sys/amd64/amd64/pmap.c

   1 /*-
   2  * Copyright (c) 1991 Regents of the University of California.
   3  * All rights reserved.
   4  * Copyright (c) 1994 John S. Dyson
   5  * All rights reserved.
   6  * Copyright (c) 1994 David Greenman
   7  * All rights reserved.
   8  * Copyright (c) 2003 Peter Wemm
   9  * All rights reserved.
  10  * Copyright (c) 2005-2010 Alan L. Cox <alc@cs.rice.edu>
  11  * All rights reserved.
  12  *
  13  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
  14  * the Systems Programming Group of the University of Utah Computer
  15  * Science Department and William Jolitz of UUNET Technologies Inc.
  16  *
  17  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
  18  * modification, are permitted provided that the following conditions
  19  * are met:
  20  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
  21  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  22  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  23  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  24  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
  25  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
  26  *    must display the following acknowledgement:
  27  *      This product includes software developed by the University of
  28  *      California, Berkeley and its contributors.
  29  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
  30  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
  31  *    without specific prior written permission.
  32  *
  33  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
  34  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  35  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
  36  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
  37  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
  38  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
  39  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
  40  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
  41  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
  42  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  43  * SUCH DAMAGE.
  44  *
  45  *      from:   @(#)pmap.c      7.7 (Berkeley)  5/12/91
  46  */
  47 /*-
  48  * Copyright (c) 2003 Networks Associates Technology, Inc.
  49  * All rights reserved.
  50  *
  51  * This software was developed for the FreeBSD Project by Jake Burkholder,
  52  * Safeport Network Services, and Network Associates Laboratories, the
  53  * Security Research Division of Network Associates, Inc. under
  54  * DARPA/SPAWAR contract N66001-01-C-8035 ("CBOSS"), as part of the DARPA
  55  * CHATS research program.
  56  *
  57  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
  58  * modification, are permitted provided that the following conditions
  59  * are met:
  60  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
  61  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  62  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  63  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  64  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
  65  *
  66  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
  67  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  68  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
  69  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
  70  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
  71  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
  72  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
  73  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
  74  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
  75  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  76  * SUCH DAMAGE.
  77  */
  78
  79 #include <sys/cdefs.h>
  80 __FBSDID("$FreeBSD$");
  81
  82 /*
  83  *      Manages physical address maps.
  84  *
  85  *      In addition to hardware address maps, this
  86  *      module is called upon to provide software-use-only
  87  *      maps which may or may not be stored in the same
  88  *      form as hardware maps.  These pseudo-maps are
  89  *      used to store intermediate results from copy
  90  *      operations to and from address spaces.
  91  *
  92  *      Since the information managed by this module is
  93  *      also stored by the logical address mapping module,
  94  *      this module may throw away valid virtual-to-physical
  95  *      mappings at almost any time.  However, invalidations
  96  *      of virtual-to-physical mappings must be done as
  97  *      requested.
  98  *
  99  *      In order to cope with hardware architectures which
 100  *      make virtual-to-physical map invalidates expensive,
 101  *      this module may delay invalidate or reduced protection
 102  *      operations until such time as they are actually
 103  *      necessary.  This module is given full information as
 104  *      to which processors are currently using which maps,
 105  *      and to when physical maps must be made correct.
 106  */
 107
 108 #include "opt_msgbuf.h"
 109 #include "opt_pmap.h"
 110 #include "opt_vm.h"
 111
 112 #include <sys/param.h>
 113 #include <sys/systm.h>
 114 #include <sys/kernel.h>
 115 #include <sys/ktr.h>
 116 #include <sys/lock.h>
 117 #include <sys/malloc.h>
 118 #include <sys/mman.h>
 119 #include <sys/msgbuf.h>
 120 #include <sys/mutex.h>
 121 #include <sys/proc.h>
 122 #include <sys/sx.h>
 123 #include <sys/vmmeter.h>
 124 #include <sys/sched.h>
 125 #include <sys/sysctl.h>
 126 #ifdef SMP
 127 #include <sys/smp.h>
 128 #endif
 129
 130 #include <vm/vm.h>
 131 #include <vm/vm_param.h>
 132 #include <vm/vm_kern.h>
 133 #include <vm/vm_page.h>
 134 #include <vm/vm_map.h>
 135 #include <vm/vm_object.h>
 136 #include <vm/vm_extern.h>
 137 #include <vm/vm_pageout.h>
 138 #include <vm/vm_pager.h>
 139 #include <vm/vm_reserv.h>
 140 #include <vm/uma.h>
 141
 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 #ifndef PMAP_SHPGPERPROC
 152 #define PMAP_SHPGPERPROC 200
 153 #endif
 154
 155 #if !defined(DIAGNOSTIC)
 156 #define PMAP_INLINE     __gnu89_inline
 157 #else
 158 #define PMAP_INLINE
 159 #endif
 160
 161 #define PV_STATS
 162 #ifdef PV_STATS
 163 #define PV_STAT(x)      do { x ; } while (0)
 164 #else
 165 #define PV_STAT(x)      do { } while (0)
 166 #endif
 167
 168 #define pa_index(pa)    ((pa) >> PDRSHIFT)
 169 #define pa_to_pvh(pa)   (&pv_table[pa_index(pa)])
 170
 171 struct pmap kernel_pmap_store;
 172
 173 vm_offset_t virtual_avail;      /* VA of first avail page (after kernel bss) */
 174 vm_offset_t virtual_end;        /* VA of last avail page (end of kernel AS) */
 175
 176 static int ndmpdp;
 177 static vm_paddr_t dmaplimit;
 178 vm_offset_t kernel_vm_end = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
 179 pt_entry_t pg_nx;
 180
 181 SYSCTL_NODE(_vm, OID_AUTO, pmap, CTLFLAG_RD, 0, "VM/pmap parameters");
 182
 183 static int pat_works = 1;
 184 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pat_works, CTLFLAG_RD, &pat_works, 1,
 185     "Is page attribute table fully functional?");
 186
 187 static int pg_ps_enabled = 1;
 188 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pg_ps_enabled, CTLFLAG_RDTUN, &pg_ps_enabled, 0,
 189     "Are large page mappings enabled?");
 190
 191 #define PAT_INDEX_SIZE  8
 192 static int pat_index[PAT_INDEX_SIZE];   /* cache mode to PAT index conversion */
 193
 194 static u_int64_t        KPTphys;        /* phys addr of kernel level 1 */
 195 static u_int64_t        KPDphys;        /* phys addr of kernel level 2 */
 196 u_int64_t               KPDPphys;       /* phys addr of kernel level 3 */
 197 u_int64_t               KPML4phys;      /* phys addr of kernel level 4 */
 198
 199 static u_int64_t        DMPDphys;       /* phys addr of direct mapped level 2 */
 200 static u_int64_t        DMPDPphys;      /* phys addr of direct mapped level 3 */
 201
 202 /*
 203  * Data for the pv entry allocation mechanism
 204  */
 205 static int pv_entry_count = 0, pv_entry_max = 0, pv_entry_high_water = 0;
 206 static struct md_page *pv_table;
 207 static int shpgperproc = PMAP_SHPGPERPROC;
 208
 209 /*
 210  * All those kernel PT submaps that BSD is so fond of
 211  */
 212 pt_entry_t *CMAP1 = 0;
 213 caddr_t CADDR1 = 0;
 214 struct msgbuf *msgbufp = 0;
 215
 216 /*
 217  * Crashdump maps.
 218  */
 219 static caddr_t crashdumpmap;
 220
 221 static void     free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv);
 222 static pv_entry_t get_pv_entry(pmap_t locked_pmap, int try);
 223 static void     pmap_pv_demote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa);
 224 static boolean_t pmap_pv_insert_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa);
 225 static void     pmap_pv_promote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa);
 226 static void     pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va);
 227 static pv_entry_t pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap,
 228                     vm_offset_t va);
 229 static int      pmap_pvh_wired_mappings(struct md_page *pvh, int count);
 230
 231 static int pmap_change_attr_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode);
 232 static boolean_t pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va);
 233 static boolean_t pmap_demote_pdpe(pmap_t pmap, pdp_entry_t *pdpe,
 234     vm_offset_t va);
 235 static boolean_t pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
 236     vm_prot_t prot);
 237 static vm_page_t pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
 238     vm_page_t m, vm_prot_t prot, vm_page_t mpte);
 239 static void pmap_fill_ptp(pt_entry_t *firstpte, pt_entry_t newpte);
 240 static void pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte);
 241 static void pmap_invalidate_cache_range(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva);
 242 static boolean_t pmap_is_modified_pvh(struct md_page *pvh);
 243 static void pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode);
 244 static vm_page_t pmap_lookup_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
 245 static void pmap_pde_attr(pd_entry_t *pde, int cache_bits);
 246 static void pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va);
 247 static boolean_t pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva,
 248     vm_prot_t prot);
 249 static void pmap_pte_attr(pt_entry_t *pte, int cache_bits);
 250 static int pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
 251                 vm_page_t *free);
 252 static int pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq,
 253                 vm_offset_t sva, pd_entry_t ptepde, vm_page_t *free);
 254 static void pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte);
 255 static void pmap_remove_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
 256     vm_page_t *free);
 257 static void pmap_remove_entry(struct pmap *pmap, vm_page_t m,
 258                 vm_offset_t va);
 259 static void pmap_insert_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m);
 260 static boolean_t pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
 261     vm_page_t m);
