]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/amd64/amd64/pmap.c
MFV r322235: 8067 zdb should be able to dump literal embedded block pointer
[FreeBSD/FreeBSD.git] / sys / amd64 / amd64 / pmap.c
1 /*-
2  * Copyright (c) 1991 Regents of the University of California.
3  * All rights reserved.
4  * Copyright (c) 1994 John S. Dyson
5  * All rights reserved.
6  * Copyright (c) 1994 David Greenman
7  * All rights reserved.
8  * Copyright (c) 2003 Peter Wemm
9  * All rights reserved.
10  * Copyright (c) 2005-2010 Alan L. Cox <alc@cs.rice.edu>
11  * All rights reserved.
12  *
13  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
14  * the Systems Programming Group of the University of Utah Computer
15  * Science Department and William Jolitz of UUNET Technologies Inc.
16  *
17  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
18  * modification, are permitted provided that the following conditions
19  * are met:
20  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
21  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
22  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
23  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
24  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
25  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
26  *    must display the following acknowledgement:
27  *      This product includes software developed by the University of
28  *      California, Berkeley and its contributors.
29  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
30  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
31  *    without specific prior written permission.
32  *
33  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
34  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
35  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
36  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
37  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
38  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
39  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
40  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
41  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
42  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
43  * SUCH DAMAGE.
44  *
45  *      from:   @(#)pmap.c      7.7 (Berkeley)  5/12/91
46  */
47 /*-
48  * Copyright (c) 2003 Networks Associates Technology, Inc.
49  * All rights reserved.
50  *
51  * This software was developed for the FreeBSD Project by Jake Burkholder,
52  * Safeport Network Services, and Network Associates Laboratories, the
53  * Security Research Division of Network Associates, Inc. under
54  * DARPA/SPAWAR contract N66001-01-C-8035 ("CBOSS"), as part of the DARPA
55  * CHATS research program.
56  *
57  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
58  * modification, are permitted provided that the following conditions
59  * are met:
60  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
61  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
62  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
63  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
64  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
65  *
66  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
67  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
68  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
69  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
70  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
71  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
72  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
73  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
74  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
75  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
76  * SUCH DAMAGE.
77  */
78
79 #define AMD64_NPT_AWARE
80
81 #include <sys/cdefs.h>
82 __FBSDID("$FreeBSD$");
83
84 /*
85  *      Manages physical address maps.
86  *
87  *      Since the information managed by this module is
88  *      also stored by the logical address mapping module,
89  *      this module may throw away valid virtual-to-physical
90  *      mappings at almost any time.  However, invalidations
91  *      of virtual-to-physical mappings must be done as
92  *      requested.
93  *
94  *      In order to cope with hardware architectures which
95  *      make virtual-to-physical map invalidates expensive,
96  *      this module may delay invalidate or reduced protection
97  *      operations until such time as they are actually
98  *      necessary.  This module is given full information as
99  *      to which processors are currently using which maps,
100  *      and to when physical maps must be made correct.
101  */
102
103 #include "opt_pmap.h"
104 #include "opt_vm.h"
105
106 #include <sys/param.h>
107 #include <sys/bitstring.h>
108 #include <sys/bus.h>
109 #include <sys/systm.h>
110 #include <sys/kernel.h>
111 #include <sys/ktr.h>
112 #include <sys/lock.h>
113 #include <sys/malloc.h>
114 #include <sys/mman.h>
115 #include <sys/mutex.h>
116 #include <sys/proc.h>
117 #include <sys/rwlock.h>
118 #include <sys/sx.h>
119 #include <sys/turnstile.h>
120 #include <sys/vmem.h>
121 #include <sys/vmmeter.h>
122 #include <sys/sched.h>
123 #include <sys/sysctl.h>
124 #include <sys/smp.h>
125
126 #include <vm/vm.h>
127 #include <vm/vm_param.h>
128 #include <vm/vm_kern.h>
129 #include <vm/vm_page.h>
130 #include <vm/vm_map.h>
131 #include <vm/vm_object.h>
132 #include <vm/vm_extern.h>
133 #include <vm/vm_pageout.h>
134 #include <vm/vm_pager.h>
135 #include <vm/vm_phys.h>
136 #include <vm/vm_radix.h>
137 #include <vm/vm_reserv.h>
138 #include <vm/uma.h>
139
140 #include <machine/intr_machdep.h>
141 #include <x86/apicvar.h>
142 #include <machine/cpu.h>
143 #include <machine/cputypes.h>
144 #include <machine/md_var.h>
145 #include <machine/pcb.h>
146 #include <machine/specialreg.h>
147 #ifdef SMP
148 #include <machine/smp.h>
149 #endif
150
151 static __inline boolean_t
152 pmap_type_guest(pmap_t pmap)
153 {
154
155         return ((pmap->pm_type == PT_EPT) || (pmap->pm_type == PT_RVI));
156 }
157
158 static __inline boolean_t
159 pmap_emulate_ad_bits(pmap_t pmap)
160 {
161
162         return ((pmap->pm_flags & PMAP_EMULATE_AD_BITS) != 0);
163 }
164
165 static __inline pt_entry_t
166 pmap_valid_bit(pmap_t pmap)
167 {
168         pt_entry_t mask;
169
170         switch (pmap->pm_type) {
171         case PT_X86:
172         case PT_RVI:
173                 mask = X86_PG_V;
174                 break;
175         case PT_EPT:
176                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
177                         mask = EPT_PG_EMUL_V;
178                 else
179                         mask = EPT_PG_READ;
180                 break;
181         default:
182                 panic("pmap_valid_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
183         }
184
185         return (mask);
186 }
187
188 static __inline pt_entry_t
189 pmap_rw_bit(pmap_t pmap)
190 {
191         pt_entry_t mask;
192
193         switch (pmap->pm_type) {
194         case PT_X86:
195         case PT_RVI:
196                 mask = X86_PG_RW;
197                 break;
198         case PT_EPT:
199                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
200                         mask = EPT_PG_EMUL_RW;
201                 else
202                         mask = EPT_PG_WRITE;
203                 break;
204         default:
205                 panic("pmap_rw_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
206         }
207
208         return (mask);
209 }
210
211 static __inline pt_entry_t
212 pmap_global_bit(pmap_t pmap)
213 {
214         pt_entry_t mask;
215
216         switch (pmap->pm_type) {
217         case PT_X86:
218                 mask = X86_PG_G;
219                 break;
220         case PT_RVI:
221         case PT_EPT:
222                 mask = 0;
223                 break;
224         default:
225                 panic("pmap_global_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
226         }
227
228         return (mask);
229 }
230
231 static __inline pt_entry_t
232 pmap_accessed_bit(pmap_t pmap)
233 {
234         pt_entry_t mask;
235
236         switch (pmap->pm_type) {
237         case PT_X86:
238         case PT_RVI:
239                 mask = X86_PG_A;
240                 break;
241         case PT_EPT:
242                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
243                         mask = EPT_PG_READ;
244                 else
245                         mask = EPT_PG_A;
246                 break;
247         default:
248                 panic("pmap_accessed_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
249         }
250
251         return (mask);
252 }
253
254 static __inline pt_entry_t
255 pmap_modified_bit(pmap_t pmap)
256 {
257         pt_entry_t mask;
258
259         switch (pmap->pm_type) {
260         case PT_X86:
261         case PT_RVI:
262                 mask = X86_PG_M;
263                 break;
264         case PT_EPT:
265                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
266                         mask = EPT_PG_WRITE;
267                 else
268                         mask = EPT_PG_M;
269                 break;
270         default:
271                 panic("pmap_modified_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
272         }
273
274         return (mask);
275 }
276
277 #if !defined(DIAGNOSTIC)
278 #ifdef __GNUC_GNU_INLINE__
279 #define PMAP_INLINE     __attribute__((__gnu_inline__)) inline
280 #else
281 #define PMAP_INLINE     extern inline
282 #endif
283 #else
284 #define PMAP_INLINE
285 #endif
286
287 #ifdef PV_STATS
288 #define PV_STAT(x)      do { x ; } while (0)
289 #else
290 #define PV_STAT(x)      do { } while (0)
291 #endif
292
293 #define pa_index(pa)    ((pa) >> PDRSHIFT)
294 #define pa_to_pvh(pa)   (&pv_table[pa_index(pa)])
295
296 #define NPV_LIST_LOCKS  MAXCPU
297
298 #define PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa)        \
299                         (&pv_list_locks[pa_index(pa) % NPV_LIST_LOCKS])
300
301 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa)  do {    \
302         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
303         struct rwlock *_new_lock;                       \
304                                                         \
305         _new_lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);           \
306         if (_new_lock != *_lockp) {                     \
307                 if (*_lockp != NULL)                    \
308                         rw_wunlock(*_lockp);            \
309                 *_lockp = _new_lock;                    \
310                 rw_wlock(*_lockp);                      \
311         }                                               \
312 } while (0)
313
314 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m)        \
315                         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, VM_PAGE_TO_PHYS(m))
316
317 #define RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp)             do {    \
318         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
319                                                         \
320         if (*_lockp != NULL) {                          \
321                 rw_wunlock(*_lockp);                    \
322                 *_lockp = NULL;                         \
323         }                                               \
324 } while (0)
325
326 #define VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m)      \
327                         PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(VM_PAGE_TO_PHYS(m))
328
329 struct pmap kernel_pmap_store;
330
331 vm_offset_t virtual_avail;      /* VA of first avail page (after kernel bss) */
332 vm_offset_t virtual_end;        /* VA of last avail page (end of kernel AS) */
333
334 int nkpt;
335 SYSCTL_INT(_machdep, OID_AUTO, nkpt, CTLFLAG_RD, &nkpt, 0,
336     "Number of kernel page table pages allocated on bootup");
337
338 static int ndmpdp;
339 vm_paddr_t dmaplimit;
340 vm_offset_t kernel_vm_end = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
341 pt_entry_t pg_nx;
342
343 static SYSCTL_NODE(_vm, OID_AUTO, pmap, CTLFLAG_RD, 0, "VM/pmap parameters");
344
345 static int pat_works = 1;
346 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pat_works, CTLFLAG_RD, &pat_works, 1,
347     "Is page attribute table fully functional?");
348
349 static int pg_ps_enabled = 1;
350 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pg_ps_enabled, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
351     &pg_ps_enabled, 0, "Are large page mappings enabled?");
352
353 #define PAT_INDEX_SIZE  8
354 static int pat_index[PAT_INDEX_SIZE];   /* cache mode to PAT index conversion */
355
356 static u_int64_t        KPTphys;        /* phys addr of kernel level 1 */
357 static u_int64_t        KPDphys;        /* phys addr of kernel level 2 */
358 u_int64_t               KPDPphys;       /* phys addr of kernel level 3 */
359 u_int64_t               KPML4phys;      /* phys addr of kernel level 4 */
360
361 static u_int64_t        DMPDphys;       /* phys addr of direct mapped level 2 */
362 static u_int64_t        DMPDPphys;      /* phys addr of direct mapped level 3 */
363 static int              ndmpdpphys;     /* number of DMPDPphys pages */
364
365 /*
366  * pmap_mapdev support pre initialization (i.e. console)
367  */
368 #define PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT      8
369 static struct pmap_preinit_mapping {
370         vm_paddr_t      pa;
371         vm_offset_t     va;
372         vm_size_t       sz;
373         int             mode;
374 } pmap_preinit_mapping[PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT];
375 static int pmap_initialized;
376
377 /*
378  * Data for the pv entry allocation mechanism.
379  * Updates to pv_invl_gen are protected by the pv_list_locks[]
380  * elements, but reads are not.
381  */
382 static TAILQ_HEAD(pch, pv_chunk) pv_chunks = TAILQ_HEAD_INITIALIZER(pv_chunks);
383 static struct mtx pv_chunks_mutex;
384 static struct rwlock pv_list_locks[NPV_LIST_LOCKS];
385 static u_long pv_invl_gen[NPV_LIST_LOCKS];
386 static struct md_page *pv_table;
387 static struct md_page pv_dummy;
388
389 /*
390  * All those kernel PT submaps that BSD is so fond of
391  */
392 pt_entry_t *CMAP1 = NULL;
393 caddr_t CADDR1 = 0;
394 static vm_offset_t qframe = 0;
395 static struct mtx qframe_mtx;
396
397 static int pmap_flags = PMAP_PDE_SUPERPAGE;     /* flags for x86 pmaps */
398
399 int pmap_pcid_enabled = 1;
400 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pcid_enabled, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
401     &pmap_pcid_enabled, 0, "Is TLB Context ID enabled ?");
402 int invpcid_works = 0;
403 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, invpcid_works, CTLFLAG_RD, &invpcid_works, 0,
404     "Is the invpcid instruction available ?");
405
406 static int
407 pmap_pcid_save_cnt_proc(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
408 {
409         int i;
410         uint64_t res;
411
412         res = 0;
413         CPU_FOREACH(i) {
414                 res += cpuid_to_pcpu[i]->pc_pm_save_cnt;
415         }
416         return (sysctl_handle_64(oidp, &res, 0, req));
417 }
418 SYSCTL_PROC(_vm_pmap, OID_AUTO, pcid_save_cnt, CTLTYPE_U64 | CTLFLAG_RW |
419     CTLFLAG_MPSAFE, NULL, 0, pmap_pcid_save_cnt_proc, "QU",
420     "Count of saved TLB context on switch");
421
422 static LIST_HEAD(, pmap_invl_gen) pmap_invl_gen_tracker =
423     LIST_HEAD_INITIALIZER(&pmap_invl_gen_tracker);
424 static struct mtx invl_gen_mtx;
425 static u_long pmap_invl_gen = 0;
426 /* Fake lock object to satisfy turnstiles interface. */
427 static struct lock_object invl_gen_ts = {
428         .lo_name = "invlts",
429 };
430
431 static bool
432 pmap_not_in_di(void)
433 {
434
435         return (curthread->td_md.md_invl_gen.gen == 0);
436 }
437
438 #define PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI() \
439     KASSERT(pmap_not_in_di(), ("DI already started"))
440
441 /*
442  * Start a new Delayed Invalidation (DI) block of code, executed by
443  * the current thread.  Within a DI block, the current thread may
444  * destroy both the page table and PV list entries for a mapping and
445  * then release the corresponding PV list lock before ensuring that
446  * the mapping is flushed from the TLBs of any processors with the
447  * pmap active.
448  */
449 static void
450 pmap_delayed_invl_started(void)
451 {
452         struct pmap_invl_gen *invl_gen;
453         u_long currgen;
454
455         invl_gen = &curthread->td_md.md_invl_gen;
456         PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI();
457         mtx_lock(&invl_gen_mtx);
458         if (LIST_EMPTY(&pmap_invl_gen_tracker))
459                 currgen = pmap_invl_gen;
460         else
461                 currgen = LIST_FIRST(&pmap_invl_gen_tracker)->gen;
462         invl_gen->gen = currgen + 1;
463         LIST_INSERT_HEAD(&pmap_invl_gen_tracker, invl_gen, link);
464         mtx_unlock(&invl_gen_mtx);
465 }
466
467 /*
468  * Finish the DI block, previously started by the current thread.  All
469  * required TLB flushes for the pages marked by
470  * pmap_delayed_invl_page() must be finished before this function is
471  * called.
472  *
473  * This function works by bumping the global DI generation number to
474  * the generation number of the current thread's DI, unless there is a
475  * pending DI that started earlier.  In the latter case, bumping the
476  * global DI generation number would incorrectly signal that the
477  * earlier DI had finished.  Instead, this function bumps the earlier
478  * DI's generation number to match the generation number of the
479  * current thread's DI.
480  */
481 static void
482 pmap_delayed_invl_finished(void)
483 {
484         struct pmap_invl_gen *invl_gen, *next;
485         struct turnstile *ts;
486
487         invl_gen = &curthread->td_md.md_invl_gen;
488         KASSERT(invl_gen->gen != 0, ("missed invl_started"));
489         mtx_lock(&invl_gen_mtx);
490         next = LIST_NEXT(invl_gen, link);
491         if (next == NULL) {
492                 turnstile_chain_lock(&invl_gen_ts);
493                 ts = turnstile_lookup(&invl_gen_ts);
494                 pmap_invl_gen = invl_gen->gen;
495                 if (ts != NULL) {
496                         turnstile_broadcast(ts, TS_SHARED_QUEUE);
497                         turnstile_unpend(ts, TS_SHARED_LOCK);
498                 }
499                 turnstile_chain_unlock(&invl_gen_ts);
500         } else {
501                 next->gen = invl_gen->gen;
502         }
503         LIST_REMOVE(invl_gen, link);
504         mtx_unlock(&invl_gen_mtx);
505         invl_gen->gen = 0;
506 }
507
508 #ifdef PV_STATS
509 static long invl_wait;
510 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, invl_wait, CTLFLAG_RD, &invl_wait, 0,
511     "Number of times DI invalidation blocked pmap_remove_all/write");
512 #endif
513
514 static u_long *
515 pmap_delayed_invl_genp(vm_page_t m)
516 {
517
518         return (&pv_invl_gen[pa_index(VM_PAGE_TO_PHYS(m)) % NPV_LIST_LOCKS]);
519 }
520
521 /*
522  * Ensure that all currently executing DI blocks, that need to flush
523  * TLB for the given page m, actually flushed the TLB at the time the
524  * function returned.  If the page m has an empty PV list and we call
525  * pmap_delayed_invl_wait(), upon its return we know that no CPU has a
526  * valid mapping for the page m in either its page table or TLB.
527  *
528  * This function works by blocking until the global DI generation
529  * number catches up with the generation number associated with the
530  * given page m and its PV list.  Since this function's callers
531  * typically own an object lock and sometimes own a page lock, it
532  * cannot sleep.  Instead, it blocks on a turnstile to relinquish the
533  * processor.
534  */
535 static void
536 pmap_delayed_invl_wait(vm_page_t m)
537 {
538         struct turnstile *ts;
539         u_long *m_gen;
540 #ifdef PV_STATS
541         bool accounted = false;
542 #endif
543
544         m_gen = pmap_delayed_invl_genp(m);
545         while (*m_gen > pmap_invl_gen) {
546 #ifdef PV_STATS
547                 if (!accounted) {
548                         atomic_add_long(&invl_wait, 1);
549                         accounted = true;
550                 }
551 #endif
552                 ts = turnstile_trywait(&invl_gen_ts);
553                 if (*m_gen > pmap_invl_gen)
554                         turnstile_wait(ts, NULL, TS_SHARED_QUEUE);
555                 else
556                         turnstile_cancel(ts);
557         }
558 }
559
560 /*
561  * Mark the page m's PV list as participating in the current thread's
562  * DI block.  Any threads concurrently using m's PV list to remove or
563  * restrict all mappings to m will wait for the current thread's DI
564  * block to complete before proceeding.
565  *
566  * The function works by setting the DI generation number for m's PV
567  * list to at least the DI generation number of the current thread.
568  * This forces a caller of pmap_delayed_invl_wait() to block until
569  * current thread calls pmap_delayed_invl_finished().
570  */
571 static void
572 pmap_delayed_invl_page(vm_page_t m)
573 {
574         u_long gen, *m_gen;
575
576         rw_assert(VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), RA_WLOCKED);
577         gen = curthread->td_md.md_invl_gen.gen;
578         if (gen == 0)
579                 return;
580         m_gen = pmap_delayed_invl_genp(m);
581         if (*m_gen < gen)
582                 *m_gen = gen;
583 }
584
585 /*
586  * Crashdump maps.
587  */
588 static caddr_t crashdumpmap;
589
590 /*
591  * Internal flags for pmap_enter()'s helper functions.
592  */
593 #define PMAP_ENTER_NORECLAIM    0x1000000       /* Don't reclaim PV entries. */
594 #define PMAP_ENTER_NOREPLACE    0x2000000       /* Don't replace mappings. */
595
596 static void     free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc);
597 static void     free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv);
598 static pv_entry_t get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp);
599 static int      popcnt_pc_map_pq(uint64_t *map);
600 static vm_page_t reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp);
601 static void     reserve_pv_entries(pmap_t pmap, int needed,
602                     struct rwlock **lockp);
603 static void     pmap_pv_demote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
604                     struct rwlock **lockp);
605 static bool     pmap_pv_insert_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde,
606                     u_int flags, struct rwlock **lockp);
607 static void     pmap_pv_promote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
608                     struct rwlock **lockp);
609 static void     pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va);
610 static pv_entry_t pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap,
611                     vm_offset_t va);
612
613 static int pmap_change_attr_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode);
614 static boolean_t pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va);
615 static boolean_t pmap_demote_pde_locked(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde,
616     vm_offset_t va, struct rwlock **lockp);
617 static boolean_t pmap_demote_pdpe(pmap_t pmap, pdp_entry_t *pdpe,
618     vm_offset_t va);
619 static bool     pmap_enter_2mpage(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
620                     vm_prot_t prot, struct rwlock **lockp);
621 static int      pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t newpde,
622                     u_int flags, vm_page_t m, struct rwlock **lockp);
623 static vm_page_t pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
624     vm_page_t m, vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp);
625 static void pmap_fill_ptp(pt_entry_t *firstpte, pt_entry_t newpte);
626 static int pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte);
627 static void pmap_invalidate_pde_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
628                     pd_entry_t pde);
629 static void pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode);
630 static void pmap_pde_attr(pd_entry_t *pde, int cache_bits, int mask);
631 static void pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
632     struct rwlock **lockp);
633 static boolean_t pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva,
634     vm_prot_t prot);
635 static void pmap_pte_attr(pt_entry_t *pte, int cache_bits, int mask);
636 static int pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
637     struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
638 static int pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t sva,
639     pd_entry_t ptepde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
640 static vm_page_t pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
641 static void pmap_remove_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
642     struct spglist *free);
643 static bool     pmap_remove_ptes(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
644                     pd_entry_t *pde, struct spglist *free,
645                     struct rwlock **lockp);
646 static boolean_t pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
647     vm_page_t m, struct rwlock **lockp);
648 static void pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
649     pd_entry_t newpde);
650 static void pmap_update_pde_invalidate(pmap_t, vm_offset_t va, pd_entry_t pde);
651
652 static vm_page_t _pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex,
653                 struct rwlock **lockp);
654 static vm_page_t pmap_allocpde(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
655                 struct rwlock **lockp);
656 static vm_page_t pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
657                 struct rwlock **lockp);
658
659 static void _pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
660     struct spglist *free);
661 static int pmap_unuse_pt(pmap_t, vm_offset_t, pd_entry_t, struct spglist *);
662 static vm_offset_t pmap_kmem_choose(vm_offset_t addr);
663
664 /*
665  * Move the kernel virtual free pointer to the next
666  * 2MB.  This is used to help improve performance
667  * by using a large (2MB) page for much of the kernel
668  * (.text, .data, .bss)
669  */
670 static vm_offset_t
671 pmap_kmem_choose(vm_offset_t addr)
672 {
673         vm_offset_t newaddr = addr;
674
675         newaddr = roundup2(addr, NBPDR);
676         return (newaddr);
677 }
678
679 /********************/
680 /* Inline functions */
681 /********************/
682
683 /* Return a non-clipped PD index for a given VA */
684 static __inline vm_pindex_t
685 pmap_pde_pindex(vm_offset_t va)
686 {
687         return (va >> PDRSHIFT);
688 }
689
690
691 /* Return a pointer to the PML4 slot that corresponds to a VA */
692 static __inline pml4_entry_t *
693 pmap_pml4e(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
694 {
695
696         return (&pmap->pm_pml4[pmap_pml4e_index(va)]);
697 }
698
699 /* Return a pointer to the PDP slot that corresponds to a VA */
700 static __inline pdp_entry_t *
701 pmap_pml4e_to_pdpe(pml4_entry_t *pml4e, vm_offset_t va)
702 {
703         pdp_entry_t *pdpe;
704
705         pdpe = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4e & PG_FRAME);
706         return (&pdpe[pmap_pdpe_index(va)]);
707 }
708
709 /* Return a pointer to the PDP slot that corresponds to a VA */
710 static __inline pdp_entry_t *
711 pmap_pdpe(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
712 {
713         pml4_entry_t *pml4e;
714         pt_entry_t PG_V;
715
716         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
717         pml4e = pmap_pml4e(pmap, va);
718         if ((*pml4e & PG_V) == 0)
719                 return (NULL);
720         return (pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, va));
721 }
722
723 /* Return a pointer to the PD slot that corresponds to a VA */
724 static __inline pd_entry_t *
725 pmap_pdpe_to_pde(pdp_entry_t *pdpe, vm_offset_t va)
726 {
727         pd_entry_t *pde;
728
729         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdpe & PG_FRAME);
730         return (&pde[pmap_pde_index(va)]);
731 }
732
733 /* Return a pointer to the PD slot that corresponds to a VA */
734 static __inline pd_entry_t *
735 pmap_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
736 {
737         pdp_entry_t *pdpe;
738         pt_entry_t PG_V;
739
740         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
741         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
742         if (pdpe == NULL || (*pdpe & PG_V) == 0)
743                 return (NULL);
744         return (pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va));
745 }
746
747 /* Return a pointer to the PT slot that corresponds to a VA */
748 static __inline pt_entry_t *
749 pmap_pde_to_pte(pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
750 {
751         pt_entry_t *pte;
752
753         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pde & PG_FRAME);
754         return (&pte[pmap_pte_index(va)]);
755 }
756
757 /* Return a pointer to the PT slot that corresponds to a VA */
758 static __inline pt_entry_t *
759 pmap_pte(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
760 {
761         pd_entry_t *pde;
762         pt_entry_t PG_V;
763
764         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
765         pde = pmap_pde(pmap, va);
766         if (pde == NULL || (*pde & PG_V) == 0)
767                 return (NULL);
768         if ((*pde & PG_PS) != 0)        /* compat with i386 pmap_pte() */
769                 return ((pt_entry_t *)pde);
770         return (pmap_pde_to_pte(pde, va));
771 }
772
773 static __inline void
774 pmap_resident_count_inc(pmap_t pmap, int count)
775 {
776
777         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
778         pmap->pm_stats.resident_count += count;
779 }
780
781 static __inline void
782 pmap_resident_count_dec(pmap_t pmap, int count)
783 {
784
785         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
786         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count >= count,
787             ("pmap %p resident count underflow %ld %d", pmap,
788             pmap->pm_stats.resident_count, count));
789         pmap->pm_stats.resident_count -= count;
790 }
791
792 PMAP_INLINE pt_entry_t *
793 vtopte(vm_offset_t va)
794 {
795         u_int64_t mask = ((1ul << (NPTEPGSHIFT + NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT)) - 1);
796
797         KASSERT(va >= VM_MAXUSER_ADDRESS, ("vtopte on a uva/gpa 0x%0lx", va));
798
799         return (PTmap + ((va >> PAGE_SHIFT) & mask));
800 }
801
802 static __inline pd_entry_t *
803 vtopde(vm_offset_t va)
804 {
805         u_int64_t mask = ((1ul << (NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT)) - 1);
806
807         KASSERT(va >= VM_MAXUSER_ADDRESS, ("vtopde on a uva/gpa 0x%0lx", va));
808
809         return (PDmap + ((va >> PDRSHIFT) & mask));
810 }
811
812 static u_int64_t
813 allocpages(vm_paddr_t *firstaddr, int n)
814 {
815         u_int64_t ret;
816
817         ret = *firstaddr;
818         bzero((void *)ret, n * PAGE_SIZE);
819         *firstaddr += n * PAGE_SIZE;
820         return (ret);
821 }
822
823 CTASSERT(powerof2(NDMPML4E));
824
825 /* number of kernel PDP slots */
826 #define NKPDPE(ptpgs)           howmany(ptpgs, NPDEPG)
827
828 static void
829 nkpt_init(vm_paddr_t addr)
830 {
831         int pt_pages;
832         
833 #ifdef NKPT
834         pt_pages = NKPT;
835 #else
836         pt_pages = howmany(addr, 1 << PDRSHIFT);
837         pt_pages += NKPDPE(pt_pages);
838
839         /*
840          * Add some slop beyond the bare minimum required for bootstrapping
841          * the kernel.
842          *
843          * This is quite important when allocating KVA for kernel modules.
844          * The modules are required to be linked in the negative 2GB of
845          * the address space.  If we run out of KVA in this region then
846          * pmap_growkernel() will need to allocate page table pages to map
847          * the entire 512GB of KVA space which is an unnecessary tax on
848          * physical memory.
849          *
850          * Secondly, device memory mapped as part of setting up the low-
851          * level console(s) is taken from KVA, starting at virtual_avail.
852          * This is because cninit() is called after pmap_bootstrap() but
853          * before vm_init() and pmap_init(). 20MB for a frame buffer is
854          * not uncommon.
855          */
856         pt_pages += 32;         /* 64MB additional slop. */
857 #endif
858         nkpt = pt_pages;
859 }
860
861 static void
862 create_pagetables(vm_paddr_t *firstaddr)
863 {
864         int i, j, ndm1g, nkpdpe;
865         pt_entry_t *pt_p;
866         pd_entry_t *pd_p;
867         pdp_entry_t *pdp_p;
868         pml4_entry_t *p4_p;
869
870         /* Allocate page table pages for the direct map */
871         ndmpdp = howmany(ptoa(Maxmem), NBPDP);
872         if (ndmpdp < 4)         /* Minimum 4GB of dirmap */
873                 ndmpdp = 4;
874         ndmpdpphys = howmany(ndmpdp, NPDPEPG);
875         if (ndmpdpphys > NDMPML4E) {
876                 /*
877                  * Each NDMPML4E allows 512 GB, so limit to that,
878                  * and then readjust ndmpdp and ndmpdpphys.
879                  */
880                 printf("NDMPML4E limits system to %d GB\n", NDMPML4E * 512);
881                 Maxmem = atop(NDMPML4E * NBPML4);
882                 ndmpdpphys = NDMPML4E;
883                 ndmpdp = NDMPML4E * NPDEPG;
884         }
885         DMPDPphys = allocpages(firstaddr, ndmpdpphys);
886         ndm1g = 0;
887         if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0)
888                 ndm1g = ptoa(Maxmem) >> PDPSHIFT;
889         if (ndm1g < ndmpdp)
890                 DMPDphys = allocpages(firstaddr, ndmpdp - ndm1g);
891         dmaplimit = (vm_paddr_t)ndmpdp << PDPSHIFT;
892
893         /* Allocate pages */
894         KPML4phys = allocpages(firstaddr, 1);
895         KPDPphys = allocpages(firstaddr, NKPML4E);
896
897         /*
898          * Allocate the initial number of kernel page table pages required to
899          * bootstrap.  We defer this until after all memory-size dependent
900          * allocations are done (e.g. direct map), so that we don't have to
901          * build in too much slop in our estimate.
902          *
903          * Note that when NKPML4E > 1, we have an empty page underneath
904          * all but the KPML4I'th one, so we need NKPML4E-1 extra (zeroed)
905          * pages.  (pmap_enter requires a PD page to exist for each KPML4E.)
