMILY(cpu_id) == 0x6 && CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x55) {
1336                 /*
1337                  * Skylake-X errata SKZ63. Processor May Hang When
1338                  * Executing Code In an HLE Transaction Region between
1339                  * 40000000H and 403FFFFFH.
1340                  *
1341                  * Mark the pages in the range as preallocated.  It
1342                  * seems to be impossible to distinguish between
1343                  * Skylake Server and Skylake X.
1344                  */
1345                 skz63 = 1;
1346                 TUNABLE_INT_FETCH("hw.skz63_enable", &skz63);
1347                 if (skz63 != 0) {
1348                         if (bootverbose)
1349                                 printf("SKZ63: skipping 4M RAM starting "
1350                                     "at physical 1G\n");
1351                         for (i = 0; i < atop(0x400000); i++) {
1352                                 ret = vm_page_blacklist_add(0x40000000 +
1353                                     ptoa(i), FALSE);
1354                                 if (!ret && bootverbose)
1355                                         printf("page at %#lx already used\n",
1356                                             0x40000000 + ptoa(i));
1357                         }
1358                 }
1359         }
1360
1361         /*
1362          * Initialize the vm page array entries for the kernel pmap's
1363          * page table pages.
1364          */ 
1365         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
1366         for (i = 0; i < nkpt; i++) {
1367                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(KPTphys + (i << PAGE_SHIFT));
1368                 KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
1369                     mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
1370                     ("pmap_init: page table page is out of range"));
1371                 mpte->pindex = pmap_pde_pindex(KERNBASE) + i;
1372                 mpte->phys_addr = KPTphys + (i << PAGE_SHIFT);
1373                 mpte->wire_count = 1;
1374                 if (i << PDRSHIFT < KERNend &&
1375                     pmap_insert_pt_page(kernel_pmap, mpte))
1376                         panic("pmap_init: pmap_insert_pt_page failed");
1377         }
1378         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
1379         vm_wire_add(nkpt);
1380
1381         /*
1382          * If the kernel is running on a virtual machine, then it must assume
1383          * that MCA is enabled by the hypervisor.  Moreover, the kernel must
1384          * be prepared for the hypervisor changing the vendor and family that
1385          * are reported by CPUID.  Consequently, the workaround for AMD Family
1386          * 10h Erratum 383 is enabled if the processor's feature set does not
1387          * include at least one feature that is only supported by older Intel
1388          * or newer AMD processors.
1389          */
1390         if (vm_guest != VM_GUEST_NO && (cpu_feature & CPUID_SS) == 0 &&
1391             (cpu_feature2 & (CPUID2_SSSE3 | CPUID2_SSE41 | CPUID2_AESNI |
1392             CPUID2_AVX | CPUID2_XSAVE)) == 0 && (amd_feature2 & (AMDID2_XOP |
1393             AMDID2_FMA4)) == 0)
1394                 workaround_erratum383 = 1;
1395
1396         /*
1397          * Are large page mappings enabled?
1398          */
1399         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.pg_ps_enabled", &pg_ps_enabled);
1400         if (pg_ps_enabled) {
1401                 KASSERT(MAXPAGESIZES > 1 && pagesizes[1] == 0,
1402                     ("pmap_init: can't assign to pagesizes[1]"));
1403                 pagesizes[1] = NBPDR;
1404         }
1405
1406         /*
1407          * Initialize the pv chunk list mutex.
1408          */
1409         mtx_init(&pv_chunks_mutex, "pmap pv chunk list", NULL, MTX_DEF);
1410
1411         /*
1412          * Initialize the pool of pv list locks.
1413          */
1414         for (i = 0; i < NPV_LIST_LOCKS; i++)
1415                 rw_init(&pv_list_locks[i], "pmap pv list");
1416
1417         /*
1418          * Calculate the size of the pv head table for superpages.
1419          */
1420         pv_npg = howmany(vm_phys_segs[vm_phys_nsegs - 1].end, NBPDR);
1421
1422         /*
1423          * Allocate memory for the pv head table for superpages.
1424          */
1425         s = (vm_size_t)(pv_npg * sizeof(struct md_page));
1426         s = round_page(s);
1427         pv_table = (struct md_page *)kmem_malloc(s, M_WAITOK | M_ZERO);
1428         for (i = 0; i < pv_npg; i++)
1429                 TAILQ_INIT(&pv_table[i].pv_list);
1430         TAILQ_INIT(&pv_dummy.pv_list);
1431
1432         pmap_initialized = 1;
1433         for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
1434                 ppim = pmap_preinit_mapping + i;
1435                 if (ppim->va == 0)
1436                         continue;
1437                 /* Make the direct map consistent */
1438                 if (ppim->pa < dmaplimit && ppim->pa + ppim->sz <= dmaplimit) {
1439                         (void)pmap_change_attr(PHYS_TO_DMAP(ppim->pa),
1440                             ppim->sz, ppim->mode);
1441                 }
1442                 if (!bootverbose)
1443                         continue;
1444                 printf("PPIM %u: PA=%#lx, VA=%#lx, size=%#lx, mode=%#x\n", i,
1445                     ppim->pa, ppim->va, ppim->sz, ppim->mode);
1446         }
1447
1448         mtx_init(&qframe_mtx, "qfrmlk", NULL, MTX_SPIN);
1449         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE, M_BESTFIT | M_WAITOK,
1450             (vmem_addr_t *)&qframe);
1451         if (error != 0)
1452                 panic("qframe allocation failed");
1453
1454         lm_ents = 8;
1455         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.large_map_pml4_entries", &lm_ents);
1456         if (lm_ents > LMEPML4I - LMSPML4I + 1)
1457                 lm_ents = LMEPML4I - LMSPML4I + 1;
1458         if (bootverbose)
1459                 printf("pmap: large map %u PML4 slots (%lu Gb)\n",
1460                     lm_ents, (u_long)lm_ents * (NBPML4 / 1024 / 1024 / 1024));
1461         if (lm_ents != 0) {
1462                 large_vmem = vmem_create("large", LARGEMAP_MIN_ADDRESS,
1463                     (vmem_size_t)lm_ents * NBPML4, PAGE_SIZE, 0, M_WAITOK);
1464                 if (large_vmem == NULL) {
1465                         printf("pmap: cannot create large map\n");
1466                         lm_ents = 0;
1467                 }
1468                 for (i = 0; i < lm_ents; i++) {
1469                         m = pmap_large_map_getptp_unlocked();
1470                         kernel_pmap->pm_pml4[LMSPML4I + i] = X86_PG_V |
1471                             X86_PG_RW | X86_PG_A | X86_PG_M | pg_nx |
1472                             VM_PAGE_TO_PHYS(m);
1473                 }
1474         }
1475 }
1476
1477 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, pde, CTLFLAG_RD, 0,
1478     "2MB page mapping counters");
1479
1480 static u_long pmap_pde_demotions;
1481 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
1482     &pmap_pde_demotions, 0, "2MB page demotions");
1483
1484 static u_long pmap_pde_mappings;
1485 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, mappings, CTLFLAG_RD,
1486     &pmap_pde_mappings, 0, "2MB page mappings");
1487
1488 static u_long pmap_pde_p_failures;
1489 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, p_failures, CTLFLAG_RD,
1490     &pmap_pde_p_failures, 0, "2MB page promotion failures");
1491
1492 static u_long pmap_pde_promotions;
1493 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, promotions, CTLFLAG_RD,
1494     &pmap_pde_promotions, 0, "2MB page promotions");
1495
1496 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, pdpe, CTLFLAG_RD, 0,
1497     "1GB page mapping counters");
1498
1499 static u_long pmap_pdpe_demotions;
1500 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pdpe, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
1501     &pmap_pdpe_demotions, 0, "1GB page demotions");
1502
1503 /***************************************************
1504  * Low level helper routines.....
1505  ***************************************************/
1506
1507 static pt_entry_t
1508 pmap_swap_pat(pmap_t pmap, pt_entry_t entry)
1509 {
1510         int x86_pat_bits = X86_PG_PTE_PAT | X86_PG_PDE_PAT;
1511
1512         switch (pmap->pm_type) {
1513         case PT_X86:
1514         case PT_RVI:
1515                 /* Verify that both PAT bits are not set at the same time */
1516                 KASSERT((entry & x86_pat_bits) != x86_pat_bits,
1517                     ("Invalid PAT bits in entry %#lx", entry));
1518
1519                 /* Swap the PAT bits if one of them is set */
1520                 if ((entry & x86_pat_bits) != 0)
1521                         entry ^= x86_pat_bits;
1522                 break;
1523         case PT_EPT:
1524                 /*
1525                  * Nothing to do - the memory attributes are represented
1526                  * the same way for regular pages and superpages.
1527                  */
1528                 break;
1529         default:
1530                 panic("pmap_switch_pat_bits: bad pm_type %d", pmap->pm_type);
1531         }
1532
1533         return (entry);
1534 }
1535
1536 boolean_t
1537 pmap_is_valid_memattr(pmap_t pmap __unused, vm_memattr_t mode)
1538 {
1539
1540         return (mode >= 0 && mode < PAT_INDEX_SIZE &&
1541             pat_index[(int)mode] >= 0);
1542 }
1543
1544 /*
1545  * Determine the appropriate bits to set in a PTE or PDE for a specified
1546  * caching mode.
1547  */
1548 int
1549 pmap_cache_bits(pmap_t pmap, int mode, boolean_t is_pde)
1550 {
1551         int cache_bits, pat_flag, pat_idx;
1552
1553         if (!pmap_is_valid_memattr(pmap, mode))
1554                 panic("Unknown caching mode %d\n", mode);
1555
1556         switch (pmap->pm_type) {
1557         case PT_X86:
1558         case PT_RVI:
1559                 /* The PAT bit is different for PTE's and PDE's. */
1560                 pat_flag = is_pde ? X86_PG_PDE_PAT : X86_PG_PTE_PAT;
1561
1562                 /* Map the caching mode to a PAT index. */
1563                 pat_idx = pat_index[mode];
1564
1565                 /* Map the 3-bit index value into the PAT, PCD, and PWT bits. */
1566                 cache_bits = 0;
1567                 if (pat_idx & 0x4)
1568                         cache_bits |= pat_flag;
1569                 if (pat_idx & 0x2)
1570                         cache_bits |= PG_NC_PCD;
1571                 if (pat_idx & 0x1)
1572                         cache_bits |= PG_NC_PWT;
1573                 break;
1574
1575         case PT_EPT:
1576                 cache_bits = EPT_PG_IGNORE_PAT | EPT_PG_MEMORY_TYPE(mode);
1577                 break;
1578
1579         default:
1580                 panic("unsupported pmap type %d", pmap->pm_type);
1581         }
1582
1583         return (cache_bits);
1584 }
1585
1586 static int
1587 pmap_cache_mask(pmap_t pmap, boolean_t is_pde)
1588 {
1589         int mask;
1590
1591         switch (pmap->pm_type) {
1592         case PT_X86:
1593         case PT_RVI:
1594                 mask = is_pde ? X86_PG_PDE_CACHE : X86_PG_PTE_CACHE;
1595                 break;
1596         case PT_EPT:
1597                 mask = EPT_PG_IGNORE_PAT | EPT_PG_MEMORY_TYPE(0x7);
1598                 break;
1599         default:
1600                 panic("pmap_cache_mask: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
1601         }
1602
1603         return (mask);
1604 }
1605
1606 bool
1607 pmap_ps_enabled(pmap_t pmap)
1608 {
1609
1610         return (pg_ps_enabled && (pmap->pm_flags & PMAP_PDE_SUPERPAGE) != 0);
1611 }
1612
1613 static void
1614 pmap_update_pde_store(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
1615 {
1616
1617         switch (pmap->pm_type) {
1618         case PT_X86:
1619                 break;
1620         case PT_RVI:
1621         case PT_EPT:
1622                 /*
1623                  * XXX
1624                  * This is a little bogus since the generation number is
1625                  * supposed to be bumped up when a region of the address
1626                  * space is invalidated in the page tables.
1627                  *
1628                  * In this case the old PDE entry is valid but yet we want
1629                  * to make sure that any mappings using the old entry are
1630                  * invalidated in the TLB.
1631                  *
1632                  * The reason this works as expected is because we rendezvous
1633                  * "all" host cpus and force any vcpu context to exit as a
1634                  * side-effect.
1635                  */
1636                 atomic_add_acq_long(&pmap->pm_eptgen, 1);
1637                 break;
1638         default:
1639                 panic("pmap_update_pde_store: bad pm_type %d", pmap->pm_type);
1640         }
1641         pde_store(pde, newpde);
1642 }
1643
1644 /*
1645  * After changing the page size for the specified virtual address in the page
1646  * table, flush the corresponding entries from the processor's TLB.  Only the
1647  * calling processor's TLB is affected.
1648  *
1649  * The calling thread must be pinned to a processor.
1650  */
1651 static void
1652 pmap_update_pde_invalidate(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t newpde)
1653 {
1654         pt_entry_t PG_G;
1655
1656         if (pmap_type_guest(pmap))
1657                 return;
1658
1659         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
1660             ("pmap_update_pde_invalidate: invalid type %d", pmap->pm_type));
1661
1662         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
1663
1664         if ((newpde & PG_PS) == 0)
1665                 /* Demotion: flush a specific 2MB page mapping. */
1666                 invlpg(va);
1667         else if ((newpde & PG_G) == 0)
1668                 /*
1669                  * Promotion: flush every 4KB page mapping from the TLB
1670                  * because there are too many to flush individually.
1671                  */
1672                 invltlb();
1673         else {
1674                 /*
1675                  * Promotion: flush every 4KB page mapping from the TLB,
1676                  * including any global (PG_G) mappings.
1677                  */
1678                 invltlb_glob();
1679         }
1680 }
1681 #ifdef SMP
1682
1683 /*
1684  * For SMP, these functions have to use the IPI mechanism for coherence.
1685  *
1686  * N.B.: Before calling any of the following TLB invalidation functions,
1687  * the calling processor must ensure that all stores updating a non-
1688  * kernel page table are globally performed.  Otherwise, another
1689  * processor could cache an old, pre-update entry without being
1690  * invalidated.  This can happen one of two ways: (1) The pmap becomes
1691  * active on another processor after its pm_active field is checked by
1692  * one of the following functions but before a store updating the page
1693  * table is globally performed. (2) The pmap becomes active on another
1694  * processor before its pm_active field is checked but due to
1695  * speculative loads one of the following functions stills reads the
1696  * pmap as inactive on the other processor.
1697  * 
1698  * The kernel page table is exempt because its pm_active field is
1699  * immutable.  The kernel page table is always active on every
1700  * processor.
1701  */
1702
1703 /*
1704  * Interrupt the cpus that are executing in the guest context.
1705  * This will force the vcpu to exit and the cached EPT mappings
1706  * will be invalidated by the host before the next vmresume.
1707  */
1708 static __inline void
1709 pmap_invalidate_ept(pmap_t pmap)
1710 {
1711         int ipinum;
1712
1713         sched_pin();
1714         KASSERT(!CPU_ISSET(curcpu, &pmap->pm_active),
1715             ("pmap_invalidate_ept: absurd pm_active"));
1716
1717         /*
1718          * The TLB mappings associated with a vcpu context are not
1719          * flushed each time a different vcpu is chosen to execute.
1720          *
1721          * This is in contrast with a process's vtop mappings that
1722          * are flushed from the TLB on each context switch.
1723          *
1724          * Therefore we need to do more than just a TLB shootdown on
1725          * the active cpus in 'pmap->pm_active'. To do this we keep
1726          * track of the number of invalidations performed on this pmap.
1727          *
1728          * Each vcpu keeps a cache of this counter and compares it
1729          * just before a vmresume. If the counter is out-of-date an
1730          * invept will be done to flush stale mappings from the TLB.
1731          */
1732         atomic_add_acq_long(&pmap->pm_eptgen, 1);
1733
1734         /*
1735          * Force the vcpu to exit and trap back into the hypervisor.
1736          */
1737         ipinum = pmap->pm_flags & PMAP_NESTED_IPIMASK;
1738         ipi_selected(pmap->pm_active, ipinum);
1739         sched_unpin();
1740 }
1741
1742 static cpuset_t
1743 pmap_invalidate_cpu_mask(pmap_t pmap)
1744 {
1745
1746         return (pmap == kernel_pmap ? all_cpus : pmap->pm_active);
1747 }
1748
1749 static inline void
1750 pmap_invalidate_page_pcid(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
1751     const bool invpcid_works1)
1752 {
1753         struct invpcid_descr d;
1754         uint64_t kcr3, ucr3;
1755         uint32_t pcid;
1756         u_int cpuid, i;
1757
1758         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1759         if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
1760                 if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
1761                         /*
1762                          * Because pm_pcid is recalculated on a
1763                          * context switch, we must disable switching.
1764                          * Otherwise, we might use a stale value
1765                          * below.
1766                          */
1767                         critical_enter();
1768                         pcid = pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
1769                         if (invpcid_works1) {
1770                                 d.pcid = pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
1771                                 d.pad = 0;
1772                                 d.addr = va;
1773                                 invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
1774                         } else {
1775                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pcid | CR3_PCID_SAVE;
1776                                 ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pcid |
1777                                     PMAP_PCID_USER_PT | CR3_PCID_SAVE;
1778                                 pmap_pti_pcid_invlpg(ucr3, kcr3, va);
1779                         }
1780                         critical_exit();
1781                 }
1782         } else
1783                 pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = 0;
1784
1785         CPU_FOREACH(i) {
1786                 if (cpuid != i)
1787                         pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
1788         }
1789
1790         /*
1791          * The fence is between stores to pm_gen and the read of the
1792          * pm_active mask.  We need to ensure that it is impossible
1793          * for us to miss the bit update in pm_active and
1794          * simultaneously observe a non-zero pm_gen in
1795          * pmap_activate_sw(), otherwise TLB update is missed.
1796          * Without the fence, IA32 allows such an outcome.  Note that
1797          * pm_active is updated by a locked operation, which provides
1798          * the reciprocal fence.
1799          */
1800         atomic_thread_fence_seq_cst();
1801 }
1802
1803 static void
1804 pmap_invalidate_page_pcid_invpcid(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1805 {
1806
1807         pmap_invalidate_page_pcid(pmap, va, true);
1808 }
1809
1810 static void
1811 pmap_invalidate_page_pcid_noinvpcid(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1812 {
1813
1814         pmap_invalidate_page_pcid(pmap, va, false);
1815 }
1816
1817 static void
1818 pmap_invalidate_page_nopcid(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1819 {
1820 }
1821
1822 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_invalidate_page_mode, (pmap_t, vm_offset_t),
1823     static)
1824 {
1825
1826         if (pmap_pcid_enabled)
1827                 return (invpcid_works ? pmap_invalidate_page_pcid_invpcid :
1828                     pmap_invalidate_page_pcid_noinvpcid);
1829         return (pmap_invalidate_page_nopcid);
1830 }
1831
1832 void
1833 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1834 {
1835
1836         if (pmap_type_guest(pmap)) {
1837                 pmap_invalidate_ept(pmap);
1838                 return;
1839         }
1840
1841         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
1842             ("pmap_invalidate_page: invalid type %d", pmap->pm_type));
1843
1844         sched_pin();
1845         if (pmap == kernel_pmap) {
1846                 invlpg(va);
1847         } else {
1848                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap))
1849                         invlpg(va);
1850                 pmap_invalidate_page_mode(pmap, va);
1851         }
1852         smp_masked_invlpg(pmap_invalidate_cpu_mask(pmap), va, pmap);
1853         sched_unpin();
1854 }
1855
1856 /* 4k PTEs -- Chosen to exceed the total size of Broadwell L2 TLB */
1857 #define PMAP_INVLPG_THRESHOLD   (4 * 1024 * PAGE_SIZE)
1858
1859 static void
1860 pmap_invalidate_range_pcid(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
1861     const bool invpcid_works1)
1862 {
1863         struct invpcid_descr d;
1864         uint64_t kcr3, ucr3;
1865         uint32_t pcid;
1866         u_int cpuid, i;
1867
1868         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1869         if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
1870                 if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
1871                         critical_enter();
1872                         pcid = pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
1873                         if (invpcid_works1) {
1874                                 d.pcid = pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
1875                                 d.pad = 0;
1876                                 d.addr = sva;
1877                                 for (; d.addr < eva; d.addr += PAGE_SIZE)
1878                                         invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
1879                         } else {
1880                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pcid | CR3_PCID_SAVE;
1881                                 ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pcid |
1882                                     PMAP_PCID_USER_PT | CR3_PCID_SAVE;
1883                                 pmap_pti_pcid_invlrng(ucr3, kcr3, sva, eva);
1884                         }
1885                         critical_exit();
1886                 }
1887         } else
1888                 pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = 0;
1889
1890         CPU_FOREACH(i) {
1891                 if (cpuid != i)
1892                         pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
1893         }
1894         /* See the comment in pmap_invalidate_page_pcid(). */
1895         atomic_thread_fence_seq_cst();
1896 }
1897
1898 static void
1899 pmap_invalidate_range_pcid_invpcid(pmap_t pmap, vm_offset_t sva,
1900     vm_offset_t eva)
1901 {
1902
1903         pmap_invalidate_range_pcid(pmap, sva, eva, true);
1904 }
1905
1906 static void
1907 pmap_invalidate_range_pcid_noinvpcid(pmap_t pmap, vm_offset_t sva,
1908     vm_offset_t eva)
1909 {
1910
1911         pmap_invalidate_range_pcid(pmap, sva, eva, false);
1912 }
1913
1914 static void
1915 pmap_invalidate_range_nopcid(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
1916 {
1917 }
1918
1919 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_invalidate_range_mode, (pmap_t, vm_offset_t,
1920     vm_offset_t), static)
1921 {
1922
1923         if (pmap_pcid_enabled)
1924                 return (invpcid_works ? pmap_invalidate_range_pcid_invpcid :
1925                     pmap_invalidate_range_pcid_noinvpcid);
1926         return (pmap_invalidate_range_nopcid);
1927 }
1928
1929 void
1930 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
1931 {
1932         vm_offset_t addr;
1933
1934         if (eva - sva >= PMAP_INVLPG_THRESHOLD) {
1935                 pmap_invalidate_all(pmap);
1936                 return;
1937         }
1938
1939         if (pmap_type_guest(pmap)) {
1940                 pmap_invalidate_ept(pmap);
1941                 return;
1942         }
1943
1944         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
1945             ("pmap_invalidate_range: invalid type %d", pmap->pm_type));
1946
1947         sched_pin();
1948         if (pmap == kernel_pmap) {
1949                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
1950                         invlpg(addr);
1951         } else {
1952                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
1953                         for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
1954                                 invlpg(addr);
1955                 }
1956                 pmap_invalidate_range_mode(pmap, sva, eva);
1957         }
1958         smp_masked_invlpg_range(pmap_invalidate_cpu_mask(pmap), sva, eva, pmap);
1959         sched_unpin();
1960 }
1961
1962 static inline void
1963 pmap_invalidate_all_pcid(pmap_t pmap, bool invpcid_works1)
1964 {
1965         struct invpcid_descr d;
1966         uint64_t kcr3, ucr3;
1967         uint32_t pcid;
1968         u_int cpuid, i;
1969
1970         if (pmap == kernel_pmap) {
1971                 if (invpcid_works1) {
1972                         bzero(&d, sizeof(d));
1973                         invpcid(&d, INVPCID_CTXGLOB);
1974                 } else {
1975                         invltlb_glob();
1976                 }
1977         } else {
1978                 cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1979                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
1980                         critical_enter();
1981                         pcid = pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
1982                         if (invpcid_works1) {
1983                                 d.pcid = pcid;
1984                                 d.pad = 0;
1985                                 d.addr = 0;
1986                                 invpcid(&d, INVPCID_CTX);
1987                                 if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
1988                                         d.pcid |= PMAP_PCID_USER_PT;
1989                                         invpcid(&d, INVPCID_CTX);
1990                                 }
1991                         } else {
1992                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pcid;
1993                                 ucr3 = pmap->pm_ucr3;
1994                                 if (ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
1995                                         ucr3 |= pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
1996                                         pmap_pti_pcid_invalidate(ucr3, kcr3);
1997                                 } else {
1998                                         load_cr3(kcr3);
1999                                 }
2000                         }
2001                         critical_exit();
2002                 } else
2003                         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = 0;
2004                 CPU_FOREACH(i) {
2005                         if (cpuid != i)
2006                                 pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
2007                 }
2008         }
2009         /* See the comment in pmap_invalidate_page_pcid(). */
2010         atomic_thread_fence_seq_cst();
2011 }
2012
2013 static void
2014 pmap_invalidate_all_pcid_invpcid(pmap_t pmap)
2015 {
2016
2017         pmap_invalidate_all_pcid(pmap, true);
2018 }
2019
2020 static void
2021 pmap_invalidate_all_pcid_noinvpcid(pmap_t pmap)
2022 {
2023
2024         pmap_invalidate_all_pcid(pmap, false);
2025 }
2026
2027 static void
2028 pmap_invalidate_all_nopcid(pmap_t pmap)
2029 {
2030
2031         if (pmap == kernel_pmap)
2032                 invltlb_glob();
2033         else if (pmap == PCPU_GET(curpmap))
2034                 invltlb();
2035 }
2036
2037 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_invalidate_all_mode, (pmap_t), static)
2038 {
2039
2040         if (pmap_pcid_enabled)
2041                 return (invpcid_works ? pmap_invalidate_all_pcid_invpcid :
2042                     pmap_invalidate_all_pcid_noinvpcid);
2043         return (pmap_invalidate_all_nopcid);
2044 }
2045
2046 void
2047 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
2048 {
2049
2050         if (pmap_type_guest(pmap)) {
2051                 pmap_invalidate_ept(pmap);
2052                 return;
2053         }
2054
2055         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
2056             ("pmap_invalidate_all: invalid type %d", pmap->pm_type));
2057
2058         sched_pin();
2059         pmap_invalidate_all_mode(pmap);
2060         smp_masked_invltlb(pmap_invalidate_cpu_mask(pmap), pmap);
2061         sched_unpin();
2062 }
2063
2064 void
2065 pmap_invalidate_cache(void)
2066 {
2067
2068         sched_pin();
2069         wbinvd();
2070         smp_cache_flush();
2071         sched_unpin();
2072 }
2073
2074 struct pde_action {
2075         cpuset_t invalidate;    /* processors that invalidate their TLB */
2076         pmap_t pmap;
2077         vm_offset_t va;
2078         pd_entry_t *pde;
2079         pd_entry_t newpde;
2080         u_int store;            /* processor that updates the PDE */
2081 };
2082
2083 static void
2084 pmap_update_pde_action(void *arg)
2085 {
2086         struct pde_action *act = arg;
2087
2088         if (act->store == PCPU_GET(cpuid))
2089                 pmap_update_pde_store(act->pmap, act->pde, act->newpde);
2090 }
2091
2092 static void
2093 pmap_update_pde_teardown(void *arg)
2094 {
2095         struct pde_action *act = arg;
2096
2097         if (CPU_ISSET(PCPU_GET(cpuid), &act->invalidate))
2098                 pmap_update_pde_invalidate(act->pmap, act->va, act->newpde);
2099 }
2100
2101 /*
2102  * Change the page size for the specified virtual address in a way that
2103  * prevents any possibility of the TLB ever having two entries that map the
2104  * same virtual address using different page sizes.  This is the recommended
2105  * workaround for Erratum 383 on AMD Family 10h processors.  It prevents a
2106  * machine check exception for a TLB state that is improperly diagnosed as a
2107  * hardware error.
2108  */
2109 static void
2110 pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
2111 {
2112         struct pde_action act;
2113         cpuset_t active, other_cpus;
2114         u_int cpuid;
2115
2116         sched_pin();
2117         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
2118         other_cpus = all_cpus;
2119         CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
2120         if (pmap == kernel_pmap || pmap_type_guest(pmap)) 
2121                 active = all_cpus;
2122         else {
2123                 active = pmap->pm_active;
2124         }
2125         if (CPU_OVERLAP(&active, &other_cpus)) { 
2126                 act.store = cpuid;
2127                 act.invalidate = active;
2128                 act.va = va;
2129                 act.pmap = pmap;
2130                 act.pde = pde;
2131                 act.newpde = newpde;
2132                 CPU_SET(cpuid, &active);
2133                 smp_rendezvous_cpus(active,
2134                     smp_no_rendezvous_barrier, pmap_update_pde_action,
2135                     pmap_update_pde_teardown, &act);
2136         } else {
2137                 pmap_update_pde_store(pmap, pde, newpde);
2138                 if (CPU_ISSET(cpuid, &active))
2139                         pmap_update_pde_invalidate(pmap, va, newpde);
2140         }
2141         sched_unpin();
2142 }
2143 #else /* !SMP */
2144 /*
2145  * Normal, non-SMP, invalidation functions.
2146  */
2147 void
2148 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2149 {
2150         struct invpcid_descr d;
2151         uint64_t kcr3, ucr3;
2152         uint32_t pcid;
2153
2154         if (pmap->pm_type == PT_RVI || pmap->pm_type == PT_EPT) {
2155                 pmap->pm_eptgen++;
2156                 return;
2157         }
2158         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
2159             ("pmap_invalidate_range: unknown type %d", pmap->pm_type));
2160
2161         if (pmap == kernel_pmap || pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
2162                 invlpg(va);
2163                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap) && pmap_pcid_enabled &&
2164                     pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
2165                         critical_enter();
2166                         pcid = pmap->pm_pcids[0].pm_pcid;
2167                         if (invpcid_works) {
2168                                 d.pcid = pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
2169                                 d.pad = 0;
2170                                 d.addr = va;
2171                                 invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
2172                         } else {
2173                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pcid | CR3_PCID_SAVE;
2174                                 ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pcid |
2175                                     PMAP_PCID_USER_PT | CR3_PCID_SAVE;
2176                                 pmap_pti_pcid_invlpg(ucr3, kcr3, va);
2177                         }
2178                         critical_exit();
2179                 }
2180         } else if (pmap_pcid_enabled)
2181                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
2182 }
2183
2184 void
2185 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2186 {
2187         struct invpcid_descr d;
2188         vm_offset_t addr;
2189         uint64_t kcr3, ucr3;
2190
2191         if (pmap->pm_type == PT_RVI || pmap->pm_type == PT_EPT) {
2192                 pmap->pm_eptgen++;
2193                 return;
2194         }
2195         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
2196             ("pmap_invalidate_range: unknown type %d", pmap->pm_type));
2197
2198         if (pmap == kernel_pmap || pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
2199                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
2200                         invlpg(addr);
2201                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap) && pmap_pcid_enabled &&
2202                     pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
2203                         critical_enter();
2204                         if (invpcid_works) {
2205                                 d.pcid = pmap->pm_pcids[0].pm_pcid |
2206                                     PMAP_PCID_USER_PT;
2207                                 d.pad = 0;
2208                                 d.addr = sva;
2209                                 for (; d.addr < eva; d.addr += PAGE_SIZE)
2210                                         invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
2211                         } else {
2212                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[0].
2213                                     pm_pcid | CR3_PCID_SAVE;
2214                                 ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pmap->pm_pcids[0].
2215                                     pm_pcid | PMAP_PCID_USER_PT | CR3_PCID_SAVE;
2216                                 pmap_pti_pcid_invlrng(ucr3, kcr3, sva, eva);
2217                         }
2218                         critical_exit();
2219                 }
2220         } else if (pmap_pcid_enabled) {
2221                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
2222         }
2223 }
2224
2225 void
2226 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
2227 {
2228         struct invpcid_descr d;
2229         uint64_t kcr3, ucr3;
2230
2231         if (pmap->pm_type == PT_RVI || pmap->pm_type == PT_EPT) {
2232                 pmap->pm_eptgen++;
2233                 return;
2234         }
2235         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
2236             ("pmap_invalidate_all: unknown type %d", pmap->pm_type));
2237
2238         if (pmap == kernel_pmap) {
2239                 if (pmap_pcid_enabled && invpcid_works) {
2240                         bzero(&d, sizeof(d));
2241                         invpcid(&d, INVPCID_CTXGLOB);
2242                 } else {
2243                         invltlb_glob();
2244                 }
2245         } else if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
2246                 if (pmap_pcid_enabled) {
2247                         critical_enter();
2248                         if (invpcid_works) {
2249                                 d.pcid = pmap->pm_pcids[0].pm_pcid;
2250                                 d.pad = 0;
2251                                 d.addr = 0;
2252                                 invpcid(&d, INVPCID_CTX);
2253                                 if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
2254                                         d.pcid |= PMAP_PCID_USER_PT;
2255                                         invpcid(&d, INVPCID_CTX);
2256                                 }
2257                         } else {
2258                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[0].pm_pcid;
2259                                 if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
2260                                         ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pmap->pm_pcids[
2261                                             0].pm_pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
2262                                         pmap_pti_pcid_invalidate(ucr3, kcr3);
2263                                 } else
2264                                         load_cr3(kcr3);
2265                         }
2266                         critical_exit();
2267                 } else {
2268                         invltlb();
2269                 }
2270         } else if (pmap_pcid_enabled) {
2271                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
2272         }
2273 }
2274
2275 PMAP_INLINE void
2276 pmap_invalidate_cache(void)
2277 {
2278
2279         wbinvd();
2280 }
2281
2282 static void
2283 pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
2284 {
2285
2286         pmap_update_pde_store(pmap, pde, newpde);
2287         if (pmap == kernel_pmap || pmap == PCPU_GET(curpmap))
2288                 pmap_update_pde_invalidate(pmap, va, newpde);
2289         else
2290                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
2291 }
2292 #endif /* !SMP */
2293
2294 static void
2295 pmap_invalidate_pde_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde)
2296 {
2297
2298         /*
2299          * When the PDE has PG_PROMOTED set, the 2MB page mapping was created
2300          * by a promotion that did not invalidate the 512 4KB page mappings
2301          * that might exist in the TLB.  Consequently, at this point, the TLB
2302          * may hold both 4KB and 2MB page mappings for the address range [va,
2303          * va + NBPDR).  Therefore, the entire range must be invalidated here.
2304          * In contrast, when PG_PROMOTED is clear, the TLB will not hold any
2305          * 4KB page mappings for the address range [va, va + NBPDR), and so a
2306          * single INVLPG suffices to invalidate the 2MB page mapping from the
2307          * TLB.