 262 static void pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
 263     pd_entry_t newpde);
 264 static void pmap_update_pde_invalidate(vm_offset_t va, pd_entry_t newpde);
 265
 266 static vm_page_t pmap_allocpde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, int flags);
 267 static vm_page_t pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va, int flags);
 268
 269 static vm_page_t _pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex, int flags);
 270 static int _pmap_unwire_pte_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
 271                 vm_page_t* free);
 272 static int pmap_unuse_pt(pmap_t, vm_offset_t, pd_entry_t, vm_page_t *);
 273 static vm_offset_t pmap_kmem_choose(vm_offset_t addr);
 274
 275 CTASSERT(1 << PDESHIFT == sizeof(pd_entry_t));
 276 CTASSERT(1 << PTESHIFT == sizeof(pt_entry_t));
 277
 278 /*
 279  * Move the kernel virtual free pointer to the next
 280  * 2MB.  This is used to help improve performance
 281  * by using a large (2MB) page for much of the kernel
 282  * (.text, .data, .bss)
 283  */
 284 static vm_offset_t
 285 pmap_kmem_choose(vm_offset_t addr)
 286 {
 287         vm_offset_t newaddr = addr;
 288
 289         newaddr = (addr + (NBPDR - 1)) & ~(NBPDR - 1);
 290         return newaddr;
 291 }
 292
 293 /********************/
 294 /* Inline functions */
 295 /********************/
 296
 297 /* Return a non-clipped PD index for a given VA */
 298 static __inline vm_pindex_t
 299 pmap_pde_pindex(vm_offset_t va)
 300 {
 301         return va >> PDRSHIFT;
 302 }
 303
 304
 305 /* Return various clipped indexes for a given VA */
 306 static __inline vm_pindex_t
 307 pmap_pte_index(vm_offset_t va)
 308 {
 309
 310         return ((va >> PAGE_SHIFT) & ((1ul << NPTEPGSHIFT) - 1));
 311 }
 312
 313 static __inline vm_pindex_t
 314 pmap_pde_index(vm_offset_t va)
 315 {
 316
 317         return ((va >> PDRSHIFT) & ((1ul << NPDEPGSHIFT) - 1));
 318 }
 319
 320 static __inline vm_pindex_t
 321 pmap_pdpe_index(vm_offset_t va)
 322 {
 323
 324         return ((va >> PDPSHIFT) & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1));
 325 }
 326
 327 static __inline vm_pindex_t
 328 pmap_pml4e_index(vm_offset_t va)
 329 {
 330
 331         return ((va >> PML4SHIFT) & ((1ul << NPML4EPGSHIFT) - 1));
 332 }
 333
 334 /* Return a pointer to the PML4 slot that corresponds to a VA */
 335 static __inline pml4_entry_t *
 336 pmap_pml4e(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
 337 {
 338
 339         return (&pmap->pm_pml4[pmap_pml4e_index(va)]);
 340 }
 341
 342 /* Return a pointer to the PDP slot that corresponds to a VA */
 343 static __inline pdp_entry_t *
 344 pmap_pml4e_to_pdpe(pml4_entry_t *pml4e, vm_offset_t va)
 345 {
 346         pdp_entry_t *pdpe;
 347
 348         pdpe = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4e & PG_FRAME);
 349         return (&pdpe[pmap_pdpe_index(va)]);
 350 }
 351
 352 /* Return a pointer to the PDP slot that corresponds to a VA */
 353 static __inline pdp_entry_t *
 354 pmap_pdpe(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
 355 {
 356         pml4_entry_t *pml4e;
 357
 358         pml4e = pmap_pml4e(pmap, va);
 359         if ((*pml4e & PG_V) == 0)
 360                 return NULL;
 361         return (pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, va));
 362 }
 363
 364 /* Return a pointer to the PD slot that corresponds to a VA */
 365 static __inline pd_entry_t *
 366 pmap_pdpe_to_pde(pdp_entry_t *pdpe, vm_offset_t va)
 367 {
 368         pd_entry_t *pde;
 369
 370         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdpe & PG_FRAME);
 371         return (&pde[pmap_pde_index(va)]);
 372 }
 373
 374 /* Return a pointer to the PD slot that corresponds to a VA */
 375 static __inline pd_entry_t *
 376 pmap_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
 377 {
 378         pdp_entry_t *pdpe;
 379
 380         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
 381         if (pdpe == NULL || (*pdpe & PG_V) == 0)
 382                  return NULL;
 383         return (pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va));
 384 }
 385
 386 /* Return a pointer to the PT slot that corresponds to a VA */
 387 static __inline pt_entry_t *
 388 pmap_pde_to_pte(pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
 389 {
 390         pt_entry_t *pte;
 391
 392         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pde & PG_FRAME);
 393         return (&pte[pmap_pte_index(va)]);
 394 }
 395
 396 /* Return a pointer to the PT slot that corresponds to a VA */
 397 static __inline pt_entry_t *
 398 pmap_pte(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
 399 {
 400         pd_entry_t *pde;
 401
 402         pde = pmap_pde(pmap, va);
 403         if (pde == NULL || (*pde & PG_V) == 0)
 404                 return NULL;
 405         if ((*pde & PG_PS) != 0)        /* compat with i386 pmap_pte() */
 406                 return ((pt_entry_t *)pde);
 407         return (pmap_pde_to_pte(pde, va));
 408 }
 409
 410
 411 PMAP_INLINE pt_entry_t *
 412 vtopte(vm_offset_t va)
 413 {
 414         u_int64_t mask = ((1ul << (NPTEPGSHIFT + NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT)) - 1);
 415
 416         return (PTmap + ((va >> PAGE_SHIFT) & mask));
 417 }
 418
 419 static __inline pd_entry_t *
 420 vtopde(vm_offset_t va)
 421 {
 422         u_int64_t mask = ((1ul << (NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT)) - 1);
 423
 424         return (PDmap + ((va >> PDRSHIFT) & mask));
 425 }
 426
 427 static u_int64_t
 428 allocpages(vm_paddr_t *firstaddr, int n)
 429 {
 430         u_int64_t ret;
 431
 432         ret = *firstaddr;
 433         bzero((void *)ret, n * PAGE_SIZE);
 434         *firstaddr += n * PAGE_SIZE;
 435         return (ret);
 436 }
 437
 438 static void
 439 create_pagetables(vm_paddr_t *firstaddr)
 440 {
 441         int i;
 442
 443         /* Allocate pages */
 444         KPTphys = allocpages(firstaddr, NKPT);
 445         KPML4phys = allocpages(firstaddr, 1);
 446         KPDPphys = allocpages(firstaddr, NKPML4E);
 447         KPDphys = allocpages(firstaddr, NKPDPE);
 448
 449         ndmpdp = (ptoa(Maxmem) + NBPDP - 1) >> PDPSHIFT;
 450         if (ndmpdp < 4)         /* Minimum 4GB of dirmap */
 451                 ndmpdp = 4;
 452         DMPDPphys = allocpages(firstaddr, NDMPML4E);
 453         if (TRUE || (amd_feature & AMDID_PAGE1GB) == 0)
 454                 DMPDphys = allocpages(firstaddr, ndmpdp);
 455         dmaplimit = (vm_paddr_t)ndmpdp << PDPSHIFT;
 456
 457         /* Fill in the underlying page table pages */
 458         /* Read-only from zero to physfree */
 459         /* XXX not fully used, underneath 2M pages */
 460         for (i = 0; (i << PAGE_SHIFT) < *firstaddr; i++) {
 461                 ((pt_entry_t *)KPTphys)[i] = i << PAGE_SHIFT;
 462                 ((pt_entry_t *)KPTphys)[i] |= PG_RW | PG_V | PG_G;
 463         }
 464
 465         /* Now map the page tables at their location within PTmap */
 466         for (i = 0; i < NKPT; i++) {
 467                 ((pd_entry_t *)KPDphys)[i] = KPTphys + (i << PAGE_SHIFT);
 468                 ((pd_entry_t *)KPDphys)[i] |= PG_RW | PG_V;
 469         }
 470
 471         /* Map from zero to end of allocations under 2M pages */
 472         /* This replaces some of the KPTphys entries above */
 473         for (i = 0; (i << PDRSHIFT) < *firstaddr; i++) {
 474                 ((pd_entry_t *)KPDphys)[i] = i << PDRSHIFT;
 475                 ((pd_entry_t *)KPDphys)[i] |= PG_RW | PG_V | PG_PS | PG_G;
 476         }
 477
 478         /* And connect up the PD to the PDP */
 479         for (i = 0; i < NKPDPE; i++) {
 480                 ((pdp_entry_t *)KPDPphys)[i + KPDPI] = KPDphys +
 481                     (i << PAGE_SHIFT);
 482                 ((pdp_entry_t *)KPDPphys)[i + KPDPI] |= PG_RW | PG_V | PG_U;
 483         }
 484
 485         /* Now set up the direct map space using either 2MB or 1GB pages */
 486         /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it */
 487         if (TRUE || (amd_feature & AMDID_PAGE1GB) == 0) {
 488                 for (i = 0; i < NPDEPG * ndmpdp; i++) {
 489                         ((pd_entry_t *)DMPDphys)[i] = (vm_paddr_t)i << PDRSHIFT;
 490                         ((pd_entry_t *)DMPDphys)[i] |= PG_RW | PG_V | PG_PS |
 491                             PG_G | PG_M | PG_A;
 492                 }
 493                 /* And the direct map space's PDP */
 494                 for (i = 0; i < ndmpdp; i++) {
 495                         ((pdp_entry_t *)DMPDPphys)[i] = DMPDphys +
 496                             (i << PAGE_SHIFT);
 497                         ((pdp_entry_t *)DMPDPphys)[i] |= PG_RW | PG_V | PG_U;
 498                 }
 499         } else {
 500                 for (i = 0; i < ndmpdp; i++) {
 501                         ((pdp_entry_t *)DMPDPphys)[i] =
 502                             (vm_paddr_t)i << PDPSHIFT;
 503                         ((pdp_entry_t *)DMPDPphys)[i] |= PG_RW | PG_V | PG_PS |
 504                             PG_G | PG_M | PG_A;
 505                 }
 506         }
 507
 508         /* And recursively map PML4 to itself in order to get PTmap */
 509         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[PML4PML4I] = KPML4phys;
 510         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[PML4PML4I] |= PG_RW | PG_V | PG_U;
 511
 512         /* Connect the Direct Map slot up to the PML4 */
 513         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[DMPML4I] = DMPDPphys;
 514         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[DMPML4I] |= PG_RW | PG_V | PG_U;
 515
 516         /* Connect the KVA slot up to the PML4 */
 517         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[KPML4I] = KPDPphys;
 518         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[KPML4I] |= PG_RW | PG_V | PG_U;
 519 }
 520
 521 /*
 522  *      Bootstrap the system enough to run with virtual memory.
 523  *
 524  *      On amd64 this is called after mapping has already been enabled
 525  *      and just syncs the pmap module with what has already been done.
 526  *      [We can't call it easily with mapping off since the kernel is not
 527  *      mapped with PA == VA, hence we would have to relocate every address
 528  *      from the linked base (virtual) address "KERNBASE" to the actual
 529  *      (physical) address starting relative to 0]
 530  */
 531 void
 532 pmap_bootstrap(vm_paddr_t *firstaddr)
 533 {
 534         vm_offset_t va;
 535         pt_entry_t *pte, *unused;
 536
 537         /*
 538          * Create an initial set of page tables to run the kernel in.
 539          */
 540         create_pagetables(firstaddr);
 541
 542         virtual_avail = (vm_offset_t) KERNBASE + *firstaddr;
 543         virtual_avail = pmap_kmem_choose(virtual_avail);
 544
 545         virtual_end = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS;
 546
 547
 548         /* XXX do %cr0 as well */
 549         load_cr4(rcr4() | CR4_PGE | CR4_PSE);
 550         load_cr3(KPML4phys);
 551
 552         /*
 553          * Initialize the kernel pmap (which is statically allocated).