906          */
907         nkpt_init(*firstaddr);
908         nkpdpe = NKPDPE(nkpt);
909
910         KPTphys = allocpages(firstaddr, nkpt);
911         KPDphys = allocpages(firstaddr, nkpdpe);
912
913         /* Fill in the underlying page table pages */
914         /* Nominally read-only (but really R/W) from zero to physfree */
915         /* XXX not fully used, underneath 2M pages */
916         pt_p = (pt_entry_t *)KPTphys;
917         for (i = 0; ptoa(i) < *firstaddr; i++)
918                 pt_p[i] = ptoa(i) | X86_PG_RW | X86_PG_V | X86_PG_G;
919
920         /* Now map the page tables at their location within PTmap */
921         pd_p = (pd_entry_t *)KPDphys;
922         for (i = 0; i < nkpt; i++)
923                 pd_p[i] = (KPTphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW | X86_PG_V;
924
925         /* Map from zero to end of allocations under 2M pages */
926         /* This replaces some of the KPTphys entries above */
927         for (i = 0; (i << PDRSHIFT) < *firstaddr; i++)
928                 pd_p[i] = (i << PDRSHIFT) | X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_PS |
929                     X86_PG_G;
930
931         /* And connect up the PD to the PDP (leaving room for L4 pages) */
932         pdp_p = (pdp_entry_t *)(KPDPphys + ptoa(KPML4I - KPML4BASE));
933         for (i = 0; i < nkpdpe; i++)
934                 pdp_p[i + KPDPI] = (KPDphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW | X86_PG_V |
935                     PG_U;
936
937         /*
938          * Now, set up the direct map region using 2MB and/or 1GB pages.  If
939          * the end of physical memory is not aligned to a 1GB page boundary,
940          * then the residual physical memory is mapped with 2MB pages.  Later,
941          * if pmap_mapdev{_attr}() uses the direct map for non-write-back
942          * memory, pmap_change_attr() will demote any 2MB or 1GB page mappings
943          * that are partially used. 
944          */
945         pd_p = (pd_entry_t *)DMPDphys;
946         for (i = NPDEPG * ndm1g, j = 0; i < NPDEPG * ndmpdp; i++, j++) {
947                 pd_p[j] = (vm_paddr_t)i << PDRSHIFT;
948                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
949                 pd_p[j] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_PS | X86_PG_G |
950                     X86_PG_M | X86_PG_A | pg_nx;
951         }
952         pdp_p = (pdp_entry_t *)DMPDPphys;
953         for (i = 0; i < ndm1g; i++) {
954                 pdp_p[i] = (vm_paddr_t)i << PDPSHIFT;
955                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
956                 pdp_p[i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_PS | X86_PG_G |
957                     X86_PG_M | X86_PG_A | pg_nx;
958         }
959         for (j = 0; i < ndmpdp; i++, j++) {
960                 pdp_p[i] = DMPDphys + ptoa(j);
961                 pdp_p[i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_U;
962         }
963
964         /* And recursively map PML4 to itself in order to get PTmap */
965         p4_p = (pml4_entry_t *)KPML4phys;
966         p4_p[PML4PML4I] = KPML4phys;
967         p4_p[PML4PML4I] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_U;
968
969         /* Connect the Direct Map slot(s) up to the PML4. */
970         for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++) {
971                 p4_p[DMPML4I + i] = DMPDPphys + ptoa(i);
972                 p4_p[DMPML4I + i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_U;
973         }
974
975         /* Connect the KVA slots up to the PML4 */
976         for (i = 0; i < NKPML4E; i++) {
977                 p4_p[KPML4BASE + i] = KPDPphys + ptoa(i);
978                 p4_p[KPML4BASE + i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_U;
979         }
980 }
981
982 /*
983  *      Bootstrap the system enough to run with virtual memory.
984  *
985  *      On amd64 this is called after mapping has already been enabled
986  *      and just syncs the pmap module with what has already been done.
987  *      [We can't call it easily with mapping off since the kernel is not
988  *      mapped with PA == VA, hence we would have to relocate every address
989  *      from the linked base (virtual) address "KERNBASE" to the actual
990  *      (physical) address starting relative to 0]
991  */
992 void
993 pmap_bootstrap(vm_paddr_t *firstaddr)
994 {
995         vm_offset_t va;
996         pt_entry_t *pte;
997         int i;
998
999         /*
1000          * Create an initial set of page tables to run the kernel in.
1001          */
1002         create_pagetables(firstaddr);
1003
1004         /*
1005          * Add a physical memory segment (vm_phys_seg) corresponding to the
1006          * preallocated kernel page table pages so that vm_page structures
1007          * representing these pages will be created.  The vm_page structures
1008          * are required for promotion of the corresponding kernel virtual
1009          * addresses to superpage mappings.
1010          */
1011         vm_phys_add_seg(KPTphys, KPTphys + ptoa(nkpt));
1012
1013         virtual_avail = (vm_offset_t) KERNBASE + *firstaddr;
1014         virtual_avail = pmap_kmem_choose(virtual_avail);
1015
1016         virtual_end = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS;
1017
1018
1019         /* XXX do %cr0 as well */
1020         load_cr4(rcr4() | CR4_PGE);
1021         load_cr3(KPML4phys);
1022         if (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_SMEP)
1023                 load_cr4(rcr4() | CR4_SMEP);
1024
1025         /*
1026          * Initialize the kernel pmap (which is statically allocated).
1027          */
1028         PMAP_LOCK_INIT(kernel_pmap);
1029         kernel_pmap->pm_pml4 = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(KPML4phys);
1030         kernel_pmap->pm_cr3 = KPML4phys;
1031         CPU_FILL(&kernel_pmap->pm_active);      /* don't allow deactivation */
1032         TAILQ_INIT(&kernel_pmap->pm_pvchunk);
1033         kernel_pmap->pm_flags = pmap_flags;
1034
1035         /*
1036          * Initialize the TLB invalidations generation number lock.
1037          */
1038         mtx_init(&invl_gen_mtx, "invlgn", NULL, MTX_DEF);
1039
1040         /*
1041          * Reserve some special page table entries/VA space for temporary
1042          * mapping of pages.
1043          */
1044 #define SYSMAP(c, p, v, n)      \
1045         v = (c)va; va += ((n)*PAGE_SIZE); p = pte; pte += (n);
1046
1047         va = virtual_avail;
1048         pte = vtopte(va);
1049
1050         /*
1051          * Crashdump maps.  The first page is reused as CMAP1 for the
1052          * memory test.
1053          */
1054         SYSMAP(caddr_t, CMAP1, crashdumpmap, MAXDUMPPGS)
1055         CADDR1 = crashdumpmap;
1056
1057         virtual_avail = va;
1058
1059         /*
1060          * Initialize the PAT MSR.
1061          * pmap_init_pat() clears and sets CR4_PGE, which, as a
1062          * side-effect, invalidates stale PG_G TLB entries that might
1063          * have been created in our pre-boot environment.
1064          */
1065         pmap_init_pat();
1066
1067         /* Initialize TLB Context Id. */
1068         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.pcid_enabled", &pmap_pcid_enabled);
1069         if ((cpu_feature2 & CPUID2_PCID) != 0 && pmap_pcid_enabled) {
1070                 /* Check for INVPCID support */
1071                 invpcid_works = (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_INVPCID)
1072                     != 0;
1073                 for (i = 0; i < MAXCPU; i++) {
1074                         kernel_pmap->pm_pcids[i].pm_pcid = PMAP_PCID_KERN;
1075                         kernel_pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 1;
1076                 }
1077                 PCPU_SET(pcid_next, PMAP_PCID_KERN + 1);
1078                 PCPU_SET(pcid_gen, 1);
1079                 /*
1080                  * pcpu area for APs is zeroed during AP startup.
1081                  * pc_pcid_next and pc_pcid_gen are initialized by AP
1082                  * during pcpu setup.
1083                  */
1084                 load_cr4(rcr4() | CR4_PCIDE);
1085         } else {
1086                 pmap_pcid_enabled = 0;
1087         }
1088 }
1089
1090 /*
1091  * Setup the PAT MSR.
1092  */
1093 void
1094 pmap_init_pat(void)
1095 {
1096         int pat_table[PAT_INDEX_SIZE];
1097         uint64_t pat_msr;
1098         u_long cr0, cr4;
1099         int i;
1100
1101         /* Bail if this CPU doesn't implement PAT. */
1102         if ((cpu_feature & CPUID_PAT) == 0)
1103                 panic("no PAT??");
1104
1105         /* Set default PAT index table. */
1106         for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
1107                 pat_table[i] = -1;
1108         pat_table[PAT_WRITE_BACK] = 0;
1109         pat_table[PAT_WRITE_THROUGH] = 1;
1110         pat_table[PAT_UNCACHEABLE] = 3;
1111         pat_table[PAT_WRITE_COMBINING] = 3;
1112         pat_table[PAT_WRITE_PROTECTED] = 3;
1113         pat_table[PAT_UNCACHED] = 3;
1114
1115         /* Initialize default PAT entries. */
1116         pat_msr = PAT_VALUE(0, PAT_WRITE_BACK) |
1117             PAT_VALUE(1, PAT_WRITE_THROUGH) |
1118             PAT_VALUE(2, PAT_UNCACHED) |
1119             PAT_VALUE(3, PAT_UNCACHEABLE) |
1120             PAT_VALUE(4, PAT_WRITE_BACK) |
1121             PAT_VALUE(5, PAT_WRITE_THROUGH) |
1122             PAT_VALUE(6, PAT_UNCACHED) |
1123             PAT_VALUE(7, PAT_UNCACHEABLE);
1124
1125         if (pat_works) {
1126                 /*
1127                  * Leave the indices 0-3 at the default of WB, WT, UC-, and UC.
1128                  * Program 5 and 6 as WP and WC.
1129                  * Leave 4 and 7 as WB and UC.
1130                  */
1131                 pat_msr &= ~(PAT_MASK(5) | PAT_MASK(6));
1132                 pat_msr |= PAT_VALUE(5, PAT_WRITE_PROTECTED) |
1133                     PAT_VALUE(6, PAT_WRITE_COMBINING);
1134                 pat_table[PAT_UNCACHED] = 2;
1135                 pat_table[PAT_WRITE_PROTECTED] = 5;
1136                 pat_table[PAT_WRITE_COMBINING] = 6;
1137         } else {
1138                 /*
1139                  * Just replace PAT Index 2 with WC instead of UC-.
1140                  */
1141                 pat_msr &= ~PAT_MASK(2);
1142                 pat_msr |= PAT_VALUE(2, PAT_WRITE_COMBINING);
1143                 pat_table[PAT_WRITE_COMBINING] = 2;
1144         }
1145
1146         /* Disable PGE. */
1147         cr4 = rcr4();
1148         load_cr4(cr4 & ~CR4_PGE);
1149
1150         /* Disable caches (CD = 1, NW = 0). */
1151         cr0 = rcr0();
1152         load_cr0((cr0 & ~CR0_NW) | CR0_CD);
1153
1154         /* Flushes caches and TLBs. */
1155         wbinvd();
1156         invltlb();
1157
1158         /* Update PAT and index table. */
1159         wrmsr(MSR_PAT, pat_msr);
1160         for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
1161                 pat_index[i] = pat_table[i];
1162
1163         /* Flush caches and TLBs again. */
1164         wbinvd();
1165         invltlb();
1166
1167         /* Restore caches and PGE. */
1168         load_cr0(cr0);
1169         load_cr4(cr4);
1170 }
1171
1172 /*
1173  *      Initialize a vm_page's machine-dependent fields.
1174  */
1175 void
1176 pmap_page_init(vm_page_t m)
1177 {
1178
1179         TAILQ_INIT(&m->md.pv_list);
1180         m->md.pat_mode = PAT_WRITE_BACK;
1181 }
1182
1183 /*
1184  *      Initialize the pmap module.
1185  *      Called by vm_init, to initialize any structures that the pmap
1186  *      system needs to map virtual memory.
1187  */
1188 void
1189 pmap_init(void)
1190 {
1191         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
1192         vm_page_t mpte;
1193         vm_size_t s;
1194         int error, i, pv_npg;
1195
1196         /*
1197          * Initialize the vm page array entries for the kernel pmap's
1198          * page table pages.
1199          */ 
1200         for (i = 0; i < nkpt; i++) {
1201                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(KPTphys + (i << PAGE_SHIFT));
1202                 KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
1203                     mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
1204                     ("pmap_init: page table page is out of range"));
1205                 mpte->pindex = pmap_pde_pindex(KERNBASE) + i;
1206                 mpte->phys_addr = KPTphys + (i << PAGE_SHIFT);
1207         }
1208
1209         /*
1210          * If the kernel is running on a virtual machine, then it must assume
1211          * that MCA is enabled by the hypervisor.  Moreover, the kernel must
1212          * be prepared for the hypervisor changing the vendor and family that
1213          * are reported by CPUID.  Consequently, the workaround for AMD Family
1214          * 10h Erratum 383 is enabled if the processor's feature set does not
1215          * include at least one feature that is only supported by older Intel
1216          * or newer AMD processors.
1217          */
1218         if (vm_guest != VM_GUEST_NO && (cpu_feature & CPUID_SS) == 0 &&
1219             (cpu_feature2 & (CPUID2_SSSE3 | CPUID2_SSE41 | CPUID2_AESNI |
1220             CPUID2_AVX | CPUID2_XSAVE)) == 0 && (amd_feature2 & (AMDID2_XOP |
1221             AMDID2_FMA4)) == 0)
1222                 workaround_erratum383 = 1;
1223
1224         /*
1225          * Are large page mappings enabled?
1226          */
1227         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.pg_ps_enabled", &pg_ps_enabled);
1228         if (pg_ps_enabled) {
1229                 KASSERT(MAXPAGESIZES > 1 && pagesizes[1] == 0,
1230                     ("pmap_init: can't assign to pagesizes[1]"));
1231                 pagesizes[1] = NBPDR;
1232         }
1233
1234         /*
1235          * Initialize the pv chunk list mutex.
1236          */
1237         mtx_init(&pv_chunks_mutex, "pmap pv chunk list", NULL, MTX_DEF);
1238
1239         /*
1240          * Initialize the pool of pv list locks.
1241          */
1242         for (i = 0; i < NPV_LIST_LOCKS; i++)
1243                 rw_init(&pv_list_locks[i], "pmap pv list");
1244
1245         /*
1246          * Calculate the size of the pv head table for superpages.
1247          */
1248         pv_npg = howmany(vm_phys_segs[vm_phys_nsegs - 1].end, NBPDR);
1249
1250         /*
1251          * Allocate memory for the pv head table for superpages.
1252          */
1253         s = (vm_size_t)(pv_npg * sizeof(struct md_page));
1254         s = round_page(s);
1255         pv_table = (struct md_page *)kmem_malloc(kernel_arena, s,
1256             M_WAITOK | M_ZERO);
1257         for (i = 0; i < pv_npg; i++)
1258                 TAILQ_INIT(&pv_table[i].pv_list);
1259         TAILQ_INIT(&pv_dummy.pv_list);
1260
1261         pmap_initialized = 1;
1262         for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
1263                 ppim = pmap_preinit_mapping + i;
1264                 if (ppim->va == 0)
1265                         continue;
1266                 /* Make the direct map consistent */
1267                 if (ppim->pa < dmaplimit && ppim->pa + ppim->sz < dmaplimit) {
1268                         (void)pmap_change_attr(PHYS_TO_DMAP(ppim->pa),
1269                             ppim->sz, ppim->mode);
1270                 }
1271                 if (!bootverbose)
1272                         continue;
1273                 printf("PPIM %u: PA=%#lx, VA=%#lx, size=%#lx, mode=%#x\n", i,
1274                     ppim->pa, ppim->va, ppim->sz, ppim->mode);
1275         }
1276
1277         mtx_init(&qframe_mtx, "qfrmlk", NULL, MTX_SPIN);
1278         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE, M_BESTFIT | M_WAITOK,
1279             (vmem_addr_t *)&qframe);
1280         if (error != 0)
1281                 panic("qframe allocation failed");
1282 }
1283
1284 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, pde, CTLFLAG_RD, 0,
1285     "2MB page mapping counters");
1286
1287 static u_long pmap_pde_demotions;
1288 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
1289     &pmap_pde_demotions, 0, "2MB page demotions");
1290
1291 static u_long pmap_pde_mappings;
1292 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, mappings, CTLFLAG_RD,
1293     &pmap_pde_mappings, 0, "2MB page mappings");
1294
1295 static u_long pmap_pde_p_failures;
1296 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, p_failures, CTLFLAG_RD,
1297     &pmap_pde_p_failures, 0, "2MB page promotion failures");
1298
1299 static u_long pmap_pde_promotions;
1300 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, promotions, CTLFLAG_RD,
1301     &pmap_pde_promotions, 0, "2MB page promotions");
1302
1303 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, pdpe, CTLFLAG_RD, 0,
1304     "1GB page mapping counters");
1305
1306 static u_long pmap_pdpe_demotions;
1307 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pdpe, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
1308     &pmap_pdpe_demotions, 0, "1GB page demotions");
1309
1310 /***************************************************
1311  * Low level helper routines.....
1312  ***************************************************/
1313
1314 static pt_entry_t
1315 pmap_swap_pat(pmap_t pmap, pt_entry_t entry)
1316 {
1317         int x86_pat_bits = X86_PG_PTE_PAT | X86_PG_PDE_PAT;
1318
1319         switch (pmap->pm_type) {
1320         case PT_X86:
1321         case PT_RVI:
1322                 /* Verify that both PAT bits are not set at the same time */
1323                 KASSERT((entry & x86_pat_bits) != x86_pat_bits,
1324                     ("Invalid PAT bits in entry %#lx", entry));
1325
1326                 /* Swap the PAT bits if one of them is set */
1327                 if ((entry & x86_pat_bits) != 0)
1328                         entry ^= x86_pat_bits;
1329                 break;
1330         case PT_EPT:
1331                 /*
1332                  * Nothing to do - the memory attributes are represented
1333                  * the same way for regular pages and superpages.
1334                  */
1335                 break;
1336         default:
1337                 panic("pmap_switch_pat_bits: bad pm_type %d", pmap->pm_type);
1338         }
1339
1340         return (entry);
1341 }
1342
1343 /*
1344  * Determine the appropriate bits to set in a PTE or PDE for a specified
1345  * caching mode.
1346  */
1347 int
1348 pmap_cache_bits(pmap_t pmap, int mode, boolean_t is_pde)
1349 {
1350         int cache_bits, pat_flag, pat_idx;
1351
1352         if (mode < 0 || mode >= PAT_INDEX_SIZE || pat_index[mode] < 0)
1353                 panic("Unknown caching mode %d\n", mode);
1354
1355         switch (pmap->pm_type) {
1356         case PT_X86:
1357         case PT_RVI:
1358                 /* The PAT bit is different for PTE's and PDE's. */
1359                 pat_flag = is_pde ? X86_PG_PDE_PAT : X86_PG_PTE_PAT;
1360
1361                 /* Map the caching mode to a PAT index. */
1362                 pat_idx = pat_index[mode];
1363
1364                 /* Map the 3-bit index value into the PAT, PCD, and PWT bits. */
1365                 cache_bits = 0;
1366                 if (pat_idx & 0x4)
1367                         cache_bits |= pat_flag;
1368                 if (pat_idx & 0x2)
1369                         cache_bits |= PG_NC_PCD;
1370                 if (pat_idx & 0x1)
1371                         cache_bits |= PG_NC_PWT;
1372                 break;
1373
1374         case PT_EPT:
1375                 cache_bits = EPT_PG_IGNORE_PAT | EPT_PG_MEMORY_TYPE(mode);
1376                 break;
1377
1378         default:
1379                 panic("unsupported pmap type %d", pmap->pm_type);
1380         }
1381
1382         return (cache_bits);
1383 }
1384
1385 static int
1386 pmap_cache_mask(pmap_t pmap, boolean_t is_pde)
1387 {
1388         int mask;
1389
1390         switch (pmap->pm_type) {
1391         case PT_X86:
1392         case PT_RVI:
1393                 mask = is_pde ? X86_PG_PDE_CACHE : X86_PG_PTE_CACHE;
1394                 break;
1395         case PT_EPT:
1396                 mask = EPT_PG_IGNORE_PAT | EPT_PG_MEMORY_TYPE(0x7);
1397                 break;
1398         default:
1399                 panic("pmap_cache_mask: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
1400         }
1401
1402         return (mask);
1403 }
1404
1405 bool
1406 pmap_ps_enabled(pmap_t pmap)
1407 {
1408
1409         return (pg_ps_enabled && (pmap->pm_flags & PMAP_PDE_SUPERPAGE) != 0);
1410 }
1411
1412 static void
1413 pmap_update_pde_store(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
1414 {
1415
1416         switch (pmap->pm_type) {
1417         case PT_X86:
1418                 break;
1419         case PT_RVI:
1420         case PT_EPT:
1421                 /*
1422                  * XXX
1423                  * This is a little bogus since the generation number is
1424                  * supposed to be bumped up when a region of the address
1425                  * space is invalidated in the page tables.
1426                  *
1427                  * In this case the old PDE entry is valid but yet we want
1428                  * to make sure that any mappings using the old entry are
1429                  * invalidated in the TLB.
1430                  *
1431                  * The reason this works as expected is because we rendezvous
1432                  * "all" host cpus and force any vcpu context to exit as a
1433                  * side-effect.
1434                  */
1435                 atomic_add_acq_long(&pmap->pm_eptgen, 1);
1436                 break;
1437         default:
1438                 panic("pmap_update_pde_store: bad pm_type %d", pmap->pm_type);
1439         }
1440         pde_store(pde, newpde);
1441 }
1442
1443 /*
1444  * After changing the page size for the specified virtual address in the page
1445  * table, flush the corresponding entries from the processor's TLB.  Only the
1446  * calling processor's TLB is affected.
1447  *
1448  * The calling thread must be pinned to a processor.
1449  */
1450 static void
1451 pmap_update_pde_invalidate(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t newpde)
1452 {
1453         pt_entry_t PG_G;
1454
1455         if (pmap_type_guest(pmap))
1456                 return;
1457
1458         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
1459             ("pmap_update_pde_invalidate: invalid type %d", pmap->pm_type));
1460
1461         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
1462
1463         if ((newpde & PG_PS) == 0)
1464                 /* Demotion: flush a specific 2MB page mapping. */
1465                 invlpg(va);
1466         else if ((newpde & PG_G) == 0)
1467                 /*
1468                  * Promotion: flush every 4KB page mapping from the TLB
1469                  * because there are too many to flush individually.
1470                  */
1471                 invltlb();
1472         else {
1473                 /*
1474                  * Promotion: flush every 4KB page mapping from the TLB,
1475                  * including any global (PG_G) mappings.
1476                  */
1477                 invltlb_glob();
1478         }
1479 }
1480 #ifdef SMP
1481
1482 /*
1483  * For SMP, these functions have to use the IPI mechanism for coherence.
1484  *
1485  * N.B.: Before calling any of the following TLB invalidation functions,
1486  * the calling processor must ensure that all stores updating a non-
1487  * kernel page table are globally performed.  Otherwise, another
1488  * processor could cache an old, pre-update entry without being
1489  * invalidated.  This can happen one of two ways: (1) The pmap becomes
1490  * active on another processor after its pm_active field is checked by
1491  * one of the following functions but before a store updating the page
1492  * table is globally performed. (2) The pmap becomes active on another
1493  * processor before its pm_active field is checked but due to
1494  * speculative loads one of the following functions stills reads the
1495  * pmap as inactive on the other processor.
1496  * 
1497  * The kernel page table is exempt because its pm_active field is
1498  * immutable.  The kernel page table is always active on every
1499  * processor.
1500  */
1501
1502 /*
1503  * Interrupt the cpus that are executing in the guest context.
1504  * This will force the vcpu to exit and the cached EPT mappings
1505  * will be invalidated by the host before the next vmresume.
1506  */
1507 static __inline void
1508 pmap_invalidate_ept(pmap_t pmap)
1509 {
1510         int ipinum;
1511
1512         sched_pin();
1513         KASSERT(!CPU_ISSET(curcpu, &pmap->pm_active),
1514             ("pmap_invalidate_ept: absurd pm_active"));
1515
1516         /*
1517          * The TLB mappings associated with a vcpu context are not
1518          * flushed each time a different vcpu is chosen to execute.
1519          *
1520          * This is in contrast with a process's vtop mappings that
1521          * are flushed from the TLB on each context switch.
1522          *
1523          * Therefore we need to do more than just a TLB shootdown on
1524          * the active cpus in 'pmap->pm_active'. To do this we keep
1525          * track of the number of invalidations performed on this pmap.
1526          *
1527          * Each vcpu keeps a cache of this counter and compares it
1528          * just before a vmresume. If the counter is out-of-date an
1529          * invept will be done to flush stale mappings from the TLB.
1530          */
1531         atomic_add_acq_long(&pmap->pm_eptgen, 1);
1532
1533         /*
1534          * Force the vcpu to exit and trap back into the hypervisor.
1535          */
1536         ipinum = pmap->pm_flags & PMAP_NESTED_IPIMASK;
1537         ipi_selected(pmap->pm_active, ipinum);
1538         sched_unpin();
1539 }
1540
1541 void
1542 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1543 {
1544         cpuset_t *mask;
1545         u_int cpuid, i;
1546
1547         if (pmap_type_guest(pmap)) {
1548                 pmap_invalidate_ept(pmap);
1549                 return;
1550         }
1551
1552         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
1553             ("pmap_invalidate_page: invalid type %d", pmap->pm_type));
1554
1555         sched_pin();
1556         if (pmap == kernel_pmap) {
1557                 invlpg(va);
1558                 mask = &all_cpus;
1559         } else {
1560                 cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1561                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap))
1562                         invlpg(va);
1563                 else if (pmap_pcid_enabled)
1564                         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = 0;
1565                 if (pmap_pcid_enabled) {
1566                         CPU_FOREACH(i) {
1567                                 if (cpuid != i)
1568                                         pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
1569                         }
1570                 }
1571                 mask = &pmap->pm_active;
1572         }
1573         smp_masked_invlpg(*mask, va);
1574         sched_unpin();
1575 }
1576
1577 /* 4k PTEs -- Chosen to exceed the total size of Broadwell L2 TLB */
1578 #define PMAP_INVLPG_THRESHOLD   (4 * 1024 * PAGE_SIZE)
1579
1580 void
1581 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
1582 {
1583         cpuset_t *mask;
1584         vm_offset_t addr;
1585         u_int cpuid, i;
1586
1587         if (eva - sva >= PMAP_INVLPG_THRESHOLD) {
1588                 pmap_invalidate_all(pmap);
1589                 return;
1590         }
1591
1592         if (pmap_type_guest(pmap)) {
1593                 pmap_invalidate_ept(pmap);
1594                 return;
1595         }
1596
1597         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
1598             ("pmap_invalidate_range: invalid type %d", pmap->pm_type));
1599
1600         sched_pin();
1601         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1602         if (pmap == kernel_pmap) {
1603                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
1604                         invlpg(addr);
1605                 mask = &all_cpus;
1606         } else {
1607                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
1608                         for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
1609                                 invlpg(addr);
1610                 } else if (pmap_pcid_enabled) {
1611                         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = 0;
1612                 }
1613                 if (pmap_pcid_enabled) {
1614                         CPU_FOREACH(i) {
1615                                 if (cpuid != i)
1616                                         pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
1617                         }
1618                 }
1619                 mask = &pmap->pm_active;
1620         }
1621         smp_masked_invlpg_range(*mask, sva, eva);
1622         sched_unpin();
1623 }
1624
1625 void
1626 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
1627 {
1628         cpuset_t *mask;
1629         struct invpcid_descr d;
1630         u_int cpuid, i;
1631
1632         if (pmap_type_guest(pmap)) {
1633                 pmap_invalidate_ept(pmap);
1634                 return;
1635         }
1636
1637         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
1638             ("pmap_invalidate_all: invalid type %d", pmap->pm_type));
1639
1640         sched_pin();
1641         if (pmap == kernel_pmap) {
1642                 if (pmap_pcid_enabled && invpcid_works) {
1643                         bzero(&d, sizeof(d));
1644                         invpcid(&d, INVPCID_CTXGLOB);
1645                 } else {
1646                         invltlb_glob();
1647                 }
1648                 mask = &all_cpus;
1649         } else {
1650                 cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1651                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
1652                         if (pmap_pcid_enabled) {
1653                                 if (invpcid_works) {
1654                                         d.pcid = pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
1655                                         d.pad = 0;
1656                                         d.addr = 0;
1657                                         invpcid(&d, INVPCID_CTX);
1658                                 } else {
1659                                         load_cr3(pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids
1660                                             [PCPU_GET(cpuid)].pm_pcid);
1661                                 }
1662                         } else {
1663                                 invltlb();
1664                         }
1665                 } else if (pmap_pcid_enabled) {
1666                         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = 0;
1667                 }
1668                 if (pmap_pcid_enabled) {
1669                         CPU_FOREACH(i) {
1670                                 if (cpuid != i)
1671                                         pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
1672                         }
1673                 }
1674                 mask = &pmap->pm_active;
1675         }
1676         smp_masked_invltlb(*mask, pmap);
1677         sched_unpin();
1678 }
1679
1680 void
1681 pmap_invalidate_cache(void)
1682 {
1683
1684         sched_pin();
1685         wbinvd();
1686         smp_cache_flush();
1687         sched_unpin();
1688 }
1689
1690 struct pde_action {
1691         cpuset_t invalidate;    /* processors that invalidate their TLB */
1692         pmap_t pmap;
1693         vm_offset_t va;
1694         pd_entry_t *pde;
1695         pd_entry_t newpde;
1696         u_int store;            /* processor that updates the PDE */
1697 };
1698
1699 static void
1700 pmap_update_pde_action(void *arg)
1701 {
1702         struct pde_action *act = arg;
1703
1704         if (act->store == PCPU_GET(cpuid))
1705                 pmap_update_pde_store(act->pmap, act->pde, act->newpde);
1706 }
1707
1708 static void
1709 pmap_update_pde_teardown(void *arg)
1710 {
1711         struct pde_action *act = arg;
1712
1713         if (CPU_ISSET(PCPU_GET(cpuid), &act->invalidate))
1714                 pmap_update_pde_invalidate(act->pmap, act->va, act->newpde);
1715 }
1716
1717 /*
1718  * Change the page size for the specified virtual address in a way that
1719  * prevents any possibility of the TLB ever having two entries that map the
1720  * same virtual address using different page sizes.  This is the recommended
1721  * workaround for Erratum 383 on AMD Family 10h processors.  It prevents a
1722  * machine check exception for a TLB state that is improperly diagnosed as a
1723  * hardware error.
1724  */
1725 static void
1726 pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
1727 {
1728         struct pde_action act;
1729         cpuset_t active, other_cpus;
1730         u_int cpuid;
1731
1732         sched_pin();
1733         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1734         other_cpus = all_cpus;
1735         CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
1736         if (pmap == kernel_pmap || pmap_type_guest(pmap)) 
1737                 active = all_cpus;
1738         else {
1739                 active = pmap->pm_active;
1740         }
1741         if (CPU_OVERLAP(&active, &other_cpus)) { 
1742                 act.store = cpuid;
1743                 act.invalidate = active;
1744                 act.va = va;
1745                 act.pmap = pmap;
1746                 act.pde = pde;
1747                 act.newpde = newpde;
1748                 CPU_SET(cpuid, &active);
1749                 smp_rendezvous_cpus(active,
1750                     smp_no_rendezvous_barrier, pmap_update_pde_action,
1751                     pmap_update_pde_teardown, &act);
1752         } else {
1753                 pmap_update_pde_store(pmap, pde, newpde);
1754                 if (CPU_ISSET(cpuid, &active))
1755                         pmap_update_pde_invalidate(pmap, va, newpde);
1756         }
1757         sched_unpin();
1758 }
1759 #else /* !SMP */
1760 /*
1761  * Normal, non-SMP, invalidation functions.