2308          */
2309         if ((pde & PG_PROMOTED) != 0)
2310                 pmap_invalidate_range(pmap, va, va + NBPDR - 1);
2311         else
2312                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
2313 }
2314
2315 DEFINE_IFUNC(, void, pmap_invalidate_cache_range,
2316     (vm_offset_t sva, vm_offset_t eva), static)
2317 {
2318
2319         if ((cpu_feature & CPUID_SS) != 0)
2320                 return (pmap_invalidate_cache_range_selfsnoop);
2321         if ((cpu_feature & CPUID_CLFSH) != 0)
2322                 return (pmap_force_invalidate_cache_range);
2323         return (pmap_invalidate_cache_range_all);
2324 }
2325
2326 #define PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD   (2 * 1024 * 1024)
2327
2328 static void
2329 pmap_invalidate_cache_range_check_align(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2330 {
2331
2332         KASSERT((sva & PAGE_MASK) == 0,
2333             ("pmap_invalidate_cache_range: sva not page-aligned"));
2334         KASSERT((eva & PAGE_MASK) == 0,
2335             ("pmap_invalidate_cache_range: eva not page-aligned"));
2336 }
2337
2338 static void
2339 pmap_invalidate_cache_range_selfsnoop(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2340 {
2341
2342         pmap_invalidate_cache_range_check_align(sva, eva);
2343 }
2344
2345 void
2346 pmap_force_invalidate_cache_range(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2347 {
2348
2349         sva &= ~(vm_offset_t)(cpu_clflush_line_size - 1);
2350
2351         /*
2352          * XXX: Some CPUs fault, hang, or trash the local APIC
2353          * registers if we use CLFLUSH on the local APIC range.  The
2354          * local APIC is always uncached, so we don't need to flush
2355          * for that range anyway.
2356          */
2357         if (pmap_kextract(sva) == lapic_paddr)
2358                 return;
2359
2360         if ((cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT) != 0) {
2361                 /*
2362                  * Do per-cache line flush.  Use the sfence
2363                  * instruction to insure that previous stores are
2364                  * included in the write-back.  The processor
2365                  * propagates flush to other processors in the cache
2366                  * coherence domain.
2367                  */
2368                 sfence();
2369                 for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size)
2370                         clflushopt(sva);
2371                 sfence();
2372         } else {
2373                 /*
2374                  * Writes are ordered by CLFLUSH on Intel CPUs.
2375                  */
2376                 if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
2377                         mfence();
2378                 for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size)
2379                         clflush(sva);
2380                 if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
2381                         mfence();
2382         }
2383 }
2384
2385 static void
2386 pmap_invalidate_cache_range_all(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2387 {
2388
2389         pmap_invalidate_cache_range_check_align(sva, eva);
2390         pmap_invalidate_cache();
2391 }
2392
2393 /*
2394  * Remove the specified set of pages from the data and instruction caches.
2395  *
2396  * In contrast to pmap_invalidate_cache_range(), this function does not
2397  * rely on the CPU's self-snoop feature, because it is intended for use
2398  * when moving pages into a different cache domain.
2399  */
2400 void
2401 pmap_invalidate_cache_pages(vm_page_t *pages, int count)
2402 {
2403         vm_offset_t daddr, eva;
2404         int i;
2405         bool useclflushopt;
2406
2407         useclflushopt = (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT) != 0;
2408         if (count >= PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD / PAGE_SIZE ||
2409             ((cpu_feature & CPUID_CLFSH) == 0 && !useclflushopt))
2410                 pmap_invalidate_cache();
2411         else {
2412                 if (useclflushopt)
2413                         sfence();
2414                 else if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
2415                         mfence();
2416                 for (i = 0; i < count; i++) {
2417                         daddr = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pages[i]));
2418                         eva = daddr + PAGE_SIZE;
2419                         for (; daddr < eva; daddr += cpu_clflush_line_size) {
2420                                 if (useclflushopt)
2421                                         clflushopt(daddr);
2422                                 else
2423                                         clflush(daddr);
2424                         }
2425                 }
2426                 if (useclflushopt)
2427                         sfence();
2428                 else if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
2429                         mfence();
2430         }
2431 }
2432
2433 void
2434 pmap_flush_cache_range(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2435 {
2436
2437         pmap_invalidate_cache_range_check_align(sva, eva);
2438
2439         if ((cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLWB) == 0) {
2440                 pmap_force_invalidate_cache_range(sva, eva);
2441                 return;
2442         }
2443
2444         /* See comment in pmap_force_invalidate_cache_range(). */
2445         if (pmap_kextract(sva) == lapic_paddr)
2446                 return;
2447
2448         sfence();
2449         for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size)
2450                 clwb(sva);
2451         sfence();
2452 }
2453
2454 void
2455 pmap_flush_cache_phys_range(vm_paddr_t spa, vm_paddr_t epa, vm_memattr_t mattr)
2456 {
2457         pt_entry_t *pte;
2458         vm_offset_t vaddr;
2459         int error, pte_bits;
2460
2461         KASSERT((spa & PAGE_MASK) == 0,
2462             ("pmap_flush_cache_phys_range: spa not page-aligned"));
2463         KASSERT((epa & PAGE_MASK) == 0,
2464             ("pmap_flush_cache_phys_range: epa not page-aligned"));
2465
2466         if (spa < dmaplimit) {
2467                 pmap_flush_cache_range(PHYS_TO_DMAP(spa), PHYS_TO_DMAP(MIN(
2468                     dmaplimit, epa)));
2469                 if (dmaplimit >= epa)
2470                         return;
2471                 spa = dmaplimit;
2472         }
2473
2474         pte_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mattr, 0) | X86_PG_RW |
2475             X86_PG_V;
2476         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE, M_BESTFIT | M_WAITOK,
2477             &vaddr);
2478         KASSERT(error == 0, ("vmem_alloc failed: %d", error));
2479         pte = vtopte(vaddr);
2480         for (; spa < epa; spa += PAGE_SIZE) {
2481                 sched_pin();
2482                 pte_store(pte, spa | pte_bits);
2483                 invlpg(vaddr);
2484                 /* XXXKIB sfences inside flush_cache_range are excessive */
2485                 pmap_flush_cache_range(vaddr, vaddr + PAGE_SIZE);
2486                 sched_unpin();
2487         }
2488         vmem_free(kernel_arena, vaddr, PAGE_SIZE);
2489 }
2490
2491 /*
2492  *      Routine:        pmap_extract
2493  *      Function:
2494  *              Extract the physical page address associated
2495  *              with the given map/virtual_address pair.
2496  */
2497 vm_paddr_t 
2498 pmap_extract(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2499 {
2500         pdp_entry_t *pdpe;
2501         pd_entry_t *pde;
2502         pt_entry_t *pte, PG_V;
2503         vm_paddr_t pa;
2504
2505         pa = 0;
2506         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
2507         PMAP_LOCK(pmap);
2508         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
2509         if (pdpe != NULL && (*pdpe & PG_V) != 0) {
2510                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0)
2511                         pa = (*pdpe & PG_PS_FRAME) | (va & PDPMASK);
2512                 else {
2513                         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
2514                         if ((*pde & PG_V) != 0) {
2515                                 if ((*pde & PG_PS) != 0) {
2516                                         pa = (*pde & PG_PS_FRAME) |
2517                                             (va & PDRMASK);
2518                                 } else {
2519                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
2520                                         pa = (*pte & PG_FRAME) |
2521                                             (va & PAGE_MASK);
2522                                 }
2523                         }
2524                 }
2525         }
2526         PMAP_UNLOCK(pmap);
2527         return (pa);
2528 }
2529
2530 /*
2531  *      Routine:        pmap_extract_and_hold
2532  *      Function:
2533  *              Atomically extract and hold the physical page
2534  *              with the given pmap and virtual address pair
2535  *              if that mapping permits the given protection.
2536  */
2537 vm_page_t
2538 pmap_extract_and_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_prot_t prot)
2539 {
2540         pd_entry_t pde, *pdep;
2541         pt_entry_t pte, PG_RW, PG_V;
2542         vm_paddr_t pa;
2543         vm_page_t m;
2544
2545         pa = 0;
2546         m = NULL;
2547         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
2548         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
2549         PMAP_LOCK(pmap);
2550 retry:
2551         pdep = pmap_pde(pmap, va);
2552         if (pdep != NULL && (pde = *pdep)) {
2553                 if (pde & PG_PS) {
2554                         if ((pde & PG_RW) || (prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
2555                                 if (vm_page_pa_tryrelock(pmap, (pde &
2556                                     PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK), &pa))
2557                                         goto retry;
2558                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
2559                         }
2560                 } else {
2561                         pte = *pmap_pde_to_pte(pdep, va);
2562                         if ((pte & PG_V) &&
2563                             ((pte & PG_RW) || (prot & VM_PROT_WRITE) == 0)) {
2564                                 if (vm_page_pa_tryrelock(pmap, pte & PG_FRAME,
2565                                     &pa))
2566                                         goto retry;
2567                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
2568                         }
2569                 }
2570                 if (m != NULL)
2571                         vm_page_hold(m);
2572         }
2573         PA_UNLOCK_COND(pa);
2574         PMAP_UNLOCK(pmap);
2575         return (m);
2576 }
2577
2578 vm_paddr_t
2579 pmap_kextract(vm_offset_t va)
2580 {
2581         pd_entry_t pde;
2582         vm_paddr_t pa;
2583
2584         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS) {
2585                 pa = DMAP_TO_PHYS(va);
2586         } else {
2587                 pde = *vtopde(va);
2588                 if (pde & PG_PS) {
2589                         pa = (pde & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK);
2590                 } else {
2591                         /*
2592                          * Beware of a concurrent promotion that changes the
2593                          * PDE at this point!  For example, vtopte() must not
2594                          * be used to access the PTE because it would use the
2595                          * new PDE.  It is, however, safe to use the old PDE
2596                          * because the page table page is preserved by the
2597                          * promotion.
2598                          */
2599                         pa = *pmap_pde_to_pte(&pde, va);
2600                         pa = (pa & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK);
2601                 }
2602         }
2603         return (pa);
2604 }
2605
2606 /***************************************************
2607  * Low level mapping routines.....
2608  ***************************************************/
2609
2610 /*
2611  * Add a wired page to the kva.
2612  * Note: not SMP coherent.
2613  */
2614 PMAP_INLINE void 
2615 pmap_kenter(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
2616 {
2617         pt_entry_t *pte;
2618
2619         pte = vtopte(va);
2620         pte_store(pte, pa | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_g);
2621 }
2622
2623 static __inline void
2624 pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode)
2625 {
2626         pt_entry_t *pte;
2627         int cache_bits;
2628
2629         pte = vtopte(va);
2630         cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, 0);
2631         pte_store(pte, pa | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_g | cache_bits);
2632 }
2633
2634 /*
2635  * Remove a page from the kernel pagetables.
2636  * Note: not SMP coherent.
2637  */
2638 PMAP_INLINE void
2639 pmap_kremove(vm_offset_t va)
2640 {
2641         pt_entry_t *pte;
2642
2643         pte = vtopte(va);
2644         pte_clear(pte);
2645 }
2646
2647 /*
2648  *      Used to map a range of physical addresses into kernel
2649  *      virtual address space.
2650  *
2651  *      The value passed in '*virt' is a suggested virtual address for
2652  *      the mapping. Architectures which can support a direct-mapped
2653  *      physical to virtual region can return the appropriate address
2654  *      within that region, leaving '*virt' unchanged. Other
2655  *      architectures should map the pages starting at '*virt' and
2656  *      update '*virt' with the first usable address after the mapped
2657  *      region.
2658  */
2659 vm_offset_t
2660 pmap_map(vm_offset_t *virt, vm_paddr_t start, vm_paddr_t end, int prot)
2661 {
2662         return PHYS_TO_DMAP(start);
2663 }
2664
2665
2666 /*
2667  * Add a list of wired pages to the kva
2668  * this routine is only used for temporary
2669  * kernel mappings that do not need to have
2670  * page modification or references recorded.
2671  * Note that old mappings are simply written
2672  * over.  The page *must* be wired.
2673  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
2674  */
2675 void
2676 pmap_qenter(vm_offset_t sva, vm_page_t *ma, int count)
2677 {
2678         pt_entry_t *endpte, oldpte, pa, *pte;
2679         vm_page_t m;
2680         int cache_bits;
2681
2682         oldpte = 0;
2683         pte = vtopte(sva);
2684         endpte = pte + count;
2685         while (pte < endpte) {
2686                 m = *ma++;
2687                 cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap, m->md.pat_mode, 0);
2688                 pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | cache_bits;
2689                 if ((*pte & (PG_FRAME | X86_PG_PTE_CACHE)) != pa) {
2690                         oldpte |= *pte;
2691                         pte_store(pte, pa | pg_g | pg_nx | X86_PG_RW | X86_PG_V);
2692                 }
2693                 pte++;
2694         }
2695         if (__predict_false((oldpte & X86_PG_V) != 0))
2696                 pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, sva + count *
2697                     PAGE_SIZE);
2698 }
2699
2700 /*
2701  * This routine tears out page mappings from the
2702  * kernel -- it is meant only for temporary mappings.
2703  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
2704  */
2705 void
2706 pmap_qremove(vm_offset_t sva, int count)
2707 {
2708         vm_offset_t va;
2709
2710         va = sva;
2711         while (count-- > 0) {
2712                 KASSERT(va >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS, ("usermode va %lx", va));
2713                 pmap_kremove(va);
2714                 va += PAGE_SIZE;
2715         }
2716         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
2717 }
2718
2719 /***************************************************
2720  * Page table page management routines.....
2721  ***************************************************/
2722 /*
2723  * Schedule the specified unused page table page to be freed.  Specifically,
2724  * add the page to the specified list of pages that will be released to the
2725  * physical memory manager after the TLB has been updated.
2726  */
2727 static __inline void
2728 pmap_add_delayed_free_list(vm_page_t m, struct spglist *free,
2729     boolean_t set_PG_ZERO)
2730 {
2731
2732         if (set_PG_ZERO)
2733                 m->flags |= PG_ZERO;
2734         else
2735                 m->flags &= ~PG_ZERO;
2736         SLIST_INSERT_HEAD(free, m, plinks.s.ss);
2737 }
2738         
2739 /*
2740  * Inserts the specified page table page into the specified pmap's collection
2741  * of idle page table pages.  Each of a pmap's page table pages is responsible
2742  * for mapping a distinct range of virtual addresses.  The pmap's collection is
2743  * ordered by this virtual address range.
2744  */
2745 static __inline int
2746 pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte)
2747 {
2748
2749         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2750         return (vm_radix_insert(&pmap->pm_root, mpte));
2751 }
2752
2753 /*
2754  * Removes the page table page mapping the specified virtual address from the
2755  * specified pmap's collection of idle page table pages, and returns it.
2756  * Otherwise, returns NULL if there is no page table page corresponding to the
2757  * specified virtual address.
2758  */
2759 static __inline vm_page_t
2760 pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2761 {
2762
2763         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2764         return (vm_radix_remove(&pmap->pm_root, pmap_pde_pindex(va)));
2765 }
2766
2767 /*
2768  * Decrements a page table page's wire count, which is used to record the
2769  * number of valid page table entries within the page.  If the wire count
2770  * drops to zero, then the page table page is unmapped.  Returns TRUE if the
2771  * page table page was unmapped and FALSE otherwise.
2772  */
2773 static inline boolean_t
2774 pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
2775 {
2776
2777         --m->wire_count;
2778         if (m->wire_count == 0) {
2779                 _pmap_unwire_ptp(pmap, va, m, free);
2780                 return (TRUE);
2781         } else
2782                 return (FALSE);
2783 }
2784
2785 static void
2786 _pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
2787 {
2788
2789         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2790         /*
2791          * unmap the page table page
2792          */
2793         if (m->pindex >= (NUPDE + NUPDPE)) {
2794                 /* PDP page */
2795                 pml4_entry_t *pml4;
2796                 pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
2797                 *pml4 = 0;
2798                 if (pmap->pm_pml4u != NULL && va <= VM_MAXUSER_ADDRESS) {
2799                         pml4 = &pmap->pm_pml4u[pmap_pml4e_index(va)];
2800                         *pml4 = 0;
2801                 }
2802         } else if (m->pindex >= NUPDE) {
2803                 /* PD page */
2804                 pdp_entry_t *pdp;
2805                 pdp = pmap_pdpe(pmap, va);
2806                 *pdp = 0;
2807         } else {
2808                 /* PTE page */
2809                 pd_entry_t *pd;
2810                 pd = pmap_pde(pmap, va);
2811                 *pd = 0;
2812         }
2813         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
2814         if (m->pindex < NUPDE) {
2815                 /* We just released a PT, unhold the matching PD */
2816                 vm_page_t pdpg;
2817
2818                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pdpe(pmap, va) & PG_FRAME);
2819                 pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdpg, free);
2820         }
2821         if (m->pindex >= NUPDE && m->pindex < (NUPDE + NUPDPE)) {
2822                 /* We just released a PD, unhold the matching PDP */
2823                 vm_page_t pdppg;
2824
2825                 pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pml4e(pmap, va) & PG_FRAME);
2826                 pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdppg, free);
2827         }
2828
2829         /* 
2830          * Put page on a list so that it is released after
2831          * *ALL* TLB shootdown is done
2832          */
2833         pmap_add_delayed_free_list(m, free, TRUE);
2834 }
2835
2836 /*
2837  * After removing a page table entry, this routine is used to
2838  * conditionally free the page, and manage the hold/wire counts.
2839  */
2840 static int
2841 pmap_unuse_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t ptepde,
2842     struct spglist *free)
2843 {
2844         vm_page_t mpte;
2845
2846         if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
2847                 return (0);
2848         KASSERT(ptepde != 0, ("pmap_unuse_pt: ptepde != 0"));
2849         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(ptepde & PG_FRAME);
2850         return (pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpte, free));
2851 }
2852
2853 void
2854 pmap_pinit0(pmap_t pmap)
2855 {
2856         struct proc *p;
2857         int i;
2858
2859         PMAP_LOCK_INIT(pmap);
2860         pmap->pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(KPML4phys);
2861         pmap->pm_pml4u = NULL;
2862         pmap->pm_cr3 = KPML4phys;
2863         /* hack to keep pmap_pti_pcid_invalidate() alive */
2864         pmap->pm_ucr3 = PMAP_NO_CR3;
2865         pmap->pm_root.rt_root = 0;
2866         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
2867         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
2868         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
2869         pmap->pm_flags = pmap_flags;
2870         CPU_FOREACH(i) {
2871                 pmap->pm_pcids[i].pm_pcid = PMAP_PCID_KERN + 1;
2872                 pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 1;
2873         }
2874         pmap_activate_boot(pmap);
2875         if (pti) {
2876                 p = curproc;
2877                 PROC_LOCK(p);
2878                 p->p_md.md_flags |= P_MD_KPTI;
2879                 PROC_UNLOCK(p);
2880         }
2881
2882         if ((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0) {
2883                 pmap_pkru_ranges_zone = uma_zcreate("pkru ranges",
2884                     sizeof(struct pmap_pkru_range), NULL, NULL, NULL, NULL,
2885                     UMA_ALIGN_PTR, 0);
2886         }
2887 }
2888
2889 void
2890 pmap_pinit_pml4(vm_page_t pml4pg)
2891 {
2892         pml4_entry_t *pm_pml4;
2893         int i;
2894
2895         pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg));
2896
2897         /* Wire in kernel global address entries. */
2898         for (i = 0; i < NKPML4E; i++) {
2899                 pm_pml4[KPML4BASE + i] = (KPDPphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW |
2900                     X86_PG_V;
2901         }
2902         for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++) {
2903                 pm_pml4[DMPML4I + i] = (DMPDPphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW |
2904                     X86_PG_V;
2905         }
2906
2907         /* install self-referential address mapping entry(s) */
2908         pm_pml4[PML4PML4I] = VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg) | X86_PG_V | X86_PG_RW |
2909             X86_PG_A | X86_PG_M;
2910
2911         /* install large map entries if configured */
2912         for (i = 0; i < lm_ents; i++)
2913                 pm_pml4[LMSPML4I + i] = kernel_pmap->pm_pml4[LMSPML4I + i];
2914 }
2915
2916 static void
2917 pmap_pinit_pml4_pti(vm_page_t pml4pg)
2918 {
2919         pml4_entry_t *pm_pml4;
2920         int i;
2921
2922         pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg));
2923         for (i = 0; i < NPML4EPG; i++)
2924                 pm_pml4[i] = pti_pml4[i];
2925 }
2926
2927 /*
2928  * Initialize a preallocated and zeroed pmap structure,
2929  * such as one in a vmspace structure.
2930  */
2931 int
2932 pmap_pinit_type(pmap_t pmap, enum pmap_type pm_type, int flags)
2933 {
2934         vm_page_t pml4pg, pml4pgu;
2935         vm_paddr_t pml4phys;
2936         int i;
2937
2938         /*
2939          * allocate the page directory page
2940          */
2941         pml4pg = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
2942             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO | VM_ALLOC_WAITOK);
2943
2944         pml4phys = VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg);
2945         pmap->pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pml4phys);
2946         CPU_FOREACH(i) {
2947                 pmap->pm_pcids[i].pm_pcid = PMAP_PCID_NONE;
2948                 pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
2949         }
2950         pmap->pm_cr3 = PMAP_NO_CR3;     /* initialize to an invalid value */
2951         pmap->pm_ucr3 = PMAP_NO_CR3;
2952         pmap->pm_pml4u = NULL;
2953
2954         pmap->pm_type = pm_type;
2955         if ((pml4pg->flags & PG_ZERO) == 0)
2956                 pagezero(pmap->pm_pml4);
2957
2958         /*
2959          * Do not install the host kernel mappings in the nested page
2960          * tables. These mappings are meaningless in the guest physical
2961          * address space.
2962          * Install minimal kernel mappings in PTI case.
2963          */
2964         if (pm_type == PT_X86) {
2965                 pmap->pm_cr3 = pml4phys;
2966                 pmap_pinit_pml4(pml4pg);
2967                 if ((curproc->p_md.md_flags & P_MD_KPTI) != 0) {
2968                         pml4pgu = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL |
2969                             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_WAITOK);
2970                         pmap->pm_pml4u = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(
2971                             VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pgu));
2972                         pmap_pinit_pml4_pti(pml4pgu);
2973                         pmap->pm_ucr3 = VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pgu);
2974                 }
2975                 if ((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0) {
2976                         rangeset_init(&pmap->pm_pkru, pkru_dup_range,
2977                             pkru_free_range, pmap, M_NOWAIT);
2978                 }
2979         }
2980
2981         pmap->pm_root.rt_root = 0;
2982         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
2983         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
2984         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
2985         pmap->pm_flags = flags;
2986         pmap->pm_eptgen = 0;
2987
2988         return (1);
2989 }
2990
2991 int
2992 pmap_pinit(pmap_t pmap)
2993 {
2994
2995         return (pmap_pinit_type(pmap, PT_X86, pmap_flags));
2996 }
2997
2998 /*
2999  * This routine is called if the desired page table page does not exist.
3000  *
3001  * If page table page allocation fails, this routine may sleep before
3002  * returning NULL.  It sleeps only if a lock pointer was given.
3003  *
3004  * Note: If a page allocation fails at page table level two or three,
3005  * one or two pages may be held during the wait, only to be released
3006  * afterwards.  This conservative approach is easily argued to avoid
3007  * race conditions.
3008  */
3009 static vm_page_t
3010 _pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex, struct rwlock **lockp)
3011 {
3012         vm_page_t m, pdppg, pdpg;
3013         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
3014
3015         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3016
3017         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
3018         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
3019         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3020         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
3021
3022         /*
3023          * Allocate a page table page.
3024          */
3025         if ((m = vm_page_alloc(NULL, ptepindex, VM_ALLOC_NOOBJ |
3026             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO)) == NULL) {
3027                 if (lockp != NULL) {
3028                         RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
3029                         PMAP_UNLOCK(pmap);
3030                         PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI();
3031                         vm_wait(NULL);
3032                         PMAP_LOCK(pmap);
3033                 }
3034
3035                 /*
3036                  * Indicate the need to retry.  While waiting, the page table
3037                  * page may have been allocated.
3038                  */
3039                 return (NULL);
3040         }
3041         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0)
3042                 pmap_zero_page(m);
3043
3044         /*
3045          * Map the pagetable page into the process address space, if
3046          * it isn't already there.
3047          */
3048
3049         if (ptepindex >= (NUPDE + NUPDPE)) {
3050                 pml4_entry_t *pml4, *pml4u;
3051                 vm_pindex_t pml4index;
3052
3053                 /* Wire up a new PDPE page */
3054                 pml4index = ptepindex - (NUPDE + NUPDPE);
3055                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
3056                 *pml4 = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
3057                 if (pmap->pm_pml4u != NULL && pml4index < NUPML4E) {
3058                         /*
3059                          * PTI: Make all user-space mappings in the
3060                          * kernel-mode page table no-execute so that
3061                          * we detect any programming errors that leave
3062                          * the kernel-mode page table active on return
3063                          * to user space.
3064                          */
3065                         if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3)
3066                                 *pml4 |= pg_nx;
3067
3068                         pml4u = &pmap->pm_pml4u[pml4index];
3069                         *pml4u = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V |
3070                             PG_A | PG_M;
3071                 }
3072
3073         } else if (ptepindex >= NUPDE) {
3074                 vm_pindex_t pml4index;
3075                 vm_pindex_t pdpindex;
3076                 pml4_entry_t *pml4;
3077                 pdp_entry_t *pdp;
3078
3079                 /* Wire up a new PDE page */
3080                 pdpindex = ptepindex - NUPDE;
3081                 pml4index = pdpindex >> NPML4EPGSHIFT;
3082
3083                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
3084                 if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
3085                         /* Have to allocate a new pdp, recurse */
3086                         if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + NUPDPE + pml4index,
3087                             lockp) == NULL) {
3088                                 vm_page_unwire_noq(m);
3089                                 vm_page_free_zero(m);
3090                                 return (NULL);
3091                         }
3092                 } else {
3093                         /* Add reference to pdp page */
3094                         pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pml4 & PG_FRAME);
3095                         pdppg->wire_count++;
3096                 }
3097                 pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
3098
3099                 /* Now find the pdp page */
3100                 pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
3101                 *pdp = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
3102
3103         } else {
3104                 vm_pindex_t pml4index;
3105                 vm_pindex_t pdpindex;
3106                 pml4_entry_t *pml4;
3107                 pdp_entry_t *pdp;
3108                 pd_entry_t *pd;
3109
3110                 /* Wire up a new PTE page */
3111                 pdpindex = ptepindex >> NPDPEPGSHIFT;
3112                 pml4index = pdpindex >> NPML4EPGSHIFT;
3113
3114                 /* First, find the pdp and check that its valid. */
3115                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
3116                 if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
3117                         /* Have to allocate a new pd, recurse */
3118                         if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex,
3119                             lockp) == NULL) {
3120                                 vm_page_unwire_noq(m);
3121                                 vm_page_free_zero(m);
3122                                 return (NULL);
3123                         }
3124                         pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
3125                         pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
3126                 } else {
3127                         pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
3128                         pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
3129                         if ((*pdp & PG_V) == 0) {
3130                                 /* Have to allocate a new pd, recurse */
3131                                 if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex,
3132                                     lockp) == NULL) {
3133                                         vm_page_unwire_noq(m);
3134                                         vm_page_free_zero(m);
3135                                         return (NULL);
3136                                 }
3137                         } else {
3138                                 /* Add reference to the pd page */
3139                                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdp & PG_FRAME);
3140                                 pdpg->wire_count++;
3141                         }
3142                 }
3143                 pd = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdp & PG_FRAME);
3144
3145                 /* Now we know where the page directory page is */
3146                 pd = &pd[ptepindex & ((1ul << NPDEPGSHIFT) - 1)];
3147                 *pd = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
3148         }
3149
3150         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
3151
3152         return (m);
3153 }
3154
3155 static vm_page_t
3156 pmap_allocpde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct rwlock **lockp)
3157 {
3158         vm_pindex_t pdpindex, ptepindex;
3159         pdp_entry_t *pdpe, PG_V;
3160         vm_page_t pdpg;
3161
3162         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3163
3164 retry:
3165         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
3166         if (pdpe != NULL && (*pdpe & PG_V) != 0) {
3167                 /* Add a reference to the pd page. */
3168                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdpe & PG_FRAME);
3169                 pdpg->wire_count++;
3170         } else {
3171                 /* Allocate a pd page. */
3172                 ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
3173                 pdpindex = ptepindex >> NPDPEPGSHIFT;
3174                 pdpg = _pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex, lockp);
3175                 if (pdpg == NULL && lockp != NULL)
3176                         goto retry;
3177         }
3178         return (pdpg);
3179 }
3180
3181 static vm_page_t
3182 pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct rwlock **lockp)
3183 {
3184         vm_pindex_t ptepindex;
3185         pd_entry_t *pd, PG_V;
3186         vm_page_t m;
3187
3188         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3189
3190         /*
3191          * Calculate pagetable page index
3192          */
3193         ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
3194 retry:
3195         /*
3196          * Get the page directory entry
3197          */
3198         pd = pmap_pde(pmap, va);
3199
3200         /*
3201          * This supports switching from a 2MB page to a
3202          * normal 4K page.
3203          */
3204         if (pd != NULL && (*pd & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V)) {
3205                 if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pd, va, lockp)) {
3206                         /*
3207                          * Invalidation of the 2MB page mapping may have caused
3208                          * the deallocation of the underlying PD page.
3209                          */
3210                         pd = NULL;
3211                 }
3212         }
3213
3214         /*
3215          * If the page table page is mapped, we just increment the
3216          * hold count, and activate it.
3217          */
3218         if (pd != NULL && (*pd & PG_V) != 0) {
3219                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pd & PG_FRAME);
3220                 m->wire_count++;
3221         } else {
3222                 /*
3223                  * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been
3224                  * deallocated.
3225                  */
3226                 m = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex, lockp);
3227                 if (m == NULL && lockp != NULL)
3228                         goto retry;
3229         }
3230         return (m);
3231 }
3232
3233
3234 /***************************************************
3235  * Pmap allocation/deallocation routines.
3236  ***************************************************/
3237
3238 /*
3239  * Release any resources held by the given physical map.
3240  * Called when a pmap initialized by pmap_pinit is being released.
3241  * Should only be called if the map contains no valid mappings.
3242  */
3243 void
3244 pmap_release(pmap_t pmap)
3245 {
3246         vm_page_t m;
3247         int i;
3248
3249         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count == 0,
3250             ("pmap_release: pmap resident count %ld != 0",
3251             pmap->pm_stats.resident_count));
3252         KASSERT(vm_radix_is_empty(&pmap->pm_root),
3253             ("pmap_release: pmap has reserved page table page(s)"));
3254         KASSERT(CPU_EMPTY(&pmap->pm_active),
3255             ("releasing active pmap %p", pmap));
3256
3257         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pmap->pm_pml4));
3258
3259         for (i = 0; i < NKPML4E; i++)   /* KVA */
3260                 pmap->pm_pml4[KPML4BASE + i] = 0;
3261         for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++)/* Direct Map */
3262                 pmap->pm_pml4[DMPML4I + i] = 0;
3263         pmap->pm_pml4[PML4PML4I] = 0;   /* Recursive Mapping */
3264         for (i = 0; i < lm_ents; i++)   /* Large Map */
3265                 pmap->pm_pml4[LMSPML4I + i] = 0;
3266
3267         vm_page_unwire_noq(m);
3268         vm_page_free_zero(m);
3269
3270         if (pmap->pm_pml4u != NULL) {
3271                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pmap->pm_pml4u));
3272                 vm_page_unwire_noq(m);
3273                 vm_page_free(m);
3274         }
3275         if (pmap->pm_type == PT_X86 &&
3276             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0)
3277                 rangeset_fini(&pmap->pm_pkru);
3278 }
3279
3280 static int
3281 kvm_size(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
3282 {
3283         unsigned long ksize = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
3284
3285         return sysctl_handle_long(oidp, &ksize, 0, req);
3286 }
3287 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_size, CTLTYPE_LONG|CTLFLAG_RD, 
3288     0, 0, kvm_size, "LU", "Size of KVM");
3289
3290 static int
3291 kvm_free(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
3292 {
3293         unsigned long kfree = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - kernel_vm_end;
3294
3295         return sysctl_handle_long(oidp, &kfree, 0, req);
3296 }
3297 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_free, CTLTYPE_LONG|CTLFLAG_RD, 
3298     0, 0, kvm_free, "LU", "Amount of KVM free");
3299
3300 /*
3301  * grow the number of kernel page table entries, if needed
3302  */
3303 void
3304 pmap_growkernel(vm_offset_t addr)
3305 {
3306         vm_paddr_t paddr;
3307         vm_page_t nkpg;
3308         pd_entry_t *pde, newpdir;
3309         pdp_entry_t *pdpe;
3310
3311         mtx_assert(&kernel_map->system_mtx, MA_OWNED);
3312
3313         /*
3314          * Return if "addr" is within the range of kernel page table pages
3315          * that were preallocated during pmap bootstrap.  Moreover, leave
3316          * "kernel_vm_end" and the kernel page table as they were.
3317          *
3318          * The correctness of this action is based on the following
3319          * argument: vm_map_insert() allocates contiguous ranges of the
3320          * kernel virtual address space.  It calls this function if a range
3321          * ends after "kernel_vm_end".  If the kernel is mapped between
3322          * "kernel_vm_end" and "addr", then the range cannot begin at
3323          * "kernel_vm_end".  In fact, its beginning address cannot be less
3324          * than the kernel.  Thus, there is no immediate need to allocate
3325          * any new kernel page table pages between "kernel_vm_end" and
3326          * "KERNBASE".
3327          */
3328         if (KERNBASE < addr && addr <= KERNBASE + nkpt * NBPDR)
3329                 return;
3330
3331         addr = roundup2(addr, NBPDR);
3332         if (addr - 1 >= vm_map_max(kernel_map))
3333                 addr = vm_map_max(kernel_map);
3334         while (kernel_vm_end < addr) {
3335                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, kernel_vm_end);
3336                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0) {
3337                         /* We need a new PDP entry */
3338                         nkpg = vm_page_alloc(NULL, kernel_vm_end >> PDPSHIFT,
3339                             VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ |
3340                             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
3341                         if (nkpg == NULL)
3342                                 panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
3343                         if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
3344                                 pmap_zero_page(nkpg);
3345                         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
3346                         *pdpe = (pdp_entry_t)(paddr | X86_PG_V | X86_PG_RW |
3347                             X86_PG_A | X86_PG_M);
3348                         continue; /* try again */
3349                 }
3350                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, kernel_vm_end);
3351                 if ((*pde & X86_PG_V) != 0) {
3352                         kernel_vm_end = (kernel_vm_end + NBPDR) & ~PDRMASK;
3353                         if (kernel_vm_end - 1 >= vm_map_max(kernel_map)) {
3354                                 kernel_vm_end = vm_map_max(kernel_map);
3355                                 break;                       
3356                         }
3357                         continue;
3358                 }
3359
3360                 nkpg = vm_page_alloc(NULL, pmap_pde_pindex(kernel_vm_end),
3361                     VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED |
3362                     VM_ALLOC_ZERO);
3363                 if (nkpg == NULL)
3364                         panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
3365                 if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
3366                         pmap_zero_page(nkpg);
3367                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
3368                 newpdir = paddr | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A | X86_PG_M;
3369                 pde_store(pde, newpdir);
3370
3371                 kernel_vm_end = (kernel_vm_end + NBPDR) & ~PDRMASK;
3372                 if (kernel_vm_end - 1 >= vm_map_max(kernel_map)) {
3373                         kernel_vm_end = vm_map_max(kernel_map);
3374                         break;                       
3375                 }
3376         }
3377 }
3378
3379
3380 /***************************************************
3381  * page management routines.