 554          */
 555         PMAP_LOCK_INIT(kernel_pmap);
 556         kernel_pmap->pm_pml4 = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(KPML4phys);
 557         kernel_pmap->pm_root = NULL;
 558         kernel_pmap->pm_active = -1;    /* don't allow deactivation */
 559         TAILQ_INIT(&kernel_pmap->pm_pvchunk);
 560
 561         /*
 562          * Reserve some special page table entries/VA space for temporary
 563          * mapping of pages.
 564          */
 565 #define SYSMAP(c, p, v, n)      \
 566         v = (c)va; va += ((n)*PAGE_SIZE); p = pte; pte += (n);
 567
 568         va = virtual_avail;
 569         pte = vtopte(va);
 570
 571         /*
 572          * CMAP1 is only used for the memory test.
 573          */
 574         SYSMAP(caddr_t, CMAP1, CADDR1, 1)
 575
 576         /*
 577          * Crashdump maps.
 578          */
 579         SYSMAP(caddr_t, unused, crashdumpmap, MAXDUMPPGS)
 580
 581         /*
 582          * msgbufp is used to map the system message buffer.
 583          */
 584         SYSMAP(struct msgbuf *, unused, msgbufp, atop(round_page(MSGBUF_SIZE)))
 585
 586         virtual_avail = va;
 587
 588         *CMAP1 = 0;
 589
 590         invltlb();
 591
 592         /* Initialize the PAT MSR. */
 593         pmap_init_pat();
 594 }
 595
 596 /*
 597  * Setup the PAT MSR.
 598  */
 599 void
 600 pmap_init_pat(void)
 601 {
 602         int pat_table[PAT_INDEX_SIZE];
 603         uint64_t pat_msr;
 604         u_long cr0, cr4;
 605         int i;
 606
 607         /* Bail if this CPU doesn't implement PAT. */
 608         if ((cpu_feature & CPUID_PAT) == 0)
 609                 panic("no PAT??");
 610
 611         /* Set default PAT index table. */
 612         for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
 613                 pat_table[i] = -1;
 614         pat_table[PAT_WRITE_BACK] = 0;
 615         pat_table[PAT_WRITE_THROUGH] = 1;
 616         pat_table[PAT_UNCACHEABLE] = 3;
 617         pat_table[PAT_WRITE_COMBINING] = 3;
 618         pat_table[PAT_WRITE_PROTECTED] = 3;
 619         pat_table[PAT_UNCACHED] = 3;
 620
 621         /* Initialize default PAT entries. */
 622         pat_msr = PAT_VALUE(0, PAT_WRITE_BACK) |
 623             PAT_VALUE(1, PAT_WRITE_THROUGH) |
 624             PAT_VALUE(2, PAT_UNCACHED) |
 625             PAT_VALUE(3, PAT_UNCACHEABLE) |
 626             PAT_VALUE(4, PAT_WRITE_BACK) |
 627             PAT_VALUE(5, PAT_WRITE_THROUGH) |
 628             PAT_VALUE(6, PAT_UNCACHED) |
 629             PAT_VALUE(7, PAT_UNCACHEABLE);
 630
 631         if (pat_works) {
 632                 /*
 633                  * Leave the indices 0-3 at the default of WB, WT, UC-, and UC.
 634                  * Program 5 and 6 as WP and WC.
 635                  * Leave 4 and 7 as WB and UC.
 636                  */
 637                 pat_msr &= ~(PAT_MASK(5) | PAT_MASK(6));
 638                 pat_msr |= PAT_VALUE(5, PAT_WRITE_PROTECTED) |
 639                     PAT_VALUE(6, PAT_WRITE_COMBINING);
 640                 pat_table[PAT_UNCACHED] = 2;
 641                 pat_table[PAT_WRITE_PROTECTED] = 5;
 642                 pat_table[PAT_WRITE_COMBINING] = 6;
 643         } else {
 644                 /*
 645                  * Just replace PAT Index 2 with WC instead of UC-.
 646                  */
 647                 pat_msr &= ~PAT_MASK(2);
 648                 pat_msr |= PAT_VALUE(2, PAT_WRITE_COMBINING);
 649                 pat_table[PAT_WRITE_COMBINING] = 2;
 650         }
 651
 652         /* Disable PGE. */
 653         cr4 = rcr4();
 654         load_cr4(cr4 & ~CR4_PGE);
 655
 656         /* Disable caches (CD = 1, NW = 0). */
 657         cr0 = rcr0();
 658         load_cr0((cr0 & ~CR0_NW) | CR0_CD);
 659
 660         /* Flushes caches and TLBs. */
 661         wbinvd();
 662         invltlb();
 663
 664         /* Update PAT and index table. */
 665         wrmsr(MSR_PAT, pat_msr);
 666         for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
 667                 pat_index[i] = pat_table[i];
 668
 669         /* Flush caches and TLBs again. */
 670         wbinvd();
 671         invltlb();
 672
 673         /* Restore caches and PGE. */
 674         load_cr0(cr0);
 675         load_cr4(cr4);
 676 }
 677
 678 /*
 679  *      Initialize a vm_page's machine-dependent fields.
 680  */
 681 void
 682 pmap_page_init(vm_page_t m)
 683 {
 684
 685         TAILQ_INIT(&m->md.pv_list);
 686         m->md.pat_mode = PAT_WRITE_BACK;
 687 }
 688
 689 /*
 690  *      Initialize the pmap module.
 691  *      Called by vm_init, to initialize any structures that the pmap
 692  *      system needs to map virtual memory.
 693  */
 694 void
 695 pmap_init(void)
 696 {
 697         vm_page_t mpte;
 698         vm_size_t s;
 699         int i, pv_npg;
 700
 701         /*
 702          * Initialize the vm page array entries for the kernel pmap's
 703          * page table pages.
 704          */
 705         for (i = 0; i < NKPT; i++) {
 706                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(KPTphys + (i << PAGE_SHIFT));
 707                 KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
 708                     mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
 709                     ("pmap_init: page table page is out of range"));
 710                 mpte->pindex = pmap_pde_pindex(KERNBASE) + i;
 711                 mpte->phys_addr = KPTphys + (i << PAGE_SHIFT);
 712         }
 713
 714         /*
 715          * Initialize the address space (zone) for the pv entries.  Set a
 716          * high water mark so that the system can recover from excessive
 717          * numbers of pv entries.
 718          */
 719         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.shpgperproc", &shpgperproc);
 720         pv_entry_max = shpgperproc * maxproc + cnt.v_page_count;
 721         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.pv_entries", &pv_entry_max);
 722         pv_entry_high_water = 9 * (pv_entry_max / 10);
 723
 724         /*
 725          * If the kernel is running in a virtual machine on an AMD Family 10h
 726          * processor, then it must assume that MCA is enabled by the virtual
 727          * machine monitor.
 728          */
 729         if (vm_guest == VM_GUEST_VM && cpu_vendor_id == CPU_VENDOR_AMD &&
 730             CPUID_TO_FAMILY(cpu_id) == 0x10)
 731                 workaround_erratum383 = 1;
 732
 733         /*
 734          * Are large page mappings enabled?
 735          */
 736         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.pg_ps_enabled", &pg_ps_enabled);
 737         if (pg_ps_enabled) {
 738                 KASSERT(MAXPAGESIZES > 1 && pagesizes[1] == 0,
 739                     ("pmap_init: can't assign to pagesizes[1]"));
 740                 pagesizes[1] = NBPDR;
 741         }
 742
 743         /*
 744          * Calculate the size of the pv head table for superpages.
 745          */
 746         for (i = 0; phys_avail[i + 1]; i += 2);
 747         pv_npg = round_2mpage(phys_avail[(i - 2) + 1]) / NBPDR;
 748
 749         /*
 750          * Allocate memory for the pv head table for superpages.
 751          */
 752         s = (vm_size_t)(pv_npg * sizeof(struct md_page));
 753         s = round_page(s);
 754         pv_table = (struct md_page *)kmem_alloc(kernel_map, s);
 755         for (i = 0; i < pv_npg; i++)
 756                 TAILQ_INIT(&pv_table[i].pv_list);
 757 }
 758
 759 static int
 760 pmap_pventry_proc(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 761 {
 762         int error;
 763
 764         error = sysctl_handle_int(oidp, oidp->oid_arg1, oidp->oid_arg2, req);
 765         if (error == 0 && req->newptr) {
 766                 shpgperproc = (pv_entry_max - cnt.v_page_count) / maxproc;
 767                 pv_entry_high_water = 9 * (pv_entry_max / 10);
 768         }
 769         return (error);
 770 }
 771 SYSCTL_PROC(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_max, CTLTYPE_INT|CTLFLAG_RW,
 772     &pv_entry_max, 0, pmap_pventry_proc, "IU", "Max number of PV entries");
 773
 774 static int
 775 pmap_shpgperproc_proc(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 776 {
 777         int error;
 778
 779         error = sysctl_handle_int(oidp, oidp->oid_arg1, oidp->oid_arg2, req);
 780         if (error == 0 && req->newptr) {
 781                 pv_entry_max = shpgperproc * maxproc + cnt.v_page_count;
 782                 pv_entry_high_water = 9 * (pv_entry_max / 10);
 783         }
 784         return (error);
 785 }
 786 SYSCTL_PROC(_vm_pmap, OID_AUTO, shpgperproc, CTLTYPE_INT|CTLFLAG_RW,
 787     &shpgperproc, 0, pmap_shpgperproc_proc, "IU", "Page share factor per proc");
 788
 789 SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, pde, CTLFLAG_RD, 0,
 790     "2MB page mapping counters");
 791
 792 static u_long pmap_pde_demotions;
 793 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
 794     &pmap_pde_demotions, 0, "2MB page demotions");
 795
 796 static u_long pmap_pde_mappings;
 797 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, mappings, CTLFLAG_RD,
 798     &pmap_pde_mappings, 0, "2MB page mappings");
 799
 800 static u_long pmap_pde_p_failures;
 801 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, p_failures, CTLFLAG_RD,
 802     &pmap_pde_p_failures, 0, "2MB page promotion failures");
 803
 804 static u_long pmap_pde_promotions;
 805 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, promotions, CTLFLAG_RD,
 806     &pmap_pde_promotions, 0, "2MB page promotions");
 807
 808 SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, pdpe, CTLFLAG_RD, 0,
 809     "1GB page mapping counters");
 810
 811 static u_long pmap_pdpe_demotions;
 812 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pdpe, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
 813     &pmap_pdpe_demotions, 0, "1GB page demotions");
 814
 815
 816 /***************************************************
 817  * Low level helper routines.....