1762  */
1763 void
1764 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1765 {
1766
1767         if (pmap->pm_type == PT_RVI || pmap->pm_type == PT_EPT) {
1768                 pmap->pm_eptgen++;
1769                 return;
1770         }
1771         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
1772             ("pmap_invalidate_range: unknown type %d", pmap->pm_type));
1773
1774         if (pmap == kernel_pmap || pmap == PCPU_GET(curpmap))
1775                 invlpg(va);
1776         else if (pmap_pcid_enabled)
1777                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
1778 }
1779
1780 void
1781 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
1782 {
1783         vm_offset_t addr;
1784
1785         if (pmap->pm_type == PT_RVI || pmap->pm_type == PT_EPT) {
1786                 pmap->pm_eptgen++;
1787                 return;
1788         }
1789         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
1790             ("pmap_invalidate_range: unknown type %d", pmap->pm_type));
1791
1792         if (pmap == kernel_pmap || pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
1793                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
1794                         invlpg(addr);
1795         } else if (pmap_pcid_enabled) {
1796                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
1797         }
1798 }
1799
1800 void
1801 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
1802 {
1803         struct invpcid_descr d;
1804
1805         if (pmap->pm_type == PT_RVI || pmap->pm_type == PT_EPT) {
1806                 pmap->pm_eptgen++;
1807                 return;
1808         }
1809         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
1810             ("pmap_invalidate_all: unknown type %d", pmap->pm_type));
1811
1812         if (pmap == kernel_pmap) {
1813                 if (pmap_pcid_enabled && invpcid_works) {
1814                         bzero(&d, sizeof(d));
1815                         invpcid(&d, INVPCID_CTXGLOB);
1816                 } else {
1817                         invltlb_glob();
1818                 }
1819         } else if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
1820                 if (pmap_pcid_enabled) {
1821                         if (invpcid_works) {
1822                                 d.pcid = pmap->pm_pcids[0].pm_pcid;
1823                                 d.pad = 0;
1824                                 d.addr = 0;
1825                                 invpcid(&d, INVPCID_CTX);
1826                         } else {
1827                                 load_cr3(pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[0].
1828                                     pm_pcid);
1829                         }
1830                 } else {
1831                         invltlb();
1832                 }
1833         } else if (pmap_pcid_enabled) {
1834                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
1835         }
1836 }
1837
1838 PMAP_INLINE void
1839 pmap_invalidate_cache(void)
1840 {
1841
1842         wbinvd();
1843 }
1844
1845 static void
1846 pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
1847 {
1848
1849         pmap_update_pde_store(pmap, pde, newpde);
1850         if (pmap == kernel_pmap || pmap == PCPU_GET(curpmap))
1851                 pmap_update_pde_invalidate(pmap, va, newpde);
1852         else
1853                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
1854 }
1855 #endif /* !SMP */
1856
1857 static void
1858 pmap_invalidate_pde_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde)
1859 {
1860
1861         /*
1862          * When the PDE has PG_PROMOTED set, the 2MB page mapping was created
1863          * by a promotion that did not invalidate the 512 4KB page mappings
1864          * that might exist in the TLB.  Consequently, at this point, the TLB
1865          * may hold both 4KB and 2MB page mappings for the address range [va,
1866          * va + NBPDR).  Therefore, the entire range must be invalidated here.
1867          * In contrast, when PG_PROMOTED is clear, the TLB will not hold any
1868          * 4KB page mappings for the address range [va, va + NBPDR), and so a
1869          * single INVLPG suffices to invalidate the 2MB page mapping from the
1870          * TLB.
1871          */
1872         if ((pde & PG_PROMOTED) != 0)
1873                 pmap_invalidate_range(pmap, va, va + NBPDR - 1);
1874         else
1875                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
1876 }
1877
1878 #define PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD   (2 * 1024 * 1024)
1879
1880 void
1881 pmap_invalidate_cache_range(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, boolean_t force)
1882 {
1883
1884         if (force) {
1885                 sva &= ~(vm_offset_t)(cpu_clflush_line_size - 1);
1886         } else {
1887                 KASSERT((sva & PAGE_MASK) == 0,
1888                     ("pmap_invalidate_cache_range: sva not page-aligned"));
1889                 KASSERT((eva & PAGE_MASK) == 0,
1890                     ("pmap_invalidate_cache_range: eva not page-aligned"));
1891         }
1892
1893         if ((cpu_feature & CPUID_SS) != 0 && !force)
1894                 ; /* If "Self Snoop" is supported and allowed, do nothing. */
1895         else if ((cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT) != 0 &&
1896             eva - sva < PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD) {
1897                 /*
1898                  * XXX: Some CPUs fault, hang, or trash the local APIC
1899                  * registers if we use CLFLUSH on the local APIC
1900                  * range.  The local APIC is always uncached, so we
1901                  * don't need to flush for that range anyway.
1902                  */
1903                 if (pmap_kextract(sva) == lapic_paddr)
1904                         return;
1905
1906                 /*
1907                  * Otherwise, do per-cache line flush.  Use the sfence
1908                  * instruction to insure that previous stores are
1909                  * included in the write-back.  The processor
1910                  * propagates flush to other processors in the cache
1911                  * coherence domain.
1912                  */
1913                 sfence();
1914                 for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size)
1915                         clflushopt(sva);
1916                 sfence();
1917         } else if ((cpu_feature & CPUID_CLFSH) != 0 &&
1918             eva - sva < PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD) {
1919                 if (pmap_kextract(sva) == lapic_paddr)
1920                         return;
1921                 /*
1922                  * Writes are ordered by CLFLUSH on Intel CPUs.
1923                  */
1924                 if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
1925                         mfence();
1926                 for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size)
1927                         clflush(sva);
1928                 if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
1929                         mfence();
1930         } else {
1931
1932                 /*
1933                  * No targeted cache flush methods are supported by CPU,
1934                  * or the supplied range is bigger than 2MB.
1935                  * Globally invalidate cache.
1936                  */
1937                 pmap_invalidate_cache();
1938         }
1939 }
1940
1941 /*
1942  * Remove the specified set of pages from the data and instruction caches.
1943  *
1944  * In contrast to pmap_invalidate_cache_range(), this function does not
1945  * rely on the CPU's self-snoop feature, because it is intended for use
1946  * when moving pages into a different cache domain.
1947  */
1948 void
1949 pmap_invalidate_cache_pages(vm_page_t *pages, int count)
1950 {
1951         vm_offset_t daddr, eva;
1952         int i;
1953         bool useclflushopt;
1954
1955         useclflushopt = (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT) != 0;
1956         if (count >= PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD / PAGE_SIZE ||
1957             ((cpu_feature & CPUID_CLFSH) == 0 && !useclflushopt))
1958                 pmap_invalidate_cache();
1959         else {
1960                 if (useclflushopt)
1961                         sfence();
1962                 else if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
1963                         mfence();
1964                 for (i = 0; i < count; i++) {
1965                         daddr = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pages[i]));
1966                         eva = daddr + PAGE_SIZE;
1967                         for (; daddr < eva; daddr += cpu_clflush_line_size) {
1968                                 if (useclflushopt)
1969                                         clflushopt(daddr);
1970                                 else
1971                                         clflush(daddr);
1972                         }
1973                 }
1974                 if (useclflushopt)
1975                         sfence();
1976                 else if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
1977                         mfence();
1978         }
1979 }
1980
1981 /*
1982  *      Routine:        pmap_extract
1983  *      Function:
1984  *              Extract the physical page address associated
1985  *              with the given map/virtual_address pair.
1986  */
1987 vm_paddr_t 
1988 pmap_extract(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1989 {
1990         pdp_entry_t *pdpe;
1991         pd_entry_t *pde;
1992         pt_entry_t *pte, PG_V;
1993         vm_paddr_t pa;
1994
1995         pa = 0;
1996         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
1997         PMAP_LOCK(pmap);
1998         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
1999         if (pdpe != NULL && (*pdpe & PG_V) != 0) {
2000                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0)
2001                         pa = (*pdpe & PG_PS_FRAME) | (va & PDPMASK);
2002                 else {
2003                         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
2004                         if ((*pde & PG_V) != 0) {
2005                                 if ((*pde & PG_PS) != 0) {
2006                                         pa = (*pde & PG_PS_FRAME) |
2007                                             (va & PDRMASK);
2008                                 } else {
2009                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
2010                                         pa = (*pte & PG_FRAME) |
2011                                             (va & PAGE_MASK);
2012                                 }
2013                         }
2014                 }
2015         }
2016         PMAP_UNLOCK(pmap);
2017         return (pa);
2018 }
2019
2020 /*
2021  *      Routine:        pmap_extract_and_hold
2022  *      Function:
2023  *              Atomically extract and hold the physical page
2024  *              with the given pmap and virtual address pair
2025  *              if that mapping permits the given protection.
2026  */
2027 vm_page_t
2028 pmap_extract_and_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_prot_t prot)
2029 {
2030         pd_entry_t pde, *pdep;
2031         pt_entry_t pte, PG_RW, PG_V;
2032         vm_paddr_t pa;
2033         vm_page_t m;
2034
2035         pa = 0;
2036         m = NULL;
2037         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
2038         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
2039         PMAP_LOCK(pmap);
2040 retry:
2041         pdep = pmap_pde(pmap, va);
2042         if (pdep != NULL && (pde = *pdep)) {
2043                 if (pde & PG_PS) {
2044                         if ((pde & PG_RW) || (prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
2045                                 if (vm_page_pa_tryrelock(pmap, (pde &
2046                                     PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK), &pa))
2047                                         goto retry;
2048                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE((pde & PG_PS_FRAME) |
2049                                     (va & PDRMASK));
2050                                 vm_page_hold(m);
2051                         }
2052                 } else {
2053                         pte = *pmap_pde_to_pte(pdep, va);
2054                         if ((pte & PG_V) &&
2055                             ((pte & PG_RW) || (prot & VM_PROT_WRITE) == 0)) {
2056                                 if (vm_page_pa_tryrelock(pmap, pte & PG_FRAME,
2057                                     &pa))
2058                                         goto retry;
2059                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pte & PG_FRAME);
2060                                 vm_page_hold(m);
2061                         }
2062                 }
2063         }
2064         PA_UNLOCK_COND(pa);
2065         PMAP_UNLOCK(pmap);
2066         return (m);
2067 }
2068
2069 vm_paddr_t
2070 pmap_kextract(vm_offset_t va)
2071 {
2072         pd_entry_t pde;
2073         vm_paddr_t pa;
2074
2075         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS) {
2076                 pa = DMAP_TO_PHYS(va);
2077         } else {
2078                 pde = *vtopde(va);
2079                 if (pde & PG_PS) {
2080                         pa = (pde & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK);
2081                 } else {
2082                         /*
2083                          * Beware of a concurrent promotion that changes the
2084                          * PDE at this point!  For example, vtopte() must not
2085                          * be used to access the PTE because it would use the
2086                          * new PDE.  It is, however, safe to use the old PDE
2087                          * because the page table page is preserved by the
2088                          * promotion.
2089                          */
2090                         pa = *pmap_pde_to_pte(&pde, va);
2091                         pa = (pa & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK);
2092                 }
2093         }
2094         return (pa);
2095 }
2096
2097 /***************************************************
2098  * Low level mapping routines.....
2099  ***************************************************/
2100
2101 /*
2102  * Add a wired page to the kva.
2103  * Note: not SMP coherent.
2104  */
2105 PMAP_INLINE void 
2106 pmap_kenter(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
2107 {
2108         pt_entry_t *pte;
2109
2110         pte = vtopte(va);
2111         pte_store(pte, pa | X86_PG_RW | X86_PG_V | X86_PG_G);
2112 }
2113
2114 static __inline void
2115 pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode)
2116 {
2117         pt_entry_t *pte;
2118         int cache_bits;
2119
2120         pte = vtopte(va);
2121         cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, 0);
2122         pte_store(pte, pa | X86_PG_RW | X86_PG_V | X86_PG_G | cache_bits);
2123 }
2124
2125 /*
2126  * Remove a page from the kernel pagetables.
2127  * Note: not SMP coherent.
2128  */
2129 PMAP_INLINE void
2130 pmap_kremove(vm_offset_t va)
2131 {
2132         pt_entry_t *pte;
2133
2134         pte = vtopte(va);
2135         pte_clear(pte);
2136 }
2137
2138 /*
2139  *      Used to map a range of physical addresses into kernel
2140  *      virtual address space.
2141  *
2142  *      The value passed in '*virt' is a suggested virtual address for
2143  *      the mapping. Architectures which can support a direct-mapped
2144  *      physical to virtual region can return the appropriate address
2145  *      within that region, leaving '*virt' unchanged. Other
2146  *      architectures should map the pages starting at '*virt' and
2147  *      update '*virt' with the first usable address after the mapped
2148  *      region.
2149  */
2150 vm_offset_t
2151 pmap_map(vm_offset_t *virt, vm_paddr_t start, vm_paddr_t end, int prot)
2152 {
2153         return PHYS_TO_DMAP(start);
2154 }
2155
2156
2157 /*
2158  * Add a list of wired pages to the kva
2159  * this routine is only used for temporary
2160  * kernel mappings that do not need to have
2161  * page modification or references recorded.
2162  * Note that old mappings are simply written
2163  * over.  The page *must* be wired.
2164  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
2165  */
2166 void
2167 pmap_qenter(vm_offset_t sva, vm_page_t *ma, int count)
2168 {
2169         pt_entry_t *endpte, oldpte, pa, *pte;
2170         vm_page_t m;
2171         int cache_bits;
2172
2173         oldpte = 0;
2174         pte = vtopte(sva);
2175         endpte = pte + count;
2176         while (pte < endpte) {
2177                 m = *ma++;
2178                 cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap, m->md.pat_mode, 0);
2179                 pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | cache_bits;
2180                 if ((*pte & (PG_FRAME | X86_PG_PTE_CACHE)) != pa) {
2181                         oldpte |= *pte;
2182                         pte_store(pte, pa | X86_PG_G | X86_PG_RW | X86_PG_V);
2183                 }
2184                 pte++;
2185         }
2186         if (__predict_false((oldpte & X86_PG_V) != 0))
2187                 pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, sva + count *
2188                     PAGE_SIZE);
2189 }
2190
2191 /*
2192  * This routine tears out page mappings from the
2193  * kernel -- it is meant only for temporary mappings.
2194  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
2195  */
2196 void
2197 pmap_qremove(vm_offset_t sva, int count)
2198 {
2199         vm_offset_t va;
2200
2201         va = sva;
2202         while (count-- > 0) {
2203                 KASSERT(va >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS, ("usermode va %lx", va));
2204                 pmap_kremove(va);
2205                 va += PAGE_SIZE;
2206         }
2207         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
2208 }
2209
2210 /***************************************************
2211  * Page table page management routines.....
2212  ***************************************************/
2213 static __inline void
2214 pmap_free_zero_pages(struct spglist *free)
2215 {
2216         vm_page_t m;
2217         int count;
2218
2219         for (count = 0; (m = SLIST_FIRST(free)) != NULL; count++) {
2220                 SLIST_REMOVE_HEAD(free, plinks.s.ss);
2221                 /* Preserve the page's PG_ZERO setting. */
2222                 vm_page_free_toq(m);
2223         }
2224         atomic_subtract_int(&vm_cnt.v_wire_count, count);
2225 }
2226
2227 /*
2228  * Schedule the specified unused page table page to be freed.  Specifically,
2229  * add the page to the specified list of pages that will be released to the
2230  * physical memory manager after the TLB has been updated.
2231  */
2232 static __inline void
2233 pmap_add_delayed_free_list(vm_page_t m, struct spglist *free,
2234     boolean_t set_PG_ZERO)
2235 {
2236
2237         if (set_PG_ZERO)
2238                 m->flags |= PG_ZERO;
2239         else
2240                 m->flags &= ~PG_ZERO;
2241         SLIST_INSERT_HEAD(free, m, plinks.s.ss);
2242 }
2243         
2244 /*
2245  * Inserts the specified page table page into the specified pmap's collection
2246  * of idle page table pages.  Each of a pmap's page table pages is responsible
2247  * for mapping a distinct range of virtual addresses.  The pmap's collection is
2248  * ordered by this virtual address range.
2249  */
2250 static __inline int
2251 pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte)
2252 {
2253
2254         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2255         return (vm_radix_insert(&pmap->pm_root, mpte));
2256 }
2257
2258 /*
2259  * Removes the page table page mapping the specified virtual address from the
2260  * specified pmap's collection of idle page table pages, and returns it.
2261  * Otherwise, returns NULL if there is no page table page corresponding to the
2262  * specified virtual address.
2263  */
2264 static __inline vm_page_t
2265 pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2266 {
2267
2268         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2269         return (vm_radix_remove(&pmap->pm_root, pmap_pde_pindex(va)));
2270 }
2271
2272 /*
2273  * Decrements a page table page's wire count, which is used to record the
2274  * number of valid page table entries within the page.  If the wire count
2275  * drops to zero, then the page table page is unmapped.  Returns TRUE if the
2276  * page table page was unmapped and FALSE otherwise.
2277  */
2278 static inline boolean_t
2279 pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
2280 {
2281
2282         --m->wire_count;
2283         if (m->wire_count == 0) {
2284                 _pmap_unwire_ptp(pmap, va, m, free);
2285                 return (TRUE);
2286         } else
2287                 return (FALSE);
2288 }
2289
2290 static void
2291 _pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
2292 {
2293
2294         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2295         /*
2296          * unmap the page table page
2297          */
2298         if (m->pindex >= (NUPDE + NUPDPE)) {
2299                 /* PDP page */
2300                 pml4_entry_t *pml4;
2301                 pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
2302                 *pml4 = 0;
2303         } else if (m->pindex >= NUPDE) {
2304                 /* PD page */
2305                 pdp_entry_t *pdp;
2306                 pdp = pmap_pdpe(pmap, va);
2307                 *pdp = 0;
2308         } else {
2309                 /* PTE page */
2310                 pd_entry_t *pd;
2311                 pd = pmap_pde(pmap, va);
2312                 *pd = 0;
2313         }
2314         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
2315         if (m->pindex < NUPDE) {
2316                 /* We just released a PT, unhold the matching PD */
2317                 vm_page_t pdpg;
2318
2319                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pdpe(pmap, va) & PG_FRAME);
2320                 pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdpg, free);
2321         }
2322         if (m->pindex >= NUPDE && m->pindex < (NUPDE + NUPDPE)) {
2323                 /* We just released a PD, unhold the matching PDP */
2324                 vm_page_t pdppg;
2325
2326                 pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pml4e(pmap, va) & PG_FRAME);
2327                 pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdppg, free);
2328         }
2329
2330         /* 
2331          * Put page on a list so that it is released after
2332          * *ALL* TLB shootdown is done
2333          */
2334         pmap_add_delayed_free_list(m, free, TRUE);
2335 }
2336
2337 /*
2338  * After removing a page table entry, this routine is used to
2339  * conditionally free the page, and manage the hold/wire counts.
2340  */
2341 static int
2342 pmap_unuse_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t ptepde,
2343     struct spglist *free)
2344 {
2345         vm_page_t mpte;
2346
2347         if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
2348                 return (0);
2349         KASSERT(ptepde != 0, ("pmap_unuse_pt: ptepde != 0"));
2350         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(ptepde & PG_FRAME);
2351         return (pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpte, free));
2352 }
2353
2354 void
2355 pmap_pinit0(pmap_t pmap)
2356 {
2357         int i;
2358
2359         PMAP_LOCK_INIT(pmap);
2360         pmap->pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(KPML4phys);
2361         pmap->pm_cr3 = KPML4phys;
2362         pmap->pm_root.rt_root = 0;
2363         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
2364         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
2365         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
2366         pmap->pm_flags = pmap_flags;
2367         CPU_FOREACH(i) {
2368                 pmap->pm_pcids[i].pm_pcid = PMAP_PCID_NONE;
2369                 pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
2370         }
2371         PCPU_SET(curpmap, kernel_pmap);
2372         pmap_activate(curthread);
2373         CPU_FILL(&kernel_pmap->pm_active);
2374 }
2375
2376 void
2377 pmap_pinit_pml4(vm_page_t pml4pg)
2378 {
2379         pml4_entry_t *pm_pml4;
2380         int i;
2381
2382         pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg));
2383
2384         /* Wire in kernel global address entries. */
2385         for (i = 0; i < NKPML4E; i++) {
2386                 pm_pml4[KPML4BASE + i] = (KPDPphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW |
2387                     X86_PG_V | PG_U;
2388         }
2389         for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++) {
2390                 pm_pml4[DMPML4I + i] = (DMPDPphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW |
2391                     X86_PG_V | PG_U;
2392         }
2393
2394         /* install self-referential address mapping entry(s) */
2395         pm_pml4[PML4PML4I] = VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg) | X86_PG_V | X86_PG_RW |
2396             X86_PG_A | X86_PG_M;
2397 }
2398
2399 /*
2400  * Initialize a preallocated and zeroed pmap structure,
2401  * such as one in a vmspace structure.
2402  */
2403 int
2404 pmap_pinit_type(pmap_t pmap, enum pmap_type pm_type, int flags)
2405 {
2406         vm_page_t pml4pg;
2407         vm_paddr_t pml4phys;
2408         int i;
2409
2410         /*
2411          * allocate the page directory page
2412          */
2413         while ((pml4pg = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL |
2414             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO)) == NULL)
2415                 VM_WAIT;
2416
2417         pml4phys = VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg);
2418         pmap->pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pml4phys);
2419         CPU_FOREACH(i) {
2420                 pmap->pm_pcids[i].pm_pcid = PMAP_PCID_NONE;
2421                 pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
2422         }
2423         pmap->pm_cr3 = ~0;      /* initialize to an invalid value */
2424
2425         if ((pml4pg->flags & PG_ZERO) == 0)
2426                 pagezero(pmap->pm_pml4);
2427
2428         /*
2429          * Do not install the host kernel mappings in the nested page
2430          * tables. These mappings are meaningless in the guest physical
2431          * address space.
2432          */
2433         if ((pmap->pm_type = pm_type) == PT_X86) {
2434                 pmap->pm_cr3 = pml4phys;
2435                 pmap_pinit_pml4(pml4pg);
2436         }
2437
2438         pmap->pm_root.rt_root = 0;
2439         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
2440         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
2441         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
2442         pmap->pm_flags = flags;
2443         pmap->pm_eptgen = 0;
2444
2445         return (1);
2446 }
2447
2448 int
2449 pmap_pinit(pmap_t pmap)
2450 {
2451
2452         return (pmap_pinit_type(pmap, PT_X86, pmap_flags));
2453 }
2454
2455 /*
2456  * This routine is called if the desired page table page does not exist.
2457  *
2458  * If page table page allocation fails, this routine may sleep before
2459  * returning NULL.  It sleeps only if a lock pointer was given.
2460  *
2461  * Note: If a page allocation fails at page table level two or three,
2462  * one or two pages may be held during the wait, only to be released
2463  * afterwards.  This conservative approach is easily argued to avoid
2464  * race conditions.
2465  */
2466 static vm_page_t
2467 _pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex, struct rwlock **lockp)
2468 {
2469         vm_page_t m, pdppg, pdpg;
2470         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
2471
2472         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2473
2474         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
2475         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
2476         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
2477         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
2478
2479         /*
2480          * Allocate a page table page.
2481          */
2482         if ((m = vm_page_alloc(NULL, ptepindex, VM_ALLOC_NOOBJ |
2483             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO)) == NULL) {
2484                 if (lockp != NULL) {
2485                         RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
2486                         PMAP_UNLOCK(pmap);
2487                         PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI();
2488                         VM_WAIT;
2489                         PMAP_LOCK(pmap);
2490                 }
2491
2492                 /*
2493                  * Indicate the need to retry.  While waiting, the page table
2494                  * page may have been allocated.
2495                  */
2496                 return (NULL);
2497         }
2498         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0)
2499                 pmap_zero_page(m);
2500
2501         /*
2502          * Map the pagetable page into the process address space, if
2503          * it isn't already there.
2504          */
2505
2506         if (ptepindex >= (NUPDE + NUPDPE)) {
2507                 pml4_entry_t *pml4;
2508                 vm_pindex_t pml4index;
2509
2510                 /* Wire up a new PDPE page */
2511                 pml4index = ptepindex - (NUPDE + NUPDPE);
2512                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
2513                 *pml4 = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
2514
2515         } else if (ptepindex >= NUPDE) {
2516                 vm_pindex_t pml4index;
2517                 vm_pindex_t pdpindex;
2518                 pml4_entry_t *pml4;
2519                 pdp_entry_t *pdp;
2520
2521                 /* Wire up a new PDE page */
2522                 pdpindex = ptepindex - NUPDE;
2523                 pml4index = pdpindex >> NPML4EPGSHIFT;
2524
2525                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
2526                 if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
2527                         /* Have to allocate a new pdp, recurse */
2528                         if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + NUPDPE + pml4index,
2529                             lockp) == NULL) {
2530                                 --m->wire_count;
2531                                 atomic_subtract_int(&vm_cnt.v_wire_count, 1);
2532                                 vm_page_free_zero(m);
2533                                 return (NULL);
2534                         }
2535                 } else {
2536                         /* Add reference to pdp page */
2537                         pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pml4 & PG_FRAME);
2538                         pdppg->wire_count++;
2539                 }
2540                 pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
2541
2542                 /* Now find the pdp page */
2543                 pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
2544                 *pdp = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
2545
2546         } else {
2547                 vm_pindex_t pml4index;
2548                 vm_pindex_t pdpindex;
2549                 pml4_entry_t *pml4;
2550                 pdp_entry_t *pdp;
2551                 pd_entry_t *pd;
2552
2553                 /* Wire up a new PTE page */
2554                 pdpindex = ptepindex >> NPDPEPGSHIFT;
2555                 pml4index = pdpindex >> NPML4EPGSHIFT;
2556
2557                 /* First, find the pdp and check that its valid. */
2558                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
2559                 if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
2560                         /* Have to allocate a new pd, recurse */
2561                         if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex,
2562                             lockp) == NULL) {
2563                                 --m->wire_count;
2564                                 atomic_subtract_int(&vm_cnt.v_wire_count, 1);
2565                                 vm_page_free_zero(m);
2566                                 return (NULL);
2567                         }
2568                         pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
2569                         pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
2570                 } else {
2571                         pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
2572                         pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
2573                         if ((*pdp & PG_V) == 0) {
2574                                 /* Have to allocate a new pd, recurse */
2575                                 if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex,
2576                                     lockp) == NULL) {
2577                                         --m->wire_count;
2578                                         atomic_subtract_int(&vm_cnt.v_wire_count,
2579                                             1);
2580                                         vm_page_free_zero(m);
2581                                         return (NULL);
2582                                 }
2583                         } else {
2584                                 /* Add reference to the pd page */
2585                                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdp & PG_FRAME);
2586                                 pdpg->wire_count++;
2587                         }
2588                 }
2589                 pd = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdp & PG_FRAME);
2590
2591                 /* Now we know where the page directory page is */
2592                 pd = &pd[ptepindex & ((1ul << NPDEPGSHIFT) - 1)];
2593                 *pd = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
2594         }
2595
2596         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
2597
2598         return (m);
2599 }
2600
2601 static vm_page_t
2602 pmap_allocpde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct rwlock **lockp)
2603 {
2604         vm_pindex_t pdpindex, ptepindex;
2605         pdp_entry_t *pdpe, PG_V;
2606         vm_page_t pdpg;
2607
2608         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
2609
2610 retry:
2611         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
2612         if (pdpe != NULL && (*pdpe & PG_V) != 0) {
2613                 /* Add a reference to the pd page. */
2614                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdpe & PG_FRAME);
2615                 pdpg->wire_count++;
2616         } else {
2617                 /* Allocate a pd page. */
2618                 ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
2619                 pdpindex = ptepindex >> NPDPEPGSHIFT;
2620                 pdpg = _pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex, lockp);
2621                 if (pdpg == NULL && lockp != NULL)
2622                         goto retry;
2623         }
2624         return (pdpg);
2625 }
2626
2627 static vm_page_t
2628 pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct rwlock **lockp)
2629 {
2630         vm_pindex_t ptepindex;
2631         pd_entry_t *pd, PG_V;
2632         vm_page_t m;
2633
2634         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
2635
2636         /*
2637          * Calculate pagetable page index
2638          */
2639         ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
2640 retry:
2641         /*
2642          * Get the page directory entry
2643          */
2644         pd = pmap_pde(pmap, va);
2645
2646         /*
2647          * This supports switching from a 2MB page to a
2648          * normal 4K page.
2649          */
2650         if (pd != NULL && (*pd & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V)) {
2651                 if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pd, va, lockp)) {
2652                         /*
2653                          * Invalidation of the 2MB page mapping may have caused
2654                          * the deallocation of the underlying PD page.
2655                          */
2656                         pd = NULL;
2657                 }
2658         }
2659
2660         /*
2661          * If the page table page is mapped, we just increment the
2662          * hold count, and activate it.
2663          */
2664         if (pd != NULL && (*pd & PG_V) != 0) {
2665                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pd & PG_FRAME);
2666                 m->wire_count++;
2667         } else {
2668                 /*
2669                  * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been
2670                  * deallocated.
2671                  */
2672                 m = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex, lockp);
2673                 if (m == NULL && lockp != NULL)
2674                         goto retry;
2675         }
2676         return (m);
2677 }
2678
2679
2680 /***************************************************
2681  * Pmap allocation/deallocation routines.
2682  ***************************************************/
2683
2684 /*
2685  * Release any resources held by the given physical map.
2686  * Called when a pmap initialized by pmap_pinit is being released.
2687  * Should only be called if the map contains no valid mappings.
2688  */
2689 void
2690 pmap_release(pmap_t pmap)
2691 {
2692         vm_page_t m;
2693         int i;
2694
2695         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count == 0,
2696             ("pmap_release: pmap resident count %ld != 0",
2697             pmap->pm_stats.resident_count));
2698         KASSERT(vm_radix_is_empty(&pmap->pm_root),
2699             ("pmap_release: pmap has reserved page table page(s)"));
2700         KASSERT(CPU_EMPTY(&pmap->pm_active),
2701             ("releasing active pmap %p", pmap));
2702
2703         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pmap->pm_pml4));
2704
2705         for (i = 0; i < NKPML4E; i++)   /* KVA */
2706                 pmap->pm_pml4[KPML4BASE + i] = 0;
2707         for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++)/* Direct Map */
2708                 pmap->pm_pml4[DMPML4I + i] = 0;
2709         pmap->pm_pml4[PML4PML4I] = 0;   /* Recursive Mapping */
2710
2711         m->wire_count--;
2712         atomic_subtract_int(&vm_cnt.v_wire_count, 1);
2713         vm_page_free_zero(m);
2714 }
2715 \f
2716 static int
2717 kvm_size(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
2718 {
2719         unsigned long ksize = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
2720
2721         return sysctl_handle_long(oidp, &ksize, 0, req);
2722 }
2723 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_size, CTLTYPE_LONG|CTLFLAG_RD, 
2724     0, 0, kvm_size, "LU", "Size of KVM");
2725
2726 static int
2727 kvm_free(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
2728 {
2729         unsigned long kfree = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - kernel_vm_end;
2730
2731         return sysctl_handle_long(oidp, &kfree, 0, req);
2732 }
2733 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_free, CTLTYPE_LONG|CTLFLAG_RD, 
2734     0, 0, kvm_free, "LU", "Amount of KVM free");
2735
2736 /*
2737  * grow the number of kernel page table entries, if needed
2738  */
2739 void
2740 pmap_growkernel(vm_offset_t addr)
2741 {
2742         vm_paddr_t paddr;
2743         vm_page_t nkpg;
2744         pd_entry_t *pde, newpdir;
2745         pdp_entry_t *pdpe;
2746
2747         mtx_assert(&kernel_map->system_mtx, MA_OWNED);
2748
2749         /*
2750          * Return if "addr" is within the range of kernel page table pages
2751          * that were preallocated during pmap bootstrap.  Moreover, leave
2752          * "kernel_vm_end" and the kernel page table as they were.