3382  ***************************************************/
3383
3384 CTASSERT(sizeof(struct pv_chunk) == PAGE_SIZE);
3385 CTASSERT(_NPCM == 3);
3386 CTASSERT(_NPCPV == 168);
3387
3388 static __inline struct pv_chunk *
3389 pv_to_chunk(pv_entry_t pv)
3390 {
3391
3392         return ((struct pv_chunk *)((uintptr_t)pv & ~(uintptr_t)PAGE_MASK));
3393 }
3394
3395 #define PV_PMAP(pv) (pv_to_chunk(pv)->pc_pmap)
3396
3397 #define PC_FREE0        0xfffffffffffffffful
3398 #define PC_FREE1        0xfffffffffffffffful
3399 #define PC_FREE2        0x000000fffffffffful
3400
3401 static const uint64_t pc_freemask[_NPCM] = { PC_FREE0, PC_FREE1, PC_FREE2 };
3402
3403 #ifdef PV_STATS
3404 static int pc_chunk_count, pc_chunk_allocs, pc_chunk_frees, pc_chunk_tryfail;
3405
3406 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_count, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_count, 0,
3407         "Current number of pv entry chunks");
3408 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_allocs, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_allocs, 0,
3409         "Current number of pv entry chunks allocated");
3410 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_frees, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_frees, 0,
3411         "Current number of pv entry chunks frees");
3412 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_tryfail, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_tryfail, 0,
3413         "Number of times tried to get a chunk page but failed.");
3414
3415 static long pv_entry_frees, pv_entry_allocs, pv_entry_count;
3416 static int pv_entry_spare;
3417
3418 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_frees, CTLFLAG_RD, &pv_entry_frees, 0,
3419         "Current number of pv entry frees");
3420 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_allocs, CTLFLAG_RD, &pv_entry_allocs, 0,
3421         "Current number of pv entry allocs");
3422 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_count, CTLFLAG_RD, &pv_entry_count, 0,
3423         "Current number of pv entries");
3424 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_spare, CTLFLAG_RD, &pv_entry_spare, 0,
3425         "Current number of spare pv entries");
3426 #endif
3427
3428 static void
3429 reclaim_pv_chunk_leave_pmap(pmap_t pmap, pmap_t locked_pmap, bool start_di)
3430 {
3431
3432         if (pmap == NULL)
3433                 return;
3434         pmap_invalidate_all(pmap);
3435         if (pmap != locked_pmap)
3436                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3437         if (start_di)
3438                 pmap_delayed_invl_finished();
3439 }
3440
3441 /*
3442  * We are in a serious low memory condition.  Resort to
3443  * drastic measures to free some pages so we can allocate
3444  * another pv entry chunk.
3445  *
3446  * Returns NULL if PV entries were reclaimed from the specified pmap.
3447  *
3448  * We do not, however, unmap 2mpages because subsequent accesses will
3449  * allocate per-page pv entries until repromotion occurs, thereby
3450  * exacerbating the shortage of free pv entries.
3451  */
3452 static vm_page_t
3453 reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp)
3454 {
3455         struct pv_chunk *pc, *pc_marker, *pc_marker_end;
3456         struct pv_chunk_header pc_marker_b, pc_marker_end_b;
3457         struct md_page *pvh;
3458         pd_entry_t *pde;
3459         pmap_t next_pmap, pmap;
3460         pt_entry_t *pte, tpte;
3461         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW;
3462         pv_entry_t pv;
3463         vm_offset_t va;
3464         vm_page_t m, m_pc;
3465         struct spglist free;
3466         uint64_t inuse;
3467         int bit, field, freed;
3468         bool start_di;
3469         static int active_reclaims = 0;
3470
3471         PMAP_LOCK_ASSERT(locked_pmap, MA_OWNED);
3472         KASSERT(lockp != NULL, ("reclaim_pv_chunk: lockp is NULL"));
3473         pmap = NULL;
3474         m_pc = NULL;
3475         PG_G = PG_A = PG_M = PG_RW = 0;
3476         SLIST_INIT(&free);
3477         bzero(&pc_marker_b, sizeof(pc_marker_b));
3478         bzero(&pc_marker_end_b, sizeof(pc_marker_end_b));
3479         pc_marker = (struct pv_chunk *)&pc_marker_b;
3480         pc_marker_end = (struct pv_chunk *)&pc_marker_end_b;
3481
3482         /*
3483          * A delayed invalidation block should already be active if
3484          * pmap_advise() or pmap_remove() called this function by way
3485          * of pmap_demote_pde_locked().
3486          */
3487         start_di = pmap_not_in_di();
3488
3489         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
3490         active_reclaims++;
3491         TAILQ_INSERT_HEAD(&pv_chunks, pc_marker, pc_lru);
3492         TAILQ_INSERT_TAIL(&pv_chunks, pc_marker_end, pc_lru);
3493         while ((pc = TAILQ_NEXT(pc_marker, pc_lru)) != pc_marker_end &&
3494             SLIST_EMPTY(&free)) {
3495                 next_pmap = pc->pc_pmap;
3496                 if (next_pmap == NULL) {
3497                         /*
3498                          * The next chunk is a marker.  However, it is
3499                          * not our marker, so active_reclaims must be
3500                          * > 1.  Consequently, the next_chunk code
3501                          * will not rotate the pv_chunks list.
3502                          */
3503                         goto next_chunk;
3504                 }
3505                 mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
3506
3507                 /*
3508                  * A pv_chunk can only be removed from the pc_lru list
3509                  * when both pc_chunks_mutex is owned and the
3510                  * corresponding pmap is locked.
3511                  */
3512                 if (pmap != next_pmap) {
3513                         reclaim_pv_chunk_leave_pmap(pmap, locked_pmap,
3514                             start_di);
3515                         pmap = next_pmap;
3516                         /* Avoid deadlock and lock recursion. */
3517                         if (pmap > locked_pmap) {
3518                                 RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
3519                                 PMAP_LOCK(pmap);
3520                                 if (start_di)
3521                                         pmap_delayed_invl_started();
3522                                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
3523                                 continue;
3524                         } else if (pmap != locked_pmap) {
3525                                 if (PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
3526                                         if (start_di)
3527                                                 pmap_delayed_invl_started();
3528                                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
3529                                         continue;
3530                                 } else {
3531                                         pmap = NULL; /* pmap is not locked */
3532                                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
3533                                         pc = TAILQ_NEXT(pc_marker, pc_lru);
3534                                         if (pc == NULL ||
3535                                             pc->pc_pmap != next_pmap)
3536                                                 continue;
3537                                         goto next_chunk;
3538                                 }
3539                         } else if (start_di)
3540                                 pmap_delayed_invl_started();
3541                         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
3542                         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
3543                         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
3544                         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
3545                 }
3546
3547                 /*
3548                  * Destroy every non-wired, 4 KB page mapping in the chunk.
3549                  */
3550                 freed = 0;
3551                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
3552                         for (inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
3553                             inuse != 0; inuse &= ~(1UL << bit)) {
3554                                 bit = bsfq(inuse);
3555                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
3556                                 va = pv->pv_va;
3557                                 pde = pmap_pde(pmap, va);
3558                                 if ((*pde & PG_PS) != 0)
3559                                         continue;
3560                                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
3561                                 if ((*pte & PG_W) != 0)
3562                                         continue;
3563                                 tpte = pte_load_clear(pte);
3564                                 if ((tpte & PG_G) != 0)
3565                                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
3566                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpte & PG_FRAME);
3567                                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
3568                                         vm_page_dirty(m);
3569                                 if ((tpte & PG_A) != 0)
3570                                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
3571                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
3572                                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3573                                 m->md.pv_gen++;
3574                                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
3575                                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
3576                                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3577                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
3578                                                 vm_page_aflag_clear(m,
3579                                                     PGA_WRITEABLE);
3580                                         }
3581                                 }
3582                                 pmap_delayed_invl_page(m);
3583                                 pc->pc_map[field] |= 1UL << bit;
3584                                 pmap_unuse_pt(pmap, va, *pde, &free);
3585                                 freed++;
3586                         }
3587                 }
3588                 if (freed == 0) {
3589                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
3590                         goto next_chunk;
3591                 }
3592                 /* Every freed mapping is for a 4 KB page. */
3593                 pmap_resident_count_dec(pmap, freed);
3594                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
3595                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
3596                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
3597                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3598                 if (pc->pc_map[0] == PC_FREE0 && pc->pc_map[1] == PC_FREE1 &&
3599                     pc->pc_map[2] == PC_FREE2) {
3600                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
3601                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
3602                         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
3603                         /* Entire chunk is free; return it. */
3604                         m_pc = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
3605                         dump_drop_page(m_pc->phys_addr);
3606                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
3607                         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
3608                         break;
3609                 }
3610                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3611                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
3612                 /* One freed pv entry in locked_pmap is sufficient. */
3613                 if (pmap == locked_pmap)
3614                         break;
3615 next_chunk:
3616                 TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc_marker, pc_lru);
3617                 TAILQ_INSERT_AFTER(&pv_chunks, pc, pc_marker, pc_lru);
3618                 if (active_reclaims == 1 && pmap != NULL) {
3619                         /*
3620                          * Rotate the pv chunks list so that we do not
3621                          * scan the same pv chunks that could not be
3622                          * freed (because they contained a wired
3623                          * and/or superpage mapping) on every
3624                          * invocation of reclaim_pv_chunk().
3625                          */
3626                         while ((pc = TAILQ_FIRST(&pv_chunks)) != pc_marker) {
3627                                 MPASS(pc->pc_pmap != NULL);
3628                                 TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
3629                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pv_chunks, pc, pc_lru);
3630                         }
3631                 }
3632         }
3633         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc_marker, pc_lru);
3634         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc_marker_end, pc_lru);
3635         active_reclaims--;
3636         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
3637         reclaim_pv_chunk_leave_pmap(pmap, locked_pmap, start_di);
3638         if (m_pc == NULL && !SLIST_EMPTY(&free)) {
3639                 m_pc = SLIST_FIRST(&free);
3640                 SLIST_REMOVE_HEAD(&free, plinks.s.ss);
3641                 /* Recycle a freed page table page. */
3642                 m_pc->wire_count = 1;
3643         }
3644         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
3645         return (m_pc);
3646 }
3647
3648 /*
3649  * free the pv_entry back to the free list
3650  */
3651 static void
3652 free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv)
3653 {
3654         struct pv_chunk *pc;
3655         int idx, field, bit;
3656
3657         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3658         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, 1));
3659         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, 1));
3660         PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, 1));
3661         pc = pv_to_chunk(pv);
3662         idx = pv - &pc->pc_pventry[0];
3663         field = idx / 64;
3664         bit = idx % 64;
3665         pc->pc_map[field] |= 1ul << bit;
3666         if (pc->pc_map[0] != PC_FREE0 || pc->pc_map[1] != PC_FREE1 ||
3667             pc->pc_map[2] != PC_FREE2) {
3668                 /* 98% of the time, pc is already at the head of the list. */
3669                 if (__predict_false(pc != TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk))) {
3670                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3671                         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3672                 }
3673                 return;
3674         }
3675         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3676         free_pv_chunk(pc);
3677 }
3678
3679 static void
3680 free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc)
3681 {
3682         vm_page_t m;
3683
3684         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
3685         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
3686         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
3687         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
3688         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
3689         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
3690         /* entire chunk is free, return it */
3691         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
3692         dump_drop_page(m->phys_addr);
3693         vm_page_unwire(m, PQ_NONE);
3694         vm_page_free(m);
3695 }
3696
3697 /*
3698  * Returns a new PV entry, allocating a new PV chunk from the system when
3699  * needed.  If this PV chunk allocation fails and a PV list lock pointer was
3700  * given, a PV chunk is reclaimed from an arbitrary pmap.  Otherwise, NULL is
3701  * returned.
3702  *
3703  * The given PV list lock may be released.
3704  */
3705 static pv_entry_t
3706 get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp)
3707 {
3708         int bit, field;
3709         pv_entry_t pv;
3710         struct pv_chunk *pc;
3711         vm_page_t m;
3712
3713         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3714         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, 1));
3715 retry:
3716         pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
3717         if (pc != NULL) {
3718                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
3719                         if (pc->pc_map[field]) {
3720                                 bit = bsfq(pc->pc_map[field]);
3721                                 break;
3722                         }
3723                 }
3724                 if (field < _NPCM) {
3725                         pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
3726                         pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
3727                         /* If this was the last item, move it to tail */
3728                         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 &&
3729                             pc->pc_map[2] == 0) {
3730                                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3731                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc,
3732                                     pc_list);
3733                         }
3734                         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
3735                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, 1));
3736                         return (pv);
3737                 }
3738         }
3739         /* No free items, allocate another chunk */
3740         m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
3741             VM_ALLOC_WIRED);
3742         if (m == NULL) {
3743                 if (lockp == NULL) {
3744                         PV_STAT(pc_chunk_tryfail++);
3745                         return (NULL);
3746                 }
3747                 m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
3748                 if (m == NULL)
3749                         goto retry;
3750         }
3751         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
3752         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
3753         dump_add_page(m->phys_addr);
3754         pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
3755         pc->pc_pmap = pmap;
3756         pc->pc_map[0] = PC_FREE0 & ~1ul;        /* preallocated bit 0 */
3757         pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
3758         pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
3759         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
3760         TAILQ_INSERT_TAIL(&pv_chunks, pc, pc_lru);
3761         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
3762         pv = &pc->pc_pventry[0];
3763         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3764         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
3765         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV - 1));
3766         return (pv);
3767 }
3768
3769 /*
3770  * Returns the number of one bits within the given PV chunk map.
3771  *
3772  * The erratas for Intel processors state that "POPCNT Instruction May
3773  * Take Longer to Execute Than Expected".  It is believed that the
3774  * issue is the spurious dependency on the destination register.
3775  * Provide a hint to the register rename logic that the destination
3776  * value is overwritten, by clearing it, as suggested in the
3777  * optimization manual.  It should be cheap for unaffected processors
3778  * as well.
3779  *
3780  * Reference numbers for erratas are
3781  * 4th Gen Core: HSD146
3782  * 5th Gen Core: BDM85
3783  * 6th Gen Core: SKL029
3784  */
3785 static int
3786 popcnt_pc_map_pq(uint64_t *map)
3787 {
3788         u_long result, tmp;
3789
3790         __asm __volatile("xorl %k0,%k0;popcntq %2,%0;"
3791             "xorl %k1,%k1;popcntq %3,%1;addl %k1,%k0;"
3792             "xorl %k1,%k1;popcntq %4,%1;addl %k1,%k0"
3793             : "=&r" (result), "=&r" (tmp)
3794             : "m" (map[0]), "m" (map[1]), "m" (map[2]));
3795         return (result);
3796 }
3797
3798 /*
3799  * Ensure that the number of spare PV entries in the specified pmap meets or
3800  * exceeds the given count, "needed".
3801  *
3802  * The given PV list lock may be released.
3803  */
3804 static void
3805 reserve_pv_entries(pmap_t pmap, int needed, struct rwlock **lockp)
3806 {
3807         struct pch new_tail;
3808         struct pv_chunk *pc;
3809         vm_page_t m;
3810         int avail, free;
3811         bool reclaimed;
3812
3813         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3814         KASSERT(lockp != NULL, ("reserve_pv_entries: lockp is NULL"));
3815
3816         /*
3817          * Newly allocated PV chunks must be stored in a private list until
3818          * the required number of PV chunks have been allocated.  Otherwise,
3819          * reclaim_pv_chunk() could recycle one of these chunks.  In
3820          * contrast, these chunks must be added to the pmap upon allocation.
3821          */
3822         TAILQ_INIT(&new_tail);
3823 retry:
3824         avail = 0;
3825         TAILQ_FOREACH(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list) {
3826 #ifndef __POPCNT__
3827                 if ((cpu_feature2 & CPUID2_POPCNT) == 0)
3828                         bit_count((bitstr_t *)pc->pc_map, 0,
3829                             sizeof(pc->pc_map) * NBBY, &free);
3830                 else
3831 #endif
3832                 free = popcnt_pc_map_pq(pc->pc_map);
3833                 if (free == 0)
3834                         break;
3835                 avail += free;
3836                 if (avail >= needed)
3837                         break;
3838         }
3839         for (reclaimed = false; avail < needed; avail += _NPCPV) {
3840                 m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
3841                     VM_ALLOC_WIRED);
3842                 if (m == NULL) {
3843                         m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
3844                         if (m == NULL)
3845                                 goto retry;
3846                         reclaimed = true;
3847                 }
3848                 PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
3849                 PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
3850                 dump_add_page(m->phys_addr);
3851                 pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
3852                 pc->pc_pmap = pmap;
3853                 pc->pc_map[0] = PC_FREE0;
3854                 pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
3855                 pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
3856                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3857                 TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail, pc, pc_lru);
3858                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
3859
3860                 /*
3861                  * The reclaim might have freed a chunk from the current pmap.
3862                  * If that chunk contained available entries, we need to
3863                  * re-count the number of available entries.
3864                  */
3865                 if (reclaimed)
3866                         goto retry;
3867         }
3868         if (!TAILQ_EMPTY(&new_tail)) {
3869                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
3870                 TAILQ_CONCAT(&pv_chunks, &new_tail, pc_lru);
3871                 mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
3872         }
3873 }
3874
3875 /*
3876  * First find and then remove the pv entry for the specified pmap and virtual
3877  * address from the specified pv list.  Returns the pv entry if found and NULL
3878  * otherwise.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or
3879  * 2MB page mappings.
3880  */
3881 static __inline pv_entry_t
3882 pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3883 {
3884         pv_entry_t pv;
3885
3886         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
3887                 if (pmap == PV_PMAP(pv) && va == pv->pv_va) {
3888                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
3889                         pvh->pv_gen++;
3890                         break;
3891                 }
3892         }
3893         return (pv);
3894 }
3895
3896 /*
3897  * After demotion from a 2MB page mapping to 512 4KB page mappings,
3898  * destroy the pv entry for the 2MB page mapping and reinstantiate the pv
3899  * entries for each of the 4KB page mappings.
3900  */
3901 static void
3902 pmap_pv_demote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
3903     struct rwlock **lockp)
3904 {
3905         struct md_page *pvh;
3906         struct pv_chunk *pc;
3907         pv_entry_t pv;
3908         vm_offset_t va_last;
3909         vm_page_t m;
3910         int bit, field;
3911
3912         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3913         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
3914             ("pmap_pv_demote_pde: pa is not 2mpage aligned"));
3915         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
3916
3917         /*
3918          * Transfer the 2mpage's pv entry for this mapping to the first
3919          * page's pv list.  Once this transfer begins, the pv list lock
3920          * must not be released until the last pv entry is reinstantiated.
3921          */
3922         pvh = pa_to_pvh(pa);
3923         va = trunc_2mpage(va);
3924         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
3925         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_demote_pde: pv not found"));
3926         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
3927         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3928         m->md.pv_gen++;
3929         /* Instantiate the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
3930         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, NPTEPG - 1));
3931         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
3932         for (;;) {
3933                 pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
3934                 KASSERT(pc->pc_map[0] != 0 || pc->pc_map[1] != 0 ||
3935                     pc->pc_map[2] != 0, ("pmap_pv_demote_pde: missing spare"));
3936                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
3937                         while (pc->pc_map[field]) {
3938                                 bit = bsfq(pc->pc_map[field]);
3939                                 pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
3940                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
3941                                 va += PAGE_SIZE;
3942                                 pv->pv_va = va;
3943                                 m++;
3944                                 KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
3945                             ("pmap_pv_demote_pde: page %p is not managed", m));
3946                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3947                                 m->md.pv_gen++;
3948                                 if (va == va_last)
3949                                         goto out;
3950                         }
3951                 }
3952                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3953                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3954         }
3955 out:
3956         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 && pc->pc_map[2] == 0) {
3957                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3958                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3959         }
3960         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, NPTEPG - 1));
3961         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, NPTEPG - 1));
3962 }
3963
3964 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
3965 /*
3966  * After promotion from 512 4KB page mappings to a single 2MB page mapping,
3967  * replace the many pv entries for the 4KB page mappings by a single pv entry
3968  * for the 2MB page mapping.
3969  */
3970 static void
3971 pmap_pv_promote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
3972     struct rwlock **lockp)
3973 {
3974         struct md_page *pvh;
3975         pv_entry_t pv;
3976         vm_offset_t va_last;
3977         vm_page_t m;
3978
3979         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
3980             ("pmap_pv_promote_pde: pa is not 2mpage aligned"));
3981         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
3982
3983         /*
3984          * Transfer the first page's pv entry for this mapping to the 2mpage's
3985          * pv list.  Aside from avoiding the cost of a call to get_pv_entry(),
3986          * a transfer avoids the possibility that get_pv_entry() calls
3987          * reclaim_pv_chunk() and that reclaim_pv_chunk() removes one of the
3988          * mappings that is being promoted.
3989          */
3990         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
3991         va = trunc_2mpage(va);
3992         pv = pmap_pvh_remove(&m->md, pmap, va);
3993         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_promote_pde: pv not found"));
3994         pvh = pa_to_pvh(pa);
3995         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
3996         pvh->pv_gen++;
3997         /* Free the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
3998         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
3999         do {
4000                 m++;
4001                 va += PAGE_SIZE;
4002                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
4003         } while (va < va_last);
4004 }
4005 #endif /* VM_NRESERVLEVEL > 0 */
4006
4007 /*
4008  * First find and then destroy the pv entry for the specified pmap and virtual
4009  * address.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or 2MB
4010  * page mappings.
4011  */
4012 static void
4013 pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
4014 {
4015         pv_entry_t pv;
4016
4017         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
4018         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pvh_free: pv not found"));
4019         free_pv_entry(pmap, pv);
4020 }
4021
4022 /*
4023  * Conditionally create the PV entry for a 4KB page mapping if the required
4024  * memory can be allocated without resorting to reclamation.
4025  */
4026 static boolean_t
4027 pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
4028     struct rwlock **lockp)
4029 {
4030         pv_entry_t pv;
4031
4032         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4033         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
4034         if ((pv = get_pv_entry(pmap, NULL)) != NULL) {
4035                 pv->pv_va = va;
4036                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
4037                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4038                 m->md.pv_gen++;
4039                 return (TRUE);
4040         } else
4041                 return (FALSE);
4042 }
4043
4044 /*
4045  * Create the PV entry for a 2MB page mapping.  Always returns true unless the
4046  * flag PMAP_ENTER_NORECLAIM is specified.  If that flag is specified, returns
4047  * false if the PV entry cannot be allocated without resorting to reclamation.
4048  */
4049 static bool
4050 pmap_pv_insert_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde, u_int flags,
4051     struct rwlock **lockp)
4052 {
4053         struct md_page *pvh;
4054         pv_entry_t pv;
4055         vm_paddr_t pa;
4056
4057         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4058         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
4059         if ((pv = get_pv_entry(pmap, (flags & PMAP_ENTER_NORECLAIM) != 0 ?
4060             NULL : lockp)) == NULL)
4061                 return (false);
4062         pv->pv_va = va;
4063         pa = pde & PG_PS_FRAME;
4064         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
4065         pvh = pa_to_pvh(pa);
4066         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
4067         pvh->pv_gen++;
4068         return (true);
4069 }
4070
4071 /*
4072  * Fills a page table page with mappings to consecutive physical pages.
4073  */
4074 static void
4075 pmap_fill_ptp(pt_entry_t *firstpte, pt_entry_t newpte)
4076 {
4077         pt_entry_t *pte;
4078
4079         for (pte = firstpte; pte < firstpte + NPTEPG; pte++) {
4080                 *pte = newpte;
4081                 newpte += PAGE_SIZE;
4082         }
4083 }
4084
4085 /*
4086  * Tries to demote a 2MB page mapping.  If demotion fails, the 2MB page
4087  * mapping is invalidated.
4088  */
4089 static boolean_t
4090 pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
4091 {
4092         struct rwlock *lock;
4093         boolean_t rv;
4094
4095         lock = NULL;
4096         rv = pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
4097         if (lock != NULL)
4098                 rw_wunlock(lock);
4099         return (rv);
4100 }
4101
4102 static boolean_t
4103 pmap_demote_pde_locked(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
4104     struct rwlock **lockp)
4105 {
4106         pd_entry_t newpde, oldpde;
4107         pt_entry_t *firstpte, newpte;
4108         pt_entry_t PG_A, PG_G, PG_M, PG_PKU_MASK, PG_RW, PG_V;
4109         vm_paddr_t mptepa;
4110         vm_page_t mpte;
4111         struct spglist free;
4112         vm_offset_t sva;
4113         int PG_PTE_CACHE;
4114
4115         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
4116         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
4117         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4118         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4119         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4120         PG_PTE_CACHE = pmap_cache_mask(pmap, 0);
4121         PG_PKU_MASK = pmap_pku_mask_bit(pmap);
4122
4123         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4124         oldpde = *pde;
4125         KASSERT((oldpde & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V),
4126             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_PS and/or PG_V"));
4127         if ((oldpde & PG_A) == 0 || (mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, va)) ==
4128             NULL) {
4129                 KASSERT((oldpde & PG_W) == 0,
4130                     ("pmap_demote_pde: page table page for a wired mapping"
4131                     " is missing"));
4132
4133                 /*
4134                  * Invalidate the 2MB page mapping and return "failure" if the
4135                  * mapping was never accessed or the allocation of the new
4136                  * page table page fails.  If the 2MB page mapping belongs to
4137                  * the direct map region of the kernel's address space, then
4138                  * the page allocation request specifies the highest possible
4139                  * priority (VM_ALLOC_INTERRUPT).  Otherwise, the priority is
4140                  * normal.  Page table pages are preallocated for every other
4141                  * part of the kernel address space, so the direct map region
4142                  * is the only part of the kernel address space that must be
4143                  * handled here.
4144                  */
4145                 if ((oldpde & PG_A) == 0 || (mpte = vm_page_alloc(NULL,
4146                     pmap_pde_pindex(va), (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va <
4147                     DMAP_MAX_ADDRESS ? VM_ALLOC_INTERRUPT : VM_ALLOC_NORMAL) |
4148                     VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED)) == NULL) {
4149                         SLIST_INIT(&free);
4150                         sva = trunc_2mpage(va);
4151                         pmap_remove_pde(pmap, pde, sva, &free, lockp);
4152                         if ((oldpde & PG_G) == 0)
4153                                 pmap_invalidate_pde_page(pmap, sva, oldpde);
4154                         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
4155                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: failure for va %#lx"
4156                             " in pmap %p", va, pmap);
4157                         return (FALSE);
4158                 }
4159                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
4160                         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
4161         }
4162         mptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpte);
4163         firstpte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mptepa);
4164         newpde = mptepa | PG_M | PG_A | (oldpde & PG_U) | PG_RW | PG_V;
4165         KASSERT((oldpde & PG_A) != 0,
4166             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_A"));
4167         KASSERT((oldpde & (PG_M | PG_RW)) != PG_RW,
4168             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_M"));
4169         newpte = oldpde & ~PG_PS;
4170         newpte = pmap_swap_pat(pmap, newpte);
4171
4172         /*
4173          * If the page table page is new, initialize it.
4174          */
4175         if (mpte->wire_count == 1) {
4176                 mpte->wire_count = NPTEPG;
4177                 pmap_fill_ptp(firstpte, newpte);
4178         }
4179         KASSERT((*firstpte & PG_FRAME) == (newpte & PG_FRAME),
4180             ("pmap_demote_pde: firstpte and newpte map different physical"
4181             " addresses"));
4182
4183         /*
4184          * If the mapping has changed attributes, update the page table
4185          * entries.
4186          */
4187         if ((*firstpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpte & PG_PTE_PROMOTE))
4188                 pmap_fill_ptp(firstpte, newpte);
4189
4190         /*
4191          * The spare PV entries must be reserved prior to demoting the
4192          * mapping, that is, prior to changing the PDE.  Otherwise, the state
4193          * of the PDE and the PV lists will be inconsistent, which can result
4194          * in reclaim_pv_chunk() attempting to remove a PV entry from the
4195          * wrong PV list and pmap_pv_demote_pde() failing to find the expected
4196          * PV entry for the 2MB page mapping that is being demoted.
4197          */
4198         if ((oldpde & PG_MANAGED) != 0)
4199                 reserve_pv_entries(pmap, NPTEPG - 1, lockp);
4200
4201         /*
4202          * Demote the mapping.  This pmap is locked.  The old PDE has
4203          * PG_A set.  If the old PDE has PG_RW set, it also has PG_M
4204          * set.  Thus, there is no danger of a race with another
4205          * processor changing the setting of PG_A and/or PG_M between
4206          * the read above and the store below. 
4207          */
4208         if (workaround_erratum383)
4209                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, newpde);
4210         else
4211                 pde_store(pde, newpde);
4212
4213         /*
4214          * Invalidate a stale recursive mapping of the page table page.
4215          */
4216         if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
4217                 pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopte(va));
4218
4219         /*
4220          * Demote the PV entry.
4221          */
4222         if ((oldpde & PG_MANAGED) != 0)
4223                 pmap_pv_demote_pde(pmap, va, oldpde & PG_PS_FRAME, lockp);
4224
4225         atomic_add_long(&pmap_pde_demotions, 1);
4226         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: success for va %#lx"
4227             " in pmap %p", va, pmap);
4228         return (TRUE);
4229 }
4230
4231 /*
4232  * pmap_remove_kernel_pde: Remove a kernel superpage mapping.
4233  */
4234 static void
4235 pmap_remove_kernel_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
4236 {
4237         pd_entry_t newpde;
4238         vm_paddr_t mptepa;
4239         vm_page_t mpte;
4240
4241         KASSERT(pmap == kernel_pmap, ("pmap %p is not kernel_pmap", pmap));
4242         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4243         mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, va);
4244         if (mpte == NULL)
4245                 panic("pmap_remove_kernel_pde: Missing pt page.");
4246
4247         mptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpte);
4248         newpde = mptepa | X86_PG_M | X86_PG_A | X86_PG_RW | X86_PG_V;
4249
4250         /*
4251          * Initialize the page table page.
4252          */
4253         pagezero((void *)PHYS_TO_DMAP(mptepa));
4254
4255         /*
4256          * Demote the mapping.
4257          */
4258         if (workaround_erratum383)
4259                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, newpde);
4260         else
4261                 pde_store(pde, newpde);
4262
4263         /*
4264          * Invalidate a stale recursive mapping of the page table page.
4265          */
4266         pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopte(va));
4267 }
4268
4269 /*
4270  * pmap_remove_pde: do the things to unmap a superpage in a process
4271  */
4272 static int
4273 pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
4274     struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
4275 {
4276         struct md_page *pvh;
4277         pd_entry_t oldpde;
4278         vm_offset_t eva, va;
4279         vm_page_t m, mpte;
4280         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW;
4281
4282         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
4283         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
4284         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4285         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4286
4287         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4288         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
4289             ("pmap_remove_pde: sva is not 2mpage aligned"));
4290         oldpde = pte_load_clear(pdq);
4291         if (oldpde & PG_W)
4292                 pmap->pm_stats.wired_count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
4293         if ((oldpde & PG_G) != 0)
4294                 pmap_invalidate_pde_page(kernel_pmap, sva, oldpde);
4295         pmap_resident_count_dec(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
4296         if (oldpde & PG_MANAGED) {
4297                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, oldpde & PG_PS_FRAME);
4298                 pvh = pa_to_pvh(oldpde & PG_PS_FRAME);
4299                 pmap_pvh_free(pvh, pmap, sva);
4300                 eva = sva + NBPDR;
4301                 for (va = sva, m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
4302                     va < eva; va += PAGE_SIZE, m++) {
4303                         if ((oldpde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
4304                                 vm_page_dirty(m);
4305                         if (oldpde & PG_A)
4306                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
4307                         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
4308                             TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
4309                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
4310                         pmap_delayed_invl_page(m);
4311                 }
4312         }
4313         if (pmap == kernel_pmap) {
4314                 pmap_remove_kernel_pde(pmap, pdq, sva);
4315         } else {
4316                 mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, sva);
4317                 if (mpte != NULL) {
4318                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
4319                         KASSERT(mpte->wire_count == NPTEPG,
4320                             ("pmap_remove_pde: pte page wire count error"));
4321                         mpte->wire_count = 0;
4322                         pmap_add_delayed_free_list(mpte, free, FALSE);
4323                 }
4324         }
4325         return (pmap_unuse_pt(pmap, sva, *pmap_pdpe(pmap, sva), free));
4326 }
4327
4328 /*
4329  * pmap_remove_pte: do the things to unmap a page in a process
4330  */
4331 static int
4332 pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t va, 
4333     pd_entry_t ptepde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
4334 {
4335         struct md_page *pvh;
4336         pt_entry_t oldpte, PG_A, PG_M, PG_RW;
4337         vm_page_t m;
4338
4339         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
4340         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4341         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4342
4343         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4344         oldpte = pte_load_clear(ptq);
4345         if (oldpte & PG_W)
4346                 pmap->pm_stats.wired_count -= 1;
4347         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
4348         if (oldpte & PG_MANAGED) {
4349                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpte & PG_FRAME);
4350                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
4351                         vm_page_dirty(m);
4352                 if (oldpte & PG_A)
4353                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
4354                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
4355                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
4356                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
4357                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
4358                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4359                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
4360                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
4361                 }
4362                 pmap_delayed_invl_page(m);
4363         }
4364         return (pmap_unuse_pt(pmap, va, ptepde, free));
4365 }
4366
4367 /*
4368  * Remove a single page from a process address space
4369  */
4370 static void
4371 pmap_remove_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
4372     struct spglist *free)
4373 {
4374         struct rwlock *lock;
4375         pt_entry_t *pte, PG_V;
4376
4377         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4378         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4379         if ((*pde & PG_V) == 0)
4380                 return;
4381         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
4382         if ((*pte & PG_V) == 0)
4383                 return;
4384         lock = NULL;
4385         pmap_remove_pte(pmap, pte, va, *pde, free, &lock);
4386         if (lock != NULL)
4387                 rw_wunlock(lock);
4388         pmap_invalidate_page(pmap, va);
4389 }
4390
4391 /*
4392  * Removes the specified range of addresses from the page table page.