 818  ***************************************************/
 819
 820 /*
 821  * Determine the appropriate bits to set in a PTE or PDE for a specified
 822  * caching mode.
 823  */
 824 static int
 825 pmap_cache_bits(int mode, boolean_t is_pde)
 826 {
 827         int cache_bits, pat_flag, pat_idx;
 828
 829         if (mode < 0 || mode >= PAT_INDEX_SIZE || pat_index[mode] < 0)
 830                 panic("Unknown caching mode %d\n", mode);
 831
 832         /* The PAT bit is different for PTE's and PDE's. */
 833         pat_flag = is_pde ? PG_PDE_PAT : PG_PTE_PAT;
 834
 835         /* Map the caching mode to a PAT index. */
 836         pat_idx = pat_index[mode];
 837
 838         /* Map the 3-bit index value into the PAT, PCD, and PWT bits. */
 839         cache_bits = 0;
 840         if (pat_idx & 0x4)
 841                 cache_bits |= pat_flag;
 842         if (pat_idx & 0x2)
 843                 cache_bits |= PG_NC_PCD;
 844         if (pat_idx & 0x1)
 845                 cache_bits |= PG_NC_PWT;
 846         return (cache_bits);
 847 }
 848
 849 /*
 850  * After changing the page size for the specified virtual address in the page
 851  * table, flush the corresponding entries from the processor's TLB.  Only the
 852  * calling processor's TLB is affected.
 853  *
 854  * The calling thread must be pinned to a processor.
 855  */
 856 static void
 857 pmap_update_pde_invalidate(vm_offset_t va, pd_entry_t newpde)
 858 {
 859         u_long cr4;
 860
 861         if ((newpde & PG_PS) == 0)
 862                 /* Demotion: flush a specific 2MB page mapping. */
 863                 invlpg(va);
 864         else if ((newpde & PG_G) == 0)
 865                 /*
 866                  * Promotion: flush every 4KB page mapping from the TLB
 867                  * because there are too many to flush individually.
 868                  */
 869                 invltlb();
 870         else {
 871                 /*
 872                  * Promotion: flush every 4KB page mapping from the TLB,
 873                  * including any global (PG_G) mappings.
 874                  */
 875                 cr4 = rcr4();
 876                 load_cr4(cr4 & ~CR4_PGE);
 877                 /*
 878                  * Although preemption at this point could be detrimental to
 879                  * performance, it would not lead to an error.  PG_G is simply
 880                  * ignored if CR4.PGE is clear.  Moreover, in case this block
 881                  * is re-entered, the load_cr4() either above or below will
 882                  * modify CR4.PGE flushing the TLB.
 883                  */
 884                 load_cr4(cr4 | CR4_PGE);
 885         }
 886 }
 887 #ifdef SMP
 888 /*
 889  * For SMP, these functions have to use the IPI mechanism for coherence.
 890  *
 891  * N.B.: Before calling any of the following TLB invalidation functions,
 892  * the calling processor must ensure that all stores updating a non-
 893  * kernel page table are globally performed.  Otherwise, another
 894  * processor could cache an old, pre-update entry without being
 895  * invalidated.  This can happen one of two ways: (1) The pmap becomes
 896  * active on another processor after its pm_active field is checked by
 897  * one of the following functions but before a store updating the page
 898  * table is globally performed. (2) The pmap becomes active on another
 899  * processor before its pm_active field is checked but due to
 900  * speculative loads one of the following functions stills reads the
 901  * pmap as inactive on the other processor.
 902  *
 903  * The kernel page table is exempt because its pm_active field is
 904  * immutable.  The kernel page table is always active on every
 905  * processor.
 906  */
 907 void
 908 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
 909 {
 910         cpumask_t cpumask, other_cpus;
 911
 912         sched_pin();
 913         if (pmap == kernel_pmap || pmap->pm_active == all_cpus) {
 914                 invlpg(va);
 915                 smp_invlpg(va);
 916         } else {
 917                 cpumask = PCPU_GET(cpumask);
 918                 other_cpus = PCPU_GET(other_cpus);
 919                 if (pmap->pm_active & cpumask)
 920                         invlpg(va);
 921                 if (pmap->pm_active & other_cpus)
 922                         smp_masked_invlpg(pmap->pm_active & other_cpus, va);
 923         }
 924         sched_unpin();
 925 }
 926
 927 void
 928 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
 929 {
 930         cpumask_t cpumask, other_cpus;
 931         vm_offset_t addr;
 932
 933         sched_pin();
 934         if (pmap == kernel_pmap || pmap->pm_active == all_cpus) {
 935                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
 936                         invlpg(addr);
 937                 smp_invlpg_range(sva, eva);
 938         } else {
 939                 cpumask = PCPU_GET(cpumask);
 940                 other_cpus = PCPU_GET(other_cpus);
 941                 if (pmap->pm_active & cpumask)
 942                         for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
 943                                 invlpg(addr);
 944                 if (pmap->pm_active & other_cpus)
 945                         smp_masked_invlpg_range(pmap->pm_active & other_cpus,
 946                             sva, eva);
 947         }
 948         sched_unpin();
 949 }
 950
 951 void
 952 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
 953 {
 954         cpumask_t cpumask, other_cpus;
 955
 956         sched_pin();
 957         if (pmap == kernel_pmap || pmap->pm_active == all_cpus) {
 958                 invltlb();
 959                 smp_invltlb();
 960         } else {
 961                 cpumask = PCPU_GET(cpumask);
 962                 other_cpus = PCPU_GET(other_cpus);
 963                 if (pmap->pm_active & cpumask)
 964                         invltlb();
 965                 if (pmap->pm_active & other_cpus)
 966                         smp_masked_invltlb(pmap->pm_active & other_cpus);
 967         }
 968         sched_unpin();
 969 }
 970
 971 void
 972 pmap_invalidate_cache(void)
 973 {
 974
 975         sched_pin();
 976         wbinvd();
 977         smp_cache_flush();
 978         sched_unpin();
 979 }
 980
 981 struct pde_action {
 982         cpumask_t store;        /* processor that updates the PDE */
 983         cpumask_t invalidate;   /* processors that invalidate their TLB */
 984         vm_offset_t va;
 985         pd_entry_t *pde;
 986         pd_entry_t newpde;
 987 };
 988
 989 static void
 990 pmap_update_pde_action(void *arg)
 991 {
 992         struct pde_action *act = arg;
 993
 994         if (act->store == PCPU_GET(cpumask))
 995                 pde_store(act->pde, act->newpde);
 996 }
 997
 998 static void
 999 pmap_update_pde_teardown(void *arg)
1000 {
1001         struct pde_action *act = arg;
1002
1003         if ((act->invalidate & PCPU_GET(cpumask)) != 0)
1004                 pmap_update_pde_invalidate(act->va, act->newpde);
1005 }
1006
1007 /*
1008  * Change the page size for the specified virtual address in a way that
1009  * prevents any possibility of the TLB ever having two entries that map the
1010  * same virtual address using different page sizes.  This is the recommended
1011  * workaround for Erratum 383 on AMD Family 10h processors.  It prevents a
1012  * machine check exception for a TLB state that is improperly diagnosed as a
1013  * hardware error.
1014  */
1015 static void
1016 pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
1017 {
1018         struct pde_action act;
1019         cpumask_t active, cpumask;
1020
1021         sched_pin();
1022         cpumask = PCPU_GET(cpumask);
1023         if (pmap == kernel_pmap)
1024                 active = all_cpus;
1025         else
1026                 active = pmap->pm_active;
1027         if ((active & PCPU_GET(other_cpus)) != 0) {
1028                 act.store = cpumask;
1029                 act.invalidate = active;
1030                 act.va = va;
1031                 act.pde = pde;
1032                 act.newpde = newpde;
1033                 smp_rendezvous_cpus(cpumask | active,
1034                     smp_no_rendevous_barrier, pmap_update_pde_action,
1035                     pmap_update_pde_teardown, &act);
1036         } else {
1037                 pde_store(pde, newpde);
1038                 if ((active & cpumask) != 0)
1039                         pmap_update_pde_invalidate(va, newpde);
1040         }
1041         sched_unpin();
1042 }
1043 #else /* !SMP */
1044 /*
1045  * Normal, non-SMP, invalidation functions.
1046  * We inline these within pmap.c for speed.
1047  */
1048 PMAP_INLINE void
1049 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1050 {
1051
1052         if (pmap == kernel_pmap || pmap->pm_active)
1053                 invlpg(va);
1054 }
1055
1056 PMAP_INLINE void
1057 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
1058 {
1059         vm_offset_t addr;
1060
1061         if (pmap == kernel_pmap || pmap->pm_active)
1062                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
1063                         invlpg(addr);
1064 }
1065
1066 PMAP_INLINE void
1067 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
1068 {
1069
1070         if (pmap == kernel_pmap || pmap->pm_active)
1071                 invltlb();
1072 }
1073
1074 PMAP_INLINE void
1075 pmap_invalidate_cache(void)
1076 {
1077
1078         wbinvd();
1079 }
1080
1081 static void
1082 pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
1083 {
1084
1085         pde_store(pde, newpde);
1086         if (pmap == kernel_pmap || pmap->pm_active)
1087                 pmap_update_pde_invalidate(va, newpde);
1088 }
1089 #endif /* !SMP */
1090
1091 static void
1092 pmap_invalidate_cache_range(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
1093 {
1094
1095         KASSERT((sva & PAGE_MASK) == 0,
1096             ("pmap_invalidate_cache_range: sva not page-aligned"));
1097         KASSERT((eva & PAGE_MASK) == 0,
1098             ("pmap_invalidate_cache_range: eva not page-aligned"));
1099
1100         if (cpu_feature & CPUID_SS)
1101                 ; /* If "Self Snoop" is supported, do nothing. */
1102         else if ((cpu_feature & CPUID_CLFSH) != 0 &&
1103                  eva - sva < 2 * 1024 * 1024) {
1104
1105                 /*
1106                  * Otherwise, do per-cache line flush.  Use the mfence
1107                  * instruction to insure that previous stores are
1108                  * included in the write-back.  The processor
1109                  * propagates flush to other processors in the cache
1110                  * coherence domain.
1111                  */
1112                 mfence();
1113                 for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size)
1114                         clflush(sva);
1115                 mfence();
1116         } else {
1117
1118                 /*
1119                  * No targeted cache flush methods are supported by CPU,
1120                  * or the supplied range is bigger than 2MB.