2753          *
2754          * The correctness of this action is based on the following
2755          * argument: vm_map_insert() allocates contiguous ranges of the
2756          * kernel virtual address space.  It calls this function if a range
2757          * ends after "kernel_vm_end".  If the kernel is mapped between
2758          * "kernel_vm_end" and "addr", then the range cannot begin at
2759          * "kernel_vm_end".  In fact, its beginning address cannot be less
2760          * than the kernel.  Thus, there is no immediate need to allocate
2761          * any new kernel page table pages between "kernel_vm_end" and
2762          * "KERNBASE".
2763          */
2764         if (KERNBASE < addr && addr <= KERNBASE + nkpt * NBPDR)
2765                 return;
2766
2767         addr = roundup2(addr, NBPDR);
2768         if (addr - 1 >= kernel_map->max_offset)
2769                 addr = kernel_map->max_offset;
2770         while (kernel_vm_end < addr) {
2771                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, kernel_vm_end);
2772                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0) {
2773                         /* We need a new PDP entry */
2774                         nkpg = vm_page_alloc(NULL, kernel_vm_end >> PDPSHIFT,
2775                             VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ |
2776                             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
2777                         if (nkpg == NULL)
2778                                 panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
2779                         if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
2780                                 pmap_zero_page(nkpg);
2781                         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
2782                         *pdpe = (pdp_entry_t)(paddr | X86_PG_V | X86_PG_RW |
2783                             X86_PG_A | X86_PG_M);
2784                         continue; /* try again */
2785                 }
2786                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, kernel_vm_end);
2787                 if ((*pde & X86_PG_V) != 0) {
2788                         kernel_vm_end = (kernel_vm_end + NBPDR) & ~PDRMASK;
2789                         if (kernel_vm_end - 1 >= kernel_map->max_offset) {
2790                                 kernel_vm_end = kernel_map->max_offset;
2791                                 break;                       
2792                         }
2793                         continue;
2794                 }
2795
2796                 nkpg = vm_page_alloc(NULL, pmap_pde_pindex(kernel_vm_end),
2797                     VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED |
2798                     VM_ALLOC_ZERO);
2799                 if (nkpg == NULL)
2800                         panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
2801                 if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
2802                         pmap_zero_page(nkpg);
2803                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
2804                 newpdir = paddr | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A | X86_PG_M;
2805                 pde_store(pde, newpdir);
2806
2807                 kernel_vm_end = (kernel_vm_end + NBPDR) & ~PDRMASK;
2808                 if (kernel_vm_end - 1 >= kernel_map->max_offset) {
2809                         kernel_vm_end = kernel_map->max_offset;
2810                         break;                       
2811                 }
2812         }
2813 }
2814
2815
2816 /***************************************************
2817  * page management routines.
2818  ***************************************************/
2819
2820 CTASSERT(sizeof(struct pv_chunk) == PAGE_SIZE);
2821 CTASSERT(_NPCM == 3);
2822 CTASSERT(_NPCPV == 168);
2823
2824 static __inline struct pv_chunk *
2825 pv_to_chunk(pv_entry_t pv)
2826 {
2827
2828         return ((struct pv_chunk *)((uintptr_t)pv & ~(uintptr_t)PAGE_MASK));
2829 }
2830
2831 #define PV_PMAP(pv) (pv_to_chunk(pv)->pc_pmap)
2832
2833 #define PC_FREE0        0xfffffffffffffffful
2834 #define PC_FREE1        0xfffffffffffffffful
2835 #define PC_FREE2        0x000000fffffffffful
2836
2837 static const uint64_t pc_freemask[_NPCM] = { PC_FREE0, PC_FREE1, PC_FREE2 };
2838
2839 #ifdef PV_STATS
2840 static int pc_chunk_count, pc_chunk_allocs, pc_chunk_frees, pc_chunk_tryfail;
2841
2842 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_count, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_count, 0,
2843         "Current number of pv entry chunks");
2844 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_allocs, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_allocs, 0,
2845         "Current number of pv entry chunks allocated");
2846 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_frees, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_frees, 0,
2847         "Current number of pv entry chunks frees");
2848 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_tryfail, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_tryfail, 0,
2849         "Number of times tried to get a chunk page but failed.");
2850
2851 static long pv_entry_frees, pv_entry_allocs, pv_entry_count;
2852 static int pv_entry_spare;
2853
2854 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_frees, CTLFLAG_RD, &pv_entry_frees, 0,
2855         "Current number of pv entry frees");
2856 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_allocs, CTLFLAG_RD, &pv_entry_allocs, 0,
2857         "Current number of pv entry allocs");
2858 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_count, CTLFLAG_RD, &pv_entry_count, 0,
2859         "Current number of pv entries");
2860 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_spare, CTLFLAG_RD, &pv_entry_spare, 0,
2861         "Current number of spare pv entries");
2862 #endif
2863
2864 static void
2865 reclaim_pv_chunk_leave_pmap(pmap_t pmap, pmap_t locked_pmap, bool start_di)
2866 {
2867
2868         if (pmap == NULL)
2869                 return;
2870         pmap_invalidate_all(pmap);
2871         if (pmap != locked_pmap)
2872                 PMAP_UNLOCK(pmap);
2873         if (start_di)
2874                 pmap_delayed_invl_finished();
2875 }
2876
2877 /*
2878  * We are in a serious low memory condition.  Resort to
2879  * drastic measures to free some pages so we can allocate
2880  * another pv entry chunk.
2881  *
2882  * Returns NULL if PV entries were reclaimed from the specified pmap.
2883  *
2884  * We do not, however, unmap 2mpages because subsequent accesses will
2885  * allocate per-page pv entries until repromotion occurs, thereby
2886  * exacerbating the shortage of free pv entries.
2887  */
2888 static vm_page_t
2889 reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp)
2890 {
2891         struct pch new_tail;
2892         struct pv_chunk *pc;
2893         struct md_page *pvh;
2894         pd_entry_t *pde;
2895         pmap_t pmap;
2896         pt_entry_t *pte, tpte;
2897         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW;
2898         pv_entry_t pv;
2899         vm_offset_t va;
2900         vm_page_t m, m_pc;
2901         struct spglist free;
2902         uint64_t inuse;
2903         int bit, field, freed;
2904         bool start_di;
2905
2906         PMAP_LOCK_ASSERT(locked_pmap, MA_OWNED);
2907         KASSERT(lockp != NULL, ("reclaim_pv_chunk: lockp is NULL"));
2908         pmap = NULL;
2909         m_pc = NULL;
2910         PG_G = PG_A = PG_M = PG_RW = 0;
2911         SLIST_INIT(&free);
2912         TAILQ_INIT(&new_tail);
2913
2914         /*
2915          * A delayed invalidation block should already be active if
2916          * pmap_advise() or pmap_remove() called this function by way
2917          * of pmap_demote_pde_locked().
2918          */
2919         start_di = pmap_not_in_di();
2920
2921         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2922         while ((pc = TAILQ_FIRST(&pv_chunks)) != NULL && SLIST_EMPTY(&free)) {
2923                 TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2924                 mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
2925                 if (pmap != pc->pc_pmap) {
2926                         reclaim_pv_chunk_leave_pmap(pmap, locked_pmap,
2927                             start_di);
2928                         pmap = pc->pc_pmap;
2929                         /* Avoid deadlock and lock recursion. */
2930                         if (pmap > locked_pmap) {
2931                                 RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
2932                                 PMAP_LOCK(pmap);
2933                         } else if (pmap != locked_pmap &&
2934                             !PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
2935                                 pmap = NULL;
2936                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail, pc, pc_lru);
2937                                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2938                                 continue;
2939                         }
2940                         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
2941                         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
2942                         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
2943                         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
2944                         if (start_di)
2945                                 pmap_delayed_invl_started();
2946                 }
2947
2948                 /*
2949                  * Destroy every non-wired, 4 KB page mapping in the chunk.
2950                  */
2951                 freed = 0;
2952                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
2953                         for (inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
2954                             inuse != 0; inuse &= ~(1UL << bit)) {
2955                                 bit = bsfq(inuse);
2956                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
2957                                 va = pv->pv_va;
2958                                 pde = pmap_pde(pmap, va);
2959                                 if ((*pde & PG_PS) != 0)
2960                                         continue;
2961                                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
2962                                 if ((*pte & PG_W) != 0)
2963                                         continue;
2964                                 tpte = pte_load_clear(pte);
2965                                 if ((tpte & PG_G) != 0)
2966                                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
2967                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpte & PG_FRAME);
2968                                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
2969                                         vm_page_dirty(m);
2970                                 if ((tpte & PG_A) != 0)
2971                                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2972                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
2973                                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2974                                 m->md.pv_gen++;
2975                                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
2976                                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
2977                                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2978                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
2979                                                 vm_page_aflag_clear(m,
2980                                                     PGA_WRITEABLE);
2981                                         }
2982                                 }
2983                                 pmap_delayed_invl_page(m);
2984                                 pc->pc_map[field] |= 1UL << bit;
2985                                 pmap_unuse_pt(pmap, va, *pde, &free);
2986                                 freed++;
2987                         }
2988                 }
2989                 if (freed == 0) {
2990                         TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail, pc, pc_lru);
2991                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2992                         continue;
2993                 }
2994                 /* Every freed mapping is for a 4 KB page. */
2995                 pmap_resident_count_dec(pmap, freed);
2996                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
2997                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
2998                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
2999                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3000                 if (pc->pc_map[0] == PC_FREE0 && pc->pc_map[1] == PC_FREE1 &&
3001                     pc->pc_map[2] == PC_FREE2) {
3002                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
3003                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
3004                         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
3005                         /* Entire chunk is free; return it. */
3006                         m_pc = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
3007                         dump_drop_page(m_pc->phys_addr);
3008                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
3009                         break;
3010                 }
3011                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3012                 TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail, pc, pc_lru);
3013                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
3014                 /* One freed pv entry in locked_pmap is sufficient. */
3015                 if (pmap == locked_pmap)
3016                         break;
3017         }
3018         TAILQ_CONCAT(&pv_chunks, &new_tail, pc_lru);
3019         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
3020         reclaim_pv_chunk_leave_pmap(pmap, locked_pmap, start_di);
3021         if (m_pc == NULL && !SLIST_EMPTY(&free)) {
3022                 m_pc = SLIST_FIRST(&free);
3023                 SLIST_REMOVE_HEAD(&free, plinks.s.ss);
3024                 /* Recycle a freed page table page. */
3025                 m_pc->wire_count = 1;
3026         }
3027         pmap_free_zero_pages(&free);
3028         return (m_pc);
3029 }
3030
3031 /*
3032  * free the pv_entry back to the free list
3033  */
3034 static void
3035 free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv)
3036 {
3037         struct pv_chunk *pc;
3038         int idx, field, bit;
3039
3040         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3041         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, 1));
3042         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, 1));
3043         PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, 1));
3044         pc = pv_to_chunk(pv);
3045         idx = pv - &pc->pc_pventry[0];
3046         field = idx / 64;
3047         bit = idx % 64;
3048         pc->pc_map[field] |= 1ul << bit;
3049         if (pc->pc_map[0] != PC_FREE0 || pc->pc_map[1] != PC_FREE1 ||
3050             pc->pc_map[2] != PC_FREE2) {
3051                 /* 98% of the time, pc is already at the head of the list. */
3052                 if (__predict_false(pc != TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk))) {
3053                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3054                         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3055                 }
3056                 return;
3057         }
3058         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3059         free_pv_chunk(pc);
3060 }
3061
3062 static void
3063 free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc)
3064 {
3065         vm_page_t m;
3066
3067         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
3068         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
3069         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
3070         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
3071         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
3072         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
3073         /* entire chunk is free, return it */
3074         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
3075         dump_drop_page(m->phys_addr);
3076         vm_page_unwire(m, PQ_NONE);
3077         vm_page_free(m);
3078 }
3079
3080 /*
3081  * Returns a new PV entry, allocating a new PV chunk from the system when
3082  * needed.  If this PV chunk allocation fails and a PV list lock pointer was
3083  * given, a PV chunk is reclaimed from an arbitrary pmap.  Otherwise, NULL is
3084  * returned.
3085  *
3086  * The given PV list lock may be released.
3087  */
3088 static pv_entry_t
3089 get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp)
3090 {
3091         int bit, field;
3092         pv_entry_t pv;
3093         struct pv_chunk *pc;
3094         vm_page_t m;
3095
3096         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3097         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, 1));
3098 retry:
3099         pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
3100         if (pc != NULL) {
3101                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
3102                         if (pc->pc_map[field]) {
3103                                 bit = bsfq(pc->pc_map[field]);
3104                                 break;
3105                         }
3106                 }
3107                 if (field < _NPCM) {
3108                         pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
3109                         pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
3110                         /* If this was the last item, move it to tail */
3111                         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 &&
3112                             pc->pc_map[2] == 0) {
3113                                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3114                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc,
3115                                     pc_list);
3116                         }
3117                         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
3118                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, 1));
3119                         return (pv);
3120                 }
3121         }
3122         /* No free items, allocate another chunk */
3123         m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
3124             VM_ALLOC_WIRED);
3125         if (m == NULL) {
3126                 if (lockp == NULL) {
3127                         PV_STAT(pc_chunk_tryfail++);
3128                         return (NULL);
3129                 }
3130                 m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
3131                 if (m == NULL)
3132                         goto retry;
3133         }
3134         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
3135         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
3136         dump_add_page(m->phys_addr);
3137         pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
3138         pc->pc_pmap = pmap;
3139         pc->pc_map[0] = PC_FREE0 & ~1ul;        /* preallocated bit 0 */
3140         pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
3141         pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
3142         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
3143         TAILQ_INSERT_TAIL(&pv_chunks, pc, pc_lru);
3144         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
3145         pv = &pc->pc_pventry[0];
3146         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3147         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
3148         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV - 1));
3149         return (pv);
3150 }
3151
3152 /*
3153  * Returns the number of one bits within the given PV chunk map.
3154  *
3155  * The erratas for Intel processors state that "POPCNT Instruction May
3156  * Take Longer to Execute Than Expected".  It is believed that the
3157  * issue is the spurious dependency on the destination register.
3158  * Provide a hint to the register rename logic that the destination
3159  * value is overwritten, by clearing it, as suggested in the
3160  * optimization manual.  It should be cheap for unaffected processors
3161  * as well.
3162  *
3163  * Reference numbers for erratas are
3164  * 4th Gen Core: HSD146
3165  * 5th Gen Core: BDM85
3166  * 6th Gen Core: SKL029
3167  */
3168 static int
3169 popcnt_pc_map_pq(uint64_t *map)
3170 {
3171         u_long result, tmp;
3172
3173         __asm __volatile("xorl %k0,%k0;popcntq %2,%0;"
3174             "xorl %k1,%k1;popcntq %3,%1;addl %k1,%k0;"
3175             "xorl %k1,%k1;popcntq %4,%1;addl %k1,%k0"
3176             : "=&r" (result), "=&r" (tmp)
3177             : "m" (map[0]), "m" (map[1]), "m" (map[2]));
3178         return (result);
3179 }
3180
3181 /*
3182  * Ensure that the number of spare PV entries in the specified pmap meets or
3183  * exceeds the given count, "needed".
3184  *
3185  * The given PV list lock may be released.
3186  */
3187 static void
3188 reserve_pv_entries(pmap_t pmap, int needed, struct rwlock **lockp)
3189 {
3190         struct pch new_tail;
3191         struct pv_chunk *pc;
3192         int avail, free;
3193         vm_page_t m;
3194
3195         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3196         KASSERT(lockp != NULL, ("reserve_pv_entries: lockp is NULL"));
3197
3198         /*
3199          * Newly allocated PV chunks must be stored in a private list until
3200          * the required number of PV chunks have been allocated.  Otherwise,
3201          * reclaim_pv_chunk() could recycle one of these chunks.  In
3202          * contrast, these chunks must be added to the pmap upon allocation.
3203          */
3204         TAILQ_INIT(&new_tail);
3205 retry:
3206         avail = 0;
3207         TAILQ_FOREACH(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list) {
3208 #ifndef __POPCNT__
3209                 if ((cpu_feature2 & CPUID2_POPCNT) == 0)
3210                         bit_count((bitstr_t *)pc->pc_map, 0,
3211                             sizeof(pc->pc_map) * NBBY, &free);
3212                 else
3213 #endif
3214                 free = popcnt_pc_map_pq(pc->pc_map);
3215                 if (free == 0)
3216                         break;
3217                 avail += free;
3218                 if (avail >= needed)
3219                         break;
3220         }
3221         for (; avail < needed; avail += _NPCPV) {
3222                 m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
3223                     VM_ALLOC_WIRED);
3224                 if (m == NULL) {
3225                         m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
3226                         if (m == NULL)
3227                                 goto retry;
3228                 }
3229                 PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
3230                 PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
3231                 dump_add_page(m->phys_addr);
3232                 pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
3233                 pc->pc_pmap = pmap;
3234                 pc->pc_map[0] = PC_FREE0;
3235                 pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
3236                 pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
3237                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3238                 TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail, pc, pc_lru);
3239                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
3240         }
3241         if (!TAILQ_EMPTY(&new_tail)) {
3242                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
3243                 TAILQ_CONCAT(&pv_chunks, &new_tail, pc_lru);
3244                 mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
3245         }
3246 }
3247
3248 /*
3249  * First find and then remove the pv entry for the specified pmap and virtual
3250  * address from the specified pv list.  Returns the pv entry if found and NULL
3251  * otherwise.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or
3252  * 2MB page mappings.
3253  */
3254 static __inline pv_entry_t
3255 pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3256 {
3257         pv_entry_t pv;
3258
3259         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
3260                 if (pmap == PV_PMAP(pv) && va == pv->pv_va) {
3261                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
3262                         pvh->pv_gen++;
3263                         break;
3264                 }
3265         }
3266         return (pv);
3267 }
3268
3269 /*
3270  * After demotion from a 2MB page mapping to 512 4KB page mappings,
3271  * destroy the pv entry for the 2MB page mapping and reinstantiate the pv
3272  * entries for each of the 4KB page mappings.
3273  */
3274 static void
3275 pmap_pv_demote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
3276     struct rwlock **lockp)
3277 {
3278         struct md_page *pvh;
3279         struct pv_chunk *pc;
3280         pv_entry_t pv;
3281         vm_offset_t va_last;
3282         vm_page_t m;
3283         int bit, field;
3284
3285         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3286         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
3287             ("pmap_pv_demote_pde: pa is not 2mpage aligned"));
3288         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
3289
3290         /*
3291          * Transfer the 2mpage's pv entry for this mapping to the first
3292          * page's pv list.  Once this transfer begins, the pv list lock
3293          * must not be released until the last pv entry is reinstantiated.
3294          */
3295         pvh = pa_to_pvh(pa);
3296         va = trunc_2mpage(va);
3297         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
3298         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_demote_pde: pv not found"));
3299         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
3300         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3301         m->md.pv_gen++;
3302         /* Instantiate the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
3303         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, NPTEPG - 1));
3304         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
3305         for (;;) {
3306                 pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
3307                 KASSERT(pc->pc_map[0] != 0 || pc->pc_map[1] != 0 ||
3308                     pc->pc_map[2] != 0, ("pmap_pv_demote_pde: missing spare"));
3309                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
3310                         while (pc->pc_map[field]) {
3311                                 bit = bsfq(pc->pc_map[field]);
3312                                 pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
3313                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
3314                                 va += PAGE_SIZE;
3315                                 pv->pv_va = va;
3316                                 m++;
3317                                 KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
3318                             ("pmap_pv_demote_pde: page %p is not managed", m));
3319                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3320                                 m->md.pv_gen++;
3321                                 if (va == va_last)
3322                                         goto out;
3323                         }
3324                 }
3325                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3326                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3327         }
3328 out:
3329         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 && pc->pc_map[2] == 0) {
3330                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3331                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3332         }
3333         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, NPTEPG - 1));
3334         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, NPTEPG - 1));
3335 }
3336
3337 /*
3338  * After promotion from 512 4KB page mappings to a single 2MB page mapping,
3339  * replace the many pv entries for the 4KB page mappings by a single pv entry
3340  * for the 2MB page mapping.
3341  */
3342 static void
3343 pmap_pv_promote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
3344     struct rwlock **lockp)
3345 {
3346         struct md_page *pvh;
3347         pv_entry_t pv;
3348         vm_offset_t va_last;
3349         vm_page_t m;
3350
3351         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
3352             ("pmap_pv_promote_pde: pa is not 2mpage aligned"));
3353         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
3354
3355         /*
3356          * Transfer the first page's pv entry for this mapping to the 2mpage's
3357          * pv list.  Aside from avoiding the cost of a call to get_pv_entry(),
3358          * a transfer avoids the possibility that get_pv_entry() calls
3359          * reclaim_pv_chunk() and that reclaim_pv_chunk() removes one of the
3360          * mappings that is being promoted.
3361          */
3362         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
3363         va = trunc_2mpage(va);
3364         pv = pmap_pvh_remove(&m->md, pmap, va);
3365         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_promote_pde: pv not found"));
3366         pvh = pa_to_pvh(pa);
3367         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
3368         pvh->pv_gen++;
3369         /* Free the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
3370         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
3371         do {
3372                 m++;
3373                 va += PAGE_SIZE;
3374                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
3375         } while (va < va_last);
3376 }
3377
3378 /*
3379  * First find and then destroy the pv entry for the specified pmap and virtual
3380  * address.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or 2MB
3381  * page mappings.
3382  */
3383 static void
3384 pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3385 {
3386         pv_entry_t pv;
3387
3388         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
3389         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pvh_free: pv not found"));
3390         free_pv_entry(pmap, pv);
3391 }
3392
3393 /*
3394  * Conditionally create the PV entry for a 4KB page mapping if the required
3395  * memory can be allocated without resorting to reclamation.
3396  */
3397 static boolean_t
3398 pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
3399     struct rwlock **lockp)
3400 {
3401         pv_entry_t pv;
3402
3403         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3404         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
3405         if ((pv = get_pv_entry(pmap, NULL)) != NULL) {
3406                 pv->pv_va = va;
3407                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
3408                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3409                 m->md.pv_gen++;
3410                 return (TRUE);
3411         } else
3412                 return (FALSE);
3413 }
3414
3415 /*
3416  * Create the PV entry for a 2MB page mapping.  Always returns true unless the
3417  * flag PMAP_ENTER_NORECLAIM is specified.  If that flag is specified, returns
3418  * false if the PV entry cannot be allocated without resorting to reclamation.
3419  */
3420 static bool
3421 pmap_pv_insert_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde, u_int flags,
3422     struct rwlock **lockp)
3423 {
3424         struct md_page *pvh;
3425         pv_entry_t pv;
3426         vm_paddr_t pa;
3427
3428         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3429         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
3430         if ((pv = get_pv_entry(pmap, (flags & PMAP_ENTER_NORECLAIM) != 0 ?
3431             NULL : lockp)) == NULL)
3432                 return (false);
3433         pv->pv_va = va;
3434         pa = pde & PG_PS_FRAME;
3435         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
3436         pvh = pa_to_pvh(pa);
3437         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
3438         pvh->pv_gen++;
3439         return (true);
3440 }
3441
3442 /*
3443  * Fills a page table page with mappings to consecutive physical pages.
3444  */
3445 static void
3446 pmap_fill_ptp(pt_entry_t *firstpte, pt_entry_t newpte)
3447 {
3448         pt_entry_t *pte;
3449
3450         for (pte = firstpte; pte < firstpte + NPTEPG; pte++) {
3451                 *pte = newpte;
3452                 newpte += PAGE_SIZE;
3453         }
3454 }
3455
3456 /*
3457  * Tries to demote a 2MB page mapping.  If demotion fails, the 2MB page
3458  * mapping is invalidated.
3459  */
3460 static boolean_t
3461 pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
3462 {
3463         struct rwlock *lock;
3464         boolean_t rv;
3465
3466         lock = NULL;
3467         rv = pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
3468         if (lock != NULL)
3469                 rw_wunlock(lock);
3470         return (rv);
3471 }
3472
3473 static boolean_t
3474 pmap_demote_pde_locked(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
3475     struct rwlock **lockp)
3476 {
3477         pd_entry_t newpde, oldpde;
3478         pt_entry_t *firstpte, newpte;
3479         pt_entry_t PG_A, PG_G, PG_M, PG_RW, PG_V;
3480         vm_paddr_t mptepa;
3481         vm_page_t mpte;
3482         struct spglist free;
3483         vm_offset_t sva;
3484         int PG_PTE_CACHE;
3485
3486         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
3487         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
3488         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
3489         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
3490         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3491         PG_PTE_CACHE = pmap_cache_mask(pmap, 0);
3492
3493         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3494         oldpde = *pde;
3495         KASSERT((oldpde & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V),
3496             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_PS and/or PG_V"));
3497         if ((oldpde & PG_A) == 0 || (mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, va)) ==
3498             NULL) {
3499                 KASSERT((oldpde & PG_W) == 0,
3500                     ("pmap_demote_pde: page table page for a wired mapping"
3501                     " is missing"));
3502
3503                 /*
3504                  * Invalidate the 2MB page mapping and return "failure" if the
3505                  * mapping was never accessed or the allocation of the new
3506                  * page table page fails.  If the 2MB page mapping belongs to
3507                  * the direct map region of the kernel's address space, then
3508                  * the page allocation request specifies the highest possible
3509                  * priority (VM_ALLOC_INTERRUPT).  Otherwise, the priority is
3510                  * normal.  Page table pages are preallocated for every other
3511                  * part of the kernel address space, so the direct map region
3512                  * is the only part of the kernel address space that must be
3513                  * handled here.
3514                  */
3515                 if ((oldpde & PG_A) == 0 || (mpte = vm_page_alloc(NULL,
3516                     pmap_pde_pindex(va), (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va <
3517                     DMAP_MAX_ADDRESS ? VM_ALLOC_INTERRUPT : VM_ALLOC_NORMAL) |
3518                     VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED)) == NULL) {
3519                         SLIST_INIT(&free);
3520                         sva = trunc_2mpage(va);
3521                         pmap_remove_pde(pmap, pde, sva, &free, lockp);
3522                         if ((oldpde & PG_G) == 0)
3523                                 pmap_invalidate_pde_page(pmap, sva, oldpde);
3524                         pmap_free_zero_pages(&free);
3525                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: failure for va %#lx"
3526                             " in pmap %p", va, pmap);
3527                         return (FALSE);
3528                 }
3529                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
3530                         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
3531         }
3532         mptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpte);
3533         firstpte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mptepa);
3534         newpde = mptepa | PG_M | PG_A | (oldpde & PG_U) | PG_RW | PG_V;
3535         KASSERT((oldpde & PG_A) != 0,
3536             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_A"));
3537         KASSERT((oldpde & (PG_M | PG_RW)) != PG_RW,
3538             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_M"));
3539         newpte = oldpde & ~PG_PS;
3540         newpte = pmap_swap_pat(pmap, newpte);
3541
3542         /*
3543          * If the page table page is new, initialize it.
3544          */
3545         if (mpte->wire_count == 1) {
3546                 mpte->wire_count = NPTEPG;
3547                 pmap_fill_ptp(firstpte, newpte);
3548         }
3549         KASSERT((*firstpte & PG_FRAME) == (newpte & PG_FRAME),
3550             ("pmap_demote_pde: firstpte and newpte map different physical"
3551             " addresses"));
3552
3553         /*
3554          * If the mapping has changed attributes, update the page table
3555          * entries.
3556          */
3557         if ((*firstpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpte & PG_PTE_PROMOTE))
3558                 pmap_fill_ptp(firstpte, newpte);
3559
3560         /*
3561          * The spare PV entries must be reserved prior to demoting the
3562          * mapping, that is, prior to changing the PDE.  Otherwise, the state
3563          * of the PDE and the PV lists will be inconsistent, which can result
3564          * in reclaim_pv_chunk() attempting to remove a PV entry from the
3565          * wrong PV list and pmap_pv_demote_pde() failing to find the expected
3566          * PV entry for the 2MB page mapping that is being demoted.
3567          */
3568         if ((oldpde & PG_MANAGED) != 0)
3569                 reserve_pv_entries(pmap, NPTEPG - 1, lockp);
3570
3571         /*
3572          * Demote the mapping.  This pmap is locked.  The old PDE has
3573          * PG_A set.  If the old PDE has PG_RW set, it also has PG_M
3574          * set.  Thus, there is no danger of a race with another
3575          * processor changing the setting of PG_A and/or PG_M between
3576          * the read above and the store below. 
3577          */
3578         if (workaround_erratum383)
3579                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, newpde);
3580         else
3581                 pde_store(pde, newpde);
3582
3583         /*
3584          * Invalidate a stale recursive mapping of the page table page.
3585          */
3586         if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
3587                 pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopte(va));
3588
3589         /*
3590          * Demote the PV entry.
3591          */
3592         if ((oldpde & PG_MANAGED) != 0)
3593                 pmap_pv_demote_pde(pmap, va, oldpde & PG_PS_FRAME, lockp);
3594
3595         atomic_add_long(&pmap_pde_demotions, 1);
3596         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: success for va %#lx"
3597             " in pmap %p", va, pmap);
3598         return (TRUE);
3599 }
3600
3601 /*
3602  * pmap_remove_kernel_pde: Remove a kernel superpage mapping.
3603  */
3604 static void
3605 pmap_remove_kernel_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
3606 {
3607         pd_entry_t newpde;
3608         vm_paddr_t mptepa;
3609         vm_page_t mpte;
3610
3611         KASSERT(pmap == kernel_pmap, ("pmap %p is not kernel_pmap", pmap));
3612         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3613         mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, va);
3614         if (mpte == NULL)
3615                 panic("pmap_remove_kernel_pde: Missing pt page.");
3616
3617         mptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpte);
3618         newpde = mptepa | X86_PG_M | X86_PG_A | X86_PG_RW | X86_PG_V;
3619
3620         /*
3621          * Initialize the page table page.
3622          */
3623         pagezero((void *)PHYS_TO_DMAP(mptepa));
3624
3625         /*
3626          * Demote the mapping.
3627          */
3628         if (workaround_erratum383)
3629                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, newpde);
3630         else
3631                 pde_store(pde, newpde);
3632
3633         /*
3634          * Invalidate a stale recursive mapping of the page table page.