4393  */
4394 static bool
4395 pmap_remove_ptes(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
4396     pd_entry_t *pde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
4397 {
4398         pt_entry_t PG_G, *pte;
4399         vm_offset_t va;
4400         bool anyvalid;
4401
4402         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4403         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
4404         anyvalid = false;
4405         va = eva;
4406         for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != eva; pte++,
4407             sva += PAGE_SIZE) {
4408                 if (*pte == 0) {
4409                         if (va != eva) {
4410                                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
4411                                 va = eva;
4412                         }
4413                         continue;
4414                 }
4415                 if ((*pte & PG_G) == 0)
4416                         anyvalid = true;
4417                 else if (va == eva)
4418                         va = sva;
4419                 if (pmap_remove_pte(pmap, pte, sva, *pde, free, lockp)) {
4420                         sva += PAGE_SIZE;
4421                         break;
4422                 }
4423         }
4424         if (va != eva)
4425                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
4426         return (anyvalid);
4427 }
4428
4429 /*
4430  *      Remove the given range of addresses from the specified map.
4431  *
4432  *      It is assumed that the start and end are properly
4433  *      rounded to the page size.
4434  */
4435 void
4436 pmap_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
4437 {
4438         struct rwlock *lock;
4439         vm_offset_t va_next;
4440         pml4_entry_t *pml4e;
4441         pdp_entry_t *pdpe;
4442         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
4443         pt_entry_t PG_G, PG_V;
4444         struct spglist free;
4445         int anyvalid;
4446
4447         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
4448         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4449
4450         /*
4451          * Perform an unsynchronized read.  This is, however, safe.
4452          */
4453         if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
4454                 return;
4455
4456         anyvalid = 0;
4457         SLIST_INIT(&free);
4458
4459         pmap_delayed_invl_started();
4460         PMAP_LOCK(pmap);
4461
4462         /*
4463          * special handling of removing one page.  a very
4464          * common operation and easy to short circuit some
4465          * code.
4466          */
4467         if (sva + PAGE_SIZE == eva) {
4468                 pde = pmap_pde(pmap, sva);
4469                 if (pde && (*pde & PG_PS) == 0) {
4470                         pmap_remove_page(pmap, sva, pde, &free);
4471                         goto out;
4472                 }
4473         }
4474
4475         lock = NULL;
4476         for (; sva < eva; sva = va_next) {
4477
4478                 if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
4479                         break;
4480
4481                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
4482                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
4483                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
4484                         if (va_next < sva)
4485                                 va_next = eva;
4486                         continue;
4487                 }
4488
4489                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
4490                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
4491                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
4492                         if (va_next < sva)
4493                                 va_next = eva;
4494                         continue;
4495                 }
4496
4497                 /*
4498                  * Calculate index for next page table.
4499                  */
4500                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
4501                 if (va_next < sva)
4502                         va_next = eva;
4503
4504                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
4505                 ptpaddr = *pde;
4506
4507                 /*
4508                  * Weed out invalid mappings.
4509                  */
4510                 if (ptpaddr == 0)
4511                         continue;
4512
4513                 /*
4514                  * Check for large page.
4515                  */
4516                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
4517                         /*
4518                          * Are we removing the entire large page?  If not,
4519                          * demote the mapping and fall through.
4520                          */
4521                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
4522                                 /*
4523                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
4524                                  * invalidated by pmap_remove_pde().
4525                                  */
4526                                 if ((ptpaddr & PG_G) == 0)
4527                                         anyvalid = 1;
4528                                 pmap_remove_pde(pmap, pde, sva, &free, &lock);
4529                                 continue;
4530                         } else if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, sva,
4531                             &lock)) {
4532                                 /* The large page mapping was destroyed. */
4533                                 continue;
4534                         } else
4535                                 ptpaddr = *pde;
4536                 }
4537
4538                 /*
4539                  * Limit our scan to either the end of the va represented
4540                  * by the current page table page, or to the end of the
4541                  * range being removed.
4542                  */
4543                 if (va_next > eva)
4544                         va_next = eva;
4545
4546                 if (pmap_remove_ptes(pmap, sva, va_next, pde, &free, &lock))
4547                         anyvalid = 1;
4548         }
4549         if (lock != NULL)
4550                 rw_wunlock(lock);
4551 out:
4552         if (anyvalid)
4553                 pmap_invalidate_all(pmap);
4554         pmap_pkru_on_remove(pmap, sva, eva);
4555         PMAP_UNLOCK(pmap);
4556         pmap_delayed_invl_finished();
4557         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
4558 }
4559
4560 /*
4561  *      Routine:        pmap_remove_all
4562  *      Function:
4563  *              Removes this physical page from
4564  *              all physical maps in which it resides.
4565  *              Reflects back modify bits to the pager.
4566  *
4567  *      Notes:
4568  *              Original versions of this routine were very
4569  *              inefficient because they iteratively called
4570  *              pmap_remove (slow...)
4571  */
4572
4573 void
4574 pmap_remove_all(vm_page_t m)
4575 {
4576         struct md_page *pvh;
4577         pv_entry_t pv;
4578         pmap_t pmap;
4579         struct rwlock *lock;
4580         pt_entry_t *pte, tpte, PG_A, PG_M, PG_RW;
4581         pd_entry_t *pde;
4582         vm_offset_t va;
4583         struct spglist free;
4584         int pvh_gen, md_gen;
4585
4586         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4587             ("pmap_remove_all: page %p is not managed", m));
4588         SLIST_INIT(&free);
4589         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
4590         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
4591             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4592 retry:
4593         rw_wlock(lock);
4594         while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != NULL) {
4595                 pmap = PV_PMAP(pv);
4596                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
4597                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
4598                         rw_wunlock(lock);
4599                         PMAP_LOCK(pmap);
4600                         rw_wlock(lock);
4601                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
4602                                 rw_wunlock(lock);
4603                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4604                                 goto retry;
4605                         }
4606                 }
4607                 va = pv->pv_va;
4608                 pde = pmap_pde(pmap, va);
4609                 (void)pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
4610                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4611         }
4612         while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
4613                 pmap = PV_PMAP(pv);
4614                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
4615                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
4616                         md_gen = m->md.pv_gen;
4617                         rw_wunlock(lock);
4618                         PMAP_LOCK(pmap);
4619                         rw_wlock(lock);
4620                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
4621                                 rw_wunlock(lock);
4622                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4623                                 goto retry;
4624                         }
4625                 }
4626                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
4627                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4628                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4629                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
4630                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
4631                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_remove_all: found"
4632                     " a 2mpage in page %p's pv list", m));
4633                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
4634                 tpte = pte_load_clear(pte);
4635                 if (tpte & PG_W)
4636                         pmap->pm_stats.wired_count--;
4637                 if (tpte & PG_A)
4638                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
4639
4640                 /*
4641                  * Update the vm_page_t clean and reference bits.
4642                  */
4643                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
4644                         vm_page_dirty(m);
4645                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, *pde, &free);
4646                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
4647                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4648                 m->md.pv_gen++;
4649                 free_pv_entry(pmap, pv);
4650                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4651         }
4652         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
4653         rw_wunlock(lock);
4654         pmap_delayed_invl_wait(m);
4655         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
4656 }
4657
4658 /*
4659  * pmap_protect_pde: do the things to protect a 2mpage in a process
4660  */
4661 static boolean_t
4662 pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva, vm_prot_t prot)
4663 {
4664         pd_entry_t newpde, oldpde;
4665         vm_offset_t eva, va;
4666         vm_page_t m;
4667         boolean_t anychanged;
4668         pt_entry_t PG_G, PG_M, PG_RW;
4669
4670         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
4671         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4672         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4673
4674         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4675         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
4676             ("pmap_protect_pde: sva is not 2mpage aligned"));
4677         anychanged = FALSE;
4678 retry:
4679         oldpde = newpde = *pde;
4680         if ((oldpde & (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) ==
4681             (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) {
4682                 eva = sva + NBPDR;
4683                 for (va = sva, m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
4684                     va < eva; va += PAGE_SIZE, m++)
4685                         vm_page_dirty(m);
4686         }
4687         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0)
4688                 newpde &= ~(PG_RW | PG_M);
4689         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
4690                 newpde |= pg_nx;
4691         if (newpde != oldpde) {
4692                 /*
4693                  * As an optimization to future operations on this PDE, clear
4694                  * PG_PROMOTED.  The impending invalidation will remove any
4695                  * lingering 4KB page mappings from the TLB.
4696                  */
4697                 if (!atomic_cmpset_long(pde, oldpde, newpde & ~PG_PROMOTED))
4698                         goto retry;
4699                 if ((oldpde & PG_G) != 0)
4700                         pmap_invalidate_pde_page(kernel_pmap, sva, oldpde);
4701                 else
4702                         anychanged = TRUE;
4703         }
4704         return (anychanged);
4705 }
4706
4707 /*
4708  *      Set the physical protection on the
4709  *      specified range of this map as requested.
4710  */
4711 void
4712 pmap_protect(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, vm_prot_t prot)
4713 {
4714         vm_offset_t va_next;
4715         pml4_entry_t *pml4e;
4716         pdp_entry_t *pdpe;
4717         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
4718         pt_entry_t *pte, PG_G, PG_M, PG_RW, PG_V;
4719         boolean_t anychanged;
4720
4721         KASSERT((prot & ~VM_PROT_ALL) == 0, ("invalid prot %x", prot));
4722         if (prot == VM_PROT_NONE) {
4723                 pmap_remove(pmap, sva, eva);
4724                 return;
4725         }
4726
4727         if ((prot & (VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE)) ==
4728             (VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE))
4729                 return;
4730
4731         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
4732         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4733         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4734         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4735         anychanged = FALSE;
4736
4737         /*
4738          * Although this function delays and batches the invalidation
4739          * of stale TLB entries, it does not need to call
4740          * pmap_delayed_invl_started() and
4741          * pmap_delayed_invl_finished(), because it does not
4742          * ordinarily destroy mappings.  Stale TLB entries from
4743          * protection-only changes need only be invalidated before the
4744          * pmap lock is released, because protection-only changes do
4745          * not destroy PV entries.  Even operations that iterate over
4746          * a physical page's PV list of mappings, like
4747          * pmap_remove_write(), acquire the pmap lock for each
4748          * mapping.  Consequently, for protection-only changes, the
4749          * pmap lock suffices to synchronize both page table and TLB
4750          * updates.
4751          *
4752          * This function only destroys a mapping if pmap_demote_pde()
4753          * fails.  In that case, stale TLB entries are immediately
4754          * invalidated.
4755          */
4756         
4757         PMAP_LOCK(pmap);
4758         for (; sva < eva; sva = va_next) {
4759
4760                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
4761                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
4762                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
4763                         if (va_next < sva)
4764                                 va_next = eva;
4765                         continue;
4766                 }
4767
4768                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
4769                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
4770                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
4771                         if (va_next < sva)
4772                                 va_next = eva;
4773                         continue;
4774                 }
4775
4776                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
4777                 if (va_next < sva)
4778                         va_next = eva;
4779
4780                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
4781                 ptpaddr = *pde;
4782
4783                 /*
4784                  * Weed out invalid mappings.
4785                  */
4786                 if (ptpaddr == 0)
4787                         continue;
4788
4789                 /*
4790                  * Check for large page.
4791                  */
4792                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
4793                         /*
4794                          * Are we protecting the entire large page?  If not,
4795                          * demote the mapping and fall through.
4796                          */
4797                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
4798                                 /*
4799                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
4800                                  * invalidated by pmap_protect_pde().
4801                                  */
4802                                 if (pmap_protect_pde(pmap, pde, sva, prot))
4803                                         anychanged = TRUE;
4804                                 continue;
4805                         } else if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, sva)) {
4806                                 /*
4807                                  * The large page mapping was destroyed.
4808                                  */
4809                                 continue;
4810                         }
4811                 }
4812
4813                 if (va_next > eva)
4814                         va_next = eva;
4815
4816                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
4817                     sva += PAGE_SIZE) {
4818                         pt_entry_t obits, pbits;
4819                         vm_page_t m;
4820
4821 retry:
4822                         obits = pbits = *pte;
4823                         if ((pbits & PG_V) == 0)
4824                                 continue;
4825
4826                         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
4827                                 if ((pbits & (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) ==
4828                                     (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) {
4829                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pbits & PG_FRAME);
4830                                         vm_page_dirty(m);
4831                                 }
4832                                 pbits &= ~(PG_RW | PG_M);
4833                         }
4834                         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
4835                                 pbits |= pg_nx;
4836
4837                         if (pbits != obits) {
4838                                 if (!atomic_cmpset_long(pte, obits, pbits))
4839                                         goto retry;
4840                                 if (obits & PG_G)
4841                                         pmap_invalidate_page(pmap, sva);
4842                                 else
4843                                         anychanged = TRUE;
4844                         }
4845                 }
4846         }
4847         if (anychanged)
4848                 pmap_invalidate_all(pmap);
4849         PMAP_UNLOCK(pmap);
4850 }
4851
4852 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
4853 /*
4854  * Tries to promote the 512, contiguous 4KB page mappings that are within a
4855  * single page table page (PTP) to a single 2MB page mapping.  For promotion
4856  * to occur, two conditions must be met: (1) the 4KB page mappings must map
4857  * aligned, contiguous physical memory and (2) the 4KB page mappings must have
4858  * identical characteristics. 
4859  */
4860 static void
4861 pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
4862     struct rwlock **lockp)
4863 {
4864         pd_entry_t newpde;
4865         pt_entry_t *firstpte, oldpte, pa, *pte;
4866         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V, PG_PKU_MASK;
4867         vm_page_t mpte;
4868         int PG_PTE_CACHE;
4869
4870         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
4871         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
4872         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4873         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4874         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4875         PG_PKU_MASK = pmap_pku_mask_bit(pmap);
4876         PG_PTE_CACHE = pmap_cache_mask(pmap, 0);
4877
4878         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4879
4880         /*
4881          * Examine the first PTE in the specified PTP.  Abort if this PTE is
4882          * either invalid, unused, or does not map the first 4KB physical page
4883          * within a 2MB page. 
4884          */
4885         firstpte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pde & PG_FRAME);
4886 setpde:
4887         newpde = *firstpte;
4888         if ((newpde & ((PG_FRAME & PDRMASK) | PG_A | PG_V)) != (PG_A | PG_V)) {
4889                 atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
4890                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
4891                     " in pmap %p", va, pmap);
4892                 return;
4893         }
4894         if ((newpde & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
4895                 /*
4896                  * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared without
4897                  * a TLB invalidation.
4898                  */
4899                 if (!atomic_cmpset_long(firstpte, newpde, newpde & ~PG_RW))
4900                         goto setpde;
4901                 newpde &= ~PG_RW;
4902         }
4903
4904         /*
4905          * Examine each of the other PTEs in the specified PTP.  Abort if this
4906          * PTE maps an unexpected 4KB physical page or does not have identical
4907          * characteristics to the first PTE.
4908          */
4909         pa = (newpde & (PG_PS_FRAME | PG_A | PG_V)) + NBPDR - PAGE_SIZE;
4910         for (pte = firstpte + NPTEPG - 1; pte > firstpte; pte--) {
4911 setpte:
4912                 oldpte = *pte;
4913                 if ((oldpte & (PG_FRAME | PG_A | PG_V)) != pa) {
4914                         atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
4915                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
4916                             " in pmap %p", va, pmap);
4917                         return;
4918                 }
4919                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
4920                         /*
4921                          * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared
4922                          * without a TLB invalidation.
4923                          */
4924                         if (!atomic_cmpset_long(pte, oldpte, oldpte & ~PG_RW))
4925                                 goto setpte;
4926                         oldpte &= ~PG_RW;
4927                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: protect for va %#lx"
4928                             " in pmap %p", (oldpte & PG_FRAME & PDRMASK) |
4929                             (va & ~PDRMASK), pmap);
4930                 }
4931                 if ((oldpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpde & PG_PTE_PROMOTE)) {
4932                         atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
4933                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
4934                             " in pmap %p", va, pmap);
4935                         return;
4936                 }
4937                 pa -= PAGE_SIZE;
4938         }
4939
4940         /*
4941          * Save the page table page in its current state until the PDE
4942          * mapping the superpage is demoted by pmap_demote_pde() or
4943          * destroyed by pmap_remove_pde(). 
4944          */
4945         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
4946         KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
4947             mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
4948             ("pmap_promote_pde: page table page is out of range"));
4949         KASSERT(mpte->pindex == pmap_pde_pindex(va),
4950             ("pmap_promote_pde: page table page's pindex is wrong"));
4951         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mpte)) {
4952                 atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
4953                 CTR2(KTR_PMAP,
4954                     "pmap_promote_pde: failure for va %#lx in pmap %p", va,
4955                     pmap);
4956                 return;
4957         }
4958
4959         /*
4960          * Promote the pv entries.
4961          */
4962         if ((newpde & PG_MANAGED) != 0)
4963                 pmap_pv_promote_pde(pmap, va, newpde & PG_PS_FRAME, lockp);
4964
4965         /*
4966          * Propagate the PAT index to its proper position.
4967          */
4968         newpde = pmap_swap_pat(pmap, newpde);
4969
4970         /*
4971          * Map the superpage.
4972          */
4973         if (workaround_erratum383)
4974                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, PG_PS | newpde);
4975         else
4976                 pde_store(pde, PG_PROMOTED | PG_PS | newpde);
4977
4978         atomic_add_long(&pmap_pde_promotions, 1);
4979         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: success for va %#lx"
4980             " in pmap %p", va, pmap);
4981 }
4982 #endif /* VM_NRESERVLEVEL > 0 */
4983
4984 /*
4985  *      Insert the given physical page (p) at
4986  *      the specified virtual address (v) in the
4987  *      target physical map with the protection requested.
4988  *
4989  *      If specified, the page will be wired down, meaning
4990  *      that the related pte can not be reclaimed.
4991  *
4992  *      NB:  This is the only routine which MAY NOT lazy-evaluate
4993  *      or lose information.  That is, this routine must actually
4994  *      insert this page into the given map NOW.
4995  *
4996  *      When destroying both a page table and PV entry, this function
4997  *      performs the TLB invalidation before releasing the PV list
4998  *      lock, so we do not need pmap_delayed_invl_page() calls here.
4999  */
5000 int
5001 pmap_enter(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
5002     u_int flags, int8_t psind)
5003 {
5004         struct rwlock *lock;
5005         pd_entry_t *pde;
5006         pt_entry_t *pte, PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
5007         pt_entry_t newpte, origpte;
5008         pv_entry_t pv;
5009         vm_paddr_t opa, pa;
5010         vm_page_t mpte, om;
5011         int rv;
5012         boolean_t nosleep;
5013
5014         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5015         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5016         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5017         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5018         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5019
5020         va = trunc_page(va);
5021         KASSERT(va <= VM_MAX_KERNEL_ADDRESS, ("pmap_enter: toobig"));
5022         KASSERT(va < UPT_MIN_ADDRESS || va >= UPT_MAX_ADDRESS,
5023             ("pmap_enter: invalid to pmap_enter page table pages (va: 0x%lx)",
5024             va));
5025         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0 || va < kmi.clean_sva ||
5026             va >= kmi.clean_eva,
5027             ("pmap_enter: managed mapping within the clean submap"));
5028         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 && !vm_page_xbusied(m))
5029                 VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m->object);
5030         KASSERT((flags & PMAP_ENTER_RESERVED) == 0,
5031             ("pmap_enter: flags %u has reserved bits set", flags));
5032         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
5033         newpte = (pt_entry_t)(pa | PG_A | PG_V);
5034         if ((flags & VM_PROT_WRITE) != 0)
5035                 newpte |= PG_M;
5036         if ((prot & VM_PROT_WRITE) != 0)
5037                 newpte |= PG_RW;
5038         KASSERT((newpte & (PG_M | PG_RW)) != PG_M,
5039             ("pmap_enter: flags includes VM_PROT_WRITE but prot doesn't"));
5040         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
5041                 newpte |= pg_nx;
5042         if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) != 0)
5043                 newpte |= PG_W;
5044         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
5045                 newpte |= PG_U;
5046         if (pmap == kernel_pmap)
5047                 newpte |= PG_G;
5048         newpte |= pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, psind > 0);
5049
5050         /*
5051          * Set modified bit gratuitously for writeable mappings if
5052          * the page is unmanaged. We do not want to take a fault
5053          * to do the dirty bit accounting for these mappings.
5054          */
5055         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0) {
5056                 if ((newpte & PG_RW) != 0)
5057                         newpte |= PG_M;
5058         } else
5059                 newpte |= PG_MANAGED;
5060
5061         lock = NULL;
5062         PMAP_LOCK(pmap);
5063         if (psind == 1) {
5064                 /* Assert the required virtual and physical alignment. */ 
5065                 KASSERT((va & PDRMASK) == 0, ("pmap_enter: va unaligned"));
5066                 KASSERT(m->psind > 0, ("pmap_enter: m->psind < psind"));
5067                 rv = pmap_enter_pde(pmap, va, newpte | PG_PS, flags, m, &lock);
5068                 goto out;
5069         }
5070         mpte = NULL;
5071
5072         /*
5073          * In the case that a page table page is not
5074          * resident, we are creating it here.
5075          */
5076 retry:
5077         pde = pmap_pde(pmap, va);
5078         if (pde != NULL && (*pde & PG_V) != 0 && ((*pde & PG_PS) == 0 ||
5079             pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock))) {
5080                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
5081                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS && mpte == NULL) {
5082                         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
5083                         mpte->wire_count++;
5084                 }
5085         } else if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
5086                 /*
5087                  * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been
5088                  * deallocated.
5089                  */
5090                 nosleep = (flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0;
5091                 mpte = _pmap_allocpte(pmap, pmap_pde_pindex(va),
5092                     nosleep ? NULL : &lock);
5093                 if (mpte == NULL && nosleep) {
5094                         rv = KERN_RESOURCE_SHORTAGE;
5095                         goto out;
5096                 }
5097                 goto retry;
5098         } else
5099                 panic("pmap_enter: invalid page directory va=%#lx", va);
5100
5101         origpte = *pte;
5102         pv = NULL;
5103         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS && pmap->pm_type == PT_X86)
5104                 newpte |= pmap_pkru_get(pmap, va);
5105
5106         /*
5107          * Is the specified virtual address already mapped?
5108          */
5109         if ((origpte & PG_V) != 0) {
5110                 /*
5111                  * Wiring change, just update stats. We don't worry about
5112                  * wiring PT pages as they remain resident as long as there
5113                  * are valid mappings in them. Hence, if a user page is wired,
5114                  * the PT page will be also.
5115                  */
5116                 if ((newpte & PG_W) != 0 && (origpte & PG_W) == 0)
5117                         pmap->pm_stats.wired_count++;
5118                 else if ((newpte & PG_W) == 0 && (origpte & PG_W) != 0)
5119                         pmap->pm_stats.wired_count--;
5120
5121                 /*
5122                  * Remove the extra PT page reference.
5123                  */
5124                 if (mpte != NULL) {
5125                         mpte->wire_count--;
5126                         KASSERT(mpte->wire_count > 0,
5127                             ("pmap_enter: missing reference to page table page,"
5128                              " va: 0x%lx", va));
5129                 }
5130
5131                 /*
5132                  * Has the physical page changed?
5133                  */
5134                 opa = origpte & PG_FRAME;
5135                 if (opa == pa) {
5136                         /*
5137                          * No, might be a protection or wiring change.
5138                          */
5139                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0 &&
5140                             (newpte & PG_RW) != 0)
5141                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
5142                         if (((origpte ^ newpte) & ~(PG_M | PG_A)) == 0)
5143                                 goto unchanged;
5144                         goto validate;
5145                 }
5146
5147                 /*
5148                  * The physical page has changed.  Temporarily invalidate
5149                  * the mapping.  This ensures that all threads sharing the
5150                  * pmap keep a consistent view of the mapping, which is
5151                  * necessary for the correct handling of COW faults.  It
5152                  * also permits reuse of the old mapping's PV entry,
5153                  * avoiding an allocation.
5154                  *
5155                  * For consistency, handle unmanaged mappings the same way.
5156                  */
5157                 origpte = pte_load_clear(pte);
5158                 KASSERT((origpte & PG_FRAME) == opa,
5159                     ("pmap_enter: unexpected pa update for %#lx", va));
5160                 if ((origpte & PG_MANAGED) != 0) {
5161                         om = PHYS_TO_VM_PAGE(opa);
5162
5163                         /*
5164                          * The pmap lock is sufficient to synchronize with
5165                          * concurrent calls to pmap_page_test_mappings() and
5166                          * pmap_ts_referenced().
5167                          */
5168                         if ((origpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
5169                                 vm_page_dirty(om);
5170                         if ((origpte & PG_A) != 0)
5171                                 vm_page_aflag_set(om, PGA_REFERENCED);
5172                         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, opa);
5173                         pv = pmap_pvh_remove(&om->md, pmap, va);
5174                         KASSERT(pv != NULL,
5175                             ("pmap_enter: no PV entry for %#lx", va));
5176                         if ((newpte & PG_MANAGED) == 0)
5177                                 free_pv_entry(pmap, pv);
5178                         if ((om->aflags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
5179                             TAILQ_EMPTY(&om->md.pv_list) &&
5180                             ((om->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
5181                             TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(opa)->pv_list)))
5182                                 vm_page_aflag_clear(om, PGA_WRITEABLE);
5183                 }
5184                 if ((origpte & PG_A) != 0)
5185                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
5186                 origpte = 0;
5187         } else {
5188                 /*
5189                  * Increment the counters.
5190                  */
5191                 if ((newpte & PG_W) != 0)
5192                         pmap->pm_stats.wired_count++;
5193                 pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
5194         }
5195
5196         /*
5197          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
5198          */
5199         if ((newpte & PG_MANAGED) != 0) {
5200                 if (pv == NULL) {
5201                         pv = get_pv_entry(pmap, &lock);
5202                         pv->pv_va = va;
5203                 }
5204                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, pa);
5205                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5206                 m->md.pv_gen++;
5207                 if ((newpte & PG_RW) != 0)
5208                         vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
5209         }
5210
5211         /*
5212          * Update the PTE.
5213          */
5214         if ((origpte & PG_V) != 0) {
5215 validate:
5216                 origpte = pte_load_store(pte, newpte);
5217                 KASSERT((origpte & PG_FRAME) == pa,
5218                     ("pmap_enter: unexpected pa update for %#lx", va));
5219                 if ((newpte & PG_M) == 0 && (origpte & (PG_M | PG_RW)) ==
5220                     (PG_M | PG_RW)) {
5221                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0)
5222                                 vm_page_dirty(m);
5223
5224                         /*
5225                          * Although the PTE may still have PG_RW set, TLB
5226                          * invalidation may nonetheless be required because
5227                          * the PTE no longer has PG_M set.
5228                          */
5229                 } else if ((origpte & PG_NX) != 0 || (newpte & PG_NX) == 0) {
5230                         /*
5231                          * This PTE change does not require TLB invalidation.
5232                          */
5233                         goto unchanged;
5234                 }
5235                 if ((origpte & PG_A) != 0)
5236                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
5237         } else
5238                 pte_store(pte, newpte);
5239
5240 unchanged:
5241
5242 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
5243         /*
5244          * If both the page table page and the reservation are fully
5245          * populated, then attempt promotion.
5246          */
5247         if ((mpte == NULL || mpte->wire_count == NPTEPG) &&
5248             pmap_ps_enabled(pmap) &&
5249             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
5250             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0)
5251                 pmap_promote_pde(pmap, pde, va, &lock);
5252 #endif
5253
5254         rv = KERN_SUCCESS;
5255 out:
5256         if (lock != NULL)
5257                 rw_wunlock(lock);
5258         PMAP_UNLOCK(pmap);
5259         return (rv);
5260 }
5261
5262 /*
5263  * Tries to create a read- and/or execute-only 2MB page mapping.  Returns true
5264  * if successful.  Returns false if (1) a page table page cannot be allocated
5265  * without sleeping, (2) a mapping already exists at the specified virtual
5266  * address, or (3) a PV entry cannot be allocated without reclaiming another
5267  * PV entry.
5268  */
5269 static bool
5270 pmap_enter_2mpage(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
5271     struct rwlock **lockp)
5272 {
5273         pd_entry_t newpde;
5274         pt_entry_t PG_V;
5275
5276         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5277         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5278         newpde = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, 1) |
5279             PG_PS | PG_V;
5280         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
5281                 newpde |= PG_MANAGED;
5282         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
5283                 newpde |= pg_nx;
5284         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
5285                 newpde |= PG_U;
5286         return (pmap_enter_pde(pmap, va, newpde, PMAP_ENTER_NOSLEEP |
5287             PMAP_ENTER_NOREPLACE | PMAP_ENTER_NORECLAIM, NULL, lockp) ==
5288             KERN_SUCCESS);
5289 }
5290
5291 /*
5292  * Tries to create the specified 2MB page mapping.  Returns KERN_SUCCESS if
5293  * the mapping was created, and either KERN_FAILURE or KERN_RESOURCE_SHORTAGE
5294  * otherwise.  Returns KERN_FAILURE if PMAP_ENTER_NOREPLACE was specified and
5295  * a mapping already exists at the specified virtual address.  Returns
5296  * KERN_RESOURCE_SHORTAGE if PMAP_ENTER_NOSLEEP was specified and a page table
5297  * page allocation failed.  Returns KERN_RESOURCE_SHORTAGE if
5298  * PMAP_ENTER_NORECLAIM was specified and a PV entry allocation failed.
5299  *
5300  * The parameter "m" is only used when creating a managed, writeable mapping.
5301  */
5302 static int
5303 pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t newpde, u_int flags,
5304     vm_page_t m, struct rwlock **lockp)
5305 {
5306         struct spglist free;
5307         pd_entry_t oldpde, *pde;
5308         pt_entry_t PG_G, PG_RW, PG_V;
5309         vm_page_t mt, pdpg;
5310
5311         KASSERT(pmap == kernel_pmap || (newpde & PG_W) == 0,
5312             ("pmap_enter_pde: cannot create wired user mapping"));
5313         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5314         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5315         KASSERT((newpde & (pmap_modified_bit(pmap) | PG_RW)) != PG_RW,
5316             ("pmap_enter_pde: newpde is missing PG_M"));
5317         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5318         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5319
5320         if ((pdpg = pmap_allocpde(pmap, va, (flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0 ?
5321             NULL : lockp)) == NULL) {
5322                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
5323                     " in pmap %p", va, pmap);
5324                 return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
5325         }
5326
5327         /*
5328          * If pkru is not same for the whole pde range, return failure
5329          * and let vm_fault() cope.  Check after pde allocation, since
5330          * it could sleep.
5331          */
5332         if (!pmap_pkru_same(pmap, va, va + NBPDR)) {
5333                 SLIST_INIT(&free);
5334                 if (pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdpg, &free)) {
5335                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
5336                         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
5337                 }
5338                 return (KERN_FAILURE);
5339         }
5340         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS && pmap->pm_type == PT_X86) {
5341                 newpde &= ~X86_PG_PKU_MASK;
5342                 newpde |= pmap_pkru_get(pmap, va);
5343         }
5344
5345         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pdpg));
5346         pde = &pde[pmap_pde_index(va)];
5347         oldpde = *pde;
5348         if ((oldpde & PG_V) != 0) {
5349                 KASSERT(pdpg->wire_count > 1,
5350                     ("pmap_enter_pde: pdpg's wire count is too low"));
5351                 if ((flags & PMAP_ENTER_NOREPLACE) != 0) {
5352                         pdpg->wire_count--;
5353                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
5354                             " in pmap %p", va, pmap);
5355                         return (KERN_FAILURE);
5356                 }
5357                 /* Break the existing mapping(s). */
5358                 SLIST_INIT(&free);
5359                 if ((oldpde & PG_PS) != 0) {
5360                         /*
5361                          * The reference to the PD page that was acquired by
5362                          * pmap_allocpde() ensures that it won't be freed.
5363                          * However, if the PDE resulted from a promotion, then
5364                          * a reserved PT page could be freed.
5365                          */
5366                         (void)pmap_remove_pde(pmap, pde, va, &free, lockp);
5367                         if ((oldpde & PG_G) == 0)
5368                                 pmap_invalidate_pde_page(pmap, va, oldpde);
5369                 } else {
5370                         pmap_delayed_invl_started();
5371                         if (pmap_remove_ptes(pmap, va, va + NBPDR, pde, &free,
5372                             lockp))
5373                                pmap_invalidate_all(pmap);
5374                         pmap_delayed_invl_finished();
5375                 }
5376                 vm_page_free_pages_toq(&free, true);
5377                 if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS) {
5378                         mt = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
5379                         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mt)) {
5380                                 /*
5381                                  * XXX Currently, this can't happen because
5382                                  * we do not perform pmap_enter(psind == 1)
5383                                  * on the kernel pmap.
5384                                  */
5385                                 panic("pmap_enter_pde: trie insert failed");
5386                         }
5387                 } else
5388                         KASSERT(*pde == 0, ("pmap_enter_pde: non-zero pde %p",
5389                             pde));
5390         }
5391         if ((newpde & PG_MANAGED) != 0) {
5392                 /*
5393                  * Abort this mapping if its PV entry could not be created.
5394                  */
5395                 if (!pmap_pv_insert_pde(pmap, va, newpde, flags, lockp)) {
5396                         SLIST_INIT(&free);
5397                         if (pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdpg, &free)) {
5398                                 /*
5399                                  * Although "va" is not mapped, paging-
5400                                  * structure caches could nonetheless have
5401                                  * entries that refer to the freed page table
5402                                  * pages.  Invalidate those entries.
5403                                  */
5404                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
5405                                 vm_page_free_pages_toq(&free, true);
5406                         }
5407                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
5408                             " in pmap %p", va, pmap);
5409                         return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
5410                 }
5411                 if ((newpde & PG_RW) != 0) {
5412                         for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
5413                                 vm_page_aflag_set(mt, PGA_WRITEABLE);
5414                 }
5415         }
5416
5417         /*
5418          * Increment counters.
5419          */
5420         if ((newpde & PG_W) != 0)
5421                 pmap->pm_stats.wired_count += NBPDR / PAGE_SIZE;
5422         pmap_resident_count_inc(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
5423
5424         /*
5425          * Map the superpage.  (This is not a promoted mapping; there will not
5426          * be any lingering 4KB page mappings in the TLB.)
5427          */
5428         pde_store(pde, newpde);
5429
5430         atomic_add_long(&pmap_pde_mappings, 1);
5431         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: success for va %#lx"
5432             " in pmap %p", va, pmap);
5433         return (KERN_SUCCESS);
5434 }
5435
5436 /*
5437  * Maps a sequence of resident pages belonging to the same object.