1121                  * Globally invalidate cache.
1122                  */
1123                 pmap_invalidate_cache();
1124         }
1125 }
1126
1127 /*
1128  * Are we current address space or kernel?
1129  */
1130 static __inline int
1131 pmap_is_current(pmap_t pmap)
1132 {
1133         return (pmap == kernel_pmap ||
1134             (pmap->pm_pml4[PML4PML4I] & PG_FRAME) == (PML4pml4e[0] & PG_FRAME));
1135 }
1136
1137 /*
1138  *      Routine:        pmap_extract
1139  *      Function:
1140  *              Extract the physical page address associated
1141  *              with the given map/virtual_address pair.
1142  */
1143 vm_paddr_t
1144 pmap_extract(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1145 {
1146         vm_paddr_t rtval;
1147         pt_entry_t *pte;
1148         pd_entry_t pde, *pdep;
1149
1150         rtval = 0;
1151         PMAP_LOCK(pmap);
1152         pdep = pmap_pde(pmap, va);
1153         if (pdep != NULL) {
1154                 pde = *pdep;
1155                 if (pde) {
1156                         if ((pde & PG_PS) != 0)
1157                                 rtval = (pde & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK);
1158                         else {
1159                                 pte = pmap_pde_to_pte(pdep, va);
1160                                 rtval = (*pte & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK);
1161                         }
1162                 }
1163         }
1164         PMAP_UNLOCK(pmap);
1165         return (rtval);
1166 }
1167
1168 /*
1169  *      Routine:        pmap_extract_and_hold
1170  *      Function:
1171  *              Atomically extract and hold the physical page
1172  *              with the given pmap and virtual address pair
1173  *              if that mapping permits the given protection.
1174  */
1175 vm_page_t
1176 pmap_extract_and_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_prot_t prot)
1177 {
1178         pd_entry_t pde, *pdep;
1179         pt_entry_t pte;
1180         vm_page_t m;
1181
1182         m = NULL;
1183         vm_page_lock_queues();
1184         PMAP_LOCK(pmap);
1185         pdep = pmap_pde(pmap, va);
1186         if (pdep != NULL && (pde = *pdep)) {
1187                 if (pde & PG_PS) {
1188                         if ((pde & PG_RW) || (prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
1189                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE((pde & PG_PS_FRAME) |
1190                                     (va & PDRMASK));
1191                                 vm_page_hold(m);
1192                         }
1193                 } else {
1194                         pte = *pmap_pde_to_pte(pdep, va);
1195                         if ((pte & PG_V) &&
1196                             ((pte & PG_RW) || (prot & VM_PROT_WRITE) == 0)) {
1197                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pte & PG_FRAME);
1198                                 vm_page_hold(m);
1199                         }
1200                 }
1201         }
1202         vm_page_unlock_queues();
1203         PMAP_UNLOCK(pmap);
1204         return (m);
1205 }
1206
1207 vm_paddr_t
1208 pmap_kextract(vm_offset_t va)
1209 {
1210         pd_entry_t pde;
1211         vm_paddr_t pa;
1212
1213         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS) {
1214                 pa = DMAP_TO_PHYS(va);
1215         } else {
1216                 pde = *vtopde(va);
1217                 if (pde & PG_PS) {
1218                         pa = (pde & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK);
1219                 } else {
1220                         /*
1221                          * Beware of a concurrent promotion that changes the
1222                          * PDE at this point!  For example, vtopte() must not
1223                          * be used to access the PTE because it would use the
1224                          * new PDE.  It is, however, safe to use the old PDE
1225                          * because the page table page is preserved by the
1226                          * promotion.
1227                          */
1228                         pa = *pmap_pde_to_pte(&pde, va);
1229                         pa = (pa & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK);
1230                 }
1231         }
1232         return pa;
1233 }
1234
1235 /***************************************************
1236  * Low level mapping routines.....
1237  ***************************************************/
1238
1239 /*
1240  * Add a wired page to the kva.
1241  * Note: not SMP coherent.
1242  */
1243 PMAP_INLINE void
1244 pmap_kenter(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
1245 {
1246         pt_entry_t *pte;
1247
1248         pte = vtopte(va);
1249         pte_store(pte, pa | PG_RW | PG_V | PG_G);
1250 }
1251
1252 static __inline void
1253 pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode)
1254 {
1255         pt_entry_t *pte;
1256
1257         pte = vtopte(va);
1258         pte_store(pte, pa | PG_RW | PG_V | PG_G | pmap_cache_bits(mode, 0));
1259 }
1260
1261 /*
1262  * Remove a page from the kernel pagetables.
1263  * Note: not SMP coherent.
1264  */
1265 PMAP_INLINE void
1266 pmap_kremove(vm_offset_t va)
1267 {
1268         pt_entry_t *pte;
1269
1270         pte = vtopte(va);
1271         pte_clear(pte);
1272 }
1273
1274 /*
1275  *      Used to map a range of physical addresses into kernel
1276  *      virtual address space.
1277  *
1278  *      The value passed in '*virt' is a suggested virtual address for
1279  *      the mapping. Architectures which can support a direct-mapped
1280  *      physical to virtual region can return the appropriate address
1281  *      within that region, leaving '*virt' unchanged. Other
1282  *      architectures should map the pages starting at '*virt' and
1283  *      update '*virt' with the first usable address after the mapped
1284  *      region.
1285  */
1286 vm_offset_t
1287 pmap_map(vm_offset_t *virt, vm_paddr_t start, vm_paddr_t end, int prot)
1288 {
1289         return PHYS_TO_DMAP(start);
1290 }
1291
1292
1293 /*
1294  * Add a list of wired pages to the kva
1295  * this routine is only used for temporary
1296  * kernel mappings that do not need to have
1297  * page modification or references recorded.
1298  * Note that old mappings are simply written
1299  * over.  The page *must* be wired.
1300  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
1301  */
1302 void
1303 pmap_qenter(vm_offset_t sva, vm_page_t *ma, int count)
1304 {
1305         pt_entry_t *endpte, oldpte, pa, *pte;
1306         vm_page_t m;
1307
1308         oldpte = 0;
1309         pte = vtopte(sva);
1310         endpte = pte + count;
1311         while (pte < endpte) {
1312                 m = *ma++;
1313                 pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | pmap_cache_bits(m->md.pat_mode, 0);
1314                 if ((*pte & (PG_FRAME | PG_PTE_CACHE)) != pa) {
1315                         oldpte |= *pte;
1316                         pte_store(pte, pa | PG_G | PG_RW | PG_V);
1317                 }
1318                 pte++;
1319         }
1320         if (__predict_false((oldpte & PG_V) != 0))
1321                 pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, sva + count *
1322                     PAGE_SIZE);
1323 }
1324
1325 /*
1326  * This routine tears out page mappings from the
1327  * kernel -- it is meant only for temporary mappings.
1328  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
1329  */
1330 void
1331 pmap_qremove(vm_offset_t sva, int count)
1332 {
1333         vm_offset_t va;
1334
1335         va = sva;
1336         while (count-- > 0) {
1337                 pmap_kremove(va);
1338                 va += PAGE_SIZE;
1339         }
1340         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
1341 }
1342
1343 /***************************************************
1344  * Page table page management routines.....
1345  ***************************************************/
1346 static __inline void
1347 pmap_free_zero_pages(vm_page_t free)
1348 {
1349         vm_page_t m;
1350
1351         while (free != NULL) {
1352                 m = free;
1353                 free = m->right;
1354                 /* Preserve the page's PG_ZERO setting. */
1355                 vm_page_free_toq(m);
1356         }
1357 }
1358
1359 /*
1360  * Schedule the specified unused page table page to be freed.  Specifically,
1361  * add the page to the specified list of pages that will be released to the
1362  * physical memory manager after the TLB has been updated.
1363  */
1364 static __inline void
1365 pmap_add_delayed_free_list(vm_page_t m, vm_page_t *free, boolean_t set_PG_ZERO)
1366 {
1367
1368         if (set_PG_ZERO)
1369                 m->flags |= PG_ZERO;
1370         else
1371                 m->flags &= ~PG_ZERO;
1372         m->right = *free;
1373         *free = m;
1374 }
1375
1376 /*
1377  * Inserts the specified page table page into the specified pmap's collection
1378  * of idle page table pages.  Each of a pmap's page table pages is responsible
1379  * for mapping a distinct range of virtual addresses.  The pmap's collection is
1380  * ordered by this virtual address range.
1381  */
1382 static void
1383 pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte)
1384 {
1385         vm_page_t root;
1386
1387         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1388         root = pmap->pm_root;
1389         if (root == NULL) {
1390                 mpte->left = NULL;
1391                 mpte->right = NULL;
1392         } else {
1393                 root = vm_page_splay(mpte->pindex, root);
1394                 if (mpte->pindex < root->pindex) {
1395                         mpte->left = root->left;
1396                         mpte->right = root;
1397                         root->left = NULL;
1398                 } else if (mpte->pindex == root->pindex)
1399                         panic("pmap_insert_pt_page: pindex already inserted");
1400                 else {
1401                         mpte->right = root->right;
1402                         mpte->left = root;
1403                         root->right = NULL;
1404                 }
1405         }
1406         pmap->pm_root = mpte;
1407 }
1408
1409 /*
1410  * Looks for a page table page mapping the specified virtual address in the
1411  * specified pmap's collection of idle page table pages.  Returns NULL if there
1412  * is no page table page corresponding to the specified virtual address.
1413  */
1414 static vm_page_t
1415 pmap_lookup_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1416 {
1417         vm_page_t mpte;
1418         vm_pindex_t pindex = pmap_pde_pindex(va);
1419
1420         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1421         if ((mpte = pmap->pm_root) != NULL && mpte->pindex != pindex) {
1422                 mpte = vm_page_splay(pindex, mpte);
1423                 if ((pmap->pm_root = mpte)->pindex != pindex)
1424                         mpte = NULL;
1425         }
1426         return (mpte);
1427 }
1428
1429 /*
1430  * Removes the specified page table page from the specified pmap's collection
1431  * of idle page table pages.  The specified page table page must be a member of
1432  * the pmap's collection.
1433  */
1434 static void
1435 pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte)
1436 {
1437         vm_page_t root;
1438
1439         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1440         if (mpte != pmap->pm_root) {
1441                 root = vm_page_splay(mpte->pindex, pmap->pm_root);
1442                 KASSERT(mpte == root,
1443                     ("pmap_remove_pt_page: mpte %p is missing from pmap %p",
1444                     mpte, pmap));
1445         }
1446         if (mpte->left == NULL)
1447                 root = mpte->right;
1448         else {
1449                 root = vm_page_splay(mpte->pindex, mpte->left);
1450                 root->right = mpte->right;
1451         }
1452         pmap->pm_root = root;
1453 }
1454
1455 /*
1456  * This routine unholds page table pages, and if the hold count
1457  * drops to zero, then it decrements the wire count.