3635          */
3636         pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopte(va));
3637 }
3638
3639 /*
3640  * pmap_remove_pde: do the things to unmap a superpage in a process
3641  */
3642 static int
3643 pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
3644     struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
3645 {
3646         struct md_page *pvh;
3647         pd_entry_t oldpde;
3648         vm_offset_t eva, va;
3649         vm_page_t m, mpte;
3650         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW;
3651
3652         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
3653         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
3654         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
3655         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
3656
3657         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3658         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
3659             ("pmap_remove_pde: sva is not 2mpage aligned"));
3660         oldpde = pte_load_clear(pdq);
3661         if (oldpde & PG_W)
3662                 pmap->pm_stats.wired_count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
3663         if ((oldpde & PG_G) != 0)
3664                 pmap_invalidate_pde_page(kernel_pmap, sva, oldpde);
3665         pmap_resident_count_dec(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
3666         if (oldpde & PG_MANAGED) {
3667                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, oldpde & PG_PS_FRAME);
3668                 pvh = pa_to_pvh(oldpde & PG_PS_FRAME);
3669                 pmap_pvh_free(pvh, pmap, sva);
3670                 eva = sva + NBPDR;
3671                 for (va = sva, m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
3672                     va < eva; va += PAGE_SIZE, m++) {
3673                         if ((oldpde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
3674                                 vm_page_dirty(m);
3675                         if (oldpde & PG_A)
3676                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
3677                         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
3678                             TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
3679                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
3680                         pmap_delayed_invl_page(m);
3681                 }
3682         }
3683         if (pmap == kernel_pmap) {
3684                 pmap_remove_kernel_pde(pmap, pdq, sva);
3685         } else {
3686                 mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, sva);
3687                 if (mpte != NULL) {
3688                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3689                         KASSERT(mpte->wire_count == NPTEPG,
3690                             ("pmap_remove_pde: pte page wire count error"));
3691                         mpte->wire_count = 0;
3692                         pmap_add_delayed_free_list(mpte, free, FALSE);
3693                 }
3694         }
3695         return (pmap_unuse_pt(pmap, sva, *pmap_pdpe(pmap, sva), free));
3696 }
3697
3698 /*
3699  * pmap_remove_pte: do the things to unmap a page in a process
3700  */
3701 static int
3702 pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t va, 
3703     pd_entry_t ptepde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
3704 {
3705         struct md_page *pvh;
3706         pt_entry_t oldpte, PG_A, PG_M, PG_RW;
3707         vm_page_t m;
3708
3709         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
3710         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
3711         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
3712
3713         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3714         oldpte = pte_load_clear(ptq);
3715         if (oldpte & PG_W)
3716                 pmap->pm_stats.wired_count -= 1;
3717         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3718         if (oldpte & PG_MANAGED) {
3719                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpte & PG_FRAME);
3720                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
3721                         vm_page_dirty(m);
3722                 if (oldpte & PG_A)
3723                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
3724                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
3725                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
3726                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
3727                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
3728                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3729                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
3730                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
3731                 }
3732                 pmap_delayed_invl_page(m);
3733         }
3734         return (pmap_unuse_pt(pmap, va, ptepde, free));
3735 }
3736
3737 /*
3738  * Remove a single page from a process address space
3739  */
3740 static void
3741 pmap_remove_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
3742     struct spglist *free)
3743 {
3744         struct rwlock *lock;
3745         pt_entry_t *pte, PG_V;
3746
3747         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3748         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3749         if ((*pde & PG_V) == 0)
3750                 return;
3751         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
3752         if ((*pte & PG_V) == 0)
3753                 return;
3754         lock = NULL;
3755         pmap_remove_pte(pmap, pte, va, *pde, free, &lock);
3756         if (lock != NULL)
3757                 rw_wunlock(lock);
3758         pmap_invalidate_page(pmap, va);
3759 }
3760
3761 /*
3762  * Removes the specified range of addresses from the page table page.
3763  */
3764 static bool
3765 pmap_remove_ptes(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
3766     pd_entry_t *pde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
3767 {
3768         pt_entry_t PG_G, *pte;
3769         vm_offset_t va;
3770         bool anyvalid;
3771
3772         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3773         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
3774         anyvalid = false;
3775         va = eva;
3776         for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != eva; pte++,
3777             sva += PAGE_SIZE) {
3778                 if (*pte == 0) {
3779                         if (va != eva) {
3780                                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
3781                                 va = eva;
3782                         }
3783                         continue;
3784                 }
3785                 if ((*pte & PG_G) == 0)
3786                         anyvalid = true;
3787                 else if (va == eva)
3788                         va = sva;
3789                 if (pmap_remove_pte(pmap, pte, sva, *pde, free, lockp)) {
3790                         sva += PAGE_SIZE;
3791                         break;
3792                 }
3793         }
3794         if (va != eva)
3795                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
3796         return (anyvalid);
3797 }
3798
3799 /*
3800  *      Remove the given range of addresses from the specified map.
3801  *
3802  *      It is assumed that the start and end are properly
3803  *      rounded to the page size.
3804  */
3805 void
3806 pmap_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3807 {
3808         struct rwlock *lock;
3809         vm_offset_t va_next;
3810         pml4_entry_t *pml4e;
3811         pdp_entry_t *pdpe;
3812         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
3813         pt_entry_t PG_G, PG_V;
3814         struct spglist free;
3815         int anyvalid;
3816
3817         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
3818         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3819
3820         /*
3821          * Perform an unsynchronized read.  This is, however, safe.
3822          */
3823         if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
3824                 return;
3825
3826         anyvalid = 0;
3827         SLIST_INIT(&free);
3828
3829         pmap_delayed_invl_started();
3830         PMAP_LOCK(pmap);
3831
3832         /*
3833          * special handling of removing one page.  a very
3834          * common operation and easy to short circuit some
3835          * code.
3836          */
3837         if (sva + PAGE_SIZE == eva) {
3838                 pde = pmap_pde(pmap, sva);
3839                 if (pde && (*pde & PG_PS) == 0) {
3840                         pmap_remove_page(pmap, sva, pde, &free);
3841                         goto out;
3842                 }
3843         }
3844
3845         lock = NULL;
3846         for (; sva < eva; sva = va_next) {
3847
3848                 if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
3849                         break;
3850
3851                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
3852                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
3853                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
3854                         if (va_next < sva)
3855                                 va_next = eva;
3856                         continue;
3857                 }
3858
3859                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
3860                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
3861                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
3862                         if (va_next < sva)
3863                                 va_next = eva;
3864                         continue;
3865                 }
3866
3867                 /*
3868                  * Calculate index for next page table.
3869                  */
3870                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
3871                 if (va_next < sva)
3872                         va_next = eva;
3873
3874                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
3875                 ptpaddr = *pde;
3876
3877                 /*
3878                  * Weed out invalid mappings.
3879                  */
3880                 if (ptpaddr == 0)
3881                         continue;
3882
3883                 /*
3884                  * Check for large page.
3885                  */
3886                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
3887                         /*
3888                          * Are we removing the entire large page?  If not,
3889                          * demote the mapping and fall through.
3890                          */
3891                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
3892                                 /*
3893                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
3894                                  * invalidated by pmap_remove_pde().
3895                                  */
3896                                 if ((ptpaddr & PG_G) == 0)
3897                                         anyvalid = 1;
3898                                 pmap_remove_pde(pmap, pde, sva, &free, &lock);
3899                                 continue;
3900                         } else if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, sva,
3901                             &lock)) {
3902                                 /* The large page mapping was destroyed. */
3903                                 continue;
3904                         } else
3905                                 ptpaddr = *pde;
3906                 }
3907
3908                 /*
3909                  * Limit our scan to either the end of the va represented
3910                  * by the current page table page, or to the end of the
3911                  * range being removed.
3912                  */
3913                 if (va_next > eva)
3914                         va_next = eva;
3915
3916                 if (pmap_remove_ptes(pmap, sva, va_next, pde, &free, &lock))
3917                         anyvalid = 1;
3918         }
3919         if (lock != NULL)
3920                 rw_wunlock(lock);
3921 out:
3922         if (anyvalid)
3923                 pmap_invalidate_all(pmap);
3924         PMAP_UNLOCK(pmap);
3925         pmap_delayed_invl_finished();
3926         pmap_free_zero_pages(&free);
3927 }
3928
3929 /*
3930  *      Routine:        pmap_remove_all
3931  *      Function:
3932  *              Removes this physical page from
3933  *              all physical maps in which it resides.
3934  *              Reflects back modify bits to the pager.
3935  *
3936  *      Notes:
3937  *              Original versions of this routine were very
3938  *              inefficient because they iteratively called
3939  *              pmap_remove (slow...)
3940  */
3941
3942 void
3943 pmap_remove_all(vm_page_t m)
3944 {
3945         struct md_page *pvh;
3946         pv_entry_t pv;
3947         pmap_t pmap;
3948         struct rwlock *lock;
3949         pt_entry_t *pte, tpte, PG_A, PG_M, PG_RW;
3950         pd_entry_t *pde;
3951         vm_offset_t va;
3952         struct spglist free;
3953         int pvh_gen, md_gen;
3954
3955         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
3956             ("pmap_remove_all: page %p is not managed", m));
3957         SLIST_INIT(&free);
3958         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
3959         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
3960             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3961 retry:
3962         rw_wlock(lock);
3963         while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != NULL) {
3964                 pmap = PV_PMAP(pv);
3965                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
3966                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
3967                         rw_wunlock(lock);
3968                         PMAP_LOCK(pmap);
3969                         rw_wlock(lock);
3970                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
3971                                 rw_wunlock(lock);
3972                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3973                                 goto retry;
3974                         }
3975                 }
3976                 va = pv->pv_va;
3977                 pde = pmap_pde(pmap, va);
3978                 (void)pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
3979                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3980         }
3981         while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
3982                 pmap = PV_PMAP(pv);
3983                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
3984                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
3985                         md_gen = m->md.pv_gen;
3986                         rw_wunlock(lock);
3987                         PMAP_LOCK(pmap);
3988                         rw_wlock(lock);
3989                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
3990                                 rw_wunlock(lock);
3991                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3992                                 goto retry;
3993                         }
3994                 }
3995                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
3996                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
3997                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
3998                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3999                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
4000                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_remove_all: found"
4001                     " a 2mpage in page %p's pv list", m));
4002                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
4003                 tpte = pte_load_clear(pte);
4004                 if (tpte & PG_W)
4005                         pmap->pm_stats.wired_count--;
4006                 if (tpte & PG_A)
4007                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
4008
4009                 /*
4010                  * Update the vm_page_t clean and reference bits.
4011                  */
4012                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
4013                         vm_page_dirty(m);
4014                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, *pde, &free);
4015                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
4016                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4017                 m->md.pv_gen++;
4018                 free_pv_entry(pmap, pv);
4019                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4020         }
4021         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
4022         rw_wunlock(lock);
4023         pmap_delayed_invl_wait(m);
4024         pmap_free_zero_pages(&free);
4025 }
4026
4027 /*
4028  * pmap_protect_pde: do the things to protect a 2mpage in a process
4029  */
4030 static boolean_t
4031 pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva, vm_prot_t prot)
4032 {
4033         pd_entry_t newpde, oldpde;
4034         vm_offset_t eva, va;
4035         vm_page_t m;
4036         boolean_t anychanged;
4037         pt_entry_t PG_G, PG_M, PG_RW;
4038
4039         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
4040         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4041         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4042
4043         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4044         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
4045             ("pmap_protect_pde: sva is not 2mpage aligned"));
4046         anychanged = FALSE;
4047 retry:
4048         oldpde = newpde = *pde;
4049         if ((oldpde & (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) ==
4050             (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) {
4051                 eva = sva + NBPDR;
4052                 for (va = sva, m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
4053                     va < eva; va += PAGE_SIZE, m++)
4054                         vm_page_dirty(m);
4055         }
4056         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0)
4057                 newpde &= ~(PG_RW | PG_M);
4058         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
4059                 newpde |= pg_nx;
4060         if (newpde != oldpde) {
4061                 /*
4062                  * As an optimization to future operations on this PDE, clear
4063                  * PG_PROMOTED.  The impending invalidation will remove any
4064                  * lingering 4KB page mappings from the TLB.
4065                  */
4066                 if (!atomic_cmpset_long(pde, oldpde, newpde & ~PG_PROMOTED))
4067                         goto retry;
4068                 if ((oldpde & PG_G) != 0)
4069                         pmap_invalidate_pde_page(kernel_pmap, sva, oldpde);
4070                 else
4071                         anychanged = TRUE;
4072         }
4073         return (anychanged);
4074 }
4075
4076 /*
4077  *      Set the physical protection on the
4078  *      specified range of this map as requested.
4079  */
4080 void
4081 pmap_protect(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, vm_prot_t prot)
4082 {
4083         vm_offset_t va_next;
4084         pml4_entry_t *pml4e;
4085         pdp_entry_t *pdpe;
4086         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
4087         pt_entry_t *pte, PG_G, PG_M, PG_RW, PG_V;
4088         boolean_t anychanged;
4089
4090         KASSERT((prot & ~VM_PROT_ALL) == 0, ("invalid prot %x", prot));
4091         if (prot == VM_PROT_NONE) {
4092                 pmap_remove(pmap, sva, eva);
4093                 return;
4094         }
4095
4096         if ((prot & (VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE)) ==
4097             (VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE))
4098                 return;
4099
4100         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
4101         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4102         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4103         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4104         anychanged = FALSE;
4105
4106         /*
4107          * Although this function delays and batches the invalidation
4108          * of stale TLB entries, it does not need to call
4109          * pmap_delayed_invl_started() and
4110          * pmap_delayed_invl_finished(), because it does not
4111          * ordinarily destroy mappings.  Stale TLB entries from
4112          * protection-only changes need only be invalidated before the
4113          * pmap lock is released, because protection-only changes do
4114          * not destroy PV entries.  Even operations that iterate over
4115          * a physical page's PV list of mappings, like
4116          * pmap_remove_write(), acquire the pmap lock for each
4117          * mapping.  Consequently, for protection-only changes, the
4118          * pmap lock suffices to synchronize both page table and TLB
4119          * updates.
4120          *
4121          * This function only destroys a mapping if pmap_demote_pde()
4122          * fails.  In that case, stale TLB entries are immediately
4123          * invalidated.
4124          */
4125         
4126         PMAP_LOCK(pmap);
4127         for (; sva < eva; sva = va_next) {
4128
4129                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
4130                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
4131                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
4132                         if (va_next < sva)
4133                                 va_next = eva;
4134                         continue;
4135                 }
4136
4137                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
4138                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
4139                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
4140                         if (va_next < sva)
4141                                 va_next = eva;
4142                         continue;
4143                 }
4144
4145                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
4146                 if (va_next < sva)
4147                         va_next = eva;
4148
4149                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
4150                 ptpaddr = *pde;
4151
4152                 /*
4153                  * Weed out invalid mappings.
4154                  */
4155                 if (ptpaddr == 0)
4156                         continue;
4157
4158                 /*
4159                  * Check for large page.
4160                  */
4161                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
4162                         /*
4163                          * Are we protecting the entire large page?  If not,
4164                          * demote the mapping and fall through.
4165                          */
4166                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
4167                                 /*
4168                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
4169                                  * invalidated by pmap_protect_pde().
4170                                  */
4171                                 if (pmap_protect_pde(pmap, pde, sva, prot))
4172                                         anychanged = TRUE;
4173                                 continue;
4174                         } else if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, sva)) {
4175                                 /*
4176                                  * The large page mapping was destroyed.
4177                                  */
4178                                 continue;
4179                         }
4180                 }
4181
4182                 if (va_next > eva)
4183                         va_next = eva;
4184
4185                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
4186                     sva += PAGE_SIZE) {
4187                         pt_entry_t obits, pbits;
4188                         vm_page_t m;
4189
4190 retry:
4191                         obits = pbits = *pte;
4192                         if ((pbits & PG_V) == 0)
4193                                 continue;
4194
4195                         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
4196                                 if ((pbits & (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) ==
4197                                     (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) {
4198                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pbits & PG_FRAME);
4199                                         vm_page_dirty(m);
4200                                 }
4201                                 pbits &= ~(PG_RW | PG_M);
4202                         }
4203                         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
4204                                 pbits |= pg_nx;
4205
4206                         if (pbits != obits) {
4207                                 if (!atomic_cmpset_long(pte, obits, pbits))
4208                                         goto retry;
4209                                 if (obits & PG_G)
4210                                         pmap_invalidate_page(pmap, sva);
4211                                 else
4212                                         anychanged = TRUE;
4213                         }
4214                 }
4215         }
4216         if (anychanged)
4217                 pmap_invalidate_all(pmap);
4218         PMAP_UNLOCK(pmap);
4219 }
4220
4221 /*
4222  * Tries to promote the 512, contiguous 4KB page mappings that are within a
4223  * single page table page (PTP) to a single 2MB page mapping.  For promotion
4224  * to occur, two conditions must be met: (1) the 4KB page mappings must map
4225  * aligned, contiguous physical memory and (2) the 4KB page mappings must have
4226  * identical characteristics. 
4227  */
4228 static void
4229 pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
4230     struct rwlock **lockp)
4231 {
4232         pd_entry_t newpde;
4233         pt_entry_t *firstpte, oldpte, pa, *pte;
4234         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
4235         vm_page_t mpte;
4236         int PG_PTE_CACHE;
4237
4238         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
4239         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
4240         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4241         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4242         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4243         PG_PTE_CACHE = pmap_cache_mask(pmap, 0);
4244
4245         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4246
4247         /*
4248          * Examine the first PTE in the specified PTP.  Abort if this PTE is
4249          * either invalid, unused, or does not map the first 4KB physical page
4250          * within a 2MB page. 
4251          */
4252         firstpte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pde & PG_FRAME);
4253 setpde:
4254         newpde = *firstpte;
4255         if ((newpde & ((PG_FRAME & PDRMASK) | PG_A | PG_V)) != (PG_A | PG_V)) {
4256                 atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
4257                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
4258                     " in pmap %p", va, pmap);
4259                 return;
4260         }
4261         if ((newpde & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
4262                 /*
4263                  * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared without
4264                  * a TLB invalidation.
4265                  */
4266                 if (!atomic_cmpset_long(firstpte, newpde, newpde & ~PG_RW))
4267                         goto setpde;
4268                 newpde &= ~PG_RW;
4269         }
4270
4271         /*
4272          * Examine each of the other PTEs in the specified PTP.  Abort if this
4273          * PTE maps an unexpected 4KB physical page or does not have identical
4274          * characteristics to the first PTE.
4275          */
4276         pa = (newpde & (PG_PS_FRAME | PG_A | PG_V)) + NBPDR - PAGE_SIZE;
4277         for (pte = firstpte + NPTEPG - 1; pte > firstpte; pte--) {
4278 setpte:
4279                 oldpte = *pte;
4280                 if ((oldpte & (PG_FRAME | PG_A | PG_V)) != pa) {
4281                         atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
4282                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
4283                             " in pmap %p", va, pmap);
4284                         return;
4285                 }
4286                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
4287                         /*
4288                          * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared
4289                          * without a TLB invalidation.
4290                          */
4291                         if (!atomic_cmpset_long(pte, oldpte, oldpte & ~PG_RW))
4292                                 goto setpte;
4293                         oldpte &= ~PG_RW;
4294                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: protect for va %#lx"
4295                             " in pmap %p", (oldpte & PG_FRAME & PDRMASK) |
4296                             (va & ~PDRMASK), pmap);
4297                 }
4298                 if ((oldpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpde & PG_PTE_PROMOTE)) {
4299                         atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
4300                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
4301                             " in pmap %p", va, pmap);
4302                         return;
4303                 }
4304                 pa -= PAGE_SIZE;
4305         }
4306
4307         /*
4308          * Save the page table page in its current state until the PDE
4309          * mapping the superpage is demoted by pmap_demote_pde() or
4310          * destroyed by pmap_remove_pde(). 
4311          */
4312         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
4313         KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
4314             mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
4315             ("pmap_promote_pde: page table page is out of range"));
4316         KASSERT(mpte->pindex == pmap_pde_pindex(va),
4317             ("pmap_promote_pde: page table page's pindex is wrong"));
4318         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mpte)) {
4319                 atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
4320                 CTR2(KTR_PMAP,
4321                     "pmap_promote_pde: failure for va %#lx in pmap %p", va,
4322                     pmap);
4323                 return;
4324         }
4325
4326         /*
4327          * Promote the pv entries.
4328          */
4329         if ((newpde & PG_MANAGED) != 0)
4330                 pmap_pv_promote_pde(pmap, va, newpde & PG_PS_FRAME, lockp);
4331
4332         /*
4333          * Propagate the PAT index to its proper position.
4334          */
4335         newpde = pmap_swap_pat(pmap, newpde);
4336
4337         /*
4338          * Map the superpage.
4339          */
4340         if (workaround_erratum383)
4341                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, PG_PS | newpde);
4342         else
4343                 pde_store(pde, PG_PROMOTED | PG_PS | newpde);
4344
4345         atomic_add_long(&pmap_pde_promotions, 1);
4346         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: success for va %#lx"
4347             " in pmap %p", va, pmap);
4348 }
4349
4350 /*
4351  *      Insert the given physical page (p) at
4352  *      the specified virtual address (v) in the
4353  *      target physical map with the protection requested.
4354  *
4355  *      If specified, the page will be wired down, meaning
4356  *      that the related pte can not be reclaimed.
4357  *
4358  *      NB:  This is the only routine which MAY NOT lazy-evaluate
4359  *      or lose information.  That is, this routine must actually
4360  *      insert this page into the given map NOW.
4361  *
4362  *      When destroying both a page table and PV entry, this function
4363  *      performs the TLB invalidation before releasing the PV list
4364  *      lock, so we do not need pmap_delayed_invl_page() calls here.
4365  */
4366 int
4367 pmap_enter(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
4368     u_int flags, int8_t psind)
4369 {
4370         struct rwlock *lock;
4371         pd_entry_t *pde;
4372         pt_entry_t *pte, PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
4373         pt_entry_t newpte, origpte;
4374         pv_entry_t pv;
4375         vm_paddr_t opa, pa;
4376         vm_page_t mpte, om;
4377         int rv;
4378         boolean_t nosleep;
4379
4380         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
4381         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
4382         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4383         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4384         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4385
4386         va = trunc_page(va);
4387         KASSERT(va <= VM_MAX_KERNEL_ADDRESS, ("pmap_enter: toobig"));
4388         KASSERT(va < UPT_MIN_ADDRESS || va >= UPT_MAX_ADDRESS,
4389             ("pmap_enter: invalid to pmap_enter page table pages (va: 0x%lx)",
4390             va));
4391         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0 || va < kmi.clean_sva ||
4392             va >= kmi.clean_eva,
4393             ("pmap_enter: managed mapping within the clean submap"));
4394         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 && !vm_page_xbusied(m))
4395                 VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m->object);
4396         KASSERT((flags & PMAP_ENTER_RESERVED) == 0,
4397             ("pmap_enter: flags %u has reserved bits set", flags));
4398         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
4399         newpte = (pt_entry_t)(pa | PG_A | PG_V);
4400         if ((flags & VM_PROT_WRITE) != 0)
4401                 newpte |= PG_M;
4402         if ((prot & VM_PROT_WRITE) != 0)
4403                 newpte |= PG_RW;
4404         KASSERT((newpte & (PG_M | PG_RW)) != PG_M,
4405             ("pmap_enter: flags includes VM_PROT_WRITE but prot doesn't"));
4406         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
4407                 newpte |= pg_nx;
4408         if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) != 0)
4409                 newpte |= PG_W;
4410         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
4411                 newpte |= PG_U;
4412         if (pmap == kernel_pmap)
4413                 newpte |= PG_G;
4414         newpte |= pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, psind > 0);
4415
4416         /*
4417          * Set modified bit gratuitously for writeable mappings if
4418          * the page is unmanaged. We do not want to take a fault
4419          * to do the dirty bit accounting for these mappings.
4420          */
4421         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0) {
4422                 if ((newpte & PG_RW) != 0)
4423                         newpte |= PG_M;
4424         } else
4425                 newpte |= PG_MANAGED;
4426
4427         lock = NULL;
4428         PMAP_LOCK(pmap);
4429         if (psind == 1) {
4430                 /* Assert the required virtual and physical alignment. */ 
4431                 KASSERT((va & PDRMASK) == 0, ("pmap_enter: va unaligned"));
4432                 KASSERT(m->psind > 0, ("pmap_enter: m->psind < psind"));
4433                 rv = pmap_enter_pde(pmap, va, newpte | PG_PS, flags, m, &lock);
4434                 goto out;
4435         }
4436         mpte = NULL;
4437
4438         /*
4439          * In the case that a page table page is not
4440          * resident, we are creating it here.
4441          */
4442 retry:
4443         pde = pmap_pde(pmap, va);
4444         if (pde != NULL && (*pde & PG_V) != 0 && ((*pde & PG_PS) == 0 ||
4445             pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock))) {
4446                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
4447                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS && mpte == NULL) {
4448                         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
4449                         mpte->wire_count++;
4450                 }
4451         } else if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
4452                 /*
4453                  * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been
4454                  * deallocated.
4455                  */
4456                 nosleep = (flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0;
4457                 mpte = _pmap_allocpte(pmap, pmap_pde_pindex(va),
4458                     nosleep ? NULL : &lock);
4459                 if (mpte == NULL && nosleep) {
4460                         rv = KERN_RESOURCE_SHORTAGE;
4461                         goto out;
4462                 }
4463                 goto retry;
4464         } else
4465                 panic("pmap_enter: invalid page directory va=%#lx", va);
4466
4467         origpte = *pte;
4468
4469         /*
4470          * Is the specified virtual address already mapped?
4471          */
4472         if ((origpte & PG_V) != 0) {
4473                 /*
4474                  * Wiring change, just update stats. We don't worry about
4475                  * wiring PT pages as they remain resident as long as there
4476                  * are valid mappings in them. Hence, if a user page is wired,
4477                  * the PT page will be also.
4478                  */
4479                 if ((newpte & PG_W) != 0 && (origpte & PG_W) == 0)
4480                         pmap->pm_stats.wired_count++;
4481                 else if ((newpte & PG_W) == 0 && (origpte & PG_W) != 0)
4482                         pmap->pm_stats.wired_count--;
4483
4484                 /*
4485                  * Remove the extra PT page reference.
4486                  */
4487                 if (mpte != NULL) {
4488                         mpte->wire_count--;
4489                         KASSERT(mpte->wire_count > 0,
4490                             ("pmap_enter: missing reference to page table page,"
4491                              " va: 0x%lx", va));
4492                 }
4493
4494                 /*
4495                  * Has the physical page changed?
4496                  */
4497                 opa = origpte & PG_FRAME;
4498                 if (opa == pa) {
4499                         /*
4500                          * No, might be a protection or wiring change.
4501                          */
4502                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0 &&
4503                             (newpte & PG_RW) != 0)
4504                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
4505                         if (((origpte ^ newpte) & ~(PG_M | PG_A)) == 0)
4506                                 goto unchanged;
4507                         goto validate;
4508                 }
4509         } else {
4510                 /*
4511                  * Increment the counters.
4512                  */
4513                 if ((newpte & PG_W) != 0)
4514                         pmap->pm_stats.wired_count++;
4515                 pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
4516         }
4517
4518         /*
4519          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
4520          */
4521         if ((newpte & PG_MANAGED) != 0) {
4522                 pv = get_pv_entry(pmap, &lock);
4523                 pv->pv_va = va;
4524                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, pa);
4525                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4526                 m->md.pv_gen++;
4527                 if ((newpte & PG_RW) != 0)
4528                         vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
4529         }
4530
4531         /*
4532          * Update the PTE.
4533          */
4534         if ((origpte & PG_V) != 0) {
4535 validate:
4536                 origpte = pte_load_store(pte, newpte);
4537                 opa = origpte & PG_FRAME;
4538                 if (opa != pa) {
4539                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0) {
4540                                 om = PHYS_TO_VM_PAGE(opa);
4541                                 if ((origpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M |
4542                                     PG_RW))
4543                                         vm_page_dirty(om);
4544                                 if ((origpte & PG_A) != 0)
4545                                         vm_page_aflag_set(om, PGA_REFERENCED);
4546                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, opa);
4547                                 pmap_pvh_free(&om->md, pmap, va);
4548                                 if ((om->aflags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
4549                                     TAILQ_EMPTY(&om->md.pv_list) &&
4550                                     ((om->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
4551                                     TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(opa)->pv_list)))
4552                                         vm_page_aflag_clear(om, PGA_WRITEABLE);
4553                         }
4554                 } else if ((newpte & PG_M) == 0 && (origpte & (PG_M |
4555                     PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
4556                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0)
4557                                 vm_page_dirty(m);
4558
4559                         /*
4560                          * Although the PTE may still have PG_RW set, TLB
4561                          * invalidation may nonetheless be required because
4562                          * the PTE no longer has PG_M set.
4563                          */
4564                 } else if ((origpte & PG_NX) != 0 || (newpte & PG_NX) == 0) {
4565                         /*
4566                          * This PTE change does not require TLB invalidation.
4567                          */
4568                         goto unchanged;
4569                 }
4570                 if ((origpte & PG_A) != 0)
4571                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
4572         } else
4573                 pte_store(pte, newpte);
4574
4575 unchanged:
4576
4577         /*
4578          * If both the page table page and the reservation are fully
4579          * populated, then attempt promotion.
4580          */
4581         if ((mpte == NULL || mpte->wire_count == NPTEPG) &&
4582             pmap_ps_enabled(pmap) &&
4583             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
4584             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0)
4585                 pmap_promote_pde(pmap, pde, va, &lock);
4586
4587         rv = KERN_SUCCESS;
4588 out:
4589         if (lock != NULL)
4590                 rw_wunlock(lock);
4591         PMAP_UNLOCK(pmap);
4592         return (rv);
4593 }
4594
4595 /*
4596  * Tries to create a read- and/or execute-only 2MB page mapping.  Returns true
4597  * if successful.  Returns false if (1) a page table page cannot be allocated
4598  * without sleeping, (2) a mapping already exists at the specified virtual
4599  * address, or (3) a PV entry cannot be allocated without reclaiming another
4600  * PV entry.
4601  */
4602 static bool
4603 pmap_enter_2mpage(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
4604     struct rwlock **lockp)
4605 {
4606         pd_entry_t newpde;
4607         pt_entry_t PG_V;
4608
4609         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4610         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4611         newpde = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, 1) |
4612             PG_PS | PG_V;
4613         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
4614                 newpde |= PG_MANAGED;
4615         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
4616                 newpde |= pg_nx;
4617         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
4618                 newpde |= PG_U;
4619         return (pmap_enter_pde(pmap, va, newpde, PMAP_ENTER_NOSLEEP |
4620             PMAP_ENTER_NOREPLACE | PMAP_ENTER_NORECLAIM, NULL, lockp) ==
4621             KERN_SUCCESS);
4622 }
4623
4624 /*
4625  * Tries to create the specified 2MB page mapping.  Returns KERN_SUCCESS if
4626  * the mapping was created, and either KERN_FAILURE or KERN_RESOURCE_SHORTAGE
4627  * otherwise.  Returns KERN_FAILURE if PMAP_ENTER_NOREPLACE was specified and
4628  * a mapping already exists at the specified virtual address.  Returns
4629  * KERN_RESOURCE_SHORTAGE if PMAP_ENTER_NOSLEEP was specified and a page table
4630  * page allocation failed.  Returns KERN_RESOURCE_SHORTAGE if
4631  * PMAP_ENTER_NORECLAIM was specified and a PV entry allocation failed.
4632  *
4633  * The parameter "m" is only used when creating a managed, writeable mapping.
4634  */
4635 static int
4636 pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t newpde, u_int flags,
4637     vm_page_t m, struct rwlock **lockp)
4638 {
4639         struct spglist free;
4640         pd_entry_t oldpde, *pde;
4641         pt_entry_t PG_G, PG_RW, PG_V;
4642         vm_page_t mt, pdpg;
4643
4644         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
4645         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4646         KASSERT((newpde & (pmap_modified_bit(pmap) | PG_RW)) != PG_RW,
4647             ("pmap_enter_pde: newpde is missing PG_M"));
4648         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4649         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4650
4651         if ((pdpg = pmap_allocpde(pmap, va, (flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0 ?
4652             NULL : lockp)) == NULL) {
4653                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
4654                     " in pmap %p", va, pmap);
4655                 return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
4656         }
4657         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pdpg));
4658         pde = &pde[pmap_pde_index(va)];
4659         oldpde = *pde;
4660         if ((oldpde & PG_V) != 0) {
4661                 KASSERT(pdpg->wire_count > 1,
4662                     ("pmap_enter_pde: pdpg's wire count is too low"));
4663                 if ((flags & PMAP_ENTER_NOREPLACE) != 0) {
4664                         pdpg->wire_count--;
4665                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
4666                             " in pmap %p", va, pmap);
4667                         return (KERN_FAILURE);
4668                 }
4669                 /* Break the existing mapping(s). */
4670                 SLIST_INIT(&free);
4671                 if ((oldpde & PG_PS) != 0) {
4672                         /*
4673                          * The reference to the PD page that was acquired by
4674                          * pmap_allocpde() ensures that it won't be freed.
4675                          * However, if the PDE resulted from a promotion, then
4676                          * a reserved PT page could be freed.