5438  * The sequence begins with the given page m_start.  This page is
5439  * mapped at the given virtual address start.  Each subsequent page is
5440  * mapped at a virtual address that is offset from start by the same
5441  * amount as the page is offset from m_start within the object.  The
5442  * last page in the sequence is the page with the largest offset from
5443  * m_start that can be mapped at a virtual address less than the given
5444  * virtual address end.  Not every virtual page between start and end
5445  * is mapped; only those for which a resident page exists with the
5446  * corresponding offset from m_start are mapped.
5447  */
5448 void
5449 pmap_enter_object(pmap_t pmap, vm_offset_t start, vm_offset_t end,
5450     vm_page_t m_start, vm_prot_t prot)
5451 {
5452         struct rwlock *lock;
5453         vm_offset_t va;
5454         vm_page_t m, mpte;
5455         vm_pindex_t diff, psize;
5456
5457         VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m_start->object);
5458
5459         psize = atop(end - start);
5460         mpte = NULL;
5461         m = m_start;
5462         lock = NULL;
5463         PMAP_LOCK(pmap);
5464         while (m != NULL && (diff = m->pindex - m_start->pindex) < psize) {
5465                 va = start + ptoa(diff);
5466                 if ((va & PDRMASK) == 0 && va + NBPDR <= end &&
5467                     m->psind == 1 && pmap_ps_enabled(pmap) &&
5468                     pmap_enter_2mpage(pmap, va, m, prot, &lock))
5469                         m = &m[NBPDR / PAGE_SIZE - 1];
5470                 else
5471                         mpte = pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot,
5472                             mpte, &lock);
5473                 m = TAILQ_NEXT(m, listq);
5474         }
5475         if (lock != NULL)
5476                 rw_wunlock(lock);
5477         PMAP_UNLOCK(pmap);
5478 }
5479
5480 /*
5481  * this code makes some *MAJOR* assumptions:
5482  * 1. Current pmap & pmap exists.
5483  * 2. Not wired.
5484  * 3. Read access.
5485  * 4. No page table pages.
5486  * but is *MUCH* faster than pmap_enter...
5487  */
5488
5489 void
5490 pmap_enter_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot)
5491 {
5492         struct rwlock *lock;
5493
5494         lock = NULL;
5495         PMAP_LOCK(pmap);
5496         (void)pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot, NULL, &lock);
5497         if (lock != NULL)
5498                 rw_wunlock(lock);
5499         PMAP_UNLOCK(pmap);
5500 }
5501
5502 static vm_page_t
5503 pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
5504     vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp)
5505 {
5506         struct spglist free;
5507         pt_entry_t newpte, *pte, PG_V;
5508
5509         KASSERT(va < kmi.clean_sva || va >= kmi.clean_eva ||
5510             (m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0,
5511             ("pmap_enter_quick_locked: managed mapping within the clean submap"));
5512         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5513         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5514
5515         /*
5516          * In the case that a page table page is not
5517          * resident, we are creating it here.
5518          */
5519         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
5520                 vm_pindex_t ptepindex;
5521                 pd_entry_t *ptepa;
5522
5523                 /*
5524                  * Calculate pagetable page index
5525                  */
5526                 ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
5527                 if (mpte && (mpte->pindex == ptepindex)) {
5528                         mpte->wire_count++;
5529                 } else {
5530                         /*
5531                          * Get the page directory entry
5532                          */
5533                         ptepa = pmap_pde(pmap, va);
5534
5535                         /*
5536                          * If the page table page is mapped, we just increment
5537                          * the hold count, and activate it.  Otherwise, we
5538                          * attempt to allocate a page table page.  If this
5539                          * attempt fails, we don't retry.  Instead, we give up.
5540                          */
5541                         if (ptepa && (*ptepa & PG_V) != 0) {
5542                                 if (*ptepa & PG_PS)
5543                                         return (NULL);
5544                                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*ptepa & PG_FRAME);
5545                                 mpte->wire_count++;
5546                         } else {
5547                                 /*
5548                                  * Pass NULL instead of the PV list lock
5549                                  * pointer, because we don't intend to sleep.
5550                                  */
5551                                 mpte = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex, NULL);
5552                                 if (mpte == NULL)
5553                                         return (mpte);
5554                         }
5555                 }
5556                 pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mpte));
5557                 pte = &pte[pmap_pte_index(va)];
5558         } else {
5559                 mpte = NULL;
5560                 pte = vtopte(va);
5561         }
5562         if (*pte) {
5563                 if (mpte != NULL) {
5564                         mpte->wire_count--;
5565                         mpte = NULL;
5566                 }
5567                 return (mpte);
5568         }
5569
5570         /*
5571          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
5572          */
5573         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 &&
5574             !pmap_try_insert_pv_entry(pmap, va, m, lockp)) {
5575                 if (mpte != NULL) {
5576                         SLIST_INIT(&free);
5577                         if (pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpte, &free)) {
5578                                 /*
5579                                  * Although "va" is not mapped, paging-
5580                                  * structure caches could nonetheless have
5581                                  * entries that refer to the freed page table
5582                                  * pages.  Invalidate those entries.
5583                                  */
5584                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
5585                                 vm_page_free_pages_toq(&free, true);
5586                         }
5587                         mpte = NULL;
5588                 }
5589                 return (mpte);
5590         }
5591
5592         /*
5593          * Increment counters
5594          */
5595         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
5596
5597         newpte = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_V |
5598             pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, 0);
5599         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
5600                 newpte |= PG_MANAGED;
5601         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
5602                 newpte |= pg_nx;
5603         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
5604                 newpte |= PG_U | pmap_pkru_get(pmap, va);
5605         pte_store(pte, newpte);
5606         return (mpte);
5607 }
5608
5609 /*
5610  * Make a temporary mapping for a physical address.  This is only intended
5611  * to be used for panic dumps.
5612  */
5613 void *
5614 pmap_kenter_temporary(vm_paddr_t pa, int i)
5615 {
5616         vm_offset_t va;
5617
5618         va = (vm_offset_t)crashdumpmap + (i * PAGE_SIZE);
5619         pmap_kenter(va, pa);
5620         invlpg(va);
5621         return ((void *)crashdumpmap);
5622 }
5623
5624 /*
5625  * This code maps large physical mmap regions into the
5626  * processor address space.  Note that some shortcuts
5627  * are taken, but the code works.
5628  */
5629 void
5630 pmap_object_init_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_object_t object,
5631     vm_pindex_t pindex, vm_size_t size)
5632 {
5633         pd_entry_t *pde;
5634         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
5635         vm_paddr_t pa, ptepa;
5636         vm_page_t p, pdpg;
5637         int pat_mode;
5638
5639         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5640         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5641         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5642         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5643
5644         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
5645         KASSERT(object->type == OBJT_DEVICE || object->type == OBJT_SG,
5646             ("pmap_object_init_pt: non-device object"));
5647         if ((addr & (NBPDR - 1)) == 0 && (size & (NBPDR - 1)) == 0) {
5648                 if (!pmap_ps_enabled(pmap))
5649                         return;
5650                 if (!vm_object_populate(object, pindex, pindex + atop(size)))
5651                         return;
5652                 p = vm_page_lookup(object, pindex);
5653                 KASSERT(p->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
5654                     ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
5655                 pat_mode = p->md.pat_mode;
5656
5657                 /*
5658                  * Abort the mapping if the first page is not physically
5659                  * aligned to a 2MB page boundary.
5660                  */
5661                 ptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(p);
5662                 if (ptepa & (NBPDR - 1))
5663                         return;
5664
5665                 /*
5666                  * Skip the first page.  Abort the mapping if the rest of
5667                  * the pages are not physically contiguous or have differing
5668                  * memory attributes.
5669                  */
5670                 p = TAILQ_NEXT(p, listq);
5671                 for (pa = ptepa + PAGE_SIZE; pa < ptepa + size;
5672                     pa += PAGE_SIZE) {
5673                         KASSERT(p->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
5674                             ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
5675                         if (pa != VM_PAGE_TO_PHYS(p) ||
5676                             pat_mode != p->md.pat_mode)
5677                                 return;
5678                         p = TAILQ_NEXT(p, listq);
5679                 }
5680
5681                 /*
5682                  * Map using 2MB pages.  Since "ptepa" is 2M aligned and
5683                  * "size" is a multiple of 2M, adding the PAT setting to "pa"
5684                  * will not affect the termination of this loop.
5685                  */ 
5686                 PMAP_LOCK(pmap);
5687                 for (pa = ptepa | pmap_cache_bits(pmap, pat_mode, 1);
5688                     pa < ptepa + size; pa += NBPDR) {
5689                         pdpg = pmap_allocpde(pmap, addr, NULL);
5690                         if (pdpg == NULL) {
5691                                 /*
5692                                  * The creation of mappings below is only an
5693                                  * optimization.  If a page directory page
5694                                  * cannot be allocated without blocking,
5695                                  * continue on to the next mapping rather than
5696                                  * blocking.
5697                                  */
5698                                 addr += NBPDR;
5699                                 continue;
5700                         }
5701                         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pdpg));
5702                         pde = &pde[pmap_pde_index(addr)];
5703                         if ((*pde & PG_V) == 0) {
5704                                 pde_store(pde, pa | PG_PS | PG_M | PG_A |
5705                                     PG_U | PG_RW | PG_V);
5706                                 pmap_resident_count_inc(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
5707                                 atomic_add_long(&pmap_pde_mappings, 1);
5708                         } else {
5709                                 /* Continue on if the PDE is already valid. */
5710                                 pdpg->wire_count--;
5711                                 KASSERT(pdpg->wire_count > 0,
5712                                     ("pmap_object_init_pt: missing reference "
5713                                     "to page directory page, va: 0x%lx", addr));
5714                         }
5715                         addr += NBPDR;
5716                 }
5717                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5718         }
5719 }
5720
5721 /*
5722  *      Clear the wired attribute from the mappings for the specified range of
5723  *      addresses in the given pmap.  Every valid mapping within that range
5724  *      must have the wired attribute set.  In contrast, invalid mappings
5725  *      cannot have the wired attribute set, so they are ignored.
5726  *
5727  *      The wired attribute of the page table entry is not a hardware
5728  *      feature, so there is no need to invalidate any TLB entries.
5729  *      Since pmap_demote_pde() for the wired entry must never fail,
5730  *      pmap_delayed_invl_started()/finished() calls around the
5731  *      function are not needed.
5732  */
5733 void
5734 pmap_unwire(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
5735 {
5736         vm_offset_t va_next;
5737         pml4_entry_t *pml4e;
5738         pdp_entry_t *pdpe;
5739         pd_entry_t *pde;
5740         pt_entry_t *pte, PG_V;
5741
5742         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5743         PMAP_LOCK(pmap);
5744         for (; sva < eva; sva = va_next) {
5745                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
5746                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
5747                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
5748                         if (va_next < sva)
5749                                 va_next = eva;
5750                         continue;
5751                 }
5752                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
5753                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
5754                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
5755                         if (va_next < sva)
5756                                 va_next = eva;
5757                         continue;
5758                 }
5759                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
5760                 if (va_next < sva)
5761                         va_next = eva;
5762                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
5763                 if ((*pde & PG_V) == 0)
5764                         continue;
5765                 if ((*pde & PG_PS) != 0) {
5766                         if ((*pde & PG_W) == 0)
5767                                 panic("pmap_unwire: pde %#jx is missing PG_W",
5768                                     (uintmax_t)*pde);
5769
5770                         /*
5771                          * Are we unwiring the entire large page?  If not,
5772                          * demote the mapping and fall through.
5773                          */
5774                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
5775                                 atomic_clear_long(pde, PG_W);
5776                                 pmap->pm_stats.wired_count -= NBPDR /
5777                                     PAGE_SIZE;
5778                                 continue;
5779                         } else if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, sva))
5780                                 panic("pmap_unwire: demotion failed");
5781                 }
5782                 if (va_next > eva)
5783                         va_next = eva;
5784                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
5785                     sva += PAGE_SIZE) {
5786                         if ((*pte & PG_V) == 0)
5787                                 continue;
5788                         if ((*pte & PG_W) == 0)
5789                                 panic("pmap_unwire: pte %#jx is missing PG_W",
5790                                     (uintmax_t)*pte);
5791
5792                         /*
5793                          * PG_W must be cleared atomically.  Although the pmap
5794                          * lock synchronizes access to PG_W, another processor
5795                          * could be setting PG_M and/or PG_A concurrently.
5796                          */
5797                         atomic_clear_long(pte, PG_W);
5798                         pmap->pm_stats.wired_count--;
5799                 }
5800         }
5801         PMAP_UNLOCK(pmap);
5802 }
5803
5804 /*
5805  *      Copy the range specified by src_addr/len
5806  *      from the source map to the range dst_addr/len
5807  *      in the destination map.
5808  *
5809  *      This routine is only advisory and need not do anything.
5810  */
5811
5812 void
5813 pmap_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap, vm_offset_t dst_addr, vm_size_t len,
5814     vm_offset_t src_addr)
5815 {
5816         struct rwlock *lock;
5817         struct spglist free;
5818         vm_offset_t addr;
5819         vm_offset_t end_addr = src_addr + len;
5820         vm_offset_t va_next;
5821         vm_page_t dst_pdpg, dstmpte, srcmpte;
5822         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_V;
5823
5824         if (dst_addr != src_addr)
5825                 return;
5826
5827         if (dst_pmap->pm_type != src_pmap->pm_type)
5828                 return;
5829
5830         /*
5831          * EPT page table entries that require emulation of A/D bits are
5832          * sensitive to clearing the PG_A bit (aka EPT_PG_READ). Although
5833          * we clear PG_M (aka EPT_PG_WRITE) concomitantly, the PG_U bit
5834          * (aka EPT_PG_EXECUTE) could still be set. Since some EPT
5835          * implementations flag an EPT misconfiguration for exec-only
5836          * mappings we skip this function entirely for emulated pmaps.
5837          */
5838         if (pmap_emulate_ad_bits(dst_pmap))
5839                 return;
5840
5841         lock = NULL;
5842         if (dst_pmap < src_pmap) {
5843                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
5844                 PMAP_LOCK(src_pmap);
5845         } else {
5846                 PMAP_LOCK(src_pmap);
5847                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
5848         }
5849
5850         PG_A = pmap_accessed_bit(dst_pmap);
5851         PG_M = pmap_modified_bit(dst_pmap);
5852         PG_V = pmap_valid_bit(dst_pmap);
5853
5854         for (addr = src_addr; addr < end_addr; addr = va_next) {
5855                 pt_entry_t *src_pte, *dst_pte;
5856                 pml4_entry_t *pml4e;
5857                 pdp_entry_t *pdpe;
5858                 pd_entry_t srcptepaddr, *pde;
5859
5860                 KASSERT(addr < UPT_MIN_ADDRESS,
5861                     ("pmap_copy: invalid to pmap_copy page tables"));
5862
5863                 pml4e = pmap_pml4e(src_pmap, addr);
5864                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
5865                         va_next = (addr + NBPML4) & ~PML4MASK;
5866                         if (va_next < addr)
5867                                 va_next = end_addr;
5868                         continue;
5869                 }
5870
5871                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, addr);
5872                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
5873                         va_next = (addr + NBPDP) & ~PDPMASK;
5874                         if (va_next < addr)
5875                                 va_next = end_addr;
5876                         continue;
5877                 }
5878
5879                 va_next = (addr + NBPDR) & ~PDRMASK;
5880                 if (va_next < addr)
5881                         va_next = end_addr;
5882
5883                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, addr);
5884                 srcptepaddr = *pde;
5885                 if (srcptepaddr == 0)
5886                         continue;
5887                         
5888                 if (srcptepaddr & PG_PS) {
5889                         if ((addr & PDRMASK) != 0 || addr + NBPDR > end_addr)
5890                                 continue;
5891                         dst_pdpg = pmap_allocpde(dst_pmap, addr, NULL);
5892                         if (dst_pdpg == NULL)
5893                                 break;
5894                         pde = (pd_entry_t *)
5895                             PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(dst_pdpg));
5896                         pde = &pde[pmap_pde_index(addr)];
5897                         if (*pde == 0 && ((srcptepaddr & PG_MANAGED) == 0 ||
5898                             pmap_pv_insert_pde(dst_pmap, addr, srcptepaddr,
5899                             PMAP_ENTER_NORECLAIM, &lock))) {
5900                                 *pde = srcptepaddr & ~PG_W;
5901                                 pmap_resident_count_inc(dst_pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
5902                                 atomic_add_long(&pmap_pde_mappings, 1);
5903                         } else
5904                                 dst_pdpg->wire_count--;
5905                         continue;
5906                 }
5907
5908                 srcptepaddr &= PG_FRAME;
5909                 srcmpte = PHYS_TO_VM_PAGE(srcptepaddr);
5910                 KASSERT(srcmpte->wire_count > 0,
5911                     ("pmap_copy: source page table page is unused"));
5912
5913                 if (va_next > end_addr)
5914                         va_next = end_addr;
5915
5916                 src_pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(srcptepaddr);
5917                 src_pte = &src_pte[pmap_pte_index(addr)];
5918                 dstmpte = NULL;
5919                 while (addr < va_next) {
5920                         pt_entry_t ptetemp;
5921                         ptetemp = *src_pte;
5922                         /*
5923                          * we only virtual copy managed pages
5924                          */
5925                         if ((ptetemp & PG_MANAGED) != 0) {
5926                                 if (dstmpte != NULL &&
5927                                     dstmpte->pindex == pmap_pde_pindex(addr))
5928                                         dstmpte->wire_count++;
5929                                 else if ((dstmpte = pmap_allocpte(dst_pmap,
5930                                     addr, NULL)) == NULL)
5931                                         goto out;
5932                                 dst_pte = (pt_entry_t *)
5933                                     PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(dstmpte));
5934                                 dst_pte = &dst_pte[pmap_pte_index(addr)];
5935                                 if (*dst_pte == 0 &&
5936                                     pmap_try_insert_pv_entry(dst_pmap, addr,
5937                                     PHYS_TO_VM_PAGE(ptetemp & PG_FRAME),
5938                                     &lock)) {
5939                                         /*
5940                                          * Clear the wired, modified, and
5941                                          * accessed (referenced) bits
5942                                          * during the copy.
5943                                          */
5944                                         *dst_pte = ptetemp & ~(PG_W | PG_M |
5945                                             PG_A);
5946                                         pmap_resident_count_inc(dst_pmap, 1);
5947                                 } else {
5948                                         SLIST_INIT(&free);
5949                                         if (pmap_unwire_ptp(dst_pmap, addr,
5950                                             dstmpte, &free)) {
5951                                                 /*
5952                                                  * Although "addr" is not
5953                                                  * mapped, paging-structure
5954                                                  * caches could nonetheless
5955                                                  * have entries that refer to
5956                                                  * the freed page table pages.
5957                                                  * Invalidate those entries.
5958                                                  */
5959                                                 pmap_invalidate_page(dst_pmap,
5960                                                     addr);
5961                                                 vm_page_free_pages_toq(&free,
5962                                                     true);
5963                                         }
5964                                         goto out;
5965                                 }
5966                                 if (dstmpte->wire_count >= srcmpte->wire_count)
5967                                         break;
5968                         }
5969                         addr += PAGE_SIZE;
5970                         src_pte++;
5971                 }
5972         }
5973 out:
5974         if (lock != NULL)
5975                 rw_wunlock(lock);
5976         PMAP_UNLOCK(src_pmap);
5977         PMAP_UNLOCK(dst_pmap);
5978 }
5979
5980 int
5981 pmap_vmspace_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap)
5982 {
5983         int error;
5984
5985         if (dst_pmap->pm_type != src_pmap->pm_type ||
5986             dst_pmap->pm_type != PT_X86 ||
5987             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) == 0)
5988                 return (0);
5989         for (;;) {
5990                 if (dst_pmap < src_pmap) {
5991                         PMAP_LOCK(dst_pmap);
5992                         PMAP_LOCK(src_pmap);
5993                 } else {
5994                         PMAP_LOCK(src_pmap);
5995                         PMAP_LOCK(dst_pmap);
5996                 }
5997                 error = pmap_pkru_copy(dst_pmap, src_pmap);
5998                 /* Clean up partial copy on failure due to no memory. */
5999                 if (error == ENOMEM)
6000                         pmap_pkru_deassign_all(dst_pmap);
6001                 PMAP_UNLOCK(src_pmap);
6002                 PMAP_UNLOCK(dst_pmap);
6003                 if (error != ENOMEM)
6004                         break;
6005                 vm_wait(NULL);
6006         }
6007         return (error);
6008 }
6009
6010 /*
6011  * Zero the specified hardware page.
6012  */
6013 void
6014 pmap_zero_page(vm_page_t m)
6015 {
6016         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
6017
6018         pagezero((void *)va);
6019 }
6020
6021 /*
6022  * Zero an an area within a single hardware page.  off and size must not
6023  * cover an area beyond a single hardware page.
6024  */
6025 void
6026 pmap_zero_page_area(vm_page_t m, int off, int size)
6027 {
6028         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
6029
6030         if (off == 0 && size == PAGE_SIZE)
6031                 pagezero((void *)va);
6032         else
6033                 bzero((char *)va + off, size);
6034 }
6035
6036 /*
6037  * Copy 1 specified hardware page to another.
6038  */
6039 void
6040 pmap_copy_page(vm_page_t msrc, vm_page_t mdst)
6041 {
6042         vm_offset_t src = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(msrc));
6043         vm_offset_t dst = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mdst));
6044
6045         pagecopy((void *)src, (void *)dst);
6046 }
6047
6048 int unmapped_buf_allowed = 1;
6049
6050 void
6051 pmap_copy_pages(vm_page_t ma[], vm_offset_t a_offset, vm_page_t mb[],
6052     vm_offset_t b_offset, int xfersize)
6053 {
6054         void *a_cp, *b_cp;
6055         vm_page_t pages[2];
6056         vm_offset_t vaddr[2], a_pg_offset, b_pg_offset;
6057         int cnt;
6058         boolean_t mapped;
6059
6060         while (xfersize > 0) {
6061                 a_pg_offset = a_offset & PAGE_MASK;
6062                 pages[0] = ma[a_offset >> PAGE_SHIFT];
6063                 b_pg_offset = b_offset & PAGE_MASK;
6064                 pages[1] = mb[b_offset >> PAGE_SHIFT];
6065                 cnt = min(xfersize, PAGE_SIZE - a_pg_offset);
6066                 cnt = min(cnt, PAGE_SIZE - b_pg_offset);
6067                 mapped = pmap_map_io_transient(pages, vaddr, 2, FALSE);
6068                 a_cp = (char *)vaddr[0] + a_pg_offset;
6069                 b_cp = (char *)vaddr[1] + b_pg_offset;
6070                 bcopy(a_cp, b_cp, cnt);
6071                 if (__predict_false(mapped))
6072                         pmap_unmap_io_transient(pages, vaddr, 2, FALSE);
6073                 a_offset += cnt;
6074                 b_offset += cnt;
6075                 xfersize -= cnt;
6076         }
6077 }
6078
6079 /*
6080  * Returns true if the pmap's pv is one of the first
6081  * 16 pvs linked to from this page.  This count may
6082  * be changed upwards or downwards in the future; it
6083  * is only necessary that true be returned for a small
6084  * subset of pmaps for proper page aging.
6085  */
6086 boolean_t
6087 pmap_page_exists_quick(pmap_t pmap, vm_page_t m)
6088 {
6089         struct md_page *pvh;
6090         struct rwlock *lock;
6091         pv_entry_t pv;
6092         int loops = 0;
6093         boolean_t rv;
6094
6095         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
6096             ("pmap_page_exists_quick: page %p is not managed", m));
6097         rv = FALSE;
6098         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
6099         rw_rlock(lock);
6100         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
6101                 if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
6102                         rv = TRUE;
6103                         break;
6104                 }
6105                 loops++;
6106                 if (loops >= 16)
6107                         break;
6108         }
6109         if (!rv && loops < 16 && (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
6110                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
6111                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
6112                         if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
6113                                 rv = TRUE;
6114                                 break;
6115                         }
6116                         loops++;
6117                         if (loops >= 16)
6118                                 break;
6119                 }
6120         }
6121         rw_runlock(lock);
6122         return (rv);
6123 }
6124
6125 /*
6126  *      pmap_page_wired_mappings:
6127  *
6128  *      Return the number of managed mappings to the given physical page
6129  *      that are wired.
6130  */
6131 int
6132 pmap_page_wired_mappings(vm_page_t m)
6133 {
6134         struct rwlock *lock;
6135         struct md_page *pvh;
6136         pmap_t pmap;
6137         pt_entry_t *pte;
6138         pv_entry_t pv;
6139         int count, md_gen, pvh_gen;
6140
6141         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
6142                 return (0);
6143         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
6144         rw_rlock(lock);
6145 restart:
6146         count = 0;
6147         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
6148                 pmap = PV_PMAP(pv);
6149                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6150                         md_gen = m->md.pv_gen;
6151                         rw_runlock(lock);
6152                         PMAP_LOCK(pmap);
6153                         rw_rlock(lock);
6154                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
6155                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6156                                 goto restart;
6157                         }
6158                 }
6159                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va);
6160                 if ((*pte & PG_W) != 0)
6161                         count++;
6162                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6163         }
6164         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
6165                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
6166                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
6167                         pmap = PV_PMAP(pv);
6168                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6169                                 md_gen = m->md.pv_gen;
6170                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
6171                                 rw_runlock(lock);
6172                                 PMAP_LOCK(pmap);
6173                                 rw_rlock(lock);
6174                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
6175                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
6176                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
6177                                         goto restart;
6178                                 }
6179                         }
6180                         pte = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
6181                         if ((*pte & PG_W) != 0)
6182                                 count++;
6183                         PMAP_UNLOCK(pmap);
6184                 }
6185         }
6186         rw_runlock(lock);
6187         return (count);
6188 }
6189
6190 /*
6191  * Returns TRUE if the given page is mapped individually or as part of
6192  * a 2mpage.  Otherwise, returns FALSE.
6193  */
6194 boolean_t
6195 pmap_page_is_mapped(vm_page_t m)
6196 {
6197         struct rwlock *lock;
6198         boolean_t rv;
6199
6200         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
6201                 return (FALSE);
6202         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
6203         rw_rlock(lock);
6204         rv = !TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) ||
6205             ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
6206             !TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m))->pv_list));
6207         rw_runlock(lock);
6208         return (rv);
6209 }
6210
6211 /*
6212  * Destroy all managed, non-wired mappings in the given user-space
6213  * pmap.  This pmap cannot be active on any processor besides the
6214  * caller.
6215  *
6216  * This function cannot be applied to the kernel pmap.  Moreover, it
6217  * is not intended for general use.  It is only to be used during
6218  * process termination.  Consequently, it can be implemented in ways
6219  * that make it faster than pmap_remove().  First, it can more quickly
6220  * destroy mappings by iterating over the pmap's collection of PV
6221  * entries, rather than searching the page table.  Second, it doesn't
6222  * have to test and clear the page table entries atomically, because
6223  * no processor is currently accessing the user address space.  In
6224  * particular, a page table entry's dirty bit won't change state once
6225  * this function starts.
6226  *
6227  * Although this function destroys all of the pmap's managed,
6228  * non-wired mappings, it can delay and batch the invalidation of TLB
6229  * entries without calling pmap_delayed_invl_started() and
6230  * pmap_delayed_invl_finished().  Because the pmap is not active on
6231  * any other processor, none of these TLB entries will ever be used
6232  * before their eventual invalidation.  Consequently, there is no need
6233  * for either pmap_remove_all() or pmap_remove_write() to wait for
6234  * that eventual TLB invalidation.
6235  */
6236 void
6237 pmap_remove_pages(pmap_t pmap)
6238 {
6239         pd_entry_t ptepde;
6240         pt_entry_t *pte, tpte;
6241         pt_entry_t PG_M, PG_RW, PG_V;
6242         struct spglist free;
6243         vm_page_t m, mpte, mt;
6244         pv_entry_t pv;
6245         struct md_page *pvh;
6246         struct pv_chunk *pc, *npc;
6247         struct rwlock *lock;
6248         int64_t bit;
6249         uint64_t inuse, bitmask;
6250         int allfree, field, freed, idx;
6251         boolean_t superpage;
6252         vm_paddr_t pa;
6253
6254         /*
6255          * Assert that the given pmap is only active on the current
6256          * CPU.  Unfortunately, we cannot block another CPU from
6257          * activating the pmap while this function is executing.
6258          */
6259         KASSERT(pmap == PCPU_GET(curpmap), ("non-current pmap %p", pmap));
6260 #ifdef INVARIANTS
6261         {
6262                 cpuset_t other_cpus;
6263
6264                 other_cpus = all_cpus;
6265                 critical_enter();
6266                 CPU_CLR(PCPU_GET(cpuid), &other_cpus);
6267                 CPU_AND(&other_cpus, &pmap->pm_active);
6268                 critical_exit();
6269                 KASSERT(CPU_EMPTY(&other_cpus), ("pmap active %p", pmap));
6270         }
6271 #endif
6272
6273         lock = NULL;
6274         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6275         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6276         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6277
6278         SLIST_INIT(&free);
6279         PMAP_LOCK(pmap);
6280         TAILQ_FOREACH_SAFE(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list, npc) {
6281                 allfree = 1;
6282                 freed = 0;
6283                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
6284                         inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
6285                         while (inuse != 0) {
6286                                 bit = bsfq(inuse);
6287                                 bitmask = 1UL << bit;
6288                                 idx = field * 64 + bit;
6289                                 pv = &pc->pc_pventry[idx];
6290                                 inuse &= ~bitmask;
6291
6292                                 pte = pmap_pdpe(pmap, pv->pv_va);
6293                                 ptepde = *pte;
6294                                 pte = pmap_pdpe_to_pde(pte, pv->pv_va);
6295                                 tpte = *pte;
6296                                 if ((tpte & (PG_PS | PG_V)) == PG_V) {
6297                                         superpage = FALSE;
6298                                         ptepde = tpte;
6299                                         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(tpte &
6300                                             PG_FRAME);
6301                                         pte = &pte[pmap_pte_index(pv->pv_va)];
6302                                         tpte = *pte;
6303                                 } else {
6304                                         /*
6305                                          * Keep track whether 'tpte' is a
6306                                          * superpage explicitly instead of
6307                                          * relying on PG_PS being set.
6308                                          *
6309                                          * This is because PG_PS is numerically
6310                                          * identical to PG_PTE_PAT and thus a
6311                                          * regular page could be mistaken for
6312                                          * a superpage.
6313                                          */
6314                                         superpage = TRUE;
6315                                 }
6316
6317                                 if ((tpte & PG_V) == 0) {
6318                                         panic("bad pte va %lx pte %lx",
6319                                             pv->pv_va, tpte);
6320                                 }
6321
6322 /*
6323  * We cannot remove wired pages from a process' mapping at this time
6324  */
6325                                 if (tpte & PG_W) {
6326                                         allfree = 0;
6327                                         continue;
6328                                 }
6329
6330                                 if (superpage)
6331                                         pa = tpte & PG_PS_FRAME;
6332                                 else
6333                                         pa = tpte & PG_FRAME;
6334
6335                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
6336                                 KASSERT(m->phys_addr == pa,
6337                                     ("vm_page_t %p phys_addr mismatch %016jx %016jx",
6338                                     m, (uintmax_t)m->phys_addr,
6339                                     (uintmax_t)tpte));
6340
6341                                 KASSERT((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
6342                                     m < &vm_page_array[vm_page_array_size],
6343                                     ("pmap_remove_pages: bad tpte %#jx",
6344                                     (uintmax_t)tpte));
6345
6346                                 pte_clear(pte);
6347
6348                                 /*
6349                                  * Update the vm_page_t clean/reference bits.
6350                                  */
6351                                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
6352                                         if (superpage) {
6353                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
6354                                                         vm_page_dirty(mt);
6355                                         } else
6356                                                 vm_page_dirty(m);
6357                                 }
6358
6359                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(&lock, m);
6360
6361                                 /* Mark free */
6362                                 pc->pc_map[field] |= bitmask;
6363                                 if (superpage) {
6364                                         pmap_resident_count_dec(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
6365                                         pvh = pa_to_pvh(tpte & PG_PS_FRAME);
6366                                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
6367                                         pvh->pv_gen++;
6368                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
6369                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
6370                                                         if ((mt->aflags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
6371                                                             TAILQ_EMPTY(&mt->md.pv_list))
6372                                                                 vm_page_aflag_clear(mt, PGA_WRITEABLE);
6373                                         }
6374                                         mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, pv->pv_va);
6375                                         if (mpte != NULL) {
6376                                                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
6377                                                 KASSERT(mpte->wire_count == NPTEPG,
6378                                                     ("pmap_remove_pages: pte page wire count error"));
6379                                                 mpte->wire_count = 0;
6380                                                 pmap_add_delayed_free_list(mpte, &free, FALSE);
6381                                         }
6382                                 } else {
6383                                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
6384                                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
6385                                         m->md.pv_gen++;
6386                                         if ((m->aflags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
6387                                             TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
6388                                             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
6389                                                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
6390                                                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
6391                                                         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
6392                                         }
6393                                 }
6394                                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, ptepde, &free);
6395                                 freed++;
6396                         }
6397                 }
6398                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
6399                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
6400                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
6401                 if (allfree) {
6402                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
6403                         free_pv_chunk(pc);
6404                 }
6405         }
6406         if (lock != NULL)
6407                 rw_wunlock(lock);
6408         pmap_invalidate_all(pmap);
6409         pmap_pkru_deassign_all(pmap);
6410         PMAP_UNLOCK(pmap);
6411         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
6412 }
6413
6414 static boolean_t
6415 pmap_page_test_mappings(vm_page_t m, boolean_t accessed, boolean_t modified)
6416 {
6417         struct rwlock *lock;
6418         pv_entry_t pv;
6419         struct md_page *pvh;
6420         pt_entry_t *pte, mask;
6421         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
6422         pmap_t pmap;
6423         int md_gen, pvh_gen;
6424         boolean_t rv;
6425
6426         rv = FALSE;
6427         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
6428         rw_rlock(lock);
6429 restart:
6430         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
6431                 pmap = PV_PMAP(pv);
6432                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6433                         md_gen = m->md.pv_gen;
6434                         rw_runlock(lock);
6435                         PMAP_LOCK(pmap);
6436                         rw_rlock(lock);
6437                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
6438                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6439                                 goto restart;
6440                         }
6441                 }
6442                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va);
6443                 mask = 0;
6444                 if (modified) {
6445                         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6446                         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6447                         mask |= PG_RW | PG_M;
6448                 }
6449                 if (accessed) {
6450                         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6451                         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6452                         mask |= PG_V | PG_A;
6453                 }
6454                 rv = (*pte & mask) == mask;
6455                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6456                 if (rv)
6457                         goto out;
6458         }
6459         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
6460                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
6461                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
6462                         pmap = PV_PMAP(pv);
6463                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6464                                 md_gen = m->md.pv_gen;
6465                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
6466                                 rw_runlock(lock);
6467                                 PMAP_LOCK(pmap);
6468                                 rw_rlock(lock);
6469                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
6470                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
6471                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
6472                                         goto restart;
6473                                 }
6474                         }
6475                         pte = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
6476                         mask = 0;
6477                         if (modified) {
6478                                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6479                                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6480                                 mask |= PG_RW | PG_M;
6481                         }
6482                         if (accessed) {
6483                                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6484                                 PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6485                                 mask |= PG_V | PG_A;
6486                         }
6487                         rv = (*pte & mask) == mask;
6488                         PMAP_UNLOCK(pmap);
6489                         if (rv)
6490                                 goto out;
6491                 }
6492         }
6493 out:
6494         rw_runlock(lock);
6495         return (rv);
6496 }
6497
6498 /*
6499  *      pmap_is_modified:
6500  *
6501  *      Return whether or not the specified physical page was modified
6502  *      in any physical maps.