1458  */
1459 static __inline int
1460 pmap_unwire_pte_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_page_t *free)
1461 {
1462
1463         --m->wire_count;
1464         if (m->wire_count == 0)
1465                 return _pmap_unwire_pte_hold(pmap, va, m, free);
1466         else
1467                 return 0;
1468 }
1469
1470 static int
1471 _pmap_unwire_pte_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
1472     vm_page_t *free)
1473 {
1474
1475         /*
1476          * unmap the page table page
1477          */
1478         if (m->pindex >= (NUPDE + NUPDPE)) {
1479                 /* PDP page */
1480                 pml4_entry_t *pml4;
1481                 pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
1482                 *pml4 = 0;
1483         } else if (m->pindex >= NUPDE) {
1484                 /* PD page */
1485                 pdp_entry_t *pdp;
1486                 pdp = pmap_pdpe(pmap, va);
1487                 *pdp = 0;
1488         } else {
1489                 /* PTE page */
1490                 pd_entry_t *pd;
1491                 pd = pmap_pde(pmap, va);
1492                 *pd = 0;
1493         }
1494         --pmap->pm_stats.resident_count;
1495         if (m->pindex < NUPDE) {
1496                 /* We just released a PT, unhold the matching PD */
1497                 vm_page_t pdpg;
1498
1499                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pdpe(pmap, va) & PG_FRAME);
1500                 pmap_unwire_pte_hold(pmap, va, pdpg, free);
1501         }
1502         if (m->pindex >= NUPDE && m->pindex < (NUPDE + NUPDPE)) {
1503                 /* We just released a PD, unhold the matching PDP */
1504                 vm_page_t pdppg;
1505
1506                 pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pml4e(pmap, va) & PG_FRAME);
1507                 pmap_unwire_pte_hold(pmap, va, pdppg, free);
1508         }
1509
1510         /*
1511          * This is a release store so that the ordinary store unmapping
1512          * the page table page is globally performed before TLB shoot-
1513          * down is begun.
1514          */
1515         atomic_subtract_rel_int(&cnt.v_wire_count, 1);
1516
1517         /*
1518          * Put page on a list so that it is released after
1519          * *ALL* TLB shootdown is done
1520          */
1521         pmap_add_delayed_free_list(m, free, TRUE);
1522
1523         return 1;
1524 }
1525
1526 /*
1527  * After removing a page table entry, this routine is used to
1528  * conditionally free the page, and manage the hold/wire counts.
1529  */
1530 static int
1531 pmap_unuse_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t ptepde, vm_page_t *free)
1532 {
1533         vm_page_t mpte;
1534
1535         if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
1536                 return 0;
1537         KASSERT(ptepde != 0, ("pmap_unuse_pt: ptepde != 0"));
1538         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(ptepde & PG_FRAME);
1539         return pmap_unwire_pte_hold(pmap, va, mpte, free);
1540 }
1541
1542 void
1543 pmap_pinit0(pmap_t pmap)
1544 {
1545
1546         PMAP_LOCK_INIT(pmap);
1547         pmap->pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(KPML4phys);
1548         pmap->pm_root = NULL;
1549         pmap->pm_active = 0;
1550         PCPU_SET(curpmap, pmap);
1551         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
1552         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
1553 }
1554
1555 /*
1556  * Initialize a preallocated and zeroed pmap structure,
1557  * such as one in a vmspace structure.
1558  */
1559 int
1560 pmap_pinit(pmap_t pmap)
1561 {
1562         vm_page_t pml4pg;
1563         static vm_pindex_t color;
1564
1565         PMAP_LOCK_INIT(pmap);
1566
1567         /*
1568          * allocate the page directory page
1569          */
1570         while ((pml4pg = vm_page_alloc(NULL, color++, VM_ALLOC_NOOBJ |
1571             VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO)) == NULL)
1572                 VM_WAIT;
1573
1574         pmap->pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg));
1575
1576         if ((pml4pg->flags & PG_ZERO) == 0)
1577                 pagezero(pmap->pm_pml4);
1578
1579         /* Wire in kernel global address entries. */
1580         pmap->pm_pml4[KPML4I] = KPDPphys | PG_RW | PG_V | PG_U;
1581         pmap->pm_pml4[DMPML4I] = DMPDPphys | PG_RW | PG_V | PG_U;
1582
1583         /* install self-referential address mapping entry(s) */
1584         pmap->pm_pml4[PML4PML4I] = VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg) | PG_V | PG_RW | PG_A | PG_M;
1585
1586         pmap->pm_root = NULL;
1587         pmap->pm_active = 0;
1588         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
1589         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
1590
1591         return (1);
1592 }
1593
1594 /*
1595  * this routine is called if the page table page is not
1596  * mapped correctly.
1597  *
1598  * Note: If a page allocation fails at page table level two or three,
1599  * one or two pages may be held during the wait, only to be released
1600  * afterwards.  This conservative approach is easily argued to avoid
1601  * race conditions.
1602  */
1603 static vm_page_t
1604 _pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex, int flags)
1605 {
1606         vm_page_t m, pdppg, pdpg;
1607
1608         KASSERT((flags & (M_NOWAIT | M_WAITOK)) == M_NOWAIT ||
1609             (flags & (M_NOWAIT | M_WAITOK)) == M_WAITOK,
1610             ("_pmap_allocpte: flags is neither M_NOWAIT nor M_WAITOK"));
1611
1612         /*
1613          * Allocate a page table page.
1614          */
1615         if ((m = vm_page_alloc(NULL, ptepindex, VM_ALLOC_NOOBJ |
1616             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO)) == NULL) {
1617                 if (flags & M_WAITOK) {
1618                         PMAP_UNLOCK(pmap);
1619                         vm_page_unlock_queues();
1620                         VM_WAIT;
1621                         vm_page_lock_queues();
1622                         PMAP_LOCK(pmap);
1623                 }
1624
1625                 /*
1626                  * Indicate the need to retry.  While waiting, the page table
1627                  * page may have been allocated.
1628                  */
1629                 return (NULL);
1630         }
1631         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0)
1632                 pmap_zero_page(m);
1633
1634         /*
1635          * Map the pagetable page into the process address space, if
1636          * it isn't already there.
1637          */
1638
1639         if (ptepindex >= (NUPDE + NUPDPE)) {
1640                 pml4_entry_t *pml4;
1641                 vm_pindex_t pml4index;
1642
1643                 /* Wire up a new PDPE page */
1644                 pml4index = ptepindex - (NUPDE + NUPDPE);
1645                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
1646                 *pml4 = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
1647
1648         } else if (ptepindex >= NUPDE) {
1649                 vm_pindex_t pml4index;
1650                 vm_pindex_t pdpindex;
1651                 pml4_entry_t *pml4;
1652                 pdp_entry_t *pdp;
1653
1654                 /* Wire up a new PDE page */
1655                 pdpindex = ptepindex - NUPDE;
1656                 pml4index = pdpindex >> NPML4EPGSHIFT;
1657
1658                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
1659                 if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
1660                         /* Have to allocate a new pdp, recurse */
1661                         if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + NUPDPE + pml4index,
1662                             flags) == NULL) {
1663                                 --m->wire_count;
1664                                 atomic_subtract_int(&cnt.v_wire_count, 1);
1665                                 vm_page_free_zero(m);
1666                                 return (NULL);
1667                         }
1668                 } else {
1669                         /* Add reference to pdp page */
1670                         pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pml4 & PG_FRAME);
1671                         pdppg->wire_count++;
1672                 }
1673                 pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
1674
1675                 /* Now find the pdp page */
1676                 pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
1677                 *pdp = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
1678
1679         } else {
1680                 vm_pindex_t pml4index;
1681                 vm_pindex_t pdpindex;
1682                 pml4_entry_t *pml4;
1683                 pdp_entry_t *pdp;
1684                 pd_entry_t *pd;
1685
1686                 /* Wire up a new PTE page */
1687                 pdpindex = ptepindex >> NPDPEPGSHIFT;
1688                 pml4index = pdpindex >> NPML4EPGSHIFT;
1689
1690                 /* First, find the pdp and check that its valid. */
1691                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
1692                 if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
1693                         /* Have to allocate a new pd, recurse */
1694                         if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex,
1695                             flags) == NULL) {
1696                                 --m->wire_count;
1697                                 atomic_subtract_int(&cnt.v_wire_count, 1);
1698                                 vm_page_free_zero(m);
1699                                 return (NULL);
1700                         }
1701                         pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
1702                         pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
1703                 } else {
1704                         pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
1705                         pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
1706                         if ((*pdp & PG_V) == 0) {
1707                                 /* Have to allocate a new pd, recurse */
1708                                 if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex,
1709                                     flags) == NULL) {
1710                                         --m->wire_count;
1711                                         atomic_subtract_int(&cnt.v_wire_count,
1712                                             1);
1713                                         vm_page_free_zero(m);
1714                                         return (NULL);
1715                                 }
1716                         } else {
1717                                 /* Add reference to the pd page */
1718                                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdp & PG_FRAME);
1719                                 pdpg->wire_count++;
1720                         }
1721                 }
1722                 pd = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdp & PG_FRAME);
1723
1724                 /* Now we know where the page directory page is */
1725                 pd = &pd[ptepindex & ((1ul << NPDEPGSHIFT) - 1)];
1726                 *pd = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
1727         }
1728
1729         pmap->pm_stats.resident_count++;
1730
1731         return m;
1732 }
1733
1734 static vm_page_t
1735 pmap_allocpde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, int flags)
1736 {
1737         vm_pindex_t pdpindex, ptepindex;
1738         pdp_entry_t *pdpe;
1739         vm_page_t pdpg;
1740
1741         KASSERT((flags & (M_NOWAIT | M_WAITOK)) == M_NOWAIT ||
1742             (flags & (M_NOWAIT | M_WAITOK)) == M_WAITOK,
1743             ("pmap_allocpde: flags is neither M_NOWAIT nor M_WAITOK"));
1744 retry:
1745         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
1746         if (pdpe != NULL && (*pdpe & PG_V) != 0) {
1747                 /* Add a reference to the pd page. */
1748                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdpe & PG_FRAME);
1749                 pdpg->wire_count++;
1750         } else {
1751                 /* Allocate a pd page. */
1752                 ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
1753                 pdpindex = ptepindex >> NPDPEPGSHIFT;
1754                 pdpg = _pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex, flags);
1755                 if (pdpg == NULL && (flags & M_WAITOK))
1756                         goto retry;
1757         }
1758         return (pdpg);
1759 }
1760
1761 static vm_page_t
1762 pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va, int flags)
1763 {
1764         vm_pindex_t ptepindex;
1765         pd_entry_t *pd;
1766         vm_page_t m;
1767
1768         KASSERT((flags & (M_NOWAIT | M_WAITOK)) == M_NOWAIT ||
1769             (flags & (M_NOWAIT | M_WAITOK)) == M_WAITOK,
1770             ("pmap_allocpte: flags is neither M_NOWAIT nor M_WAITOK"));
1771
1772         /*
1773          * Calculate pagetable page index
1774          */
1775         ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
1776 retry:
1777         /*
1778          * Get the page directory entry
1779          */
1780         pd = pmap_pde(pmap, va);
1781
1782         /*
1783          * This supports switching from a 2MB page to a
1784          * normal 4K page.