4677                          */
4678                         (void)pmap_remove_pde(pmap, pde, va, &free, lockp);
4679                         if ((oldpde & PG_G) == 0)
4680                                 pmap_invalidate_pde_page(pmap, va, oldpde);
4681                 } else {
4682                         pmap_delayed_invl_started();
4683                         if (pmap_remove_ptes(pmap, va, va + NBPDR, pde, &free,
4684                             lockp))
4685                                pmap_invalidate_all(pmap);
4686                         pmap_delayed_invl_finished();
4687                 }
4688                 pmap_free_zero_pages(&free);
4689                 if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS) {
4690                         mt = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
4691                         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mt)) {
4692                                 /*
4693                                  * XXX Currently, this can't happen because
4694                                  * we do not perform pmap_enter(psind == 1)
4695                                  * on the kernel pmap.
4696                                  */
4697                                 panic("pmap_enter_pde: trie insert failed");
4698                         }
4699                 } else
4700                         KASSERT(*pde == 0, ("pmap_enter_pde: non-zero pde %p",
4701                             pde));
4702         }
4703         if ((newpde & PG_MANAGED) != 0) {
4704                 /*
4705                  * Abort this mapping if its PV entry could not be created.
4706                  */
4707                 if (!pmap_pv_insert_pde(pmap, va, newpde, flags, lockp)) {
4708                         SLIST_INIT(&free);
4709                         if (pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdpg, &free)) {
4710                                 /*
4711                                  * Although "va" is not mapped, paging-
4712                                  * structure caches could nonetheless have
4713                                  * entries that refer to the freed page table
4714                                  * pages.  Invalidate those entries.
4715                                  */
4716                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
4717                                 pmap_free_zero_pages(&free);
4718                         }
4719                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
4720                             " in pmap %p", va, pmap);
4721                         return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
4722                 }
4723                 if ((newpde & PG_RW) != 0) {
4724                         for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
4725                                 vm_page_aflag_set(mt, PGA_WRITEABLE);
4726                 }
4727         }
4728
4729         /*
4730          * Increment counters.
4731          */
4732         if ((newpde & PG_W) != 0)
4733                 pmap->pm_stats.wired_count += NBPDR / PAGE_SIZE;
4734         pmap_resident_count_inc(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
4735
4736         /*
4737          * Map the superpage.  (This is not a promoted mapping; there will not
4738          * be any lingering 4KB page mappings in the TLB.)
4739          */
4740         pde_store(pde, newpde);
4741
4742         atomic_add_long(&pmap_pde_mappings, 1);
4743         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: success for va %#lx"
4744             " in pmap %p", va, pmap);
4745         return (KERN_SUCCESS);
4746 }
4747
4748 /*
4749  * Maps a sequence of resident pages belonging to the same object.
4750  * The sequence begins with the given page m_start.  This page is
4751  * mapped at the given virtual address start.  Each subsequent page is
4752  * mapped at a virtual address that is offset from start by the same
4753  * amount as the page is offset from m_start within the object.  The
4754  * last page in the sequence is the page with the largest offset from
4755  * m_start that can be mapped at a virtual address less than the given
4756  * virtual address end.  Not every virtual page between start and end
4757  * is mapped; only those for which a resident page exists with the
4758  * corresponding offset from m_start are mapped.
4759  */
4760 void
4761 pmap_enter_object(pmap_t pmap, vm_offset_t start, vm_offset_t end,
4762     vm_page_t m_start, vm_prot_t prot)
4763 {
4764         struct rwlock *lock;
4765         vm_offset_t va;
4766         vm_page_t m, mpte;
4767         vm_pindex_t diff, psize;
4768
4769         VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m_start->object);
4770
4771         psize = atop(end - start);
4772         mpte = NULL;
4773         m = m_start;
4774         lock = NULL;
4775         PMAP_LOCK(pmap);
4776         while (m != NULL && (diff = m->pindex - m_start->pindex) < psize) {
4777                 va = start + ptoa(diff);
4778                 if ((va & PDRMASK) == 0 && va + NBPDR <= end &&
4779                     m->psind == 1 && pmap_ps_enabled(pmap) &&
4780                     pmap_enter_2mpage(pmap, va, m, prot, &lock))
4781                         m = &m[NBPDR / PAGE_SIZE - 1];
4782                 else
4783                         mpte = pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot,
4784                             mpte, &lock);
4785                 m = TAILQ_NEXT(m, listq);
4786         }
4787         if (lock != NULL)
4788                 rw_wunlock(lock);
4789         PMAP_UNLOCK(pmap);
4790 }
4791
4792 /*
4793  * this code makes some *MAJOR* assumptions:
4794  * 1. Current pmap & pmap exists.
4795  * 2. Not wired.
4796  * 3. Read access.
4797  * 4. No page table pages.
4798  * but is *MUCH* faster than pmap_enter...
4799  */
4800
4801 void
4802 pmap_enter_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot)
4803 {
4804         struct rwlock *lock;
4805
4806         lock = NULL;
4807         PMAP_LOCK(pmap);
4808         (void)pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot, NULL, &lock);
4809         if (lock != NULL)
4810                 rw_wunlock(lock);
4811         PMAP_UNLOCK(pmap);
4812 }
4813
4814 static vm_page_t
4815 pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
4816     vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp)
4817 {
4818         struct spglist free;
4819         pt_entry_t *pte, PG_V;
4820         vm_paddr_t pa;
4821
4822         KASSERT(va < kmi.clean_sva || va >= kmi.clean_eva ||
4823             (m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0,
4824             ("pmap_enter_quick_locked: managed mapping within the clean submap"));
4825         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4826         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4827
4828         /*
4829          * In the case that a page table page is not
4830          * resident, we are creating it here.
4831          */
4832         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
4833                 vm_pindex_t ptepindex;
4834                 pd_entry_t *ptepa;
4835
4836                 /*
4837                  * Calculate pagetable page index
4838                  */
4839                 ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
4840                 if (mpte && (mpte->pindex == ptepindex)) {
4841                         mpte->wire_count++;
4842                 } else {
4843                         /*
4844                          * Get the page directory entry
4845                          */
4846                         ptepa = pmap_pde(pmap, va);
4847
4848                         /*
4849                          * If the page table page is mapped, we just increment
4850                          * the hold count, and activate it.  Otherwise, we
4851                          * attempt to allocate a page table page.  If this
4852                          * attempt fails, we don't retry.  Instead, we give up.
4853                          */
4854                         if (ptepa && (*ptepa & PG_V) != 0) {
4855                                 if (*ptepa & PG_PS)
4856                                         return (NULL);
4857                                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*ptepa & PG_FRAME);
4858                                 mpte->wire_count++;
4859                         } else {
4860                                 /*
4861                                  * Pass NULL instead of the PV list lock
4862                                  * pointer, because we don't intend to sleep.
4863                                  */
4864                                 mpte = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex, NULL);
4865                                 if (mpte == NULL)
4866                                         return (mpte);
4867                         }
4868                 }
4869                 pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mpte));
4870                 pte = &pte[pmap_pte_index(va)];
4871         } else {
4872                 mpte = NULL;
4873                 pte = vtopte(va);
4874         }
4875         if (*pte) {
4876                 if (mpte != NULL) {
4877                         mpte->wire_count--;
4878                         mpte = NULL;
4879                 }
4880                 return (mpte);
4881         }
4882
4883         /*
4884          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
4885          */
4886         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 &&
4887             !pmap_try_insert_pv_entry(pmap, va, m, lockp)) {
4888                 if (mpte != NULL) {
4889                         SLIST_INIT(&free);
4890                         if (pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpte, &free)) {
4891                                 /*
4892                                  * Although "va" is not mapped, paging-
4893                                  * structure caches could nonetheless have
4894                                  * entries that refer to the freed page table
4895                                  * pages.  Invalidate those entries.
4896                                  */
4897                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
4898                                 pmap_free_zero_pages(&free);
4899                         }
4900                         mpte = NULL;
4901                 }
4902                 return (mpte);
4903         }
4904
4905         /*
4906          * Increment counters
4907          */
4908         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
4909
4910         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, 0);
4911         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
4912                 pa |= pg_nx;
4913
4914         /*
4915          * Now validate mapping with RO protection
4916          */
4917         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
4918                 pte_store(pte, pa | PG_V | PG_U);
4919         else
4920                 pte_store(pte, pa | PG_V | PG_U | PG_MANAGED);
4921         return (mpte);
4922 }
4923
4924 /*
4925  * Make a temporary mapping for a physical address.  This is only intended
4926  * to be used for panic dumps.
4927  */
4928 void *
4929 pmap_kenter_temporary(vm_paddr_t pa, int i)
4930 {
4931         vm_offset_t va;
4932
4933         va = (vm_offset_t)crashdumpmap + (i * PAGE_SIZE);
4934         pmap_kenter(va, pa);
4935         invlpg(va);
4936         return ((void *)crashdumpmap);
4937 }
4938
4939 /*
4940  * This code maps large physical mmap regions into the
4941  * processor address space.  Note that some shortcuts
4942  * are taken, but the code works.
4943  */
4944 void
4945 pmap_object_init_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_object_t object,
4946     vm_pindex_t pindex, vm_size_t size)
4947 {
4948         pd_entry_t *pde;
4949         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
4950         vm_paddr_t pa, ptepa;
4951         vm_page_t p, pdpg;
4952         int pat_mode;
4953
4954         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
4955         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4956         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4957         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4958
4959         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
4960         KASSERT(object->type == OBJT_DEVICE || object->type == OBJT_SG,
4961             ("pmap_object_init_pt: non-device object"));
4962         if ((addr & (NBPDR - 1)) == 0 && (size & (NBPDR - 1)) == 0) {
4963                 if (!pmap_ps_enabled(pmap))
4964                         return;
4965                 if (!vm_object_populate(object, pindex, pindex + atop(size)))
4966                         return;
4967                 p = vm_page_lookup(object, pindex);
4968                 KASSERT(p->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
4969                     ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
4970                 pat_mode = p->md.pat_mode;
4971
4972                 /*
4973                  * Abort the mapping if the first page is not physically
4974                  * aligned to a 2MB page boundary.
4975                  */
4976                 ptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(p);
4977                 if (ptepa & (NBPDR - 1))
4978                         return;
4979
4980                 /*
4981                  * Skip the first page.  Abort the mapping if the rest of
4982                  * the pages are not physically contiguous or have differing
4983                  * memory attributes.
4984                  */
4985                 p = TAILQ_NEXT(p, listq);
4986                 for (pa = ptepa + PAGE_SIZE; pa < ptepa + size;
4987                     pa += PAGE_SIZE) {
4988                         KASSERT(p->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
4989                             ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
4990                         if (pa != VM_PAGE_TO_PHYS(p) ||
4991                             pat_mode != p->md.pat_mode)
4992                                 return;
4993                         p = TAILQ_NEXT(p, listq);
4994                 }
4995
4996                 /*
4997                  * Map using 2MB pages.  Since "ptepa" is 2M aligned and
4998                  * "size" is a multiple of 2M, adding the PAT setting to "pa"
4999                  * will not affect the termination of this loop.
5000                  */ 
5001                 PMAP_LOCK(pmap);
5002                 for (pa = ptepa | pmap_cache_bits(pmap, pat_mode, 1);
5003                     pa < ptepa + size; pa += NBPDR) {
5004                         pdpg = pmap_allocpde(pmap, addr, NULL);
5005                         if (pdpg == NULL) {
5006                                 /*
5007                                  * The creation of mappings below is only an
5008                                  * optimization.  If a page directory page
5009                                  * cannot be allocated without blocking,
5010                                  * continue on to the next mapping rather than
5011                                  * blocking.
5012                                  */
5013                                 addr += NBPDR;
5014                                 continue;
5015                         }
5016                         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pdpg));
5017                         pde = &pde[pmap_pde_index(addr)];
5018                         if ((*pde & PG_V) == 0) {
5019                                 pde_store(pde, pa | PG_PS | PG_M | PG_A |
5020                                     PG_U | PG_RW | PG_V);
5021                                 pmap_resident_count_inc(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
5022                                 atomic_add_long(&pmap_pde_mappings, 1);
5023                         } else {
5024                                 /* Continue on if the PDE is already valid. */
5025                                 pdpg->wire_count--;
5026                                 KASSERT(pdpg->wire_count > 0,
5027                                     ("pmap_object_init_pt: missing reference "
5028                                     "to page directory page, va: 0x%lx", addr));
5029                         }
5030                         addr += NBPDR;
5031                 }
5032                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5033         }
5034 }
5035
5036 /*
5037  *      Clear the wired attribute from the mappings for the specified range of
5038  *      addresses in the given pmap.  Every valid mapping within that range
5039  *      must have the wired attribute set.  In contrast, invalid mappings
5040  *      cannot have the wired attribute set, so they are ignored.
5041  *
5042  *      The wired attribute of the page table entry is not a hardware
5043  *      feature, so there is no need to invalidate any TLB entries.
5044  *      Since pmap_demote_pde() for the wired entry must never fail,
5045  *      pmap_delayed_invl_started()/finished() calls around the
5046  *      function are not needed.
5047  */
5048 void
5049 pmap_unwire(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
5050 {
5051         vm_offset_t va_next;
5052         pml4_entry_t *pml4e;
5053         pdp_entry_t *pdpe;
5054         pd_entry_t *pde;
5055         pt_entry_t *pte, PG_V;
5056
5057         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5058         PMAP_LOCK(pmap);
5059         for (; sva < eva; sva = va_next) {
5060                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
5061                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
5062                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
5063                         if (va_next < sva)
5064                                 va_next = eva;
5065                         continue;
5066                 }
5067                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
5068                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
5069                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
5070                         if (va_next < sva)
5071                                 va_next = eva;
5072                         continue;
5073                 }
5074                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
5075                 if (va_next < sva)
5076                         va_next = eva;
5077                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
5078                 if ((*pde & PG_V) == 0)
5079                         continue;
5080                 if ((*pde & PG_PS) != 0) {
5081                         if ((*pde & PG_W) == 0)
5082                                 panic("pmap_unwire: pde %#jx is missing PG_W",
5083                                     (uintmax_t)*pde);
5084
5085                         /*
5086                          * Are we unwiring the entire large page?  If not,
5087                          * demote the mapping and fall through.
5088                          */
5089                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
5090                                 atomic_clear_long(pde, PG_W);
5091                                 pmap->pm_stats.wired_count -= NBPDR /
5092                                     PAGE_SIZE;
5093                                 continue;
5094                         } else if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, sva))
5095                                 panic("pmap_unwire: demotion failed");
5096                 }
5097                 if (va_next > eva)
5098                         va_next = eva;
5099                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
5100                     sva += PAGE_SIZE) {
5101                         if ((*pte & PG_V) == 0)
5102                                 continue;
5103                         if ((*pte & PG_W) == 0)
5104                                 panic("pmap_unwire: pte %#jx is missing PG_W",
5105                                     (uintmax_t)*pte);
5106
5107                         /*
5108                          * PG_W must be cleared atomically.  Although the pmap
5109                          * lock synchronizes access to PG_W, another processor
5110                          * could be setting PG_M and/or PG_A concurrently.
5111                          */
5112                         atomic_clear_long(pte, PG_W);
5113                         pmap->pm_stats.wired_count--;
5114                 }
5115         }
5116         PMAP_UNLOCK(pmap);
5117 }
5118
5119 /*
5120  *      Copy the range specified by src_addr/len
5121  *      from the source map to the range dst_addr/len
5122  *      in the destination map.
5123  *
5124  *      This routine is only advisory and need not do anything.
5125  */
5126
5127 void
5128 pmap_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap, vm_offset_t dst_addr, vm_size_t len,
5129     vm_offset_t src_addr)
5130 {
5131         struct rwlock *lock;
5132         struct spglist free;
5133         vm_offset_t addr;
5134         vm_offset_t end_addr = src_addr + len;
5135         vm_offset_t va_next;
5136         vm_page_t dst_pdpg, dstmpte, srcmpte;
5137         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_V;
5138
5139         if (dst_addr != src_addr)
5140                 return;
5141
5142         if (dst_pmap->pm_type != src_pmap->pm_type)
5143                 return;
5144
5145         /*
5146          * EPT page table entries that require emulation of A/D bits are
5147          * sensitive to clearing the PG_A bit (aka EPT_PG_READ). Although
5148          * we clear PG_M (aka EPT_PG_WRITE) concomitantly, the PG_U bit
5149          * (aka EPT_PG_EXECUTE) could still be set. Since some EPT
5150          * implementations flag an EPT misconfiguration for exec-only
5151          * mappings we skip this function entirely for emulated pmaps.
5152          */
5153         if (pmap_emulate_ad_bits(dst_pmap))
5154                 return;
5155
5156         lock = NULL;
5157         if (dst_pmap < src_pmap) {
5158                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
5159                 PMAP_LOCK(src_pmap);
5160         } else {
5161                 PMAP_LOCK(src_pmap);
5162                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
5163         }
5164
5165         PG_A = pmap_accessed_bit(dst_pmap);
5166         PG_M = pmap_modified_bit(dst_pmap);
5167         PG_V = pmap_valid_bit(dst_pmap);
5168
5169         for (addr = src_addr; addr < end_addr; addr = va_next) {
5170                 pt_entry_t *src_pte, *dst_pte;
5171                 pml4_entry_t *pml4e;
5172                 pdp_entry_t *pdpe;
5173                 pd_entry_t srcptepaddr, *pde;
5174
5175                 KASSERT(addr < UPT_MIN_ADDRESS,
5176                     ("pmap_copy: invalid to pmap_copy page tables"));
5177
5178                 pml4e = pmap_pml4e(src_pmap, addr);
5179                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
5180                         va_next = (addr + NBPML4) & ~PML4MASK;
5181                         if (va_next < addr)
5182                                 va_next = end_addr;
5183                         continue;
5184                 }
5185
5186                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, addr);
5187                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
5188                         va_next = (addr + NBPDP) & ~PDPMASK;
5189                         if (va_next < addr)
5190                                 va_next = end_addr;
5191                         continue;
5192                 }
5193
5194                 va_next = (addr + NBPDR) & ~PDRMASK;
5195                 if (va_next < addr)
5196                         va_next = end_addr;
5197
5198                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, addr);
5199                 srcptepaddr = *pde;
5200                 if (srcptepaddr == 0)
5201                         continue;
5202                         
5203                 if (srcptepaddr & PG_PS) {
5204                         if ((addr & PDRMASK) != 0 || addr + NBPDR > end_addr)
5205                                 continue;
5206                         dst_pdpg = pmap_allocpde(dst_pmap, addr, NULL);
5207                         if (dst_pdpg == NULL)
5208                                 break;
5209                         pde = (pd_entry_t *)
5210                             PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(dst_pdpg));
5211                         pde = &pde[pmap_pde_index(addr)];
5212                         if (*pde == 0 && ((srcptepaddr & PG_MANAGED) == 0 ||
5213                             pmap_pv_insert_pde(dst_pmap, addr, srcptepaddr,
5214                             PMAP_ENTER_NORECLAIM, &lock))) {
5215                                 *pde = srcptepaddr & ~PG_W;
5216                                 pmap_resident_count_inc(dst_pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
5217                                 atomic_add_long(&pmap_pde_mappings, 1);
5218                         } else
5219                                 dst_pdpg->wire_count--;
5220                         continue;
5221                 }
5222
5223                 srcptepaddr &= PG_FRAME;
5224                 srcmpte = PHYS_TO_VM_PAGE(srcptepaddr);
5225                 KASSERT(srcmpte->wire_count > 0,
5226                     ("pmap_copy: source page table page is unused"));
5227
5228                 if (va_next > end_addr)
5229                         va_next = end_addr;
5230
5231                 src_pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(srcptepaddr);
5232                 src_pte = &src_pte[pmap_pte_index(addr)];
5233                 dstmpte = NULL;
5234                 while (addr < va_next) {
5235                         pt_entry_t ptetemp;
5236                         ptetemp = *src_pte;
5237                         /*
5238                          * we only virtual copy managed pages
5239                          */
5240                         if ((ptetemp & PG_MANAGED) != 0) {
5241                                 if (dstmpte != NULL &&
5242                                     dstmpte->pindex == pmap_pde_pindex(addr))
5243                                         dstmpte->wire_count++;
5244                                 else if ((dstmpte = pmap_allocpte(dst_pmap,
5245                                     addr, NULL)) == NULL)
5246                                         goto out;
5247                                 dst_pte = (pt_entry_t *)
5248                                     PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(dstmpte));
5249                                 dst_pte = &dst_pte[pmap_pte_index(addr)];
5250                                 if (*dst_pte == 0 &&
5251                                     pmap_try_insert_pv_entry(dst_pmap, addr,
5252                                     PHYS_TO_VM_PAGE(ptetemp & PG_FRAME),
5253                                     &lock)) {
5254                                         /*
5255                                          * Clear the wired, modified, and
5256                                          * accessed (referenced) bits
5257                                          * during the copy.
5258                                          */
5259                                         *dst_pte = ptetemp & ~(PG_W | PG_M |
5260                                             PG_A);
5261                                         pmap_resident_count_inc(dst_pmap, 1);
5262                                 } else {
5263                                         SLIST_INIT(&free);
5264                                         if (pmap_unwire_ptp(dst_pmap, addr,
5265                                             dstmpte, &free)) {
5266                                                 /*
5267                                                  * Although "addr" is not
5268                                                  * mapped, paging-structure
5269                                                  * caches could nonetheless
5270                                                  * have entries that refer to
5271                                                  * the freed page table pages.
5272                                                  * Invalidate those entries.
5273                                                  */
5274                                                 pmap_invalidate_page(dst_pmap,
5275                                                     addr);
5276                                                 pmap_free_zero_pages(&free);
5277                                         }
5278                                         goto out;
5279                                 }
5280                                 if (dstmpte->wire_count >= srcmpte->wire_count)
5281                                         break;
5282                         }
5283                         addr += PAGE_SIZE;
5284                         src_pte++;
5285                 }
5286         }
5287 out:
5288         if (lock != NULL)
5289                 rw_wunlock(lock);
5290         PMAP_UNLOCK(src_pmap);
5291         PMAP_UNLOCK(dst_pmap);
5292 }
5293
5294 /*
5295  * Zero the specified hardware page.
5296  */
5297 void
5298 pmap_zero_page(vm_page_t m)
5299 {
5300         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5301
5302         pagezero((void *)va);
5303 }
5304
5305 /*
5306  * Zero an an area within a single hardware page.  off and size must not
5307  * cover an area beyond a single hardware page.
5308  */
5309 void
5310 pmap_zero_page_area(vm_page_t m, int off, int size)
5311 {
5312         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5313
5314         if (off == 0 && size == PAGE_SIZE)
5315                 pagezero((void *)va);
5316         else
5317                 bzero((char *)va + off, size);
5318 }
5319
5320 /*
5321  * Copy 1 specified hardware page to another.
5322  */
5323 void
5324 pmap_copy_page(vm_page_t msrc, vm_page_t mdst)
5325 {
5326         vm_offset_t src = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(msrc));
5327         vm_offset_t dst = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mdst));
5328
5329         pagecopy((void *)src, (void *)dst);
5330 }
5331
5332 int unmapped_buf_allowed = 1;
5333
5334 void
5335 pmap_copy_pages(vm_page_t ma[], vm_offset_t a_offset, vm_page_t mb[],
5336     vm_offset_t b_offset, int xfersize)
5337 {
5338         void *a_cp, *b_cp;
5339         vm_page_t pages[2];
5340         vm_offset_t vaddr[2], a_pg_offset, b_pg_offset;
5341         int cnt;
5342         boolean_t mapped;
5343
5344         while (xfersize > 0) {
5345                 a_pg_offset = a_offset & PAGE_MASK;
5346                 pages[0] = ma[a_offset >> PAGE_SHIFT];
5347                 b_pg_offset = b_offset & PAGE_MASK;
5348                 pages[1] = mb[b_offset >> PAGE_SHIFT];
5349                 cnt = min(xfersize, PAGE_SIZE - a_pg_offset);
5350                 cnt = min(cnt, PAGE_SIZE - b_pg_offset);
5351                 mapped = pmap_map_io_transient(pages, vaddr, 2, FALSE);
5352                 a_cp = (char *)vaddr[0] + a_pg_offset;
5353                 b_cp = (char *)vaddr[1] + b_pg_offset;
5354                 bcopy(a_cp, b_cp, cnt);
5355                 if (__predict_false(mapped))
5356                         pmap_unmap_io_transient(pages, vaddr, 2, FALSE);
5357                 a_offset += cnt;
5358                 b_offset += cnt;
5359                 xfersize -= cnt;
5360         }
5361 }
5362
5363 /*
5364  * Returns true if the pmap's pv is one of the first
5365  * 16 pvs linked to from this page.  This count may
5366  * be changed upwards or downwards in the future; it
5367  * is only necessary that true be returned for a small
5368  * subset of pmaps for proper page aging.
5369  */
5370 boolean_t
5371 pmap_page_exists_quick(pmap_t pmap, vm_page_t m)
5372 {
5373         struct md_page *pvh;
5374         struct rwlock *lock;
5375         pv_entry_t pv;
5376         int loops = 0;
5377         boolean_t rv;
5378
5379         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5380             ("pmap_page_exists_quick: page %p is not managed", m));
5381         rv = FALSE;
5382         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5383         rw_rlock(lock);
5384         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5385                 if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
5386                         rv = TRUE;
5387                         break;
5388                 }
5389                 loops++;
5390                 if (loops >= 16)
5391                         break;
5392         }
5393         if (!rv && loops < 16 && (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5394                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5395                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
5396                         if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
5397                                 rv = TRUE;
5398                                 break;
5399                         }
5400                         loops++;
5401                         if (loops >= 16)
5402                                 break;
5403                 }
5404         }
5405         rw_runlock(lock);
5406         return (rv);
5407 }
5408
5409 /*
5410  *      pmap_page_wired_mappings:
5411  *
5412  *      Return the number of managed mappings to the given physical page
5413  *      that are wired.
5414  */
5415 int
5416 pmap_page_wired_mappings(vm_page_t m)
5417 {
5418         struct rwlock *lock;
5419         struct md_page *pvh;
5420         pmap_t pmap;
5421         pt_entry_t *pte;
5422         pv_entry_t pv;
5423         int count, md_gen, pvh_gen;
5424
5425         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
5426                 return (0);
5427         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5428         rw_rlock(lock);
5429 restart:
5430         count = 0;
5431         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5432                 pmap = PV_PMAP(pv);
5433                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5434                         md_gen = m->md.pv_gen;
5435                         rw_runlock(lock);
5436                         PMAP_LOCK(pmap);
5437                         rw_rlock(lock);
5438                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
5439                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5440                                 goto restart;
5441                         }
5442                 }
5443                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va);
5444                 if ((*pte & PG_W) != 0)
5445                         count++;
5446                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5447         }
5448         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5449                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5450                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
5451                         pmap = PV_PMAP(pv);
5452                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5453                                 md_gen = m->md.pv_gen;
5454                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
5455                                 rw_runlock(lock);
5456                                 PMAP_LOCK(pmap);
5457                                 rw_rlock(lock);
5458                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
5459                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
5460                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
5461                                         goto restart;
5462                                 }
5463                         }
5464                         pte = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
5465                         if ((*pte & PG_W) != 0)
5466                                 count++;
5467                         PMAP_UNLOCK(pmap);
5468                 }
5469         }
5470         rw_runlock(lock);
5471         return (count);
5472 }
5473
5474 /*
5475  * Returns TRUE if the given page is mapped individually or as part of
5476  * a 2mpage.  Otherwise, returns FALSE.
5477  */
5478 boolean_t
5479 pmap_page_is_mapped(vm_page_t m)
5480 {
5481         struct rwlock *lock;
5482         boolean_t rv;
5483
5484         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
5485                 return (FALSE);
5486         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5487         rw_rlock(lock);
5488         rv = !TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) ||
5489             ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
5490             !TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m))->pv_list));
5491         rw_runlock(lock);
5492         return (rv);
5493 }
5494
5495 /*
5496  * Destroy all managed, non-wired mappings in the given user-space
5497  * pmap.  This pmap cannot be active on any processor besides the
5498  * caller.
5499  *
5500  * This function cannot be applied to the kernel pmap.  Moreover, it
5501  * is not intended for general use.  It is only to be used during
5502  * process termination.  Consequently, it can be implemented in ways
5503  * that make it faster than pmap_remove().  First, it can more quickly
5504  * destroy mappings by iterating over the pmap's collection of PV
5505  * entries, rather than searching the page table.  Second, it doesn't
5506  * have to test and clear the page table entries atomically, because
5507  * no processor is currently accessing the user address space.  In
5508  * particular, a page table entry's dirty bit won't change state once
5509  * this function starts.
5510  *
5511  * Although this function destroys all of the pmap's managed,
5512  * non-wired mappings, it can delay and batch the invalidation of TLB
5513  * entries without calling pmap_delayed_invl_started() and
5514  * pmap_delayed_invl_finished().  Because the pmap is not active on
5515  * any other processor, none of these TLB entries will ever be used
5516  * before their eventual invalidation.  Consequently, there is no need
5517  * for either pmap_remove_all() or pmap_remove_write() to wait for
5518  * that eventual TLB invalidation.
5519  */
5520 void
5521 pmap_remove_pages(pmap_t pmap)
5522 {
5523         pd_entry_t ptepde;
5524         pt_entry_t *pte, tpte;
5525         pt_entry_t PG_M, PG_RW, PG_V;
5526         struct spglist free;
5527         vm_page_t m, mpte, mt;
5528         pv_entry_t pv;
5529         struct md_page *pvh;
5530         struct pv_chunk *pc, *npc;
5531         struct rwlock *lock;
5532         int64_t bit;
5533         uint64_t inuse, bitmask;
5534         int allfree, field, freed, idx;
5535         boolean_t superpage;
5536         vm_paddr_t pa;
5537
5538         /*
5539          * Assert that the given pmap is only active on the current
5540          * CPU.  Unfortunately, we cannot block another CPU from
5541          * activating the pmap while this function is executing.
5542          */
5543         KASSERT(pmap == PCPU_GET(curpmap), ("non-current pmap %p", pmap));
5544 #ifdef INVARIANTS
5545         {
5546                 cpuset_t other_cpus;
5547
5548                 other_cpus = all_cpus;
5549                 critical_enter();
5550                 CPU_CLR(PCPU_GET(cpuid), &other_cpus);
5551                 CPU_AND(&other_cpus, &pmap->pm_active);
5552                 critical_exit();
5553                 KASSERT(CPU_EMPTY(&other_cpus), ("pmap active %p", pmap));
5554         }
5555 #endif
5556
5557         lock = NULL;
5558         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5559         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5560         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5561
5562         SLIST_INIT(&free);
5563         PMAP_LOCK(pmap);
5564         TAILQ_FOREACH_SAFE(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list, npc) {
5565                 allfree = 1;
5566                 freed = 0;
5567                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
5568                         inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
5569                         while (inuse != 0) {
5570                                 bit = bsfq(inuse);
5571                                 bitmask = 1UL << bit;
5572                                 idx = field * 64 + bit;
5573                                 pv = &pc->pc_pventry[idx];
5574                                 inuse &= ~bitmask;
5575
5576                                 pte = pmap_pdpe(pmap, pv->pv_va);
5577                                 ptepde = *pte;
5578                                 pte = pmap_pdpe_to_pde(pte, pv->pv_va);
5579                                 tpte = *pte;
5580                                 if ((tpte & (PG_PS | PG_V)) == PG_V) {
5581                                         superpage = FALSE;
5582                                         ptepde = tpte;
5583                                         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(tpte &
5584                                             PG_FRAME);
5585                                         pte = &pte[pmap_pte_index(pv->pv_va)];
5586                                         tpte = *pte;
5587                                 } else {
5588                                         /*
5589                                          * Keep track whether 'tpte' is a
5590                                          * superpage explicitly instead of
5591                                          * relying on PG_PS being set.