6503  */
6504 boolean_t
6505 pmap_is_modified(vm_page_t m)
6506 {
6507
6508         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
6509             ("pmap_is_modified: page %p is not managed", m));
6510
6511         /*
6512          * If the page is not exclusive busied, then PGA_WRITEABLE cannot be
6513          * concurrently set while the object is locked.  Thus, if PGA_WRITEABLE
6514          * is clear, no PTEs can have PG_M set.
6515          */
6516         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
6517         if (!vm_page_xbusied(m) && (m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
6518                 return (FALSE);
6519         return (pmap_page_test_mappings(m, FALSE, TRUE));
6520 }
6521
6522 /*
6523  *      pmap_is_prefaultable:
6524  *
6525  *      Return whether or not the specified virtual address is eligible
6526  *      for prefault.
6527  */
6528 boolean_t
6529 pmap_is_prefaultable(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
6530 {
6531         pd_entry_t *pde;
6532         pt_entry_t *pte, PG_V;
6533         boolean_t rv;
6534
6535         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6536         rv = FALSE;
6537         PMAP_LOCK(pmap);
6538         pde = pmap_pde(pmap, addr);
6539         if (pde != NULL && (*pde & (PG_PS | PG_V)) == PG_V) {
6540                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, addr);
6541                 rv = (*pte & PG_V) == 0;
6542         }
6543         PMAP_UNLOCK(pmap);
6544         return (rv);
6545 }
6546
6547 /*
6548  *      pmap_is_referenced:
6549  *
6550  *      Return whether or not the specified physical page was referenced
6551  *      in any physical maps.
6552  */
6553 boolean_t
6554 pmap_is_referenced(vm_page_t m)
6555 {
6556
6557         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
6558             ("pmap_is_referenced: page %p is not managed", m));
6559         return (pmap_page_test_mappings(m, TRUE, FALSE));
6560 }
6561
6562 /*
6563  * Clear the write and modified bits in each of the given page's mappings.
6564  */
6565 void
6566 pmap_remove_write(vm_page_t m)
6567 {
6568         struct md_page *pvh;
6569         pmap_t pmap;
6570         struct rwlock *lock;
6571         pv_entry_t next_pv, pv;
6572         pd_entry_t *pde;
6573         pt_entry_t oldpte, *pte, PG_M, PG_RW;
6574         vm_offset_t va;
6575         int pvh_gen, md_gen;
6576
6577         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
6578             ("pmap_remove_write: page %p is not managed", m));
6579
6580         /*
6581          * If the page is not exclusive busied, then PGA_WRITEABLE cannot be
6582          * set by another thread while the object is locked.  Thus,
6583          * if PGA_WRITEABLE is clear, no page table entries need updating.
6584          */
6585         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
6586         if (!vm_page_xbusied(m) && (m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
6587                 return;
6588         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
6589         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
6590             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
6591 retry_pv_loop:
6592         rw_wlock(lock);
6593         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
6594                 pmap = PV_PMAP(pv);
6595                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6596                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
6597                         rw_wunlock(lock);
6598                         PMAP_LOCK(pmap);
6599                         rw_wlock(lock);
6600                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
6601                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6602                                 rw_wunlock(lock);
6603                                 goto retry_pv_loop;
6604                         }
6605                 }
6606                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6607                 va = pv->pv_va;
6608                 pde = pmap_pde(pmap, va);
6609                 if ((*pde & PG_RW) != 0)
6610                         (void)pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
6611                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
6612                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
6613                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
6614                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6615         }
6616         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
6617                 pmap = PV_PMAP(pv);
6618                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6619                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
6620                         md_gen = m->md.pv_gen;
6621                         rw_wunlock(lock);
6622                         PMAP_LOCK(pmap);
6623                         rw_wlock(lock);
6624                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen ||
6625                             md_gen != m->md.pv_gen) {
6626                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6627                                 rw_wunlock(lock);
6628                                 goto retry_pv_loop;
6629                         }
6630                 }
6631                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6632                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6633                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
6634                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0,
6635                     ("pmap_remove_write: found a 2mpage in page %p's pv list",
6636                     m));
6637                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
6638 retry:
6639                 oldpte = *pte;
6640                 if (oldpte & PG_RW) {
6641                         if (!atomic_cmpset_long(pte, oldpte, oldpte &
6642                             ~(PG_RW | PG_M)))
6643                                 goto retry;
6644                         if ((oldpte & PG_M) != 0)
6645                                 vm_page_dirty(m);
6646                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
6647                 }
6648                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6649         }
6650         rw_wunlock(lock);
6651         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
6652         pmap_delayed_invl_wait(m);
6653 }
6654
6655 static __inline boolean_t
6656 safe_to_clear_referenced(pmap_t pmap, pt_entry_t pte)
6657 {
6658
6659         if (!pmap_emulate_ad_bits(pmap))
6660                 return (TRUE);
6661
6662         KASSERT(pmap->pm_type == PT_EPT, ("invalid pm_type %d", pmap->pm_type));
6663
6664         /*
6665          * XWR = 010 or 110 will cause an unconditional EPT misconfiguration
6666          * so we don't let the referenced (aka EPT_PG_READ) bit to be cleared
6667          * if the EPT_PG_WRITE bit is set.
6668          */
6669         if ((pte & EPT_PG_WRITE) != 0)
6670                 return (FALSE);
6671
6672         /*
6673          * XWR = 100 is allowed only if the PMAP_SUPPORTS_EXEC_ONLY is set.
6674          */
6675         if ((pte & EPT_PG_EXECUTE) == 0 ||
6676             ((pmap->pm_flags & PMAP_SUPPORTS_EXEC_ONLY) != 0))
6677                 return (TRUE);
6678         else
6679                 return (FALSE);
6680 }
6681
6682 /*
6683  *      pmap_ts_referenced:
6684  *
6685  *      Return a count of reference bits for a page, clearing those bits.
6686  *      It is not necessary for every reference bit to be cleared, but it
6687  *      is necessary that 0 only be returned when there are truly no
6688  *      reference bits set.
6689  *
6690  *      As an optimization, update the page's dirty field if a modified bit is
6691  *      found while counting reference bits.  This opportunistic update can be
6692  *      performed at low cost and can eliminate the need for some future calls
6693  *      to pmap_is_modified().  However, since this function stops after
6694  *      finding PMAP_TS_REFERENCED_MAX reference bits, it may not detect some
6695  *      dirty pages.  Those dirty pages will only be detected by a future call
6696  *      to pmap_is_modified().
6697  *
6698  *      A DI block is not needed within this function, because
6699  *      invalidations are performed before the PV list lock is
6700  *      released.
6701  */
6702 int
6703 pmap_ts_referenced(vm_page_t m)
6704 {
6705         struct md_page *pvh;
6706         pv_entry_t pv, pvf;
6707         pmap_t pmap;
6708         struct rwlock *lock;
6709         pd_entry_t oldpde, *pde;
6710         pt_entry_t *pte, PG_A, PG_M, PG_RW;
6711         vm_offset_t va;
6712         vm_paddr_t pa;
6713         int cleared, md_gen, not_cleared, pvh_gen;
6714         struct spglist free;
6715         boolean_t demoted;
6716
6717         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
6718             ("pmap_ts_referenced: page %p is not managed", m));
6719         SLIST_INIT(&free);
6720         cleared = 0;
6721         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
6722         lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);
6723         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy : pa_to_pvh(pa);
6724         rw_wlock(lock);
6725 retry:
6726         not_cleared = 0;
6727         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) == NULL)
6728                 goto small_mappings;
6729         pv = pvf;
6730         do {
6731                 if (pvf == NULL)
6732                         pvf = pv;
6733                 pmap = PV_PMAP(pv);
6734                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6735                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
6736                         rw_wunlock(lock);
6737                         PMAP_LOCK(pmap);
6738                         rw_wlock(lock);
6739                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
6740                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6741                                 goto retry;
6742                         }
6743                 }
6744                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6745                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6746                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6747                 va = pv->pv_va;
6748                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
6749                 oldpde = *pde;
6750                 if ((oldpde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
6751                         /*
6752                          * Although "oldpde" is mapping a 2MB page, because
6753                          * this function is called at a 4KB page granularity,
6754                          * we only update the 4KB page under test.
6755                          */
6756                         vm_page_dirty(m);
6757                 }
6758                 if ((oldpde & PG_A) != 0) {
6759                         /*
6760                          * Since this reference bit is shared by 512 4KB
6761                          * pages, it should not be cleared every time it is
6762                          * tested.  Apply a simple "hash" function on the
6763                          * physical page number, the virtual superpage number,
6764                          * and the pmap address to select one 4KB page out of
6765                          * the 512 on which testing the reference bit will
6766                          * result in clearing that reference bit.  This
6767                          * function is designed to avoid the selection of the
6768                          * same 4KB page for every 2MB page mapping.
6769                          *
6770                          * On demotion, a mapping that hasn't been referenced
6771                          * is simply destroyed.  To avoid the possibility of a
6772                          * subsequent page fault on a demoted wired mapping,
6773                          * always leave its reference bit set.  Moreover,
6774                          * since the superpage is wired, the current state of
6775                          * its reference bit won't affect page replacement.
6776                          */
6777                         if ((((pa >> PAGE_SHIFT) ^ (pv->pv_va >> PDRSHIFT) ^
6778                             (uintptr_t)pmap) & (NPTEPG - 1)) == 0 &&
6779                             (oldpde & PG_W) == 0) {
6780                                 if (safe_to_clear_referenced(pmap, oldpde)) {
6781                                         atomic_clear_long(pde, PG_A);
6782                                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
6783                                         demoted = FALSE;
6784                                 } else if (pmap_demote_pde_locked(pmap, pde,
6785                                     pv->pv_va, &lock)) {
6786                                         /*
6787                                          * Remove the mapping to a single page
6788                                          * so that a subsequent access may
6789                                          * repromote.  Since the underlying
6790                                          * page table page is fully populated,
6791                                          * this removal never frees a page
6792                                          * table page.
6793                                          */
6794                                         demoted = TRUE;
6795                                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde &
6796                                             PG_PS_FRAME);
6797                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
6798                                         pmap_remove_pte(pmap, pte, va, *pde,
6799                                             NULL, &lock);
6800                                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
6801                                 } else
6802                                         demoted = TRUE;
6803
6804                                 if (demoted) {
6805                                         /*
6806                                          * The superpage mapping was removed
6807                                          * entirely and therefore 'pv' is no
6808                                          * longer valid.
6809                                          */
6810                                         if (pvf == pv)
6811                                                 pvf = NULL;
6812                                         pv = NULL;
6813                                 }
6814                                 cleared++;
6815                                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
6816                                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
6817                                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
6818                         } else
6819                                 not_cleared++;
6820                 }
6821                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6822                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
6823                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
6824                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
6825                         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
6826                         pvh->pv_gen++;
6827                 }
6828                 if (cleared + not_cleared >= PMAP_TS_REFERENCED_MAX)
6829                         goto out;
6830         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != pvf);
6831 small_mappings:
6832         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) == NULL)
6833                 goto out;
6834         pv = pvf;
6835         do {
6836                 if (pvf == NULL)
6837                         pvf = pv;
6838                 pmap = PV_PMAP(pv);
6839                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6840                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
6841                         md_gen = m->md.pv_gen;
6842                         rw_wunlock(lock);
6843                         PMAP_LOCK(pmap);
6844                         rw_wlock(lock);
6845                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
6846                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6847                                 goto retry;
6848                         }
6849                 }
6850                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6851                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6852                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6853                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
6854                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0,
6855                     ("pmap_ts_referenced: found a 2mpage in page %p's pv list",
6856                     m));
6857                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
6858                 if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
6859                         vm_page_dirty(m);
6860                 if ((*pte & PG_A) != 0) {
6861                         if (safe_to_clear_referenced(pmap, *pte)) {
6862                                 atomic_clear_long(pte, PG_A);
6863                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
6864                                 cleared++;
6865                         } else if ((*pte & PG_W) == 0) {
6866                                 /*
6867                                  * Wired pages cannot be paged out so
6868                                  * doing accessed bit emulation for
6869                                  * them is wasted effort. We do the
6870                                  * hard work for unwired pages only.
6871                                  */
6872                                 pmap_remove_pte(pmap, pte, pv->pv_va,
6873                                     *pde, &free, &lock);
6874                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
6875                                 cleared++;
6876                                 if (pvf == pv)
6877                                         pvf = NULL;
6878                                 pv = NULL;
6879                                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
6880                                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
6881                                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
6882                         } else
6883                                 not_cleared++;
6884                 }
6885                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6886                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
6887                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
6888                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
6889                         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
6890                         m->md.pv_gen++;
6891                 }
6892         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != pvf && cleared +
6893             not_cleared < PMAP_TS_REFERENCED_MAX);
6894 out:
6895         rw_wunlock(lock);
6896         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
6897         return (cleared + not_cleared);
6898 }
6899
6900 /*
6901  *      Apply the given advice to the specified range of addresses within the
6902  *      given pmap.  Depending on the advice, clear the referenced and/or
6903  *      modified flags in each mapping and set the mapped page's dirty field.
6904  */
6905 void
6906 pmap_advise(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, int advice)
6907 {
6908         struct rwlock *lock;
6909         pml4_entry_t *pml4e;
6910         pdp_entry_t *pdpe;
6911         pd_entry_t oldpde, *pde;
6912         pt_entry_t *pte, PG_A, PG_G, PG_M, PG_RW, PG_V;
6913         vm_offset_t va, va_next;
6914         vm_page_t m;
6915         boolean_t anychanged;
6916
6917         if (advice != MADV_DONTNEED && advice != MADV_FREE)
6918                 return;
6919
6920         /*
6921          * A/D bit emulation requires an alternate code path when clearing
6922          * the modified and accessed bits below. Since this function is
6923          * advisory in nature we skip it entirely for pmaps that require
6924          * A/D bit emulation.
6925          */
6926         if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
6927                 return;
6928
6929         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6930         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
6931         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6932         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6933         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6934         anychanged = FALSE;
6935         pmap_delayed_invl_started();
6936         PMAP_LOCK(pmap);
6937         for (; sva < eva; sva = va_next) {
6938                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
6939                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
6940                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
6941                         if (va_next < sva)
6942                                 va_next = eva;
6943                         continue;
6944                 }
6945                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
6946                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
6947                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
6948                         if (va_next < sva)
6949                                 va_next = eva;
6950                         continue;
6951                 }
6952                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
6953                 if (va_next < sva)
6954                         va_next = eva;
6955                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
6956                 oldpde = *pde;
6957                 if ((oldpde & PG_V) == 0)
6958                         continue;
6959                 else if ((oldpde & PG_PS) != 0) {
6960                         if ((oldpde & PG_MANAGED) == 0)
6961                                 continue;
6962                         lock = NULL;
6963                         if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, sva, &lock)) {
6964                                 if (lock != NULL)
6965                                         rw_wunlock(lock);
6966
6967                                 /*
6968                                  * The large page mapping was destroyed.
6969                                  */
6970                                 continue;
6971                         }
6972
6973                         /*
6974                          * Unless the page mappings are wired, remove the
6975                          * mapping to a single page so that a subsequent
6976                          * access may repromote.  Since the underlying page
6977                          * table page is fully populated, this removal never
6978                          * frees a page table page.
6979                          */
6980                         if ((oldpde & PG_W) == 0) {
6981                                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva);
6982                                 KASSERT((*pte & PG_V) != 0,
6983                                     ("pmap_advise: invalid PTE"));
6984                                 pmap_remove_pte(pmap, pte, sva, *pde, NULL,
6985                                     &lock);
6986                                 anychanged = TRUE;
6987                         }
6988                         if (lock != NULL)
6989                                 rw_wunlock(lock);
6990                 }
6991                 if (va_next > eva)
6992                         va_next = eva;
6993                 va = va_next;
6994                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
6995                     sva += PAGE_SIZE) {
6996                         if ((*pte & (PG_MANAGED | PG_V)) != (PG_MANAGED | PG_V))
6997                                 goto maybe_invlrng;
6998                         else if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
6999                                 if (advice == MADV_DONTNEED) {
7000                                         /*
7001                                          * Future calls to pmap_is_modified()
7002                                          * can be avoided by making the page
7003                                          * dirty now.
7004                                          */
7005                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pte & PG_FRAME);
7006                                         vm_page_dirty(m);
7007                                 }
7008                                 atomic_clear_long(pte, PG_M | PG_A);
7009                         } else if ((*pte & PG_A) != 0)
7010                                 atomic_clear_long(pte, PG_A);
7011                         else
7012                                 goto maybe_invlrng;
7013
7014                         if ((*pte & PG_G) != 0) {
7015                                 if (va == va_next)
7016                                         va = sva;
7017                         } else
7018                                 anychanged = TRUE;
7019                         continue;
7020 maybe_invlrng:
7021                         if (va != va_next) {
7022                                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
7023                                 va = va_next;
7024                         }
7025                 }
7026                 if (va != va_next)
7027                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
7028         }
7029         if (anychanged)
7030                 pmap_invalidate_all(pmap);
7031         PMAP_UNLOCK(pmap);
7032         pmap_delayed_invl_finished();
7033 }
7034
7035 /*
7036  *      Clear the modify bits on the specified physical page.
7037  */
7038 void
7039 pmap_clear_modify(vm_page_t m)
7040 {
7041         struct md_page *pvh;
7042         pmap_t pmap;
7043         pv_entry_t next_pv, pv;
7044         pd_entry_t oldpde, *pde;
7045         pt_entry_t oldpte, *pte, PG_M, PG_RW, PG_V;
7046         struct rwlock *lock;
7047         vm_offset_t va;
7048         int md_gen, pvh_gen;
7049
7050         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
7051             ("pmap_clear_modify: page %p is not managed", m));
7052         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
7053         KASSERT(!vm_page_xbusied(m),
7054             ("pmap_clear_modify: page %p is exclusive busied", m));
7055
7056         /*
7057          * If the page is not PGA_WRITEABLE, then no PTEs can have PG_M set.
7058          * If the object containing the page is locked and the page is not
7059          * exclusive busied, then PGA_WRITEABLE cannot be concurrently set.
7060          */
7061         if ((m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
7062                 return;
7063         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
7064             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
7065         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
7066         rw_wlock(lock);
7067 restart:
7068         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
7069                 pmap = PV_PMAP(pv);
7070                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
7071                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
7072                         rw_wunlock(lock);
7073                         PMAP_LOCK(pmap);
7074                         rw_wlock(lock);
7075                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
7076                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7077                                 goto restart;
7078                         }
7079                 }
7080                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7081                 PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7082                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7083                 va = pv->pv_va;
7084                 pde = pmap_pde(pmap, va);
7085                 oldpde = *pde;
7086                 if ((oldpde & PG_RW) != 0) {
7087                         if (pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock)) {
7088                                 if ((oldpde & PG_W) == 0) {
7089                                         /*
7090                                          * Write protect the mapping to a
7091                                          * single page so that a subsequent
7092                                          * write access may repromote.
7093                                          */
7094                                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde &
7095                                             PG_PS_FRAME);
7096                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
7097                                         oldpte = *pte;
7098                                         if ((oldpte & PG_V) != 0) {
7099                                                 while (!atomic_cmpset_long(pte,
7100                                                     oldpte,
7101                                                     oldpte & ~(PG_M | PG_RW)))
7102                                                         oldpte = *pte;
7103                                                 vm_page_dirty(m);
7104                                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
7105                                         }
7106                                 }
7107                         }
7108                 }
7109                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7110         }
7111         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
7112                 pmap = PV_PMAP(pv);
7113                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
7114                         md_gen = m->md.pv_gen;
7115                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
7116                         rw_wunlock(lock);
7117                         PMAP_LOCK(pmap);
7118                         rw_wlock(lock);
7119                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
7120                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7121                                 goto restart;
7122                         }
7123                 }
7124                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7125                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7126                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
7127                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_clear_modify: found"
7128                     " a 2mpage in page %p's pv list", m));
7129                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
7130                 if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
7131                         atomic_clear_long(pte, PG_M);
7132                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
7133                 }
7134                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7135         }
7136         rw_wunlock(lock);
7137 }
7138
7139 /*
7140  * Miscellaneous support routines follow
7141  */
7142
7143 /* Adjust the cache mode for a 4KB page mapped via a PTE. */
7144 static __inline void
7145 pmap_pte_attr(pt_entry_t *pte, int cache_bits, int mask)
7146 {
7147         u_int opte, npte;
7148
7149         /*
7150          * The cache mode bits are all in the low 32-bits of the
7151          * PTE, so we can just spin on updating the low 32-bits.
7152          */
7153         do {
7154                 opte = *(u_int *)pte;
7155                 npte = opte & ~mask;
7156                 npte |= cache_bits;
7157         } while (npte != opte && !atomic_cmpset_int((u_int *)pte, opte, npte));
7158 }
7159
7160 /* Adjust the cache mode for a 2MB page mapped via a PDE. */
7161 static __inline void
7162 pmap_pde_attr(pd_entry_t *pde, int cache_bits, int mask)
7163 {
7164         u_int opde, npde;
7165
7166         /*
7167          * The cache mode bits are all in the low 32-bits of the
7168          * PDE, so we can just spin on updating the low 32-bits.
7169          */
7170         do {
7171                 opde = *(u_int *)pde;
7172                 npde = opde & ~mask;
7173                 npde |= cache_bits;
7174         } while (npde != opde && !atomic_cmpset_int((u_int *)pde, opde, npde));
7175 }
7176
7177 /*
7178  * Map a set of physical memory pages into the kernel virtual
7179  * address space. Return a pointer to where it is mapped. This
7180  * routine is intended to be used for mapping device memory,
7181  * NOT real memory.
7182  */
7183 static void *
7184 pmap_mapdev_internal(vm_paddr_t pa, vm_size_t size, int mode, bool noflush)
7185 {
7186         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
7187         vm_offset_t va, offset;
7188         vm_size_t tmpsize;
7189         int i;
7190
7191         offset = pa & PAGE_MASK;
7192         size = round_page(offset + size);
7193         pa = trunc_page(pa);
7194
7195         if (!pmap_initialized) {
7196                 va = 0;
7197                 for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
7198                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
7199                         if (ppim->va == 0) {
7200                                 ppim->pa = pa;
7201                                 ppim->sz = size;
7202                                 ppim->mode = mode;
7203                                 ppim->va = virtual_avail;
7204                                 virtual_avail += size;
7205                                 va = ppim->va;
7206                                 break;
7207                         }
7208                 }
7209                 if (va == 0)
7210                         panic("%s: too many preinit mappings", __func__);
7211         } else {
7212                 /*
7213                  * If we have a preinit mapping, re-use it.
7214                  */
7215                 for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
7216                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
7217                         if (ppim->pa == pa && ppim->sz == size &&
7218                             ppim->mode == mode)
7219                                 return ((void *)(ppim->va + offset));
7220                 }
7221                 /*
7222                  * If the specified range of physical addresses fits within
7223                  * the direct map window, use the direct map.
7224                  */
7225                 if (pa < dmaplimit && pa + size <= dmaplimit) {
7226                         va = PHYS_TO_DMAP(pa);
7227                         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
7228                         i = pmap_change_attr_locked(va, size, mode, noflush);
7229                         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
7230                         if (!i)
7231                                 return ((void *)(va + offset));
7232                 }
7233                 va = kva_alloc(size);
7234                 if (va == 0)
7235                         panic("%s: Couldn't allocate KVA", __func__);
7236         }
7237         for (tmpsize = 0; tmpsize < size; tmpsize += PAGE_SIZE)
7238                 pmap_kenter_attr(va + tmpsize, pa + tmpsize, mode);
7239         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, va, va + tmpsize);
7240         if (!noflush)
7241                 pmap_invalidate_cache_range(va, va + tmpsize);
7242         return ((void *)(va + offset));
7243 }
7244
7245 void *
7246 pmap_mapdev_attr(vm_paddr_t pa, vm_size_t size, int mode)
7247 {
7248
7249         return (pmap_mapdev_internal(pa, size, mode, false));
7250 }
7251
7252 void *
7253 pmap_mapdev(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
7254 {
7255
7256         return (pmap_mapdev_internal(pa, size, PAT_UNCACHEABLE, false));
7257 }
7258
7259 void *
7260 pmap_mapdev_pciecfg(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
7261 {
7262
7263         return (pmap_mapdev_internal(pa, size, PAT_UNCACHEABLE, true));
7264 }
7265
7266 void *
7267 pmap_mapbios(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
7268 {
7269
7270         return (pmap_mapdev_internal(pa, size, PAT_WRITE_BACK, false));
7271 }
7272
7273 void
7274 pmap_unmapdev(vm_offset_t va, vm_size_t size)
7275 {
7276         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
7277         vm_offset_t offset;
7278         int i;
7279
7280         /* If we gave a direct map region in pmap_mapdev, do nothing */
7281         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS)
7282                 return;
7283         offset = va & PAGE_MASK;
7284         size = round_page(offset + size);
7285         va = trunc_page(va);
7286         for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
7287                 ppim = pmap_preinit_mapping + i;
7288                 if (ppim->va == va && ppim->sz == size) {
7289                         if (pmap_initialized)
7290                                 return;
7291                         ppim->pa = 0;
7292                         ppim->va = 0;
7293                         ppim->sz = 0;
7294                         ppim->mode = 0;
7295                         if (va + size == virtual_avail)
7296                                 virtual_avail = va;
7297                         return;
7298                 }
7299         }
7300         if (pmap_initialized)
7301                 kva_free(va, size);
7302 }
7303
7304 /*
7305  * Tries to demote a 1GB page mapping.
7306  */
7307 static boolean_t
7308 pmap_demote_pdpe(pmap_t pmap, pdp_entry_t *pdpe, vm_offset_t va)
7309 {
7310         pdp_entry_t newpdpe, oldpdpe;
7311         pd_entry_t *firstpde, newpde, *pde;
7312         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
7313         vm_paddr_t pdpgpa;
7314         vm_page_t pdpg;
7315
7316         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
7317         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7318         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7319         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7320
7321         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
7322         oldpdpe = *pdpe;
7323         KASSERT((oldpdpe & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V),
7324             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_PS and/or PG_V"));
7325         if ((pdpg = vm_page_alloc(NULL, va >> PDPSHIFT, VM_ALLOC_INTERRUPT |
7326             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED)) == NULL) {
7327                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pdpe: failure for va %#lx"
7328                     " in pmap %p", va, pmap);
7329                 return (FALSE);
7330         }
7331         pdpgpa = VM_PAGE_TO_PHYS(pdpg);
7332         firstpde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pdpgpa);
7333         newpdpe = pdpgpa | PG_M | PG_A | (oldpdpe & PG_U) | PG_RW | PG_V;
7334         KASSERT((oldpdpe & PG_A) != 0,
7335             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_A"));
7336         KASSERT((oldpdpe & (PG_M | PG_RW)) != PG_RW,
7337             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_M"));
7338         newpde = oldpdpe;
7339
7340         /*
7341          * Initialize the page directory page.
7342          */
7343         for (pde = firstpde; pde < firstpde + NPDEPG; pde++) {
7344                 *pde = newpde;
7345                 newpde += NBPDR;
7346         }
7347
7348         /*
7349          * Demote the mapping.
7350          */
7351         *pdpe = newpdpe;
7352
7353         /*
7354          * Invalidate a stale recursive mapping of the page directory page.
7355          */
7356         pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopde(va));
7357
7358         pmap_pdpe_demotions++;
7359         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pdpe: success for va %#lx"
7360             " in pmap %p", va, pmap);
7361         return (TRUE);
7362 }
7363
7364 /*
7365  * Sets the memory attribute for the specified page.
7366  */
7367 void
7368 pmap_page_set_memattr(vm_page_t m, vm_memattr_t ma)
7369 {
7370
7371         m->md.pat_mode = ma;
7372
7373         /*
7374          * If "m" is a normal page, update its direct mapping.  This update
7375          * can be relied upon to perform any cache operations that are
7376          * required for data coherence.
7377          */
7378         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
7379             pmap_change_attr(PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m)), PAGE_SIZE,
7380             m->md.pat_mode))
7381                 panic("memory attribute change on the direct map failed");
7382 }
7383
7384 /*
7385  * Changes the specified virtual address range's memory type to that given by
7386  * the parameter "mode".  The specified virtual address range must be
7387  * completely contained within either the direct map or the kernel map.  If
7388  * the virtual address range is contained within the kernel map, then the
7389  * memory type for each of the corresponding ranges of the direct map is also
7390  * changed.  (The corresponding ranges of the direct map are those ranges that
7391  * map the same physical pages as the specified virtual address range.)  These
7392  * changes to the direct map are necessary because Intel describes the
7393  * behavior of their processors as "undefined" if two or more mappings to the
7394  * same physical page have different memory types.
7395  *
7396  * Returns zero if the change completed successfully, and either EINVAL or
7397  * ENOMEM if the change failed.  Specifically, EINVAL is returned if some part
7398  * of the virtual address range was not mapped, and ENOMEM is returned if
7399  * there was insufficient memory available to complete the change.  In the
7400  * latter case, the memory type may have been changed on some part of the
7401  * virtual address range or the direct map.
7402  */
7403 int
7404 pmap_change_attr(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
7405 {
7406         int error;
7407
7408         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
7409         error = pmap_change_attr_locked(va, size, mode, false);
7410         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
7411         return (error);
7412 }
7413
7414 static int
7415 pmap_change_attr_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode, bool noflush)
7416 {
7417         vm_offset_t base, offset, tmpva;
7418         vm_paddr_t pa_start, pa_end, pa_end1;
7419         pdp_entry_t *pdpe;
7420         pd_entry_t *pde;
7421         pt_entry_t *pte;
7422         int cache_bits_pte, cache_bits_pde, error;
7423         boolean_t changed;
7424
7425         PMAP_LOCK_ASSERT(kernel_pmap, MA_OWNED);
7426         base = trunc_page(va);
7427         offset = va & PAGE_MASK;
7428         size = round_page(offset + size);
7429
7430         /*
7431          * Only supported on kernel virtual addresses, including the direct
7432          * map but excluding the recursive map.
7433          */
7434         if (base < DMAP_MIN_ADDRESS)
7435                 return (EINVAL);
7436
7437         cache_bits_pde = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, 1);
7438         cache_bits_pte = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, 0);
7439         changed = FALSE;
7440
7441         /*
7442          * Pages that aren't mapped aren't supported.  Also break down 2MB pages
7443          * into 4KB pages if required.
7444          */
7445         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
7446                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, tmpva);
7447                 if (pdpe == NULL || *pdpe == 0)
7448                         return (EINVAL);
7449                 if (*pdpe & PG_PS) {
7450                         /*
7451                          * If the current 1GB page already has the required
7452                          * memory type, then we need not demote this page. Just
7453                          * increment tmpva to the next 1GB page frame.
7454                          */
7455                         if ((*pdpe & X86_PG_PDE_CACHE) == cache_bits_pde) {
7456                                 tmpva = trunc_1gpage(tmpva) + NBPDP;
7457                                 continue;
7458                         }
7459
7460                         /*
7461                          * If the current offset aligns with a 1GB page frame
7462                          * and there is at least 1GB left within the range, then
7463                          * we need not break down this page into 2MB pages.
7464                          */
7465                         if ((tmpva & PDPMASK) == 0 &&
7466                             tmpva + PDPMASK < base + size) {
7467                                 tmpva += NBPDP;
7468                                 continue;
7469                         }
7470                         if (!pmap_demote_pdpe(kernel_pmap, pdpe, tmpva))
7471                                 return (ENOMEM);
7472                 }
7473                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, tmpva);
7474                 if (*pde == 0)
7475                         return (EINVAL);
7476                 if (*pde & PG_PS) {
7477                         /*
7478                          * If the current 2MB page already has the required
7479                          * memory type, then we need not demote this page. Just
7480                          * increment tmpva to the next 2MB page frame.
7481                          */
7482                         if ((*pde & X86_PG_PDE_CACHE) == cache_bits_pde) {
7483                                 tmpva = trunc_2mpage(tmpva) + NBPDR;
7484                                 continue;
7485                         }
7486
7487                         /*
7488                          * If the current offset aligns with a 2MB page frame
7489                          * and there is at least 2MB left within the range, then
7490                          * we need not break down this page into 4KB pages.
7491                          */
7492                         if ((tmpva & PDRMASK) == 0 &&
7493                             tmpva + PDRMASK < base + size) {
7494                                 tmpva += NBPDR;
7495                                 continue;
7496                         }
7497                         if (!pmap_demote_pde(kernel_pmap, pde, tmpva))
7498                                 return (ENOMEM);
7499                 }
7500                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, tmpva);
7501                 if (*pte == 0)
7502                         return (EINVAL);
7503                 tmpva += PAGE_SIZE;
7504         }
7505         error = 0;
7506
7507         /*
7508          * Ok, all the pages exist, so run through them updating their
7509          * cache mode if required.