1785          */
1786         if (pd != NULL && (*pd & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V)) {
1787                 if (!pmap_demote_pde(pmap, pd, va)) {
1788                         /*
1789                          * Invalidation of the 2MB page mapping may have caused
1790                          * the deallocation of the underlying PD page.
1791                          */
1792                         pd = NULL;
1793                 }
1794         }
1795
1796         /*
1797          * If the page table page is mapped, we just increment the
1798          * hold count, and activate it.
1799          */
1800         if (pd != NULL && (*pd & PG_V) != 0) {
1801                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pd & PG_FRAME);
1802                 m->wire_count++;
1803         } else {
1804                 /*
1805                  * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been
1806                  * deallocated.
1807                  */
1808                 m = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex, flags);
1809                 if (m == NULL && (flags & M_WAITOK))
1810                         goto retry;
1811         }
1812         return (m);
1813 }
1814
1815
1816 /***************************************************
1817  * Pmap allocation/deallocation routines.
1818  ***************************************************/
1819
1820 /*
1821  * Release any resources held by the given physical map.
1822  * Called when a pmap initialized by pmap_pinit is being released.
1823  * Should only be called if the map contains no valid mappings.
1824  */
1825 void
1826 pmap_release(pmap_t pmap)
1827 {
1828         vm_page_t m;
1829
1830         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count == 0,
1831             ("pmap_release: pmap resident count %ld != 0",
1832             pmap->pm_stats.resident_count));
1833         KASSERT(pmap->pm_root == NULL,
1834             ("pmap_release: pmap has reserved page table page(s)"));
1835
1836         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap->pm_pml4[PML4PML4I] & PG_FRAME);
1837
1838         pmap->pm_pml4[KPML4I] = 0;      /* KVA */
1839         pmap->pm_pml4[DMPML4I] = 0;     /* Direct Map */
1840         pmap->pm_pml4[PML4PML4I] = 0;   /* Recursive Mapping */
1841
1842         m->wire_count--;
1843         atomic_subtract_int(&cnt.v_wire_count, 1);
1844         vm_page_free_zero(m);
1845         PMAP_LOCK_DESTROY(pmap);
1846 }
1847 \f
1848 static int
1849 kvm_size(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
1850 {
1851         unsigned long ksize = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
1852
1853         return sysctl_handle_long(oidp, &ksize, 0, req);
1854 }
1855 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_size, CTLTYPE_LONG|CTLFLAG_RD,
1856     0, 0, kvm_size, "LU", "Size of KVM");
1857
1858 static int
1859 kvm_free(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
1860 {
1861         unsigned long kfree = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - kernel_vm_end;
1862
1863         return sysctl_handle_long(oidp, &kfree, 0, req);
1864 }
1865 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_free, CTLTYPE_LONG|CTLFLAG_RD,
1866     0, 0, kvm_free, "LU", "Amount of KVM free");
1867
1868 /*
1869  * grow the number of kernel page table entries, if needed
1870  */
1871 void
1872 pmap_growkernel(vm_offset_t addr)
1873 {
1874         vm_paddr_t paddr;
1875         vm_page_t nkpg;
1876         pd_entry_t *pde, newpdir;
1877         pdp_entry_t *pdpe;
1878
1879         mtx_assert(&kernel_map->system_mtx, MA_OWNED);
1880
1881         /*
1882          * Return if "addr" is within the range of kernel page table pages
1883          * that were preallocated during pmap bootstrap.  Moreover, leave
1884          * "kernel_vm_end" and the kernel page table as they were.
1885          *
1886          * The correctness of this action is based on the following
1887          * argument: vm_map_findspace() allocates contiguous ranges of the
1888          * kernel virtual address space.  It calls this function if a range
1889          * ends after "kernel_vm_end".  If the kernel is mapped between
1890          * "kernel_vm_end" and "addr", then the range cannot begin at
1891          * "kernel_vm_end".  In fact, its beginning address cannot be less
1892          * than the kernel.  Thus, there is no immediate need to allocate
1893          * any new kernel page table pages between "kernel_vm_end" and
1894          * "KERNBASE".
1895          */
1896         if (KERNBASE < addr && addr <= KERNBASE + NKPT * NBPDR)
1897                 return;
1898
1899         addr = roundup2(addr, NBPDR);
1900         if (addr - 1 >= kernel_map->max_offset)
1901                 addr = kernel_map->max_offset;
1902         while (kernel_vm_end < addr) {
1903                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, kernel_vm_end);
1904                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
1905                         /* We need a new PDP entry */
1906                         nkpg = vm_page_alloc(NULL, kernel_vm_end >> PDPSHIFT,
1907                             VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ |
1908                             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
1909                         if (nkpg == NULL)
1910                                 panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
1911                         if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
1912                                 pmap_zero_page(nkpg);
1913                         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
1914                         *pdpe = (pdp_entry_t)
1915                                 (paddr | PG_V | PG_RW | PG_A | PG_M);
1916                         continue; /* try again */
1917                 }
1918                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, kernel_vm_end);
1919                 if ((*pde & PG_V) != 0) {
1920                         kernel_vm_end = (kernel_vm_end + NBPDR) & ~PDRMASK;
1921                         if (kernel_vm_end - 1 >= kernel_map->max_offset) {
1922                                 kernel_vm_end = kernel_map->max_offset;
1923                                 break;
1924                         }
1925                         continue;
1926                 }
1927
1928                 nkpg = vm_page_alloc(NULL, pmap_pde_pindex(kernel_vm_end),
1929                     VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED |
1930                     VM_ALLOC_ZERO);
1931                 if (nkpg == NULL)
1932                         panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
1933                 if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
1934                         pmap_zero_page(nkpg);
1935                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
1936                 newpdir = (pd_entry_t) (paddr | PG_V | PG_RW | PG_A | PG_M);
1937                 pde_store(pde, newpdir);
1938
1939                 kernel_vm_end = (kernel_vm_end + NBPDR) & ~PDRMASK;
1940                 if (kernel_vm_end - 1 >= kernel_map->max_offset) {
1941                         kernel_vm_end = kernel_map->max_offset;
1942                         break;
1943                 }
1944         }
1945 }
1946
1947
1948 /***************************************************
1949  * page management routines.
1950  ***************************************************/
1951
1952 CTASSERT(sizeof(struct pv_chunk) == PAGE_SIZE);
1953 CTASSERT(_NPCM == 3);
1954 CTASSERT(_NPCPV == 168);
1955
1956 static __inline struct pv_chunk *
1957 pv_to_chunk(pv_entry_t pv)
1958 {
1959
1960         return (struct pv_chunk *)((uintptr_t)pv & ~(uintptr_t)PAGE_MASK);
1961 }
1962
1963 #define PV_PMAP(pv) (pv_to_chunk(pv)->pc_pmap)
1964
1965 #define PC_FREE0        0xfffffffffffffffful
1966 #define PC_FREE1        0xfffffffffffffffful
1967 #define PC_FREE2        0x000000fffffffffful
1968
1969 static uint64_t pc_freemask[_NPCM] = { PC_FREE0, PC_FREE1, PC_FREE2 };
1970
1971 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_count, CTLFLAG_RD, &pv_entry_count, 0,
1972         "Current number of pv entries");
1973
1974 #ifdef PV_STATS
1975 static int pc_chunk_count, pc_chunk_allocs, pc_chunk_frees, pc_chunk_tryfail;
1976
1977 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_count, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_count, 0,
1978         "Current number of pv entry chunks");
1979 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_allocs, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_allocs, 0,
1980         "Current number of pv entry chunks allocated");
1981 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_frees, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_frees, 0,
1982         "Current number of pv entry chunks frees");
1983 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_tryfail, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_tryfail, 0,
1984         "Number of times tried to get a chunk page but failed.");
1985
1986 static long pv_entry_frees, pv_entry_allocs;
1987 static int pv_entry_spare;
1988
1989 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_frees, CTLFLAG_RD, &pv_entry_frees, 0,
1990         "Current number of pv entry frees");
1991 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_allocs, CTLFLAG_RD, &pv_entry_allocs, 0,
1992         "Current number of pv entry allocs");
1993 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_spare, CTLFLAG_RD, &pv_entry_spare, 0,
1994         "Current number of spare pv entries");
1995
1996 static int pmap_collect_inactive, pmap_collect_active;
1997
1998 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pmap_collect_inactive, CTLFLAG_RD, &pmap_collect_inactive, 0,
1999         "Current number times pmap_collect called on inactive queue");
2000 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pmap_collect_active, CTLFLAG_RD, &pmap_collect_active, 0,
2001         "Current number times pmap_collect called on active queue");
2002 #endif
2003
2004 /*
2005  * We are in a serious low memory condition.  Resort to
2006  * drastic measures to free some pages so we can allocate
2007  * another pv entry chunk.  This is normally called to
2008  * unmap inactive pages, and if necessary, active pages.
2009  *
2010  * We do not, however, unmap 2mpages because subsequent accesses will
2011  * allocate per-page pv entries until repromotion occurs, thereby
2012  * exacerbating the shortage of free pv entries.