5592                                          *
5593                                          * This is because PG_PS is numerically
5594                                          * identical to PG_PTE_PAT and thus a
5595                                          * regular page could be mistaken for
5596                                          * a superpage.
5597                                          */
5598                                         superpage = TRUE;
5599                                 }
5600
5601                                 if ((tpte & PG_V) == 0) {
5602                                         panic("bad pte va %lx pte %lx",
5603                                             pv->pv_va, tpte);
5604                                 }
5605
5606 /*
5607  * We cannot remove wired pages from a process' mapping at this time
5608  */
5609                                 if (tpte & PG_W) {
5610                                         allfree = 0;
5611                                         continue;
5612                                 }
5613
5614                                 if (superpage)
5615                                         pa = tpte & PG_PS_FRAME;
5616                                 else
5617                                         pa = tpte & PG_FRAME;
5618
5619                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
5620                                 KASSERT(m->phys_addr == pa,
5621                                     ("vm_page_t %p phys_addr mismatch %016jx %016jx",
5622                                     m, (uintmax_t)m->phys_addr,
5623                                     (uintmax_t)tpte));
5624
5625                                 KASSERT((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
5626                                     m < &vm_page_array[vm_page_array_size],
5627                                     ("pmap_remove_pages: bad tpte %#jx",
5628                                     (uintmax_t)tpte));
5629
5630                                 pte_clear(pte);
5631
5632                                 /*
5633                                  * Update the vm_page_t clean/reference bits.
5634                                  */
5635                                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
5636                                         if (superpage) {
5637                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
5638                                                         vm_page_dirty(mt);
5639                                         } else
5640                                                 vm_page_dirty(m);
5641                                 }
5642
5643                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(&lock, m);
5644
5645                                 /* Mark free */
5646                                 pc->pc_map[field] |= bitmask;
5647                                 if (superpage) {
5648                                         pmap_resident_count_dec(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
5649                                         pvh = pa_to_pvh(tpte & PG_PS_FRAME);
5650                                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
5651                                         pvh->pv_gen++;
5652                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
5653                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
5654                                                         if ((mt->aflags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
5655                                                             TAILQ_EMPTY(&mt->md.pv_list))
5656                                                                 vm_page_aflag_clear(mt, PGA_WRITEABLE);
5657                                         }
5658                                         mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, pv->pv_va);
5659                                         if (mpte != NULL) {
5660                                                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
5661                                                 KASSERT(mpte->wire_count == NPTEPG,
5662                                                     ("pmap_remove_pages: pte page wire count error"));
5663                                                 mpte->wire_count = 0;
5664                                                 pmap_add_delayed_free_list(mpte, &free, FALSE);
5665                                         }
5666                                 } else {
5667                                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
5668                                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5669                                         m->md.pv_gen++;
5670                                         if ((m->aflags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
5671                                             TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
5672                                             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5673                                                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5674                                                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
5675                                                         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
5676                                         }
5677                                 }
5678                                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, ptepde, &free);
5679                                 freed++;
5680                         }
5681                 }
5682                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
5683                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
5684                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
5685                 if (allfree) {
5686                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5687                         free_pv_chunk(pc);
5688                 }
5689         }
5690         if (lock != NULL)
5691                 rw_wunlock(lock);
5692         pmap_invalidate_all(pmap);
5693         PMAP_UNLOCK(pmap);
5694         pmap_free_zero_pages(&free);
5695 }
5696
5697 static boolean_t
5698 pmap_page_test_mappings(vm_page_t m, boolean_t accessed, boolean_t modified)
5699 {
5700         struct rwlock *lock;
5701         pv_entry_t pv;
5702         struct md_page *pvh;
5703         pt_entry_t *pte, mask;
5704         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
5705         pmap_t pmap;
5706         int md_gen, pvh_gen;
5707         boolean_t rv;
5708
5709         rv = FALSE;
5710         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5711         rw_rlock(lock);
5712 restart:
5713         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5714                 pmap = PV_PMAP(pv);
5715                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5716                         md_gen = m->md.pv_gen;
5717                         rw_runlock(lock);
5718                         PMAP_LOCK(pmap);
5719                         rw_rlock(lock);
5720                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
5721                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5722                                 goto restart;
5723                         }
5724                 }
5725                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va);
5726                 mask = 0;
5727                 if (modified) {
5728                         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5729                         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5730                         mask |= PG_RW | PG_M;
5731                 }
5732                 if (accessed) {
5733                         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5734                         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5735                         mask |= PG_V | PG_A;
5736                 }
5737                 rv = (*pte & mask) == mask;
5738                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5739                 if (rv)
5740                         goto out;
5741         }
5742         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5743                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5744                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
5745                         pmap = PV_PMAP(pv);
5746                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5747                                 md_gen = m->md.pv_gen;
5748                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
5749                                 rw_runlock(lock);
5750                                 PMAP_LOCK(pmap);
5751                                 rw_rlock(lock);
5752                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
5753                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
5754                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
5755                                         goto restart;
5756                                 }
5757                         }
5758                         pte = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
5759                         mask = 0;
5760                         if (modified) {
5761                                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5762                                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5763                                 mask |= PG_RW | PG_M;
5764                         }
5765                         if (accessed) {
5766                                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5767                                 PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5768                                 mask |= PG_V | PG_A;
5769                         }
5770                         rv = (*pte & mask) == mask;
5771                         PMAP_UNLOCK(pmap);
5772                         if (rv)
5773                                 goto out;
5774                 }
5775         }
5776 out:
5777         rw_runlock(lock);
5778         return (rv);
5779 }
5780
5781 /*
5782  *      pmap_is_modified:
5783  *
5784  *      Return whether or not the specified physical page was modified
5785  *      in any physical maps.
5786  */
5787 boolean_t
5788 pmap_is_modified(vm_page_t m)
5789 {
5790
5791         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5792             ("pmap_is_modified: page %p is not managed", m));
5793
5794         /*
5795          * If the page is not exclusive busied, then PGA_WRITEABLE cannot be
5796          * concurrently set while the object is locked.  Thus, if PGA_WRITEABLE
5797          * is clear, no PTEs can have PG_M set.
5798          */
5799         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
5800         if (!vm_page_xbusied(m) && (m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
5801                 return (FALSE);
5802         return (pmap_page_test_mappings(m, FALSE, TRUE));
5803 }
5804
5805 /*
5806  *      pmap_is_prefaultable:
5807  *
5808  *      Return whether or not the specified virtual address is eligible
5809  *      for prefault.
5810  */
5811 boolean_t
5812 pmap_is_prefaultable(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
5813 {
5814         pd_entry_t *pde;
5815         pt_entry_t *pte, PG_V;
5816         boolean_t rv;
5817
5818         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5819         rv = FALSE;
5820         PMAP_LOCK(pmap);
5821         pde = pmap_pde(pmap, addr);
5822         if (pde != NULL && (*pde & (PG_PS | PG_V)) == PG_V) {
5823                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, addr);
5824                 rv = (*pte & PG_V) == 0;
5825         }
5826         PMAP_UNLOCK(pmap);
5827         return (rv);
5828 }
5829
5830 /*
5831  *      pmap_is_referenced:
5832  *
5833  *      Return whether or not the specified physical page was referenced
5834  *      in any physical maps.
5835  */
5836 boolean_t
5837 pmap_is_referenced(vm_page_t m)
5838 {
5839
5840         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5841             ("pmap_is_referenced: page %p is not managed", m));
5842         return (pmap_page_test_mappings(m, TRUE, FALSE));
5843 }
5844
5845 /*
5846  * Clear the write and modified bits in each of the given page's mappings.
5847  */
5848 void
5849 pmap_remove_write(vm_page_t m)
5850 {
5851         struct md_page *pvh;
5852         pmap_t pmap;
5853         struct rwlock *lock;
5854         pv_entry_t next_pv, pv;
5855         pd_entry_t *pde;
5856         pt_entry_t oldpte, *pte, PG_M, PG_RW;
5857         vm_offset_t va;
5858         int pvh_gen, md_gen;
5859
5860         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5861             ("pmap_remove_write: page %p is not managed", m));
5862
5863         /*
5864          * If the page is not exclusive busied, then PGA_WRITEABLE cannot be
5865          * set by another thread while the object is locked.  Thus,
5866          * if PGA_WRITEABLE is clear, no page table entries need updating.
5867          */
5868         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
5869         if (!vm_page_xbusied(m) && (m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
5870                 return;
5871         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5872         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
5873             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5874 retry_pv_loop:
5875         rw_wlock(lock);
5876         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
5877                 pmap = PV_PMAP(pv);
5878                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5879                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5880                         rw_wunlock(lock);
5881                         PMAP_LOCK(pmap);
5882                         rw_wlock(lock);
5883                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
5884                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5885                                 rw_wunlock(lock);
5886                                 goto retry_pv_loop;
5887                         }
5888                 }
5889                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5890                 va = pv->pv_va;
5891                 pde = pmap_pde(pmap, va);
5892                 if ((*pde & PG_RW) != 0)
5893                         (void)pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
5894                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
5895                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
5896                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
5897                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5898         }
5899         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5900                 pmap = PV_PMAP(pv);
5901                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5902                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5903                         md_gen = m->md.pv_gen;
5904                         rw_wunlock(lock);
5905                         PMAP_LOCK(pmap);
5906                         rw_wlock(lock);
5907                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen ||
5908                             md_gen != m->md.pv_gen) {
5909                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5910                                 rw_wunlock(lock);
5911                                 goto retry_pv_loop;
5912                         }
5913                 }
5914                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5915                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5916                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
5917                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0,
5918                     ("pmap_remove_write: found a 2mpage in page %p's pv list",
5919                     m));
5920                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
5921 retry:
5922                 oldpte = *pte;
5923                 if (oldpte & PG_RW) {
5924                         if (!atomic_cmpset_long(pte, oldpte, oldpte &
5925                             ~(PG_RW | PG_M)))
5926                                 goto retry;
5927                         if ((oldpte & PG_M) != 0)
5928                                 vm_page_dirty(m);
5929                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
5930                 }
5931                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5932         }
5933         rw_wunlock(lock);
5934         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
5935         pmap_delayed_invl_wait(m);
5936 }
5937
5938 static __inline boolean_t
5939 safe_to_clear_referenced(pmap_t pmap, pt_entry_t pte)
5940 {
5941
5942         if (!pmap_emulate_ad_bits(pmap))
5943                 return (TRUE);
5944
5945         KASSERT(pmap->pm_type == PT_EPT, ("invalid pm_type %d", pmap->pm_type));
5946
5947         /*
5948          * XWR = 010 or 110 will cause an unconditional EPT misconfiguration
5949          * so we don't let the referenced (aka EPT_PG_READ) bit to be cleared
5950          * if the EPT_PG_WRITE bit is set.
5951          */
5952         if ((pte & EPT_PG_WRITE) != 0)
5953                 return (FALSE);
5954
5955         /*
5956          * XWR = 100 is allowed only if the PMAP_SUPPORTS_EXEC_ONLY is set.
5957          */
5958         if ((pte & EPT_PG_EXECUTE) == 0 ||
5959             ((pmap->pm_flags & PMAP_SUPPORTS_EXEC_ONLY) != 0))
5960                 return (TRUE);
5961         else
5962                 return (FALSE);
5963 }
5964
5965 /*
5966  *      pmap_ts_referenced:
5967  *
5968  *      Return a count of reference bits for a page, clearing those bits.
5969  *      It is not necessary for every reference bit to be cleared, but it
5970  *      is necessary that 0 only be returned when there are truly no
5971  *      reference bits set.
5972  *
5973  *      As an optimization, update the page's dirty field if a modified bit is
5974  *      found while counting reference bits.  This opportunistic update can be
5975  *      performed at low cost and can eliminate the need for some future calls
5976  *      to pmap_is_modified().  However, since this function stops after
5977  *      finding PMAP_TS_REFERENCED_MAX reference bits, it may not detect some
5978  *      dirty pages.  Those dirty pages will only be detected by a future call
5979  *      to pmap_is_modified().
5980  *
5981  *      A DI block is not needed within this function, because
5982  *      invalidations are performed before the PV list lock is
5983  *      released.
5984  */
5985 int
5986 pmap_ts_referenced(vm_page_t m)
5987 {
5988         struct md_page *pvh;
5989         pv_entry_t pv, pvf;
5990         pmap_t pmap;
5991         struct rwlock *lock;
5992         pd_entry_t oldpde, *pde;
5993         pt_entry_t *pte, PG_A, PG_M, PG_RW;
5994         vm_offset_t va;
5995         vm_paddr_t pa;
5996         int cleared, md_gen, not_cleared, pvh_gen;
5997         struct spglist free;
5998         boolean_t demoted;
5999
6000         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
6001             ("pmap_ts_referenced: page %p is not managed", m));
6002         SLIST_INIT(&free);
6003         cleared = 0;
6004         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
6005         lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);
6006         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy : pa_to_pvh(pa);
6007         rw_wlock(lock);
6008 retry:
6009         not_cleared = 0;
6010         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) == NULL)
6011                 goto small_mappings;
6012         pv = pvf;
6013         do {
6014                 if (pvf == NULL)
6015                         pvf = pv;
6016                 pmap = PV_PMAP(pv);
6017                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6018                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
6019                         rw_wunlock(lock);
6020                         PMAP_LOCK(pmap);
6021                         rw_wlock(lock);
6022                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
6023                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6024                                 goto retry;
6025                         }
6026                 }
6027                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6028                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6029                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6030                 va = pv->pv_va;
6031                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
6032                 oldpde = *pde;
6033                 if ((oldpde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
6034                         /*
6035                          * Although "oldpde" is mapping a 2MB page, because
6036                          * this function is called at a 4KB page granularity,
6037                          * we only update the 4KB page under test.
6038                          */
6039                         vm_page_dirty(m);
6040                 }
6041                 if ((oldpde & PG_A) != 0) {
6042                         /*
6043                          * Since this reference bit is shared by 512 4KB
6044                          * pages, it should not be cleared every time it is
6045                          * tested.  Apply a simple "hash" function on the
6046                          * physical page number, the virtual superpage number,
6047                          * and the pmap address to select one 4KB page out of
6048                          * the 512 on which testing the reference bit will
6049                          * result in clearing that reference bit.  This
6050                          * function is designed to avoid the selection of the
6051                          * same 4KB page for every 2MB page mapping.
6052                          *
6053                          * On demotion, a mapping that hasn't been referenced
6054                          * is simply destroyed.  To avoid the possibility of a
6055                          * subsequent page fault on a demoted wired mapping,
6056                          * always leave its reference bit set.  Moreover,
6057                          * since the superpage is wired, the current state of
6058                          * its reference bit won't affect page replacement.
6059                          */
6060                         if ((((pa >> PAGE_SHIFT) ^ (pv->pv_va >> PDRSHIFT) ^
6061                             (uintptr_t)pmap) & (NPTEPG - 1)) == 0 &&
6062                             (oldpde & PG_W) == 0) {
6063                                 if (safe_to_clear_referenced(pmap, oldpde)) {
6064                                         atomic_clear_long(pde, PG_A);
6065                                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
6066                                         demoted = FALSE;
6067                                 } else if (pmap_demote_pde_locked(pmap, pde,
6068                                     pv->pv_va, &lock)) {
6069                                         /*
6070                                          * Remove the mapping to a single page
6071                                          * so that a subsequent access may
6072                                          * repromote.  Since the underlying
6073                                          * page table page is fully populated,
6074                                          * this removal never frees a page
6075                                          * table page.
6076                                          */
6077                                         demoted = TRUE;
6078                                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde &
6079                                             PG_PS_FRAME);
6080                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
6081                                         pmap_remove_pte(pmap, pte, va, *pde,
6082                                             NULL, &lock);
6083                                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
6084                                 } else
6085                                         demoted = TRUE;
6086
6087                                 if (demoted) {
6088                                         /*
6089                                          * The superpage mapping was removed
6090                                          * entirely and therefore 'pv' is no
6091                                          * longer valid.
6092                                          */
6093                                         if (pvf == pv)
6094                                                 pvf = NULL;
6095                                         pv = NULL;
6096                                 }
6097                                 cleared++;
6098                                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
6099                                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
6100                                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
6101                         } else
6102                                 not_cleared++;
6103                 }
6104                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6105                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
6106                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
6107                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
6108                         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
6109                         pvh->pv_gen++;
6110                 }
6111                 if (cleared + not_cleared >= PMAP_TS_REFERENCED_MAX)
6112                         goto out;
6113         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != pvf);
6114 small_mappings:
6115         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) == NULL)
6116                 goto out;
6117         pv = pvf;
6118         do {
6119                 if (pvf == NULL)
6120                         pvf = pv;
6121                 pmap = PV_PMAP(pv);
6122                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6123                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
6124                         md_gen = m->md.pv_gen;
6125                         rw_wunlock(lock);
6126                         PMAP_LOCK(pmap);
6127                         rw_wlock(lock);
6128                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
6129                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6130                                 goto retry;
6131                         }
6132                 }
6133                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6134                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6135                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6136                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
6137                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0,
6138                     ("pmap_ts_referenced: found a 2mpage in page %p's pv list",
6139                     m));
6140                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
6141                 if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
6142                         vm_page_dirty(m);
6143                 if ((*pte & PG_A) != 0) {
6144                         if (safe_to_clear_referenced(pmap, *pte)) {
6145                                 atomic_clear_long(pte, PG_A);
6146                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
6147                                 cleared++;
6148                         } else if ((*pte & PG_W) == 0) {
6149                                 /*
6150                                  * Wired pages cannot be paged out so
6151                                  * doing accessed bit emulation for
6152                                  * them is wasted effort. We do the
6153                                  * hard work for unwired pages only.
6154                                  */
6155                                 pmap_remove_pte(pmap, pte, pv->pv_va,
6156                                     *pde, &free, &lock);
6157                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
6158                                 cleared++;
6159                                 if (pvf == pv)
6160                                         pvf = NULL;
6161                                 pv = NULL;
6162                                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
6163                                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
6164                                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
6165                         } else
6166                                 not_cleared++;
6167                 }
6168                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6169                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
6170                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
6171                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
6172                         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
6173                         m->md.pv_gen++;
6174                 }
6175         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != pvf && cleared +
6176             not_cleared < PMAP_TS_REFERENCED_MAX);
6177 out:
6178         rw_wunlock(lock);
6179         pmap_free_zero_pages(&free);
6180         return (cleared + not_cleared);
6181 }
6182
6183 /*
6184  *      Apply the given advice to the specified range of addresses within the
6185  *      given pmap.  Depending on the advice, clear the referenced and/or
6186  *      modified flags in each mapping and set the mapped page's dirty field.
6187  */
6188 void
6189 pmap_advise(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, int advice)
6190 {
6191         struct rwlock *lock;
6192         pml4_entry_t *pml4e;
6193         pdp_entry_t *pdpe;
6194         pd_entry_t oldpde, *pde;
6195         pt_entry_t *pte, PG_A, PG_G, PG_M, PG_RW, PG_V;
6196         vm_offset_t va, va_next;
6197         vm_page_t m;
6198         boolean_t anychanged;
6199
6200         if (advice != MADV_DONTNEED && advice != MADV_FREE)
6201                 return;
6202
6203         /*
6204          * A/D bit emulation requires an alternate code path when clearing
6205          * the modified and accessed bits below. Since this function is
6206          * advisory in nature we skip it entirely for pmaps that require
6207          * A/D bit emulation.
6208          */
6209         if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
6210                 return;
6211
6212         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6213         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
6214         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6215         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6216         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6217         anychanged = FALSE;
6218         pmap_delayed_invl_started();
6219         PMAP_LOCK(pmap);
6220         for (; sva < eva; sva = va_next) {
6221                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
6222                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
6223                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
6224                         if (va_next < sva)
6225                                 va_next = eva;
6226                         continue;
6227                 }
6228                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
6229                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
6230                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
6231                         if (va_next < sva)
6232                                 va_next = eva;
6233                         continue;
6234                 }
6235                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
6236                 if (va_next < sva)
6237                         va_next = eva;
6238                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
6239                 oldpde = *pde;
6240                 if ((oldpde & PG_V) == 0)
6241                         continue;
6242                 else if ((oldpde & PG_PS) != 0) {
6243                         if ((oldpde & PG_MANAGED) == 0)
6244                                 continue;
6245                         lock = NULL;
6246                         if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, sva, &lock)) {
6247                                 if (lock != NULL)
6248                                         rw_wunlock(lock);
6249
6250                                 /*
6251                                  * The large page mapping was destroyed.
6252                                  */
6253                                 continue;
6254                         }
6255
6256                         /*
6257                          * Unless the page mappings are wired, remove the
6258                          * mapping to a single page so that a subsequent
6259                          * access may repromote.  Since the underlying page
6260                          * table page is fully populated, this removal never
6261                          * frees a page table page.
6262                          */
6263                         if ((oldpde & PG_W) == 0) {
6264                                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva);
6265                                 KASSERT((*pte & PG_V) != 0,
6266                                     ("pmap_advise: invalid PTE"));
6267                                 pmap_remove_pte(pmap, pte, sva, *pde, NULL,
6268                                     &lock);
6269                                 anychanged = TRUE;
6270                         }
6271                         if (lock != NULL)
6272                                 rw_wunlock(lock);
6273                 }
6274                 if (va_next > eva)
6275                         va_next = eva;
6276                 va = va_next;
6277                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
6278                     sva += PAGE_SIZE) {
6279                         if ((*pte & (PG_MANAGED | PG_V)) != (PG_MANAGED | PG_V))
6280                                 goto maybe_invlrng;
6281                         else if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
6282                                 if (advice == MADV_DONTNEED) {
6283                                         /*
6284                                          * Future calls to pmap_is_modified()
6285                                          * can be avoided by making the page
6286                                          * dirty now.
6287                                          */
6288                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pte & PG_FRAME);
6289                                         vm_page_dirty(m);
6290                                 }
6291                                 atomic_clear_long(pte, PG_M | PG_A);
6292                         } else if ((*pte & PG_A) != 0)
6293                                 atomic_clear_long(pte, PG_A);
6294                         else
6295                                 goto maybe_invlrng;
6296
6297                         if ((*pte & PG_G) != 0) {
6298                                 if (va == va_next)
6299                                         va = sva;
6300                         } else
6301                                 anychanged = TRUE;
6302                         continue;
6303 maybe_invlrng:
6304                         if (va != va_next) {
6305                                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
6306                                 va = va_next;
6307                         }
6308                 }
6309                 if (va != va_next)
6310                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
6311         }
6312         if (anychanged)
6313                 pmap_invalidate_all(pmap);
6314         PMAP_UNLOCK(pmap);
6315         pmap_delayed_invl_finished();
6316 }
6317
6318 /*
6319  *      Clear the modify bits on the specified physical page.
6320  */
6321 void
6322 pmap_clear_modify(vm_page_t m)
6323 {
6324         struct md_page *pvh;
6325         pmap_t pmap;
6326         pv_entry_t next_pv, pv;
6327         pd_entry_t oldpde, *pde;
6328         pt_entry_t oldpte, *pte, PG_M, PG_RW, PG_V;
6329         struct rwlock *lock;
6330         vm_offset_t va;
6331         int md_gen, pvh_gen;
6332
6333         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
6334             ("pmap_clear_modify: page %p is not managed", m));
6335         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
6336         KASSERT(!vm_page_xbusied(m),
6337             ("pmap_clear_modify: page %p is exclusive busied", m));
6338
6339         /*
6340          * If the page is not PGA_WRITEABLE, then no PTEs can have PG_M set.
6341          * If the object containing the page is locked and the page is not
6342          * exclusive busied, then PGA_WRITEABLE cannot be concurrently set.
6343          */
6344         if ((m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
6345                 return;
6346         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
6347             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
6348         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
6349         rw_wlock(lock);
6350 restart:
6351         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
6352                 pmap = PV_PMAP(pv);
6353                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6354                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
6355                         rw_wunlock(lock);
6356                         PMAP_LOCK(pmap);
6357                         rw_wlock(lock);
6358                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
6359                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6360                                 goto restart;
6361                         }
6362                 }
6363                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6364                 PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6365                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6366                 va = pv->pv_va;
6367                 pde = pmap_pde(pmap, va);
6368                 oldpde = *pde;
6369                 if ((oldpde & PG_RW) != 0) {
6370                         if (pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock)) {
6371                                 if ((oldpde & PG_W) == 0) {
6372                                         /*
6373                                          * Write protect the mapping to a
6374                                          * single page so that a subsequent
6375                                          * write access may repromote.
6376                                          */
6377                                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde &
6378                                             PG_PS_FRAME);
6379                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
6380                                         oldpte = *pte;
6381                                         if ((oldpte & PG_V) != 0) {
6382                                                 while (!atomic_cmpset_long(pte,
6383                                                     oldpte,
6384                                                     oldpte & ~(PG_M | PG_RW)))
6385                                                         oldpte = *pte;
6386                                                 vm_page_dirty(m);
6387                                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
6388                                         }
6389                                 }
6390                         }
6391                 }
6392                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6393         }
6394         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
6395                 pmap = PV_PMAP(pv);
6396                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6397                         md_gen = m->md.pv_gen;
6398                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
6399                         rw_wunlock(lock);
6400                         PMAP_LOCK(pmap);
6401                         rw_wlock(lock);
6402                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
6403                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6404                                 goto restart;
6405                         }
6406                 }
6407                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6408                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6409                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
6410                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_clear_modify: found"
6411                     " a 2mpage in page %p's pv list", m));
6412                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
6413                 if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
6414                         atomic_clear_long(pte, PG_M);
6415                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
6416                 }
6417                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6418         }
6419         rw_wunlock(lock);
6420 }
6421
6422 /*
6423  * Miscellaneous support routines follow
6424  */
6425
6426 /* Adjust the cache mode for a 4KB page mapped via a PTE. */
6427 static __inline void
6428 pmap_pte_attr(pt_entry_t *pte, int cache_bits, int mask)
6429 {
6430         u_int opte, npte;
6431
6432         /*
6433          * The cache mode bits are all in the low 32-bits of the
6434          * PTE, so we can just spin on updating the low 32-bits.
6435          */
6436         do {
6437                 opte = *(u_int *)pte;
6438                 npte = opte & ~mask;
6439                 npte |= cache_bits;
6440         } while (npte != opte && !atomic_cmpset_int((u_int *)pte, opte, npte));
6441 }
6442
6443 /* Adjust the cache mode for a 2MB page mapped via a PDE. */
6444 static __inline void
6445 pmap_pde_attr(pd_entry_t *pde, int cache_bits, int mask)
6446 {
6447         u_int opde, npde;
6448
6449         /*
6450          * The cache mode bits are all in the low 32-bits of the
6451          * PDE, so we can just spin on updating the low 32-bits.
6452          */
6453         do {
6454                 opde = *(u_int *)pde;
6455                 npde = opde & ~mask;
6456                 npde |= cache_bits;
6457         } while (npde != opde && !atomic_cmpset_int((u_int *)pde, opde, npde));
6458 }
6459
6460 /*
6461  * Map a set of physical memory pages into the kernel virtual
6462  * address space. Return a pointer to where it is mapped. This
6463  * routine is intended to be used for mapping device memory,
6464  * NOT real memory.
6465  */
6466 void *
6467 pmap_mapdev_attr(vm_paddr_t pa, vm_size_t size, int mode)
6468 {
6469         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
6470         vm_offset_t va, offset;
6471         vm_size_t tmpsize;
6472         int i;
6473
6474         offset = pa & PAGE_MASK;
6475         size = round_page(offset + size);
6476         pa = trunc_page(pa);
6477
6478         if (!pmap_initialized) {
6479                 va = 0;
6480                 for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
6481                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
6482                         if (ppim->va == 0) {
6483                                 ppim->pa = pa;
6484                                 ppim->sz = size;
6485                                 ppim->mode = mode;
6486                                 ppim->va = virtual_avail;
6487                                 virtual_avail += size;
6488                                 va = ppim->va;
6489                                 break;
6490                         }
6491                 }
6492                 if (va == 0)
6493                         panic("%s: too many preinit mappings", __func__);
6494         } else {
6495                 /*
6496                  * If we have a preinit mapping, re-use it.
6497                  */
6498                 for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
6499                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
6500                         if (ppim->pa == pa && ppim->sz == size &&
6501                             ppim->mode == mode)
6502                                 return ((void *)(ppim->va + offset));
6503                 }
6504                 /*
6505                  * If the specified range of physical addresses fits within
6506                  * the direct map window, use the direct map.
6507                  */
6508                 if (pa < dmaplimit && pa + size < dmaplimit) {
6509                         va = PHYS_TO_DMAP(pa);
6510                         if (!pmap_change_attr(va, size, mode))
6511                                 return ((void *)(va + offset));
6512                 }
6513                 va = kva_alloc(size);
6514                 if (va == 0)
6515                         panic("%s: Couldn't allocate KVA", __func__);
6516         }
6517         for (tmpsize = 0; tmpsize < size; tmpsize += PAGE_SIZE)
6518                 pmap_kenter_attr(va + tmpsize, pa + tmpsize, mode);
6519         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, va, va + tmpsize);
6520         pmap_invalidate_cache_range(va, va + tmpsize, FALSE);
6521         return ((void *)(va + offset));
6522 }
6523
6524 void *
6525 pmap_mapdev(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
6526 {
6527
6528         return (pmap_mapdev_attr(pa, size, PAT_UNCACHEABLE));
6529 }
6530
6531 void *
6532 pmap_mapbios(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
6533 {
6534
6535         return (pmap_mapdev_attr(pa, size, PAT_WRITE_BACK));
6536 }
6537
6538 void
6539 pmap_unmapdev(vm_offset_t va, vm_size_t size)
6540 {
6541         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
6542         vm_offset_t offset;
6543         int i;
6544
6545         /* If we gave a direct map region in pmap_mapdev, do nothing */
6546         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS)
6547                 return;
6548         offset = va & PAGE_MASK;
6549         size = round_page(offset + size);
6550         va = trunc_page(va);
6551         for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
6552                 ppim = pmap_preinit_mapping + i;
6553                 if (ppim->va == va && ppim->sz == size) {
6554                         if (pmap_initialized)
6555                                 return;
6556                         ppim->pa = 0;
6557                         ppim->va = 0;
6558                         ppim->sz = 0;
6559                         ppim->mode = 0;
6560                         if (va + size == virtual_avail)
6561                                 virtual_avail = va;
6562                         return;
6563                 }
6564         }
6565         if (pmap_initialized)
6566                 kva_free(va, size);
6567 }
6568
6569 /*
6570  * Tries to demote a 1GB page mapping.
6571  */
6572 static boolean_t
6573 pmap_demote_pdpe(pmap_t pmap, pdp_entry_t *pdpe, vm_offset_t va)
6574 {
6575         pdp_entry_t newpdpe, oldpdpe;
6576         pd_entry_t *firstpde, newpde, *pde;
6577         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
6578         vm_paddr_t pdpgpa;
6579         vm_page_t pdpg;
6580
6581         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6582         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6583         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6584         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6585
6586         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6587         oldpdpe = *pdpe;
6588         KASSERT((oldpdpe & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V),
6589             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_PS and/or PG_V"));
6590         if ((pdpg = vm_page_alloc(NULL, va >> PDPSHIFT, VM_ALLOC_INTERRUPT |
6591             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED)) == NULL) {
6592                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pdpe: failure for va %#lx"
6593                     " in pmap %p", va, pmap);
6594                 return (FALSE);
6595         }
6596         pdpgpa = VM_PAGE_TO_PHYS(pdpg);
6597         firstpde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pdpgpa);
6598         newpdpe = pdpgpa | PG_M | PG_A | (oldpdpe & PG_U) | PG_RW | PG_V;
6599         KASSERT((oldpdpe & PG_A) != 0,
6600             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_A"));
6601         KASSERT((oldpdpe & (PG_M | PG_RW)) != PG_RW,
6602             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_M"));
6603         newpde = oldpdpe;
6604
6605         /*
6606          * Initialize the page directory page.