7510          */
7511         pa_start = pa_end = 0;
7512         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
7513                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, tmpva);
7514                 if (*pdpe & PG_PS) {
7515                         if ((*pdpe & X86_PG_PDE_CACHE) != cache_bits_pde) {
7516                                 pmap_pde_attr(pdpe, cache_bits_pde,
7517                                     X86_PG_PDE_CACHE);
7518                                 changed = TRUE;
7519                         }
7520                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS &&
7521                             (*pdpe & PG_PS_FRAME) < dmaplimit) {
7522                                 if (pa_start == pa_end) {
7523                                         /* Start physical address run. */
7524                                         pa_start = *pdpe & PG_PS_FRAME;
7525                                         pa_end = pa_start + NBPDP;
7526                                 } else if (pa_end == (*pdpe & PG_PS_FRAME))
7527                                         pa_end += NBPDP;
7528                                 else {
7529                                         /* Run ended, update direct map. */
7530                                         error = pmap_change_attr_locked(
7531                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
7532                                             pa_end - pa_start, mode, noflush);
7533                                         if (error != 0)
7534                                                 break;
7535                                         /* Start physical address run. */
7536                                         pa_start = *pdpe & PG_PS_FRAME;
7537                                         pa_end = pa_start + NBPDP;
7538                                 }
7539                         }
7540                         tmpva = trunc_1gpage(tmpva) + NBPDP;
7541                         continue;
7542                 }
7543                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, tmpva);
7544                 if (*pde & PG_PS) {
7545                         if ((*pde & X86_PG_PDE_CACHE) != cache_bits_pde) {
7546                                 pmap_pde_attr(pde, cache_bits_pde,
7547                                     X86_PG_PDE_CACHE);
7548                                 changed = TRUE;
7549                         }
7550                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS &&
7551                             (*pde & PG_PS_FRAME) < dmaplimit) {
7552                                 if (pa_start == pa_end) {
7553                                         /* Start physical address run. */
7554                                         pa_start = *pde & PG_PS_FRAME;
7555                                         pa_end = pa_start + NBPDR;
7556                                 } else if (pa_end == (*pde & PG_PS_FRAME))
7557                                         pa_end += NBPDR;
7558                                 else {
7559                                         /* Run ended, update direct map. */
7560                                         error = pmap_change_attr_locked(
7561                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
7562                                             pa_end - pa_start, mode, noflush);
7563                                         if (error != 0)
7564                                                 break;
7565                                         /* Start physical address run. */
7566                                         pa_start = *pde & PG_PS_FRAME;
7567                                         pa_end = pa_start + NBPDR;
7568                                 }
7569                         }
7570                         tmpva = trunc_2mpage(tmpva) + NBPDR;
7571                 } else {
7572                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, tmpva);
7573                         if ((*pte & X86_PG_PTE_CACHE) != cache_bits_pte) {
7574                                 pmap_pte_attr(pte, cache_bits_pte,
7575                                     X86_PG_PTE_CACHE);
7576                                 changed = TRUE;
7577                         }
7578                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS &&
7579                             (*pte & PG_FRAME) < dmaplimit) {
7580                                 if (pa_start == pa_end) {
7581                                         /* Start physical address run. */
7582                                         pa_start = *pte & PG_FRAME;
7583                                         pa_end = pa_start + PAGE_SIZE;
7584                                 } else if (pa_end == (*pte & PG_FRAME))
7585                                         pa_end += PAGE_SIZE;
7586                                 else {
7587                                         /* Run ended, update direct map. */
7588                                         error = pmap_change_attr_locked(
7589                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
7590                                             pa_end - pa_start, mode, noflush);
7591                                         if (error != 0)
7592                                                 break;
7593                                         /* Start physical address run. */
7594                                         pa_start = *pte & PG_FRAME;
7595                                         pa_end = pa_start + PAGE_SIZE;
7596                                 }
7597                         }
7598                         tmpva += PAGE_SIZE;
7599                 }
7600         }
7601         if (error == 0 && pa_start != pa_end && pa_start < dmaplimit) {
7602                 pa_end1 = MIN(pa_end, dmaplimit);
7603                 if (pa_start != pa_end1)
7604                         error = pmap_change_attr_locked(PHYS_TO_DMAP(pa_start),
7605                             pa_end1 - pa_start, mode, noflush);
7606         }
7607
7608         /*
7609          * Flush CPU caches if required to make sure any data isn't cached that
7610          * shouldn't be, etc.
7611          */
7612         if (changed) {
7613                 pmap_invalidate_range(kernel_pmap, base, tmpva);
7614                 if (!noflush)
7615                         pmap_invalidate_cache_range(base, tmpva);
7616         }
7617         return (error);
7618 }
7619
7620 /*
7621  * Demotes any mapping within the direct map region that covers more than the
7622  * specified range of physical addresses.  This range's size must be a power
7623  * of two and its starting address must be a multiple of its size.  Since the
7624  * demotion does not change any attributes of the mapping, a TLB invalidation
7625  * is not mandatory.  The caller may, however, request a TLB invalidation.
7626  */
7627 void
7628 pmap_demote_DMAP(vm_paddr_t base, vm_size_t len, boolean_t invalidate)
7629 {
7630         pdp_entry_t *pdpe;
7631         pd_entry_t *pde;
7632         vm_offset_t va;
7633         boolean_t changed;
7634
7635         if (len == 0)
7636                 return;
7637         KASSERT(powerof2(len), ("pmap_demote_DMAP: len is not a power of 2"));
7638         KASSERT((base & (len - 1)) == 0,
7639             ("pmap_demote_DMAP: base is not a multiple of len"));
7640         if (len < NBPDP && base < dmaplimit) {
7641                 va = PHYS_TO_DMAP(base);
7642                 changed = FALSE;
7643                 PMAP_LOCK(kernel_pmap);
7644                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, va);
7645                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0)
7646                         panic("pmap_demote_DMAP: invalid PDPE");
7647                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0) {
7648                         if (!pmap_demote_pdpe(kernel_pmap, pdpe, va))
7649                                 panic("pmap_demote_DMAP: PDPE failed");
7650                         changed = TRUE;
7651                 }
7652                 if (len < NBPDR) {
7653                         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
7654                         if ((*pde & X86_PG_V) == 0)
7655                                 panic("pmap_demote_DMAP: invalid PDE");
7656                         if ((*pde & PG_PS) != 0) {
7657                                 if (!pmap_demote_pde(kernel_pmap, pde, va))
7658                                         panic("pmap_demote_DMAP: PDE failed");
7659                                 changed = TRUE;
7660                         }
7661                 }
7662                 if (changed && invalidate)
7663                         pmap_invalidate_page(kernel_pmap, va);
7664                 PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
7665         }
7666 }
7667
7668 /*
7669  * perform the pmap work for mincore
7670  */
7671 int
7672 pmap_mincore(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_paddr_t *locked_pa)
7673 {
7674         pd_entry_t *pdep;
7675         pt_entry_t pte, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
7676         vm_paddr_t pa;
7677         int val;
7678
7679         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
7680         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7681         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7682         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7683
7684         PMAP_LOCK(pmap);
7685 retry:
7686         pdep = pmap_pde(pmap, addr);
7687         if (pdep != NULL && (*pdep & PG_V)) {
7688                 if (*pdep & PG_PS) {
7689                         pte = *pdep;
7690                         /* Compute the physical address of the 4KB page. */
7691                         pa = ((*pdep & PG_PS_FRAME) | (addr & PDRMASK)) &
7692                             PG_FRAME;
7693                         val = MINCORE_SUPER;
7694                 } else {
7695                         pte = *pmap_pde_to_pte(pdep, addr);
7696                         pa = pte & PG_FRAME;
7697                         val = 0;
7698                 }
7699         } else {
7700                 pte = 0;
7701                 pa = 0;
7702                 val = 0;
7703         }
7704         if ((pte & PG_V) != 0) {
7705                 val |= MINCORE_INCORE;
7706                 if ((pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
7707                         val |= MINCORE_MODIFIED | MINCORE_MODIFIED_OTHER;
7708                 if ((pte & PG_A) != 0)
7709                         val |= MINCORE_REFERENCED | MINCORE_REFERENCED_OTHER;
7710         }
7711         if ((val & (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER)) !=
7712             (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER) &&
7713             (pte & (PG_MANAGED | PG_V)) == (PG_MANAGED | PG_V)) {
7714                 /* Ensure that "PHYS_TO_VM_PAGE(pa)->object" doesn't change. */
7715                 if (vm_page_pa_tryrelock(pmap, pa, locked_pa))
7716                         goto retry;
7717         } else
7718                 PA_UNLOCK_COND(*locked_pa);
7719         PMAP_UNLOCK(pmap);
7720         return (val);
7721 }
7722
7723 static uint64_t
7724 pmap_pcid_alloc(pmap_t pmap, u_int cpuid)
7725 {
7726         uint32_t gen, new_gen, pcid_next;
7727
7728         CRITICAL_ASSERT(curthread);
7729         gen = PCPU_GET(pcid_gen);
7730         if (pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid == PMAP_PCID_KERN)
7731                 return (pti ? 0 : CR3_PCID_SAVE);
7732         if (pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen == gen)
7733                 return (CR3_PCID_SAVE);
7734         pcid_next = PCPU_GET(pcid_next);
7735         KASSERT((!pti && pcid_next <= PMAP_PCID_OVERMAX) ||
7736             (pti && pcid_next <= PMAP_PCID_OVERMAX_KERN),
7737             ("cpu %d pcid_next %#x", cpuid, pcid_next));
7738         if ((!pti && pcid_next == PMAP_PCID_OVERMAX) ||
7739             (pti && pcid_next == PMAP_PCID_OVERMAX_KERN)) {
7740                 new_gen = gen + 1;
7741                 if (new_gen == 0)
7742                         new_gen = 1;
7743                 PCPU_SET(pcid_gen, new_gen);
7744                 pcid_next = PMAP_PCID_KERN + 1;
7745         } else {
7746                 new_gen = gen;
7747         }
7748         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid = pcid_next;
7749         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = new_gen;
7750         PCPU_SET(pcid_next, pcid_next + 1);
7751         return (0);
7752 }
7753
7754 static uint64_t
7755 pmap_pcid_alloc_checked(pmap_t pmap, u_int cpuid)
7756 {
7757         uint64_t cached;
7758
7759         cached = pmap_pcid_alloc(pmap, cpuid);
7760         KASSERT(pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid < PMAP_PCID_OVERMAX,
7761             ("pmap %p cpu %d pcid %#x", pmap, cpuid,
7762             pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid));
7763         KASSERT(pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid != PMAP_PCID_KERN ||
7764             pmap == kernel_pmap,
7765             ("non-kernel pmap pmap %p cpu %d pcid %#x",
7766             pmap, cpuid, pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid));
7767         return (cached);
7768 }
7769
7770 static void
7771 pmap_activate_sw_pti_post(struct thread *td, pmap_t pmap)
7772 {
7773
7774         PCPU_GET(tssp)->tss_rsp0 = pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3 ?
7775             PCPU_GET(pti_rsp0) : (uintptr_t)td->td_pcb;
7776 }
7777
7778 static void inline
7779 pmap_activate_sw_pcid_pti(pmap_t pmap, u_int cpuid, const bool invpcid_works1)
7780 {
7781         struct invpcid_descr d;
7782         uint64_t cached, cr3, kcr3, ucr3;
7783
7784         cached = pmap_pcid_alloc_checked(pmap, cpuid);
7785         cr3 = rcr3();
7786         if ((cr3 & ~CR3_PCID_MASK) != pmap->pm_cr3)
7787                 load_cr3(pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid);
7788         PCPU_SET(curpmap, pmap);
7789         kcr3 = pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
7790         ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid |
7791             PMAP_PCID_USER_PT;
7792
7793         if (!cached && pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
7794                 /*
7795                  * Explicitly invalidate translations cached from the
7796                  * user page table.  They are not automatically
7797                  * flushed by reload of cr3 with the kernel page table
7798                  * pointer above.
7799                  *
7800                  * Note that the if() condition is resolved statically
7801                  * by using the function argument instead of
7802                  * runtime-evaluated invpcid_works value.
7803                  */
7804                 if (invpcid_works1) {
7805                         d.pcid = PMAP_PCID_USER_PT |
7806                             pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
7807                         d.pad = 0;
7808                         d.addr = 0;
7809                         invpcid(&d, INVPCID_CTX);
7810                 } else {
7811                         pmap_pti_pcid_invalidate(ucr3, kcr3);
7812                 }
7813         }
7814
7815         PCPU_SET(kcr3, kcr3 | CR3_PCID_SAVE);
7816         PCPU_SET(ucr3, ucr3 | CR3_PCID_SAVE);
7817         if (cached)
7818                 PCPU_INC(pm_save_cnt);
7819 }
7820
7821 static void
7822 pmap_activate_sw_pcid_invpcid_pti(struct thread *td, pmap_t pmap, u_int cpuid)
7823 {
7824
7825         pmap_activate_sw_pcid_pti(pmap, cpuid, true);
7826         pmap_activate_sw_pti_post(td, pmap);
7827 }
7828
7829 static void
7830 pmap_activate_sw_pcid_noinvpcid_pti(struct thread *td, pmap_t pmap,
7831     u_int cpuid)
7832 {
7833         register_t rflags;
7834
7835         /*
7836          * If the INVPCID instruction is not available,
7837          * invltlb_pcid_handler() is used to handle an invalidate_all
7838          * IPI, which checks for curpmap == smp_tlb_pmap.  The below
7839          * sequence of operations has a window where %CR3 is loaded
7840          * with the new pmap's PML4 address, but the curpmap value has
7841          * not yet been updated.  This causes the invltlb IPI handler,
7842          * which is called between the updates, to execute as a NOP,
7843          * which leaves stale TLB entries.
7844          *
7845          * Note that the most typical use of pmap_activate_sw(), from
7846          * the context switch, is immune to this race, because
7847          * interrupts are disabled (while the thread lock is owned),
7848          * and the IPI happens after curpmap is updated.  Protect
7849          * other callers in a similar way, by disabling interrupts
7850          * around the %cr3 register reload and curpmap assignment.
7851          */
7852         rflags = intr_disable();
7853         pmap_activate_sw_pcid_pti(pmap, cpuid, false);
7854         intr_restore(rflags);
7855         pmap_activate_sw_pti_post(td, pmap);
7856 }
7857
7858 static void
7859 pmap_activate_sw_pcid_nopti(struct thread *td __unused, pmap_t pmap,
7860     u_int cpuid)
7861 {
7862         uint64_t cached, cr3;
7863
7864         cached = pmap_pcid_alloc_checked(pmap, cpuid);
7865         cr3 = rcr3();
7866         if (!cached || (cr3 & ~CR3_PCID_MASK) != pmap->pm_cr3)
7867                 load_cr3(pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid |
7868                     cached);
7869         PCPU_SET(curpmap, pmap);
7870         if (cached)
7871                 PCPU_INC(pm_save_cnt);
7872 }
7873
7874 static void
7875 pmap_activate_sw_pcid_noinvpcid_nopti(struct thread *td __unused, pmap_t pmap,
7876     u_int cpuid)
7877 {
7878         register_t rflags;
7879
7880         rflags = intr_disable();
7881         pmap_activate_sw_pcid_nopti(td, pmap, cpuid);
7882         intr_restore(rflags);
7883 }
7884
7885 static void
7886 pmap_activate_sw_nopcid_nopti(struct thread *td __unused, pmap_t pmap,
7887     u_int cpuid __unused)
7888 {
7889
7890         load_cr3(pmap->pm_cr3);
7891         PCPU_SET(curpmap, pmap);
7892 }
7893
7894 static void
7895 pmap_activate_sw_nopcid_pti(struct thread *td, pmap_t pmap,
7896     u_int cpuid __unused)
7897 {
7898
7899         pmap_activate_sw_nopcid_nopti(td, pmap, cpuid);
7900         PCPU_SET(kcr3, pmap->pm_cr3);
7901         PCPU_SET(ucr3, pmap->pm_ucr3);
7902         pmap_activate_sw_pti_post(td, pmap);
7903 }
7904
7905 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_activate_sw_mode, (struct thread *, pmap_t,
7906     u_int), static)
7907 {
7908
7909         if (pmap_pcid_enabled && pti && invpcid_works)
7910                 return (pmap_activate_sw_pcid_invpcid_pti);
7911         else if (pmap_pcid_enabled && pti && !invpcid_works)
7912                 return (pmap_activate_sw_pcid_noinvpcid_pti);
7913         else if (pmap_pcid_enabled && !pti && invpcid_works)
7914                 return (pmap_activate_sw_pcid_nopti);
7915         else if (pmap_pcid_enabled && !pti && !invpcid_works)
7916                 return (pmap_activate_sw_pcid_noinvpcid_nopti);
7917         else if (!pmap_pcid_enabled && pti)
7918                 return (pmap_activate_sw_nopcid_pti);
7919         else /* if (!pmap_pcid_enabled && !pti) */
7920                 return (pmap_activate_sw_nopcid_nopti);
7921 }
7922
7923 void
7924 pmap_activate_sw(struct thread *td)
7925 {
7926         pmap_t oldpmap, pmap;
7927         u_int cpuid;
7928
7929         oldpmap = PCPU_GET(curpmap);
7930         pmap = vmspace_pmap(td->td_proc->p_vmspace);
7931         if (oldpmap == pmap)
7932                 return;
7933         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
7934 #ifdef SMP
7935         CPU_SET_ATOMIC(cpuid, &pmap->pm_active);
7936 #else
7937         CPU_SET(cpuid, &pmap->pm_active);
7938 #endif
7939         pmap_activate_sw_mode(td, pmap, cpuid);
7940 #ifdef SMP
7941         CPU_CLR_ATOMIC(cpuid, &oldpmap->pm_active);
7942 #else
7943         CPU_CLR(cpuid, &oldpmap->pm_active);
7944 #endif
7945 }
7946
7947 void
7948 pmap_activate(struct thread *td)
7949 {
7950
7951         critical_enter();
7952         pmap_activate_sw(td);
7953         critical_exit();
7954 }
7955
7956 void
7957 pmap_activate_boot(pmap_t pmap)
7958 {
7959         uint64_t kcr3;
7960         u_int cpuid;
7961
7962         /*
7963          * kernel_pmap must be never deactivated, and we ensure that
7964          * by never activating it at all.
7965          */
7966         MPASS(pmap != kernel_pmap);
7967
7968         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
7969 #ifdef SMP
7970         CPU_SET_ATOMIC(cpuid, &pmap->pm_active);
7971 #else
7972         CPU_SET(cpuid, &pmap->pm_active);
7973 #endif
7974         PCPU_SET(curpmap, pmap);
7975         if (pti) {
7976                 kcr3 = pmap->pm_cr3;
7977                 if (pmap_pcid_enabled)
7978                         kcr3 |= pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid | CR3_PCID_SAVE;
7979         } else {
7980                 kcr3 = PMAP_NO_CR3;
7981         }
7982         PCPU_SET(kcr3, kcr3);
7983         PCPU_SET(ucr3, PMAP_NO_CR3);
7984 }
7985
7986 void
7987 pmap_sync_icache(pmap_t pm, vm_offset_t va, vm_size_t sz)
7988 {
7989 }
7990
7991 /*
7992  *      Increase the starting virtual address of the given mapping if a
7993  *      different alignment might result in more superpage mappings.
7994  */
7995 void
7996 pmap_align_superpage(vm_object_t object, vm_ooffset_t offset,
7997     vm_offset_t *addr, vm_size_t size)
7998 {
7999         vm_offset_t superpage_offset;
8000
8001         if (size < NBPDR)
8002                 return;
8003         if (object != NULL && (object->flags & OBJ_COLORED) != 0)
8004                 offset += ptoa(object->pg_color);
8005         superpage_offset = offset & PDRMASK;
8006         if (size - ((NBPDR - superpage_offset) & PDRMASK) < NBPDR ||
8007             (*addr & PDRMASK) == superpage_offset)
8008                 return;
8009         if ((*addr & PDRMASK) < superpage_offset)
8010                 *addr = (*addr & ~PDRMASK) + superpage_offset;
8011         else
8012                 *addr = ((*addr + PDRMASK) & ~PDRMASK) + superpage_offset;
8013 }
8014
8015 #ifdef INVARIANTS
8016 static unsigned long num_dirty_emulations;
8017 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_dirty_emulations, CTLFLAG_RW,
8018              &num_dirty_emulations, 0, NULL);
8019
8020 static unsigned long num_accessed_emulations;
8021 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_accessed_emulations, CTLFLAG_RW,
8022              &num_accessed_emulations, 0, NULL);
8023
8024 static unsigned long num_superpage_accessed_emulations;
8025 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_superpage_accessed_emulations, CTLFLAG_RW,
8026              &num_superpage_accessed_emulations, 0, NULL);
8027
8028 static unsigned long ad_emulation_superpage_promotions;
8029 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, ad_emulation_superpage_promotions, CTLFLAG_RW,
8030              &ad_emulation_superpage_promotions, 0, NULL);
8031 #endif  /* INVARIANTS */
8032
8033 int
8034 pmap_emulate_accessed_dirty(pmap_t pmap, vm_offset_t va, int ftype)
8035 {
8036         int rv;
8037         struct rwlock *lock;
8038 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
8039         vm_page_t m, mpte;
8040 #endif
8041         pd_entry_t *pde;
8042         pt_entry_t *pte, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
8043
8044         KASSERT(ftype == VM_PROT_READ || ftype == VM_PROT_WRITE,
8045             ("pmap_emulate_accessed_dirty: invalid fault type %d", ftype));
8046
8047         if (!pmap_emulate_ad_bits(pmap))
8048                 return (-1);
8049
8050         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
8051         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
8052         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
8053         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8054
8055         rv = -1;
8056         lock = NULL;
8057         PMAP_LOCK(pmap);
8058
8059         pde = pmap_pde(pmap, va);
8060         if (pde == NULL || (*pde & PG_V) == 0)
8061                 goto done;
8062
8063         if ((*pde & PG_PS) != 0) {
8064                 if (ftype == VM_PROT_READ) {
8065 #ifdef INVARIANTS
8066                         atomic_add_long(&num_superpage_accessed_emulations, 1);
8067 #endif
8068                         *pde |= PG_A;
8069                         rv = 0;
8070                 }
8071                 goto done;
8072         }
8073
8074         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
8075         if ((*pte & PG_V) == 0)
8076                 goto done;
8077
8078         if (ftype == VM_PROT_WRITE) {
8079                 if ((*pte & PG_RW) == 0)
8080                         goto done;
8081                 /*
8082                  * Set the modified and accessed bits simultaneously.
8083                  *
8084                  * Intel EPT PTEs that do software emulation of A/D bits map
8085                  * PG_A and PG_M to EPT_PG_READ and EPT_PG_WRITE respectively.
8086                  * An EPT misconfiguration is triggered if the PTE is writable
8087                  * but not readable (WR=10). This is avoided by setting PG_A
8088                  * and PG_M simultaneously.
8089                  */
8090                 *pte |= PG_M | PG_A;
8091         } else {
8092                 *pte |= PG_A;
8093         }
8094
8095 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
8096         /* try to promote the mapping */
8097         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
8098                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
8099         else
8100                 mpte = NULL;
8101
8102         m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pte & PG_FRAME);
8103
8104         if ((mpte == NULL || mpte->wire_count == NPTEPG) &&
8105             pmap_ps_enabled(pmap) &&
8106             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
8107             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0) {
8108                 pmap_promote_pde(pmap, pde, va, &lock);
8109 #ifdef INVARIANTS
8110                 atomic_add_long(&ad_emulation_superpage_promotions, 1);
8111 #endif
8112         }
8113 #endif
8114
8115 #ifdef INVARIANTS
8116         if (ftype == VM_PROT_WRITE)
8117                 atomic_add_long(&num_dirty_emulations, 1);
8118         else
8119                 atomic_add_long(&num_accessed_emulations, 1);
8120 #endif
8121         rv = 0;         /* success */
8122 done:
8123         if (lock != NULL)
8124                 rw_wunlock(lock);
8125         PMAP_UNLOCK(pmap);
8126         return (rv);
8127 }
8128
8129 void
8130 pmap_get_mapping(pmap_t pmap, vm_offset_t va, uint64_t *ptr, int *num)
8131 {
8132         pml4_entry_t *pml4;
8133         pdp_entry_t *pdp;
8134         pd_entry_t *pde;
8135         pt_entry_t *pte, PG_V;
8136         int idx;
8137
8138         idx = 0;
8139         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
8140         PMAP_LOCK(pmap);
8141
8142         pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
8143         ptr[idx++] = *pml4;
8144         if ((*pml4 & PG_V) == 0)
8145                 goto done;
8146
8147         pdp = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4, va);
8148         ptr[idx++] = *pdp;
8149         if ((*pdp & PG_V) == 0 || (*pdp & PG_PS) != 0)
8150                 goto done;
8151
8152         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdp, va);
8153         ptr[idx++] = *pde;
8154         if ((*pde & PG_V) == 0 || (*pde & PG_PS) != 0)
8155                 goto done;
8156
8157         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
8158         ptr[idx++] = *pte;
8159
8160 done:
8161         PMAP_UNLOCK(pmap);
8162         *num = idx;
8163 }
8164
8165 /**
8166  * Get the kernel virtual address of a set of physical pages. If there are
8167  * physical addresses not covered by the DMAP perform a transient mapping
8168  * that will be removed when calling pmap_unmap_io_transient.
8169  *
8170  * \param page        The pages the caller wishes to obtain the virtual
8171  *                    address on the kernel memory map.
8172  * \param vaddr       On return contains the kernel virtual memory address
8173  *                    of the pages passed in the page parameter.
8174  * \param count       Number of pages passed in.
8175  * \param can_fault   TRUE if the thread using the mapped pages can take
8176  *                    page faults, FALSE otherwise.
8177  *
8178  * \returns TRUE if the caller must call pmap_unmap_io_transient when
8179  *          finished or FALSE otherwise.
8180  *
8181  */
8182 boolean_t
8183 pmap_map_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
8184     boolean_t can_fault)
8185 {
8186         vm_paddr_t paddr;
8187         boolean_t needs_mapping;
8188         pt_entry_t *pte;
8189         int cache_bits, error __unused, i;
8190
8191         /*
8192          * Allocate any KVA space that we need, this is done in a separate
8193          * loop to prevent calling vmem_alloc while pinned.
8194          */
8195         needs_mapping = FALSE;
8196         for (i = 0; i < count; i++) {
8197                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
8198                 if (__predict_false(paddr >= dmaplimit)) {
8199                         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE,
8200                             M_BESTFIT | M_WAITOK, &vaddr[i]);
8201                         KASSERT(error == 0, ("vmem_alloc failed: %d", error));
8202                         needs_mapping = TRUE;
8203                 } else {
8204                         vaddr[i] = PHYS_TO_DMAP(paddr);
8205                 }
8206         }
8207
8208         /* Exit early if everything is covered by the DMAP */
8209         if (!needs_mapping)
8210                 return (FALSE);
8211
8212         /*
8213          * NB:  The sequence of updating a page table followed by accesses
8214          * to the corresponding pages used in the !DMAP case is subject to
8215          * the situation described in the "AMD64 Architecture Programmer's
8216          * Manual Volume 2: System Programming" rev. 3.23, "7.3.1 Special
8217          * Coherency Considerations".  Therefore, issuing the INVLPG right
8218          * after modifying the PTE bits is crucial.
8219          */
8220         if (!can_fault)
8221                 sched_pin();
8222         for (i = 0; i < count; i++) {
8223                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
8224                 if (paddr >= dmaplimit) {
8225                         if (can_fault) {
8226                                 /*
8227                                  * Slow path, since we can get page faults
8228                                  * while mappings are active don't pin the
8229                                  * thread to the CPU and instead add a global
8230                                  * mapping visible to all CPUs.
8231                                  */
8232                                 pmap_qenter(vaddr[i], &page[i], 1);
8233                         } else {
8234                                 pte = vtopte(vaddr[i]);
8235                                 cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap,
8236                                     page[i]->md.pat_mode, 0);
8237                                 pte_store(pte, paddr | X86_PG_RW | X86_PG_V |
8238                                     cache_bits);
8239                                 invlpg(vaddr[i]);
8240                         }
8241                 }
8242         }
8243
8244         return (needs_mapping);
8245 }
8246
8247 void
8248 pmap_unmap_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
8249     boolean_t can_fault)
8250 {
8251         vm_paddr_t paddr;
8252         int i;
8253
8254         if (!can_fault)
8255                 sched_unpin();
8256         for (i = 0; i < count; i++) {
8257                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
8258                 if (paddr >= dmaplimit) {
8259                         if (can_fault)
8260                                 pmap_qremove(vaddr[i], 1);
8261                         vmem_free(kernel_arena, vaddr[i], PAGE_SIZE);
8262                 }
8263         }
8264 }
8265
8266 vm_offset_t
8267 pmap_quick_enter_page(vm_page_t m)
8268 {
8269         vm_paddr_t paddr;
8270
8271         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
8272         if (paddr < dmaplimit)
8273                 return (PHYS_TO_DMAP(paddr));
8274         mtx_lock_spin(&qframe_mtx);
8275         KASSERT(*vtopte(qframe) == 0, ("qframe busy"));
8276         pte_store(vtopte(qframe), paddr | X86_PG_RW | X86_PG_V | X86_PG_A |
8277             X86_PG_M | pmap_cache_bits(kernel_pmap, m->md.pat_mode, 0));
8278         return (qframe);
8279 }
8280
8281 void
8282 pmap_quick_remove_page(vm_offset_t addr)
8283 {
8284
8285         if (addr != qframe)
8286                 return;
8287         pte_store(vtopte(qframe), 0);
8288         invlpg(qframe);
8289         mtx_unlock_spin(&qframe_mtx);
8290 }
8291
8292 /*
8293  * Pdp pages from the large map are managed differently from either
8294  * kernel or user page table pages.  They are permanently allocated at
8295  * initialization time, and their wire count is permanently set to
8296  * zero.  The pml4 entries pointing to those pages are copied into
8297  * each allocated pmap.
8298  *
8299  * In contrast, pd and pt pages are managed like user page table
8300  * pages.  They are dynamically allocated, and their wire count
8301  * represents the number of valid entries within the page.
8302  */
8303 static vm_page_t
8304 pmap_large_map_getptp_unlocked(void)
8305 {
8306         vm_page_t m;
8307
8308         m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
8309             VM_ALLOC_ZERO);
8310         if (m != NULL && (m->flags & PG_ZERO) == 0)
8311                 pmap_zero_page(m);
8312         return (m);
8313 }
8314
8315 static vm_page_t
8316 pmap_large_map_getptp(void)
8317 {
8318         vm_page_t m;
8319
8320         PMAP_LOCK_ASSERT(kernel_pmap, MA_OWNED);
8321         m = pmap_large_map_getptp_unlocked();
8322         if (m == NULL) {
8323                 PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
8324                 vm_wait(NULL);
8325                 PMAP_LOCK(kernel_pmap);
8326                 /* Callers retry. */
8327         }
8328         return (m);
8329 }
8330
8331 static pdp_entry_t *
8332 pmap_large_map_pdpe(vm_offset_t va)
8333 {
8334         vm_pindex_t pml4_idx;
8335         vm_paddr_t mphys;
8336
8337         pml4_idx = pmap_pml4e_index(va);
8338         KASSERT(LMSPML4I <= pml4_idx && pml4_idx < LMSPML4I + lm_ents,
8339             ("pmap_large_map_pdpe: va %#jx out of range idx %#jx LMSPML4I "
8340             "%#jx lm_ents %d",
8341             (uintmax_t)va, (uintmax_t)pml4_idx, LMSPML4I, lm_ents));
8342         KASSERT((kernel_pmap->pm_pml4[pml4_idx] & X86_PG_V) != 0,
8343             ("pmap_large_map_pdpe: invalid pml4 for va %#jx idx %#jx "
8344             "LMSPML4I %#jx lm_ents %d",
8345             (uintmax_t)va, (uintmax_t)pml4_idx, LMSPML4I, lm_ents));
8346         mphys = kernel_pmap->pm_pml4[pml4_idx] & PG_FRAME;
8347         return ((pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys) + pmap_pdpe_index(va));
8348 }
8349
8350 static pd_entry_t *
8351 pmap_large_map_pde(vm_offset_t va)
8352 {
8353         pdp_entry_t *pdpe;
8354         vm_page_t m;
8355         vm_paddr_t mphys;
8356
8357 retry:
8358         pdpe = pmap_large_map_pdpe(va);
8359         if (*pdpe == 0) {
8360                 m = pmap_large_map_getptp();
8361                 if (m == NULL)
8362                         goto retry;
8363                 mphys = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
8364                 *pdpe = mphys | X86_PG_A | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
8365         } else {
8366                 MPASS((*pdpe & X86_PG_PS) == 0);
8367                 mphys = *pdpe & PG_FRAME;
8368         }
8369         return ((pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys) + pmap_pde_index(va));
8370 }
8371
8372 static pt_entry_t *
8373 pmap_large_map_pte(vm_offset_t va)
8374 {
8375         pd_entry_t *pde;
8376         vm_page_t m;
8377         vm_paddr_t mphys;
8378
8379 retry:
8380         pde = pmap_large_map_pde(va);
8381         if (*pde == 0) {
8382                 m = pmap_large_map_getptp();
8383                 if (m == NULL)
8384                         goto retry;
8385                 mphys = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
8386                 *pde = mphys | X86_PG_A | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
8387                 PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pde))->wire_count++;
8388         } else {
8389                 MPASS((*pde & X86_PG_PS) == 0);
8390                 mphys = *pde & PG_FRAME;
8391         }
8392         return ((pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys) + pmap_pte_index(va));
8393 }
8394
8395 static int
8396 pmap_large_map_getva(vm_size_t len, vm_offset_t align, vm_offset_t phase,
8397     vmem_addr_t *vmem_res)
8398 {
8399
8400         /*
8401          * Large mappings are all but static.  Consequently, there
8402          * is no point in waiting for an earlier allocation to be
8403          * freed.
8404          */
8405         return (vmem_xalloc(large_vmem, len, align, phase, 0, VMEM_ADDR_MIN,
8406             VMEM_ADDR_MAX, M_NOWAIT | M_BESTFIT, vmem_res));
8407 }
8408
8409 int
8410 pmap_large_map(vm_paddr_t spa, vm_size_t len, void **addr,
8411     vm_memattr_t mattr)
8412 {
8413         pdp_entry_t *pdpe;
8414         pd_entry_t *pde;
8415         pt_entry_t *pte;
8416         vm_offset_t va, inc;
8417         vmem_addr_t vmem_res;
8418         vm_paddr_t pa;
8419         int error;
8420
8421         if (len == 0 || spa + len < spa)
8422                 return (EINVAL);
8423
8424         /* See if DMAP can serve. */
8425         if (spa + len <= dmaplimit) {
8426                 va = PHYS_TO_DMAP(spa);
8427                 *addr = (void *)va;
8428                 return (pmap_change_attr(va, len, mattr));
8429         }
8430
8431         /*
8432          * No, allocate KVA.  Fit the address with best possible
8433          * alignment for superpages.  Fall back to worse align if
8434          * failed.