6607          */
6608         for (pde = firstpde; pde < firstpde + NPDEPG; pde++) {
6609                 *pde = newpde;
6610                 newpde += NBPDR;
6611         }
6612
6613         /*
6614          * Demote the mapping.
6615          */
6616         *pdpe = newpdpe;
6617
6618         /*
6619          * Invalidate a stale recursive mapping of the page directory page.
6620          */
6621         pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopde(va));
6622
6623         pmap_pdpe_demotions++;
6624         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pdpe: success for va %#lx"
6625             " in pmap %p", va, pmap);
6626         return (TRUE);
6627 }
6628
6629 /*
6630  * Sets the memory attribute for the specified page.
6631  */
6632 void
6633 pmap_page_set_memattr(vm_page_t m, vm_memattr_t ma)
6634 {
6635
6636         m->md.pat_mode = ma;
6637
6638         /*
6639          * If "m" is a normal page, update its direct mapping.  This update
6640          * can be relied upon to perform any cache operations that are
6641          * required for data coherence.
6642          */
6643         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
6644             pmap_change_attr(PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m)), PAGE_SIZE,
6645             m->md.pat_mode))
6646                 panic("memory attribute change on the direct map failed");
6647 }
6648
6649 /*
6650  * Changes the specified virtual address range's memory type to that given by
6651  * the parameter "mode".  The specified virtual address range must be
6652  * completely contained within either the direct map or the kernel map.  If
6653  * the virtual address range is contained within the kernel map, then the
6654  * memory type for each of the corresponding ranges of the direct map is also
6655  * changed.  (The corresponding ranges of the direct map are those ranges that
6656  * map the same physical pages as the specified virtual address range.)  These
6657  * changes to the direct map are necessary because Intel describes the
6658  * behavior of their processors as "undefined" if two or more mappings to the
6659  * same physical page have different memory types.
6660  *
6661  * Returns zero if the change completed successfully, and either EINVAL or
6662  * ENOMEM if the change failed.  Specifically, EINVAL is returned if some part
6663  * of the virtual address range was not mapped, and ENOMEM is returned if
6664  * there was insufficient memory available to complete the change.  In the
6665  * latter case, the memory type may have been changed on some part of the
6666  * virtual address range or the direct map.
6667  */
6668 int
6669 pmap_change_attr(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
6670 {
6671         int error;
6672
6673         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
6674         error = pmap_change_attr_locked(va, size, mode);
6675         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
6676         return (error);
6677 }
6678
6679 static int
6680 pmap_change_attr_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
6681 {
6682         vm_offset_t base, offset, tmpva;
6683         vm_paddr_t pa_start, pa_end, pa_end1;
6684         pdp_entry_t *pdpe;
6685         pd_entry_t *pde;
6686         pt_entry_t *pte;
6687         int cache_bits_pte, cache_bits_pde, error;
6688         boolean_t changed;
6689
6690         PMAP_LOCK_ASSERT(kernel_pmap, MA_OWNED);
6691         base = trunc_page(va);
6692         offset = va & PAGE_MASK;
6693         size = round_page(offset + size);
6694
6695         /*
6696          * Only supported on kernel virtual addresses, including the direct
6697          * map but excluding the recursive map.
6698          */
6699         if (base < DMAP_MIN_ADDRESS)
6700                 return (EINVAL);
6701
6702         cache_bits_pde = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, 1);
6703         cache_bits_pte = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, 0);
6704         changed = FALSE;
6705
6706         /*
6707          * Pages that aren't mapped aren't supported.  Also break down 2MB pages
6708          * into 4KB pages if required.
6709          */
6710         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
6711                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, tmpva);
6712                 if (pdpe == NULL || *pdpe == 0)
6713                         return (EINVAL);
6714                 if (*pdpe & PG_PS) {
6715                         /*
6716                          * If the current 1GB page already has the required
6717                          * memory type, then we need not demote this page. Just
6718                          * increment tmpva to the next 1GB page frame.
6719                          */
6720                         if ((*pdpe & X86_PG_PDE_CACHE) == cache_bits_pde) {
6721                                 tmpva = trunc_1gpage(tmpva) + NBPDP;
6722                                 continue;
6723                         }
6724
6725                         /*
6726                          * If the current offset aligns with a 1GB page frame
6727                          * and there is at least 1GB left within the range, then
6728                          * we need not break down this page into 2MB pages.
6729                          */
6730                         if ((tmpva & PDPMASK) == 0 &&
6731                             tmpva + PDPMASK < base + size) {
6732                                 tmpva += NBPDP;
6733                                 continue;
6734                         }
6735                         if (!pmap_demote_pdpe(kernel_pmap, pdpe, tmpva))
6736                                 return (ENOMEM);
6737                 }
6738                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, tmpva);
6739                 if (*pde == 0)
6740                         return (EINVAL);
6741                 if (*pde & PG_PS) {
6742                         /*
6743                          * If the current 2MB page already has the required
6744                          * memory type, then we need not demote this page. Just
6745                          * increment tmpva to the next 2MB page frame.
6746                          */
6747                         if ((*pde & X86_PG_PDE_CACHE) == cache_bits_pde) {
6748                                 tmpva = trunc_2mpage(tmpva) + NBPDR;
6749                                 continue;
6750                         }
6751
6752                         /*
6753                          * If the current offset aligns with a 2MB page frame
6754                          * and there is at least 2MB left within the range, then
6755                          * we need not break down this page into 4KB pages.
6756                          */
6757                         if ((tmpva & PDRMASK) == 0 &&
6758                             tmpva + PDRMASK < base + size) {
6759                                 tmpva += NBPDR;
6760                                 continue;
6761                         }
6762                         if (!pmap_demote_pde(kernel_pmap, pde, tmpva))
6763                                 return (ENOMEM);
6764                 }
6765                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, tmpva);
6766                 if (*pte == 0)
6767                         return (EINVAL);
6768                 tmpva += PAGE_SIZE;
6769         }
6770         error = 0;
6771
6772         /*
6773          * Ok, all the pages exist, so run through them updating their
6774          * cache mode if required.
6775          */
6776         pa_start = pa_end = 0;
6777         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
6778                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, tmpva);
6779                 if (*pdpe & PG_PS) {
6780                         if ((*pdpe & X86_PG_PDE_CACHE) != cache_bits_pde) {
6781                                 pmap_pde_attr(pdpe, cache_bits_pde,
6782                                     X86_PG_PDE_CACHE);
6783                                 changed = TRUE;
6784                         }
6785                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS &&
6786                             (*pdpe & PG_PS_FRAME) < dmaplimit) {
6787                                 if (pa_start == pa_end) {
6788                                         /* Start physical address run. */
6789                                         pa_start = *pdpe & PG_PS_FRAME;
6790                                         pa_end = pa_start + NBPDP;
6791                                 } else if (pa_end == (*pdpe & PG_PS_FRAME))
6792                                         pa_end += NBPDP;
6793                                 else {
6794                                         /* Run ended, update direct map. */
6795                                         error = pmap_change_attr_locked(
6796                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
6797                                             pa_end - pa_start, mode);
6798                                         if (error != 0)
6799                                                 break;
6800                                         /* Start physical address run. */
6801                                         pa_start = *pdpe & PG_PS_FRAME;
6802                                         pa_end = pa_start + NBPDP;
6803                                 }
6804                         }
6805                         tmpva = trunc_1gpage(tmpva) + NBPDP;
6806                         continue;
6807                 }
6808                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, tmpva);
6809                 if (*pde & PG_PS) {
6810                         if ((*pde & X86_PG_PDE_CACHE) != cache_bits_pde) {
6811                                 pmap_pde_attr(pde, cache_bits_pde,
6812                                     X86_PG_PDE_CACHE);
6813                                 changed = TRUE;
6814                         }
6815                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS &&
6816                             (*pde & PG_PS_FRAME) < dmaplimit) {
6817                                 if (pa_start == pa_end) {
6818                                         /* Start physical address run. */
6819                                         pa_start = *pde & PG_PS_FRAME;
6820                                         pa_end = pa_start + NBPDR;
6821                                 } else if (pa_end == (*pde & PG_PS_FRAME))
6822                                         pa_end += NBPDR;
6823                                 else {
6824                                         /* Run ended, update direct map. */
6825                                         error = pmap_change_attr_locked(
6826                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
6827                                             pa_end - pa_start, mode);
6828                                         if (error != 0)
6829                                                 break;
6830                                         /* Start physical address run. */
6831                                         pa_start = *pde & PG_PS_FRAME;
6832                                         pa_end = pa_start + NBPDR;
6833                                 }
6834                         }
6835                         tmpva = trunc_2mpage(tmpva) + NBPDR;
6836                 } else {
6837                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, tmpva);
6838                         if ((*pte & X86_PG_PTE_CACHE) != cache_bits_pte) {
6839                                 pmap_pte_attr(pte, cache_bits_pte,
6840                                     X86_PG_PTE_CACHE);
6841                                 changed = TRUE;
6842                         }
6843                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS &&
6844                             (*pte & PG_FRAME) < dmaplimit) {
6845                                 if (pa_start == pa_end) {
6846                                         /* Start physical address run. */
6847                                         pa_start = *pte & PG_FRAME;
6848                                         pa_end = pa_start + PAGE_SIZE;
6849                                 } else if (pa_end == (*pte & PG_FRAME))
6850                                         pa_end += PAGE_SIZE;
6851                                 else {
6852                                         /* Run ended, update direct map. */
6853                                         error = pmap_change_attr_locked(
6854                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
6855                                             pa_end - pa_start, mode);
6856                                         if (error != 0)
6857                                                 break;
6858                                         /* Start physical address run. */
6859                                         pa_start = *pte & PG_FRAME;
6860                                         pa_end = pa_start + PAGE_SIZE;
6861                                 }
6862                         }
6863                         tmpva += PAGE_SIZE;
6864                 }
6865         }
6866         if (error == 0 && pa_start != pa_end && pa_start < dmaplimit) {
6867                 pa_end1 = MIN(pa_end, dmaplimit);
6868                 if (pa_start != pa_end1)
6869                         error = pmap_change_attr_locked(PHYS_TO_DMAP(pa_start),
6870                             pa_end1 - pa_start, mode);
6871         }
6872
6873         /*
6874          * Flush CPU caches if required to make sure any data isn't cached that
6875          * shouldn't be, etc.
6876          */
6877         if (changed) {
6878                 pmap_invalidate_range(kernel_pmap, base, tmpva);
6879                 pmap_invalidate_cache_range(base, tmpva, FALSE);
6880         }
6881         return (error);
6882 }
6883
6884 /*
6885  * Demotes any mapping within the direct map region that covers more than the
6886  * specified range of physical addresses.  This range's size must be a power
6887  * of two and its starting address must be a multiple of its size.  Since the
6888  * demotion does not change any attributes of the mapping, a TLB invalidation
6889  * is not mandatory.  The caller may, however, request a TLB invalidation.
6890  */
6891 void
6892 pmap_demote_DMAP(vm_paddr_t base, vm_size_t len, boolean_t invalidate)
6893 {
6894         pdp_entry_t *pdpe;
6895         pd_entry_t *pde;
6896         vm_offset_t va;
6897         boolean_t changed;
6898
6899         if (len == 0)
6900                 return;
6901         KASSERT(powerof2(len), ("pmap_demote_DMAP: len is not a power of 2"));
6902         KASSERT((base & (len - 1)) == 0,
6903             ("pmap_demote_DMAP: base is not a multiple of len"));
6904         if (len < NBPDP && base < dmaplimit) {
6905                 va = PHYS_TO_DMAP(base);
6906                 changed = FALSE;
6907                 PMAP_LOCK(kernel_pmap);
6908                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, va);
6909                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0)
6910                         panic("pmap_demote_DMAP: invalid PDPE");
6911                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0) {
6912                         if (!pmap_demote_pdpe(kernel_pmap, pdpe, va))
6913                                 panic("pmap_demote_DMAP: PDPE failed");
6914                         changed = TRUE;
6915                 }
6916                 if (len < NBPDR) {
6917                         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
6918                         if ((*pde & X86_PG_V) == 0)
6919                                 panic("pmap_demote_DMAP: invalid PDE");
6920                         if ((*pde & PG_PS) != 0) {
6921                                 if (!pmap_demote_pde(kernel_pmap, pde, va))
6922                                         panic("pmap_demote_DMAP: PDE failed");
6923                                 changed = TRUE;
6924                         }
6925                 }
6926                 if (changed && invalidate)
6927                         pmap_invalidate_page(kernel_pmap, va);
6928                 PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
6929         }
6930 }
6931
6932 /*
6933  * perform the pmap work for mincore
6934  */
6935 int
6936 pmap_mincore(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_paddr_t *locked_pa)
6937 {
6938         pd_entry_t *pdep;
6939         pt_entry_t pte, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
6940         vm_paddr_t pa;
6941         int val;
6942
6943         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6944         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6945         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6946         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6947
6948         PMAP_LOCK(pmap);
6949 retry:
6950         pdep = pmap_pde(pmap, addr);
6951         if (pdep != NULL && (*pdep & PG_V)) {
6952                 if (*pdep & PG_PS) {
6953                         pte = *pdep;
6954                         /* Compute the physical address of the 4KB page. */
6955                         pa = ((*pdep & PG_PS_FRAME) | (addr & PDRMASK)) &
6956                             PG_FRAME;
6957                         val = MINCORE_SUPER;
6958                 } else {
6959                         pte = *pmap_pde_to_pte(pdep, addr);
6960                         pa = pte & PG_FRAME;
6961                         val = 0;
6962                 }
6963         } else {
6964                 pte = 0;
6965                 pa = 0;
6966                 val = 0;
6967         }
6968         if ((pte & PG_V) != 0) {
6969                 val |= MINCORE_INCORE;
6970                 if ((pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
6971                         val |= MINCORE_MODIFIED | MINCORE_MODIFIED_OTHER;
6972                 if ((pte & PG_A) != 0)
6973                         val |= MINCORE_REFERENCED | MINCORE_REFERENCED_OTHER;
6974         }
6975         if ((val & (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER)) !=
6976             (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER) &&
6977             (pte & (PG_MANAGED | PG_V)) == (PG_MANAGED | PG_V)) {
6978                 /* Ensure that "PHYS_TO_VM_PAGE(pa)->object" doesn't change. */
6979                 if (vm_page_pa_tryrelock(pmap, pa, locked_pa))
6980                         goto retry;
6981         } else
6982                 PA_UNLOCK_COND(*locked_pa);
6983         PMAP_UNLOCK(pmap);
6984         return (val);
6985 }
6986
6987 static uint64_t
6988 pmap_pcid_alloc(pmap_t pmap, u_int cpuid)
6989 {
6990         uint32_t gen, new_gen, pcid_next;
6991
6992         CRITICAL_ASSERT(curthread);
6993         gen = PCPU_GET(pcid_gen);
6994         if (pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid == PMAP_PCID_KERN ||
6995             pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen == gen)
6996                 return (CR3_PCID_SAVE);
6997         pcid_next = PCPU_GET(pcid_next);
6998         KASSERT(pcid_next <= PMAP_PCID_OVERMAX, ("cpu %d pcid_next %#x",
6999             cpuid, pcid_next));
7000         if (pcid_next == PMAP_PCID_OVERMAX) {
7001                 new_gen = gen + 1;
7002                 if (new_gen == 0)
7003                         new_gen = 1;
7004                 PCPU_SET(pcid_gen, new_gen);
7005                 pcid_next = PMAP_PCID_KERN + 1;
7006         } else {
7007                 new_gen = gen;
7008         }
7009         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid = pcid_next;
7010         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = new_gen;
7011         PCPU_SET(pcid_next, pcid_next + 1);
7012         return (0);
7013 }
7014
7015 void
7016 pmap_activate_sw(struct thread *td)
7017 {
7018         pmap_t oldpmap, pmap;
7019         uint64_t cached, cr3;
7020         register_t rflags;
7021         u_int cpuid;
7022
7023         oldpmap = PCPU_GET(curpmap);
7024         pmap = vmspace_pmap(td->td_proc->p_vmspace);
7025         if (oldpmap == pmap)
7026                 return;
7027         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
7028 #ifdef SMP
7029         CPU_SET_ATOMIC(cpuid, &pmap->pm_active);
7030 #else
7031         CPU_SET(cpuid, &pmap->pm_active);
7032 #endif
7033         cr3 = rcr3();
7034         if (pmap_pcid_enabled) {
7035                 cached = pmap_pcid_alloc(pmap, cpuid);
7036                 KASSERT(pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid >= 0 &&
7037                     pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid < PMAP_PCID_OVERMAX,
7038                     ("pmap %p cpu %d pcid %#x", pmap, cpuid,
7039                     pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid));
7040                 KASSERT(pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid != PMAP_PCID_KERN ||
7041                     pmap == kernel_pmap,
7042                     ("non-kernel pmap thread %p pmap %p cpu %d pcid %#x",
7043                     td, pmap, cpuid, pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid));
7044
7045                 /*
7046                  * If the INVPCID instruction is not available,
7047                  * invltlb_pcid_handler() is used for handle
7048                  * invalidate_all IPI, which checks for curpmap ==
7049                  * smp_tlb_pmap.  Below operations sequence has a
7050                  * window where %CR3 is loaded with the new pmap's
7051                  * PML4 address, but curpmap value is not yet updated.
7052                  * This causes invltlb IPI handler, called between the
7053                  * updates, to execute as NOP, which leaves stale TLB
7054                  * entries.
7055                  *
7056                  * Note that the most typical use of
7057                  * pmap_activate_sw(), from the context switch, is
7058                  * immune to this race, because interrupts are
7059                  * disabled (while the thread lock is owned), and IPI
7060                  * happends after curpmap is updated.  Protect other
7061                  * callers in a similar way, by disabling interrupts
7062                  * around the %cr3 register reload and curpmap
7063                  * assignment.
7064                  */
7065                 if (!invpcid_works)
7066                         rflags = intr_disable();
7067
7068                 if (!cached || (cr3 & ~CR3_PCID_MASK) != pmap->pm_cr3) {
7069                         load_cr3(pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid |
7070                             cached);
7071                         if (cached)
7072                                 PCPU_INC(pm_save_cnt);
7073                 }
7074                 PCPU_SET(curpmap, pmap);
7075                 if (!invpcid_works)
7076                         intr_restore(rflags);
7077         } else if (cr3 != pmap->pm_cr3) {
7078                 load_cr3(pmap->pm_cr3);
7079                 PCPU_SET(curpmap, pmap);
7080         }
7081 #ifdef SMP
7082         CPU_CLR_ATOMIC(cpuid, &oldpmap->pm_active);
7083 #else
7084         CPU_CLR(cpuid, &oldpmap->pm_active);
7085 #endif
7086 }
7087
7088 void
7089 pmap_activate(struct thread *td)
7090 {
7091
7092         critical_enter();
7093         pmap_activate_sw(td);
7094         critical_exit();
7095 }
7096
7097 void
7098 pmap_sync_icache(pmap_t pm, vm_offset_t va, vm_size_t sz)
7099 {
7100 }
7101
7102 /*
7103  *      Increase the starting virtual address of the given mapping if a
7104  *      different alignment might result in more superpage mappings.
7105  */
7106 void
7107 pmap_align_superpage(vm_object_t object, vm_ooffset_t offset,
7108     vm_offset_t *addr, vm_size_t size)
7109 {
7110         vm_offset_t superpage_offset;
7111
7112         if (size < NBPDR)
7113                 return;
7114         if (object != NULL && (object->flags & OBJ_COLORED) != 0)
7115                 offset += ptoa(object->pg_color);
7116         superpage_offset = offset & PDRMASK;
7117         if (size - ((NBPDR - superpage_offset) & PDRMASK) < NBPDR ||
7118             (*addr & PDRMASK) == superpage_offset)
7119                 return;
7120         if ((*addr & PDRMASK) < superpage_offset)
7121                 *addr = (*addr & ~PDRMASK) + superpage_offset;
7122         else
7123                 *addr = ((*addr + PDRMASK) & ~PDRMASK) + superpage_offset;
7124 }
7125
7126 #ifdef INVARIANTS
7127 static unsigned long num_dirty_emulations;
7128 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_dirty_emulations, CTLFLAG_RW,
7129              &num_dirty_emulations, 0, NULL);
7130
7131 static unsigned long num_accessed_emulations;
7132 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_accessed_emulations, CTLFLAG_RW,
7133              &num_accessed_emulations, 0, NULL);
7134
7135 static unsigned long num_superpage_accessed_emulations;
7136 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_superpage_accessed_emulations, CTLFLAG_RW,
7137              &num_superpage_accessed_emulations, 0, NULL);
7138
7139 static unsigned long ad_emulation_superpage_promotions;
7140 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, ad_emulation_superpage_promotions, CTLFLAG_RW,
7141              &ad_emulation_superpage_promotions, 0, NULL);
7142 #endif  /* INVARIANTS */
7143
7144 int
7145 pmap_emulate_accessed_dirty(pmap_t pmap, vm_offset_t va, int ftype)
7146 {
7147         int rv;
7148         struct rwlock *lock;
7149         vm_page_t m, mpte;
7150         pd_entry_t *pde;
7151         pt_entry_t *pte, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
7152
7153         KASSERT(ftype == VM_PROT_READ || ftype == VM_PROT_WRITE,
7154             ("pmap_emulate_accessed_dirty: invalid fault type %d", ftype));
7155
7156         if (!pmap_emulate_ad_bits(pmap))
7157                 return (-1);
7158
7159         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
7160         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7161         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7162         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7163
7164         rv = -1;
7165         lock = NULL;
7166         PMAP_LOCK(pmap);
7167
7168         pde = pmap_pde(pmap, va);
7169         if (pde == NULL || (*pde & PG_V) == 0)
7170                 goto done;
7171
7172         if ((*pde & PG_PS) != 0) {
7173                 if (ftype == VM_PROT_READ) {
7174 #ifdef INVARIANTS
7175                         atomic_add_long(&num_superpage_accessed_emulations, 1);
7176 #endif
7177                         *pde |= PG_A;
7178                         rv = 0;
7179                 }
7180                 goto done;
7181         }
7182
7183         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
7184         if ((*pte & PG_V) == 0)
7185                 goto done;
7186
7187         if (ftype == VM_PROT_WRITE) {
7188                 if ((*pte & PG_RW) == 0)
7189                         goto done;
7190                 /*
7191                  * Set the modified and accessed bits simultaneously.
7192                  *
7193                  * Intel EPT PTEs that do software emulation of A/D bits map
7194                  * PG_A and PG_M to EPT_PG_READ and EPT_PG_WRITE respectively.
7195                  * An EPT misconfiguration is triggered if the PTE is writable
7196                  * but not readable (WR=10). This is avoided by setting PG_A
7197                  * and PG_M simultaneously.
7198                  */
7199                 *pte |= PG_M | PG_A;
7200         } else {
7201                 *pte |= PG_A;
7202         }
7203
7204         /* try to promote the mapping */
7205         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
7206                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
7207         else
7208                 mpte = NULL;
7209
7210         m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pte & PG_FRAME);
7211
7212         if ((mpte == NULL || mpte->wire_count == NPTEPG) &&
7213             pmap_ps_enabled(pmap) &&
7214             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
7215             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0) {
7216                 pmap_promote_pde(pmap, pde, va, &lock);
7217 #ifdef INVARIANTS
7218                 atomic_add_long(&ad_emulation_superpage_promotions, 1);
7219 #endif
7220         }
7221 #ifdef INVARIANTS
7222         if (ftype == VM_PROT_WRITE)
7223                 atomic_add_long(&num_dirty_emulations, 1);
7224         else
7225                 atomic_add_long(&num_accessed_emulations, 1);
7226 #endif
7227         rv = 0;         /* success */
7228 done:
7229         if (lock != NULL)
7230                 rw_wunlock(lock);
7231         PMAP_UNLOCK(pmap);
7232         return (rv);
7233 }
7234
7235 void
7236 pmap_get_mapping(pmap_t pmap, vm_offset_t va, uint64_t *ptr, int *num)
7237 {
7238         pml4_entry_t *pml4;
7239         pdp_entry_t *pdp;
7240         pd_entry_t *pde;
7241         pt_entry_t *pte, PG_V;
7242         int idx;
7243
7244         idx = 0;
7245         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7246         PMAP_LOCK(pmap);
7247
7248         pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
7249         ptr[idx++] = *pml4;
7250         if ((*pml4 & PG_V) == 0)
7251                 goto done;
7252
7253         pdp = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4, va);
7254         ptr[idx++] = *pdp;
7255         if ((*pdp & PG_V) == 0 || (*pdp & PG_PS) != 0)
7256                 goto done;
7257
7258         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdp, va);
7259         ptr[idx++] = *pde;
7260         if ((*pde & PG_V) == 0 || (*pde & PG_PS) != 0)
7261                 goto done;
7262
7263         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
7264         ptr[idx++] = *pte;
7265
7266 done:
7267         PMAP_UNLOCK(pmap);
7268         *num = idx;
7269 }
7270
7271 /**
7272  * Get the kernel virtual address of a set of physical pages. If there are
7273  * physical addresses not covered by the DMAP perform a transient mapping
7274  * that will be removed when calling pmap_unmap_io_transient.
7275  *
7276  * \param page        The pages the caller wishes to obtain the virtual
7277  *                    address on the kernel memory map.
7278  * \param vaddr       On return contains the kernel virtual memory address
7279  *                    of the pages passed in the page parameter.
7280  * \param count       Number of pages passed in.
7281  * \param can_fault   TRUE if the thread using the mapped pages can take
7282  *                    page faults, FALSE otherwise.
7283  *
7284  * \returns TRUE if the caller must call pmap_unmap_io_transient when
7285  *          finished or FALSE otherwise.
7286  *
7287  */
7288 boolean_t
7289 pmap_map_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
7290     boolean_t can_fault)
7291 {
7292         vm_paddr_t paddr;
7293         boolean_t needs_mapping;
7294         pt_entry_t *pte;
7295         int cache_bits, error, i;
7296
7297         /*
7298          * Allocate any KVA space that we need, this is done in a separate
7299          * loop to prevent calling vmem_alloc while pinned.
7300          */
7301         needs_mapping = FALSE;
7302         for (i = 0; i < count; i++) {
7303                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
7304                 if (__predict_false(paddr >= dmaplimit)) {
7305                         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE,
7306                             M_BESTFIT | M_WAITOK, &vaddr[i]);
7307                         KASSERT(error == 0, ("vmem_alloc failed: %d", error));
7308                         needs_mapping = TRUE;
7309                 } else {
7310                         vaddr[i] = PHYS_TO_DMAP(paddr);
7311                 }
7312         }
7313
7314         /* Exit early if everything is covered by the DMAP */
7315         if (!needs_mapping)
7316                 return (FALSE);
7317
7318         /*
7319          * NB:  The sequence of updating a page table followed by accesses
7320          * to the corresponding pages used in the !DMAP case is subject to
7321          * the situation described in the "AMD64 Architecture Programmer's
7322          * Manual Volume 2: System Programming" rev. 3.23, "7.3.1 Special
7323          * Coherency Considerations".  Therefore, issuing the INVLPG right
7324          * after modifying the PTE bits is crucial.
7325          */
7326         if (!can_fault)
7327                 sched_pin();
7328         for (i = 0; i < count; i++) {
7329                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
7330                 if (paddr >= dmaplimit) {
7331                         if (can_fault) {
7332                                 /*
7333                                  * Slow path, since we can get page faults
7334                                  * while mappings are active don't pin the
7335                                  * thread to the CPU and instead add a global
7336                                  * mapping visible to all CPUs.
7337                                  */
7338                                 pmap_qenter(vaddr[i], &page[i], 1);
7339                         } else {
7340                                 pte = vtopte(vaddr[i]);
7341                                 cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap,
7342                                     page[i]->md.pat_mode, 0);
7343                                 pte_store(pte, paddr | X86_PG_RW | X86_PG_V |
7344                                     cache_bits);
7345                                 invlpg(vaddr[i]);
7346                         }
7347                 }
7348         }
7349
7350         return (needs_mapping);
7351 }
7352
7353 void
7354 pmap_unmap_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
7355     boolean_t can_fault)
7356 {
7357         vm_paddr_t paddr;
7358         int i;
7359
7360         if (!can_fault)
7361                 sched_unpin();
7362         for (i = 0; i < count; i++) {
7363                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
7364                 if (paddr >= dmaplimit) {
7365                         if (can_fault)
7366                                 pmap_qremove(vaddr[i], 1);
7367                         vmem_free(kernel_arena, vaddr[i], PAGE_SIZE);
7368                 }
7369         }
7370 }
7371
7372 vm_offset_t
7373 pmap_quick_enter_page(vm_page_t m)
7374 {
7375         vm_paddr_t paddr;
7376
7377         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
7378         if (paddr < dmaplimit)
7379                 return (PHYS_TO_DMAP(paddr));
7380         mtx_lock_spin(&qframe_mtx);
7381         KASSERT(*vtopte(qframe) == 0, ("qframe busy"));
7382         pte_store(vtopte(qframe), paddr | X86_PG_RW | X86_PG_V | X86_PG_A |
7383             X86_PG_M | pmap_cache_bits(kernel_pmap, m->md.pat_mode, 0));
7384         return (qframe);
7385 }
7386
7387 void
7388 pmap_quick_remove_page(vm_offset_t addr)
7389 {
7390
7391         if (addr != qframe)
7392                 return;
7393         pte_store(vtopte(qframe), 0);
7394         invlpg(qframe);
7395         mtx_unlock_spin(&qframe_mtx);
7396 }
7397
7398 #include "opt_ddb.h"
7399 #ifdef DDB
7400 #include <sys/kdb.h>
7401 #include <ddb/ddb.h>
7402
7403 DB_SHOW_COMMAND(pte, pmap_print_pte)
7404 {
7405         pmap_t pmap;
7406         pml4_entry_t *pml4;
7407         pdp_entry_t *pdp;
7408         pd_entry_t *pde;
7409         pt_entry_t *pte, PG_V;
7410         vm_offset_t va;
7411
7412         if (!have_addr) {
7413                 db_printf("show pte addr\n");
7414                 return;
7415         }
7416         va = (vm_offset_t)addr;
7417
7418         if (kdb_thread != NULL)
7419                 pmap = vmspace_pmap(kdb_thread->td_proc->p_vmspace);
7420         else
7421                 pmap = PCPU_GET(curpmap);
7422
7423         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7424         pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
7425         db_printf("VA %#016lx pml4e %#016lx", va, *pml4);
7426         if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
7427                 db_printf("\n");
7428                 return;
7429         }
7430         pdp = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4, va);
7431         db_printf(" pdpe %#016lx", *pdp);
7432         if ((*pdp & PG_V) == 0 || (*pdp & PG_PS) != 0) {
7433                 db_printf("\n");
7434                 return;
7435         }
7436         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdp, va);
7437         db_printf(" pde %#016lx", *pde);
7438         if ((*pde & PG_V) == 0 || (*pde & PG_PS) != 0) {
7439                 db_printf("\n");
7440                 return;
7441         }
7442         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
7443         db_printf(" pte %#016lx\n", *pte);
7444 }
7445
7446 DB_SHOW_COMMAND(phys2dmap, pmap_phys2dmap)
7447 {
7448         vm_paddr_t a;
7449
7450         if (have_addr) {
7451                 a = (vm_paddr_t)addr;
7452                 db_printf("0x%jx\n", (uintmax_t)PHYS_TO_DMAP(a));
7453         } else {
7454                 db_printf("show phys2dmap addr\n");
7455         }
7456 }
7457 #endif