8435          */
8436         error = ENOMEM;
8437         if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0 && rounddown2(spa + len,
8438             NBPDP) >= roundup2(spa, NBPDP) + NBPDP)
8439                 error = pmap_large_map_getva(len, NBPDP, spa & PDPMASK,
8440                     &vmem_res);
8441         if (error != 0 && rounddown2(spa + len, NBPDR) >= roundup2(spa,
8442             NBPDR) + NBPDR)
8443                 error = pmap_large_map_getva(len, NBPDR, spa & PDRMASK,
8444                     &vmem_res);
8445         if (error != 0)
8446                 error = pmap_large_map_getva(len, PAGE_SIZE, 0, &vmem_res);
8447         if (error != 0)
8448                 return (error);
8449
8450         /*
8451          * Fill pagetable.  PG_M is not pre-set, we scan modified bits
8452          * in the pagetable to minimize flushing.  No need to
8453          * invalidate TLB, since we only update invalid entries.
8454          */
8455         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
8456         for (pa = spa, va = vmem_res; len > 0; pa += inc, va += inc,
8457             len -= inc) {
8458                 if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0 && len >= NBPDP &&
8459                     (pa & PDPMASK) == 0 && (va & PDPMASK) == 0) {
8460                         pdpe = pmap_large_map_pdpe(va);
8461                         MPASS(*pdpe == 0);
8462                         *pdpe = pa | pg_g | X86_PG_PS | X86_PG_RW |
8463                             X86_PG_V | X86_PG_A | pg_nx |
8464                             pmap_cache_bits(kernel_pmap, mattr, TRUE);
8465                         inc = NBPDP;
8466                 } else if (len >= NBPDR && (pa & PDRMASK) == 0 &&
8467                     (va & PDRMASK) == 0) {
8468                         pde = pmap_large_map_pde(va);
8469                         MPASS(*pde == 0);
8470                         *pde = pa | pg_g | X86_PG_PS | X86_PG_RW |
8471                             X86_PG_V | X86_PG_A | pg_nx |
8472                             pmap_cache_bits(kernel_pmap, mattr, TRUE);
8473                         PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pde))->
8474                             wire_count++;
8475                         inc = NBPDR;
8476                 } else {
8477                         pte = pmap_large_map_pte(va);
8478                         MPASS(*pte == 0);
8479                         *pte = pa | pg_g | X86_PG_RW | X86_PG_V |
8480                             X86_PG_A | pg_nx | pmap_cache_bits(kernel_pmap,
8481                             mattr, FALSE);
8482                         PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pte))->
8483                             wire_count++;
8484                         inc = PAGE_SIZE;
8485                 }
8486         }
8487         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
8488         MPASS(len == 0);
8489
8490         *addr = (void *)vmem_res;
8491         return (0);
8492 }
8493
8494 void
8495 pmap_large_unmap(void *svaa, vm_size_t len)
8496 {
8497         vm_offset_t sva, va;
8498         vm_size_t inc;
8499         pdp_entry_t *pdpe, pdp;
8500         pd_entry_t *pde, pd;
8501         pt_entry_t *pte;
8502         vm_page_t m;
8503         struct spglist spgf;
8504
8505         sva = (vm_offset_t)svaa;
8506         if (len == 0 || sva + len < sva || (sva >= DMAP_MIN_ADDRESS &&
8507             sva + len <= DMAP_MIN_ADDRESS + dmaplimit))
8508                 return;
8509
8510         SLIST_INIT(&spgf);
8511         KASSERT(LARGEMAP_MIN_ADDRESS <= sva && sva + len <=
8512             LARGEMAP_MAX_ADDRESS + NBPML4 * (u_long)lm_ents,
8513             ("not largemap range %#lx %#lx", (u_long)svaa, (u_long)svaa + len));
8514         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
8515         for (va = sva; va < sva + len; va += inc) {
8516                 pdpe = pmap_large_map_pdpe(va);
8517                 pdp = *pdpe;
8518                 KASSERT((pdp & X86_PG_V) != 0,
8519                     ("invalid pdp va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
8520                     (u_long)pdpe, pdp));
8521                 if ((pdp & X86_PG_PS) != 0) {
8522                         KASSERT((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0,
8523                             ("no 1G pages, va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
8524                             (u_long)pdpe, pdp));
8525                         KASSERT((va & PDPMASK) == 0,
8526                             ("PDPMASK bit set, va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
8527                             (u_long)pdpe, pdp));
8528                         KASSERT(va + NBPDP <= sva + len,
8529                             ("unmap covers partial 1GB page, sva %#lx va %#lx "
8530                             "pdpe %#lx pdp %#lx len %#lx", sva, va,
8531                             (u_long)pdpe, pdp, len));
8532                         *pdpe = 0;
8533                         inc = NBPDP;
8534                         continue;
8535                 }
8536                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
8537                 pd = *pde;
8538                 KASSERT((pd & X86_PG_V) != 0,
8539                     ("invalid pd va %#lx pde %#lx pd %#lx", va,
8540                     (u_long)pde, pd));
8541                 if ((pd & X86_PG_PS) != 0) {
8542                         KASSERT((va & PDRMASK) == 0,
8543                             ("PDRMASK bit set, va %#lx pde %#lx pd %#lx", va,
8544                             (u_long)pde, pd));
8545                         KASSERT(va + NBPDR <= sva + len,
8546                             ("unmap covers partial 2MB page, sva %#lx va %#lx "
8547                             "pde %#lx pd %#lx len %#lx", sva, va, (u_long)pde,
8548                             pd, len));
8549                         pde_store(pde, 0);
8550                         inc = NBPDR;
8551                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pde));
8552                         m->wire_count--;
8553                         if (m->wire_count == 0) {
8554                                 *pdpe = 0;
8555                                 SLIST_INSERT_HEAD(&spgf, m, plinks.s.ss);
8556                         }
8557                         continue;
8558                 }
8559                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
8560                 KASSERT((*pte & X86_PG_V) != 0,
8561                     ("invalid pte va %#lx pte %#lx pt %#lx", va,
8562                     (u_long)pte, *pte));
8563                 pte_clear(pte);
8564                 inc = PAGE_SIZE;
8565                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pte));
8566                 m->wire_count--;
8567                 if (m->wire_count == 0) {
8568                         *pde = 0;
8569                         SLIST_INSERT_HEAD(&spgf, m, plinks.s.ss);
8570                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pde));
8571                         m->wire_count--;
8572                         if (m->wire_count == 0) {
8573                                 *pdpe = 0;
8574                                 SLIST_INSERT_HEAD(&spgf, m, plinks.s.ss);
8575                         }
8576                 }
8577         }
8578         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, sva + len);
8579         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
8580         vm_page_free_pages_toq(&spgf, false);
8581         vmem_free(large_vmem, sva, len);
8582 }
8583
8584 static void
8585 pmap_large_map_wb_fence_mfence(void)
8586 {
8587
8588         mfence();
8589 }
8590
8591 static void
8592 pmap_large_map_wb_fence_sfence(void)
8593 {
8594
8595         sfence();
8596 }
8597
8598 static void
8599 pmap_large_map_wb_fence_nop(void)
8600 {
8601 }
8602
8603 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_large_map_wb_fence, (void), static)
8604 {
8605
8606         if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
8607                 return (pmap_large_map_wb_fence_mfence);
8608         else if ((cpu_stdext_feature & (CPUID_STDEXT_CLWB |
8609             CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT)) == 0)
8610                 return (pmap_large_map_wb_fence_sfence);
8611         else
8612                 /* clflush is strongly enough ordered */
8613                 return (pmap_large_map_wb_fence_nop);
8614 }
8615
8616 static void
8617 pmap_large_map_flush_range_clwb(vm_offset_t va, vm_size_t len)
8618 {
8619
8620         for (; len > 0; len -= cpu_clflush_line_size,
8621             va += cpu_clflush_line_size)
8622                 clwb(va);
8623 }
8624
8625 static void
8626 pmap_large_map_flush_range_clflushopt(vm_offset_t va, vm_size_t len)
8627 {
8628
8629         for (; len > 0; len -= cpu_clflush_line_size,
8630             va += cpu_clflush_line_size)
8631                 clflushopt(va);
8632 }
8633
8634 static void
8635 pmap_large_map_flush_range_clflush(vm_offset_t va, vm_size_t len)
8636 {
8637
8638         for (; len > 0; len -= cpu_clflush_line_size,
8639             va += cpu_clflush_line_size)
8640                 clflush(va);
8641 }
8642
8643 static void
8644 pmap_large_map_flush_range_nop(vm_offset_t sva __unused, vm_size_t len __unused)
8645 {
8646 }
8647
8648 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_large_map_flush_range, (vm_offset_t, vm_size_t),
8649     static)
8650 {
8651
8652         if ((cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLWB) != 0)
8653                 return (pmap_large_map_flush_range_clwb);
8654         else if ((cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT) != 0)
8655                 return (pmap_large_map_flush_range_clflushopt);
8656         else if ((cpu_feature & CPUID_CLFSH) != 0)
8657                 return (pmap_large_map_flush_range_clflush);
8658         else
8659                 return (pmap_large_map_flush_range_nop);
8660 }
8661
8662 static void
8663 pmap_large_map_wb_large(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
8664 {
8665         volatile u_long *pe;
8666         u_long p;
8667         vm_offset_t va;
8668         vm_size_t inc;
8669         bool seen_other;
8670
8671         for (va = sva; va < eva; va += inc) {
8672                 inc = 0;
8673                 if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0) {
8674                         pe = (volatile u_long *)pmap_large_map_pdpe(va);
8675                         p = *pe;
8676                         if ((p & X86_PG_PS) != 0)
8677                                 inc = NBPDP;
8678                 }
8679                 if (inc == 0) {
8680                         pe = (volatile u_long *)pmap_large_map_pde(va);
8681                         p = *pe;
8682                         if ((p & X86_PG_PS) != 0)
8683                                 inc = NBPDR;
8684                 }
8685                 if (inc == 0) {
8686                         pe = (volatile u_long *)pmap_large_map_pte(va);
8687                         p = *pe;
8688                         inc = PAGE_SIZE;
8689                 }
8690                 seen_other = false;
8691                 for (;;) {
8692                         if ((p & X86_PG_AVAIL1) != 0) {
8693                                 /*
8694                                  * Spin-wait for the end of a parallel
8695                                  * write-back.
8696                                  */
8697                                 cpu_spinwait();
8698                                 p = *pe;
8699
8700                                 /*
8701                                  * If we saw other write-back
8702                                  * occuring, we cannot rely on PG_M to
8703                                  * indicate state of the cache.  The
8704                                  * PG_M bit is cleared before the
8705                                  * flush to avoid ignoring new writes,
8706                                  * and writes which are relevant for
8707                                  * us might happen after.
8708                                  */
8709                                 seen_other = true;
8710                                 continue;
8711                         }
8712
8713                         if ((p & X86_PG_M) != 0 || seen_other) {
8714                                 if (!atomic_fcmpset_long(pe, &p,
8715                                     (p & ~X86_PG_M) | X86_PG_AVAIL1))
8716                                         /*
8717                                          * If we saw PG_M without
8718                                          * PG_AVAIL1, and then on the
8719                                          * next attempt we do not
8720                                          * observe either PG_M or
8721                                          * PG_AVAIL1, the other
8722                                          * write-back started after us
8723                                          * and finished before us.  We
8724                                          * can rely on it doing our
8725                                          * work.
8726                                          */
8727                                         continue;
8728                                 pmap_large_map_flush_range(va, inc);
8729                                 atomic_clear_long(pe, X86_PG_AVAIL1);
8730                         }
8731                         break;
8732                 }
8733                 maybe_yield();
8734         }
8735 }
8736
8737 /*
8738  * Write-back cache lines for the given address range.
8739  *
8740  * Must be called only on the range or sub-range returned from
8741  * pmap_large_map().  Must not be called on the coalesced ranges.
8742  *
8743  * Does nothing on CPUs without CLWB, CLFLUSHOPT, or CLFLUSH
8744  * instructions support.
8745  */
8746 void
8747 pmap_large_map_wb(void *svap, vm_size_t len)
8748 {
8749         vm_offset_t eva, sva;
8750
8751         sva = (vm_offset_t)svap;
8752         eva = sva + len;
8753         pmap_large_map_wb_fence();
8754         if (sva >= DMAP_MIN_ADDRESS && eva <= DMAP_MIN_ADDRESS + dmaplimit) {
8755                 pmap_large_map_flush_range(sva, len);
8756         } else {
8757                 KASSERT(sva >= LARGEMAP_MIN_ADDRESS &&
8758                     eva <= LARGEMAP_MIN_ADDRESS + lm_ents * NBPML4,
8759                     ("pmap_large_map_wb: not largemap %#lx %#lx", sva, len));
8760                 pmap_large_map_wb_large(sva, eva);
8761         }
8762         pmap_large_map_wb_fence();
8763 }
8764
8765 static vm_page_t
8766 pmap_pti_alloc_page(void)
8767 {
8768         vm_page_t m;
8769
8770         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
8771         m = vm_page_grab(pti_obj, pti_pg_idx++, VM_ALLOC_NOBUSY |
8772             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
8773         return (m);
8774 }
8775
8776 static bool
8777 pmap_pti_free_page(vm_page_t m)
8778 {
8779
8780         KASSERT(m->wire_count > 0, ("page %p not wired", m));
8781         if (!vm_page_unwire_noq(m))
8782                 return (false);
8783         vm_page_free_zero(m);
8784         return (true);
8785 }
8786
8787 static void
8788 pmap_pti_init(void)
8789 {
8790         vm_page_t pml4_pg;
8791         pdp_entry_t *pdpe;
8792         vm_offset_t va;
8793         int i;
8794
8795         if (!pti)
8796                 return;
8797         pti_obj = vm_pager_allocate(OBJT_PHYS, NULL, 0, VM_PROT_ALL, 0, NULL);
8798         VM_OBJECT_WLOCK(pti_obj);
8799         pml4_pg = pmap_pti_alloc_page();
8800         pti_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml4_pg));
8801         for (va = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS; va <= VM_MAX_KERNEL_ADDRESS &&
8802             va >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS && va > NBPML4; va += NBPML4) {
8803                 pdpe = pmap_pti_pdpe(va);
8804                 pmap_pti_wire_pte(pdpe);
8805         }
8806         pmap_pti_add_kva_locked((vm_offset_t)&__pcpu[0],
8807             (vm_offset_t)&__pcpu[0] + sizeof(__pcpu[0]) * MAXCPU, false);
8808         pmap_pti_add_kva_locked((vm_offset_t)gdt, (vm_offset_t)gdt +
8809             sizeof(struct user_segment_descriptor) * NGDT * MAXCPU, false);
8810         pmap_pti_add_kva_locked((vm_offset_t)idt, (vm_offset_t)idt +
8811             sizeof(struct gate_descriptor) * NIDT, false);
8812         pmap_pti_add_kva_locked((vm_offset_t)common_tss,
8813             (vm_offset_t)common_tss + sizeof(struct amd64tss) * MAXCPU, false);
8814         CPU_FOREACH(i) {
8815                 /* Doublefault stack IST 1 */
8816                 va = common_tss[i].tss_ist1;
8817                 pmap_pti_add_kva_locked(va - PAGE_SIZE, va, false);
8818                 /* NMI stack IST 2 */
8819                 va = common_tss[i].tss_ist2 + sizeof(struct nmi_pcpu);
8820                 pmap_pti_add_kva_locked(va - PAGE_SIZE, va, false);
8821                 /* MC# stack IST 3 */
8822                 va = common_tss[i].tss_ist3 + sizeof(struct nmi_pcpu);
8823                 pmap_pti_add_kva_locked(va - PAGE_SIZE, va, false);
8824                 /* DB# stack IST 4 */
8825                 va = common_tss[i].tss_ist4 + sizeof(struct nmi_pcpu);
8826                 pmap_pti_add_kva_locked(va - PAGE_SIZE, va, false);
8827         }
8828         pmap_pti_add_kva_locked((vm_offset_t)kernphys + KERNBASE,
8829             (vm_offset_t)etext, true);
8830         pti_finalized = true;
8831         VM_OBJECT_WUNLOCK(pti_obj);
8832 }
8833 SYSINIT(pmap_pti, SI_SUB_CPU + 1, SI_ORDER_ANY, pmap_pti_init, NULL);
8834
8835 static pdp_entry_t *
8836 pmap_pti_pdpe(vm_offset_t va)
8837 {
8838         pml4_entry_t *pml4e;
8839         pdp_entry_t *pdpe;
8840         vm_page_t m;
8841         vm_pindex_t pml4_idx;
8842         vm_paddr_t mphys;
8843
8844         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
8845
8846         pml4_idx = pmap_pml4e_index(va);
8847         pml4e = &pti_pml4[pml4_idx];
8848         m = NULL;
8849         if (*pml4e == 0) {
8850                 if (pti_finalized)
8851                         panic("pml4 alloc after finalization\n");
8852                 m = pmap_pti_alloc_page();
8853                 if (*pml4e != 0) {
8854                         pmap_pti_free_page(m);
8855                         mphys = *pml4e & ~PAGE_MASK;
8856                 } else {
8857                         mphys = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
8858                         *pml4e = mphys | X86_PG_RW | X86_PG_V;
8859                 }
8860         } else {
8861                 mphys = *pml4e & ~PAGE_MASK;
8862         }
8863         pdpe = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys) + pmap_pdpe_index(va);
8864         return (pdpe);
8865 }
8866
8867 static void
8868 pmap_pti_wire_pte(void *pte)
8869 {
8870         vm_page_t m;
8871
8872         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
8873         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pte));
8874         m->wire_count++;
8875 }
8876
8877 static void
8878 pmap_pti_unwire_pde(void *pde, bool only_ref)
8879 {
8880         vm_page_t m;
8881
8882         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
8883         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pde));
8884         MPASS(m->wire_count > 0);
8885         MPASS(only_ref || m->wire_count > 1);
8886         pmap_pti_free_page(m);
8887 }
8888
8889 static void
8890 pmap_pti_unwire_pte(void *pte, vm_offset_t va)
8891 {
8892         vm_page_t m;
8893         pd_entry_t *pde;
8894
8895         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
8896         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pte));
8897         MPASS(m->wire_count > 0);
8898         if (pmap_pti_free_page(m)) {
8899                 pde = pmap_pti_pde(va);
8900                 MPASS((*pde & (X86_PG_PS | X86_PG_V)) == X86_PG_V);
8901                 *pde = 0;
8902                 pmap_pti_unwire_pde(pde, false);
8903         }
8904 }
8905
8906 static pd_entry_t *
8907 pmap_pti_pde(vm_offset_t va)
8908 {
8909         pdp_entry_t *pdpe;
8910         pd_entry_t *pde;
8911         vm_page_t m;
8912         vm_pindex_t pd_idx;
8913         vm_paddr_t mphys;
8914
8915         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
8916
8917         pdpe = pmap_pti_pdpe(va);
8918         if (*pdpe == 0) {
8919                 m = pmap_pti_alloc_page();
8920                 if (*pdpe != 0) {
8921                         pmap_pti_free_page(m);
8922                         MPASS((*pdpe & X86_PG_PS) == 0);
8923                         mphys = *pdpe & ~PAGE_MASK;
8924                 } else {
8925                         mphys =  VM_PAGE_TO_PHYS(m);
8926                         *pdpe = mphys | X86_PG_RW | X86_PG_V;
8927                 }
8928         } else {
8929                 MPASS((*pdpe & X86_PG_PS) == 0);
8930                 mphys = *pdpe & ~PAGE_MASK;
8931         }
8932
8933         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys);
8934         pd_idx = pmap_pde_index(va);
8935         pde += pd_idx;
8936         return (pde);
8937 }
8938
8939 static pt_entry_t *
8940 pmap_pti_pte(vm_offset_t va, bool *unwire_pde)
8941 {
8942         pd_entry_t *pde;
8943         pt_entry_t *pte;
8944         vm_page_t m;
8945         vm_paddr_t mphys;
8946
8947         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
8948
8949         pde = pmap_pti_pde(va);
8950         if (unwire_pde != NULL) {
8951                 *unwire_pde = true;
8952                 pmap_pti_wire_pte(pde);
8953         }
8954         if (*pde == 0) {
8955                 m = pmap_pti_alloc_page();
8956                 if (*pde != 0) {
8957                         pmap_pti_free_page(m);
8958                         MPASS((*pde & X86_PG_PS) == 0);
8959                         mphys = *pde & ~(PAGE_MASK | pg_nx);
8960                 } else {
8961                         mphys = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
8962                         *pde = mphys | X86_PG_RW | X86_PG_V;
8963                         if (unwire_pde != NULL)
8964                                 *unwire_pde = false;
8965                 }
8966         } else {
8967                 MPASS((*pde & X86_PG_PS) == 0);
8968                 mphys = *pde & ~(PAGE_MASK | pg_nx);
8969         }
8970
8971         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys);
8972         pte += pmap_pte_index(va);
8973
8974         return (pte);
8975 }
8976
8977 static void
8978 pmap_pti_add_kva_locked(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, bool exec)
8979 {
8980         vm_paddr_t pa;
8981         pd_entry_t *pde;
8982         pt_entry_t *pte, ptev;
8983         bool unwire_pde;
8984
8985         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
8986
8987         sva = trunc_page(sva);
8988         MPASS(sva > VM_MAXUSER_ADDRESS);
8989         eva = round_page(eva);
8990         MPASS(sva < eva);
8991         for (; sva < eva; sva += PAGE_SIZE) {
8992                 pte = pmap_pti_pte(sva, &unwire_pde);
8993                 pa = pmap_kextract(sva);
8994                 ptev = pa | X86_PG_RW | X86_PG_V | X86_PG_A | X86_PG_G |
8995                     (exec ? 0 : pg_nx) | pmap_cache_bits(kernel_pmap,
8996                     VM_MEMATTR_DEFAULT, FALSE);
8997                 if (*pte == 0) {
8998                         pte_store(pte, ptev);
8999                         pmap_pti_wire_pte(pte);
9000                 } else {
9001                         KASSERT(!pti_finalized,
9002                             ("pti overlap after fin %#lx %#lx %#lx",
9003                             sva, *pte, ptev));
9004                         KASSERT(*pte == ptev,
9005                             ("pti non-identical pte after fin %#lx %#lx %#lx",
9006                             sva, *pte, ptev));
9007                 }
9008                 if (unwire_pde) {
9009                         pde = pmap_pti_pde(sva);
9010                         pmap_pti_unwire_pde(pde, true);
9011                 }
9012         }
9013 }
9014
9015 void
9016 pmap_pti_add_kva(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, bool exec)
9017 {
9018
9019         if (!pti)
9020                 return;
9021         VM_OBJECT_WLOCK(pti_obj);
9022         pmap_pti_add_kva_locked(sva, eva, exec);
9023         VM_OBJECT_WUNLOCK(pti_obj);
9024 }
9025
9026 void
9027 pmap_pti_remove_kva(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
9028 {
9029         pt_entry_t *pte;
9030         vm_offset_t va;
9031
9032         if (!pti)
9033                 return;
9034         sva = rounddown2(sva, PAGE_SIZE);
9035         MPASS(sva > VM_MAXUSER_ADDRESS);
9036         eva = roundup2(eva, PAGE_SIZE);
9037         MPASS(sva < eva);
9038         VM_OBJECT_WLOCK(pti_obj);
9039         for (va = sva; va < eva; va += PAGE_SIZE) {
9040                 pte = pmap_pti_pte(va, NULL);
9041                 KASSERT((*pte & X86_PG_V) != 0,
9042                     ("invalid pte va %#lx pte %#lx pt %#lx", va,
9043                     (u_long)pte, *pte));
9044                 pte_clear(pte);
9045                 pmap_pti_unwire_pte(pte, va);
9046         }
9047         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, eva);
9048         VM_OBJECT_WUNLOCK(pti_obj);
9049 }
9050
9051 static void *
9052 pkru_dup_range(void *ctx __unused, void *data)
9053 {
9054         struct pmap_pkru_range *node, *new_node;
9055
9056         new_node = uma_zalloc(pmap_pkru_ranges_zone, M_NOWAIT);
9057         if (new_node == NULL)
9058                 return (NULL);
9059         node = data;
9060         memcpy(new_node, node, sizeof(*node));
9061         return (new_node);
9062 }
9063
9064 static void
9065 pkru_free_range(void *ctx __unused, void *node)
9066 {
9067
9068         uma_zfree(pmap_pkru_ranges_zone, node);
9069 }
9070
9071 static int
9072 pmap_pkru_assign(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, u_int keyidx,
9073     int flags)
9074 {
9075         struct pmap_pkru_range *ppr;
9076         int error;
9077
9078         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
9079         MPASS(pmap->pm_type == PT_X86);
9080         MPASS((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0);
9081         if ((flags & AMD64_PKRU_EXCL) != 0 &&
9082             !rangeset_check_empty(&pmap->pm_pkru, sva, eva))
9083                 return (EBUSY);
9084         ppr = uma_zalloc(pmap_pkru_ranges_zone, M_NOWAIT);
9085         if (ppr == NULL)
9086                 return (ENOMEM);
9087         ppr->pkru_keyidx = keyidx;
9088         ppr->pkru_flags = flags & AMD64_PKRU_PERSIST;
9089         error = rangeset_insert(&pmap->pm_pkru, sva, eva, ppr);
9090         if (error != 0)
9091                 uma_zfree(pmap_pkru_ranges_zone, ppr);
9092         return (error);
9093 }
9094
9095 static int
9096 pmap_pkru_deassign(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
9097 {
9098
9099         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
9100         MPASS(pmap->pm_type == PT_X86);
9101         MPASS((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0);
9102         return (rangeset_remove(&pmap->pm_pkru, sva, eva));
9103 }
9104
9105 static void
9106 pmap_pkru_deassign_all(pmap_t pmap)
9107 {
9108
9109         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
9110         if (pmap->pm_type == PT_X86 &&
9111             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0)
9112                 rangeset_remove_all(&pmap->pm_pkru);
9113 }
9114
9115 static bool
9116 pmap_pkru_same(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
9117 {
9118         struct pmap_pkru_range *ppr, *prev_ppr;
9119         vm_offset_t va;
9120
9121         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
9122         if (pmap->pm_type != PT_X86 ||
9123             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) == 0 ||
9124             sva >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
9125                 return (true);
9126         MPASS(eva <= VM_MAXUSER_ADDRESS);
9127         for (va = sva, prev_ppr = NULL; va < eva;) {
9128                 ppr = rangeset_lookup(&pmap->pm_pkru, va);
9129                 if ((ppr == NULL) ^ (prev_ppr == NULL))
9130                         return (false);
9131                 if (ppr == NULL) {
9132                         va += PAGE_SIZE;
9133                         continue;
9134                 }
9135                 if (prev_ppr->pkru_keyidx != ppr->pkru_keyidx)
9136                         return (false);
9137                 va = ppr->pkru_rs_el.re_end;
9138         }
9139         return (true);
9140 }
9141
9142 static pt_entry_t
9143 pmap_pkru_get(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
9144 {
9145         struct pmap_pkru_range *ppr;
9146
9147         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
9148         if (pmap->pm_type != PT_X86 ||
9149             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) == 0 ||
9150             va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
9151                 return (0);
9152         ppr = rangeset_lookup(&pmap->pm_pkru, va);
9153         if (ppr != NULL)
9154                 return (X86_PG_PKU(ppr->pkru_keyidx));
9155         return (0);
9156 }
9157
9158 static bool
9159 pred_pkru_on_remove(void *ctx __unused, void *r)
9160 {
9161         struct pmap_pkru_range *ppr;
9162
9163         ppr = r;
9164         return ((ppr->pkru_flags & AMD64_PKRU_PERSIST) == 0);
9165 }
9166
9167 static void
9168 pmap_pkru_on_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
9169 {
9170
9171         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
9172         if (pmap->pm_type == PT_X86 &&
9173             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0) {
9174                 rangeset_remove_pred(&pmap->pm_pkru, sva, eva,
9175                     pred_pkru_on_remove);
9176         }
9177 }
9178
9179 static int
9180 pmap_pkru_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap)
9181 {
9182
9183         PMAP_LOCK_ASSERT(dst_pmap, MA_OWNED);
9184         PMAP_LOCK_ASSERT(src_pmap, MA_OWNED);
9185         MPASS(dst_pmap->pm_type == PT_X86);
9186         MPASS(src_pmap->pm_type == PT_X86);
9187         MPASS((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0);
9188         if (src_pmap->pm_pkru.rs_data_ctx == NULL)
9189                 return (0);
9190         return (rangeset_copy(&dst_pmap->pm_pkru, &src_pmap->pm_pkru));
9191 }
9192
9193 static void
9194 pmap_pkru_update_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
9195     u_int keyidx)
9196 {
9197         pml4_entry_t *pml4e;
9198         pdp_entry_t *pdpe;
9199         pd_entry_t newpde, ptpaddr, *pde;
9200         pt_entry_t newpte, *ptep, pte;
9201         vm_offset_t va, va_next;
9202         bool changed;
9203
9204         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
9205         MPASS(pmap->pm_type == PT_X86);
9206         MPASS(keyidx <= PMAP_MAX_PKRU_IDX);
9207
9208         for (changed = false, va = sva; va < eva; va = va_next) {
9209                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, va);
9210                 if ((*pml4e & X86_PG_V) == 0) {
9211                         va_next = (va + NBPML4) & ~PML4MASK;
9212                         if (va_next < va)
9213                                 va_next = eva;
9214                         continue;
9215                 }
9216
9217                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, va);
9218                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0) {
9219                         va_next = (va + NBPDP) & ~PDPMASK;
9220                         if (va_next < va)
9221                                 va_next = eva;
9222                         continue;
9223                 }
9224
9225                 va_next = (va + NBPDR) & ~PDRMASK;
9226                 if (va_next < va)
9227                         va_next = eva;
9228
9229                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
9230                 ptpaddr = *pde;
9231                 if (ptpaddr == 0)
9232                         continue;
9233
9234                 MPASS((ptpaddr & X86_PG_V) != 0);
9235                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
9236                         if (va + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
9237                                 newpde = (ptpaddr & ~X86_PG_PKU_MASK) |
9238                                     X86_PG_PKU(keyidx);
9239                                 if (newpde != ptpaddr) {
9240                                         *pde = newpde;
9241                                         changed = true;
9242                                 }
9243                                 continue;
9244                         } else if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, va)) {
9245                                 continue;
9246                         }
9247                 }
9248
9249                 if (va_next > eva)
9250                         va_next = eva;
9251
9252                 for (ptep = pmap_pde_to_pte(pde, va); va != va_next;
9253                     ptep++, va += PAGE_SIZE) {
9254                         pte = *ptep;
9255                         if ((pte & X86_PG_V) == 0)
9256                                 continue;
9257                         newpte = (pte & ~X86_PG_PKU_MASK) | X86_PG_PKU(keyidx);
9258                         if (newpte != pte) {
9259                                 *ptep = newpte;
9260                                 changed = true;
9261                         }
9262                 }
9263         }
9264         if (changed)
9265                 pmap_invalidate_range(pmap, sva, eva);
9266 }
9267
9268 static int
9269 pmap_pkru_check_uargs(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
9270     u_int keyidx, int flags)
9271 {
9272
9273         if (pmap->pm_type != PT_X86 || keyidx > PMAP_MAX_PKRU_IDX ||
9274             (flags & ~(AMD64_PKRU_PERSIST | AMD64_PKRU_EXCL)) != 0)
9275                 return (EINVAL);
9276         if (eva <= sva || eva > VM_MAXUSER_ADDRESS)
9277                 return (EFAULT);
9278         if ((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) == 0)
9279                 return (ENOTSUP);
9280         return (0);
9281 }
9282
9283 int
9284 pmap_pkru_set(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, u_int keyidx,
9285     int flags)
9286 {
9287         int error;
9288
9289         sva = trunc_page(sva);
9290         eva = round_page(eva);
9291         error = pmap_pkru_check_uargs(pmap, sva, eva, keyidx, flags);
9292         if (error != 0)
9293                 return (error);
9294         for (;;) {
9295                 PMAP_LOCK(pmap);
9296                 error = pmap_pkru_assign(pmap, sva, eva, keyidx, flags);
9297                 if (error == 0)
9298                         pmap_pkru_update_range(pmap, sva, eva, keyidx);
9299                 PMAP_UNLOCK(pmap);
9300                 if (error != ENOMEM)
9301                         break;
9302                 vm_wait(NULL);
9303         }
9304         return (error);
9305 }
9306
9307 int
9308 pmap_pkru_clear(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
9309 {
9310         int error;
9311
9312         sva = trunc_page(sva);
9313         eva = round_page(eva);
9314         error = pmap_pkru_check_uargs(pmap, sva, eva, 0, 0);
9315         if (error != 0)
9316                 return (error);
9317         for (;;) {
9318                 PMAP_LOCK(pmap);
9319                 error = pmap_pkru_deassign(pmap, sva, eva);
9320                 if (error == 0)
9321                         pmap_pkru_update_range(pmap, sva, eva, 0);
9322                 PMAP_UNLOCK(pmap);
9323                 if (error != ENOMEM)
9324                         break;
9325                 vm_wait(NULL);
9326         }
9327         return (error);
9328 }
9329
9330 #include "opt_ddb.h"
9331 #ifdef DDB
9332 #include <sys/kdb.h>
9333 #include <ddb/ddb.h>
9334
9335 DB_SHOW_COMMAND(pte, pmap_print_pte)
9336 {
9337         pmap_t pmap;
9338         pml4_entry_t *pml4;
9339         pdp_entry_t *pdp;
9340         pd_entry_t *pde;
9341         pt_entry_t *pte, PG_V;
9342         vm_offset_t va;
9343
9344         if (!have_addr) {
9345                 db_printf("show pte addr\n");
9346                 return;
9347         }
9348         va = (vm_offset_t)addr;
9349
9350         if (kdb_thread != NULL)
9351                 pmap = vmspace_pmap(kdb_thread->td_proc->p_vmspace);
9352         else
9353                 pmap = PCPU_GET(curpmap);
9354
9355         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
9356         pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
9357         db_printf("VA %#016lx pml4e %#016lx", va, *pml4);
9358         if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
9359                 db_printf("\n");
9360                 return;
9361         }
9362         pdp = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4, va);
9363         db_printf(" pdpe %#016lx", *pdp);
9364         if ((*pdp & PG_V) == 0 || (*pdp & PG_PS) != 0) {
9365                 db_printf("\n");
9366                 return;
9367         }
9368         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdp, va);
9369         db_printf(" pde %#016lx", *pde);
9370         if ((*pde & PG_V) == 0 || (*pde & PG_PS) != 0) {
9371                 db_printf("\n");
9372                 return;
9373         }
9374         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
9375         db_printf(" pte %#016lx\n", *pte);
9376 }
9377
9378 DB_SHOW_COMMAND(phys2dmap, pmap_phys2dmap)
9379 {
9380         vm_paddr_t a;
9381
9382         if (have_addr) {
9383                 a = (vm_paddr_t)addr;
9384                 db_printf("0x%jx\n", (uintmax_t)PHYS_TO_DMAP(a));
9385         } else {
9386                 db_printf("show phys2dmap addr\n");
9387         }
9388 }
9389 #endif