2013  */
2014 static void
2015 pmap_collect(pmap_t locked_pmap, struct vpgqueues *vpq)
2016 {
2017         struct md_page *pvh;
2018         pd_entry_t *pde;
2019         pmap_t pmap;
2020         pt_entry_t *pte, tpte;
2021         pv_entry_t next_pv, pv;
2022         vm_offset_t va;
2023         vm_page_t m, free;
2024
2025         TAILQ_FOREACH(m, &vpq->pl, pageq) {
2026                 if (m->hold_count || m->busy)
2027                         continue;
2028                 TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &m->md.pv_list, pv_list, next_pv) {
2029                         va = pv->pv_va;
2030                         pmap = PV_PMAP(pv);
2031                         /* Avoid deadlock and lock recursion. */
2032                         if (pmap > locked_pmap)
2033                                 PMAP_LOCK(pmap);
2034                         else if (pmap != locked_pmap && !PMAP_TRYLOCK(pmap))
2035                                 continue;
2036                         pmap->pm_stats.resident_count--;
2037                         pde = pmap_pde(pmap, va);
2038                         KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_collect: found"
2039                             " a 2mpage in page %p's pv list", m));
2040                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
2041                         tpte = pte_load_clear(pte);
2042                         KASSERT((tpte & PG_W) == 0,
2043                             ("pmap_collect: wired pte %#lx", tpte));
2044                         if (tpte & PG_A)
2045                                 vm_page_flag_set(m, PG_REFERENCED);
2046                         if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
2047                                 vm_page_dirty(m);
2048                         free = NULL;
2049                         pmap_unuse_pt(pmap, va, *pde, &free);
2050                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
2051                         pmap_free_zero_pages(free);
2052                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
2053                         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list)) {
2054                                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2055                                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
2056                                         vm_page_flag_clear(m, PG_WRITEABLE);
2057                         }
2058                         free_pv_entry(pmap, pv);
2059                         if (pmap != locked_pmap)
2060                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
2061                 }
2062         }
2063 }
2064
2065
2066 /*
2067  * free the pv_entry back to the free list
2068  */
2069 static void
2070 free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv)
2071 {
2072         vm_page_t m;
2073         struct pv_chunk *pc;
2074         int idx, field, bit;
2075
2076         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
2077         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2078         PV_STAT(pv_entry_frees++);
2079         PV_STAT(pv_entry_spare++);
2080         pv_entry_count--;
2081         pc = pv_to_chunk(pv);
2082         idx = pv - &pc->pc_pventry[0];
2083         field = idx / 64;
2084         bit = idx % 64;
2085         pc->pc_map[field] |= 1ul << bit;
2086         /* move to head of list */
2087         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2088         if (pc->pc_map[0] != PC_FREE0 || pc->pc_map[1] != PC_FREE1 ||
2089             pc->pc_map[2] != PC_FREE2) {
2090                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2091                 return;
2092         }
2093         PV_STAT(pv_entry_spare -= _NPCPV);
2094         PV_STAT(pc_chunk_count--);
2095         PV_STAT(pc_chunk_frees++);
2096         /* entire chunk is free, return it */
2097         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
2098         dump_drop_page(m->phys_addr);
2099         vm_page_unwire(m, 0);
2100         vm_page_free(m);
2101 }
2102
2103 /*
2104  * get a new pv_entry, allocating a block from the system
2105  * when needed.
2106  */
2107 static pv_entry_t
2108 get_pv_entry(pmap_t pmap, int try)
2109 {
2110         static const struct timeval printinterval = { 60, 0 };
2111         static struct timeval lastprint;
2112         static vm_pindex_t colour;
2113         struct vpgqueues *pq;
2114         int bit, field;
2115         pv_entry_t pv;
2116         struct pv_chunk *pc;
2117         vm_page_t m;
2118
2119         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2120         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
2121         PV_STAT(pv_entry_allocs++);
2122         pv_entry_count++;
2123         if (pv_entry_count > pv_entry_high_water)
2124                 if (ratecheck(&lastprint, &printinterval))
2125                         printf("Approaching the limit on PV entries, consider "
2126                             "increasing either the vm.pmap.shpgperproc or the "
2127                             "vm.pmap.pv_entry_max sysctl.\n");
2128         pq = NULL;
2129 retry:
2130         pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
2131         if (pc != NULL) {
2132                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
2133                         if (pc->pc_map[field]) {
2134                                 bit = bsfq(pc->pc_map[field]);
2135                                 break;
2136                         }
2137                 }
2138                 if (field < _NPCM) {
2139                         pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
2140                         pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
2141                         /* If this was the last item, move it to tail */
2142                         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 &&
2143                             pc->pc_map[2] == 0) {
2144                                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2145                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2146                         }
2147                         PV_STAT(pv_entry_spare--);
2148                         return (pv);
2149                 }
2150         }
2151         /* No free items, allocate another chunk */
2152         m = vm_page_alloc(NULL, colour, (pq == &vm_page_queues[PQ_ACTIVE] ?
2153             VM_ALLOC_SYSTEM : VM_ALLOC_NORMAL) | VM_ALLOC_NOOBJ |
2154             VM_ALLOC_WIRED);
2155         if (m == NULL) {
2156                 if (try) {
2157                         pv_entry_count--;
2158                         PV_STAT(pc_chunk_tryfail++);
2159                         return (NULL);
2160                 }
2161                 /*
2162                  * Reclaim pv entries: At first, destroy mappings to inactive
2163                  * pages.  After that, if a pv chunk entry is still needed,
2164                  * destroy mappings to active pages.
2165                  */
2166                 if (pq == NULL) {
2167                         PV_STAT(pmap_collect_inactive++);
2168                         pq = &vm_page_queues[PQ_INACTIVE];
2169                 } else if (pq == &vm_page_queues[PQ_INACTIVE]) {
2170                         PV_STAT(pmap_collect_active++);
2171                         pq = &vm_page_queues[PQ_ACTIVE];
2172                 } else
2173                         panic("get_pv_entry: increase vm.pmap.shpgperproc");
2174                 pmap_collect(pmap, pq);
2175                 goto retry;
2176         }
2177         PV_STAT(pc_chunk_count++);
2178         PV_STAT(pc_chunk_allocs++);
2179         colour++;
2180         dump_add_page(m->phys_addr);
2181         pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
2182         pc->pc_pmap = pmap;
2183         pc->pc_map[0] = PC_FREE0 & ~1ul;        /* preallocated bit 0 */
2184         pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
2185         pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
2186         pv = &pc->pc_pventry[0];
2187         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2188         PV_STAT(pv_entry_spare += _NPCPV - 1);
2189         return (pv);
2190 }
2191
2192 /*
2193  * First find and then remove the pv entry for the specified pmap and virtual
2194  * address from the specified pv list.  Returns the pv entry if found and NULL
2195  * otherwise.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or
2196  * 2MB page mappings.
2197  */
2198 static __inline pv_entry_t
2199 pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2200 {
2201         pv_entry_t pv;
2202
2203         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
2204         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_list) {
2205                 if (pmap == PV_PMAP(pv) && va == pv->pv_va) {
2206                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_list);
2207                         break;
2208                 }
2209         }
2210         return (pv);
2211 }
2212
2213 /*
2214  * After demotion from a 2MB page mapping to 512 4KB page mappings,
2215  * destroy the pv entry for the 2MB page mapping and reinstantiate the pv
2216  * entries for each of the 4KB page mappings.
2217  */
2218 static void
2219 pmap_pv_demote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
2220 {
2221         struct md_page *pvh;
2222         pv_entry_t pv;
2223         vm_offset_t va_last;
2224         vm_page_t m;
2225
2226         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
2227         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
2228             ("pmap_pv_demote_pde: pa is not 2mpage aligned"));
2229
2230         /*
2231          * Transfer the 2mpage's pv entry for this mapping to the first
2232          * page's pv list.
2233          */
2234         pvh = pa_to_pvh(pa);
2235         va = trunc_2mpage(va);
2236         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
2237         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_demote_pde: pv not found"));
2238         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
2239         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
2240         /* Instantiate the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
2241         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
2242         do {
2243                 m++;
2244                 KASSERT((m->flags & (PG_FICTITIOUS | PG_UNMANAGED)) == 0,
2245                     ("pmap_pv_demote_pde: page %p is not managed", m));
2246                 va += PAGE_SIZE;
2247                 pmap_insert_entry(pmap, va, m);
2248         } while (va < va_last);
2249 }
2250
2251 /*
2252  * After promotion from 512 4KB page mappings to a single 2MB page mapping,
2253  * replace the many pv entries for the 4KB page mappings by a single pv entry
2254  * for the 2MB page mapping.
2255  */
2256 static void
2257 pmap_pv_promote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
2258 {
2259         struct md_page *pvh;
2260         pv_entry_t pv;
2261         vm_offset_t va_last;
2262         vm_page_t m;
2263
2264         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
2265         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
2266             ("pmap_pv_promote_pde: pa is not 2mpage aligned"));
2267
2268         /*
2269          * Transfer the first page's pv entry for this mapping to the
2270          * 2mpage's pv list.  Aside from avoiding the cost of a call
2271          * to get_pv_entry(), a transfer avoids the possibility that
2272          * get_pv_entry() calls pmap_collect() and that pmap_collect()
2273          * removes one of the mappings that is being promoted.
2274          */
2275         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
2276         va = trunc_2mpage(va);
2277         pv = pmap_pvh_remove(&m->md, pmap, va);
2278         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_promote_pde: pv not found"));
2279         pvh = pa_to_pvh(pa);
2280         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_list);
2281         /* Free the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
2282         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
2283         do {
2284                 m++;
2285                 va += PAGE_SIZE;
2286                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
2287         } while (va < va_last);
2288 }
2289
2290 /*
2291  * First find and then destroy the pv entry for the specified pmap and virtual
2292  * address.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or 2MB
2293  * page mappings.
2294  */
2295 static void
2296 pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2297 {
2298         pv_entry_t pv;
2299
2300         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
2301         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pvh_free: pv not found"));
2302         free_pv_entry(pmap, pv);
2303 }
2304
2305 static void
2306 pmap_remove_entry(pmap_t pmap, vm_page_t m, vm_offset_t va)
2307 {
2308         struct md_page *pvh;
2309
2310         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
2311         pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
2312         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list)) {
2313                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2314                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
2315                         vm_page_flag_clear(m, PG_WRITEABLE);
2316         }
2317 }
2318
2319 /*
2320  * Create a pv entry for page at pa for
2321  * (pmap, va).
2322  */
2323 static void
2324 pmap_insert_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m)
2325 {
2326         pv_entry_t pv;
2327
2328         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2329         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
2330         pv = get_pv_entry(pmap, FALSE);
2331         pv->pv_va = va;
2332         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
2333 }
2334
2335 /*
2336  * Conditionally create a pv entry.
2337  */
2338 static boolean_t
2339 pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m)
2340 {
2341         pv_entry_t pv;
2342
2343         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2344         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
2345         if (pv_entry_count < pv_entry_high_water &&
2346             (pv = get_pv_entry(pmap, TRUE)) != NULL) {
2347                 pv->pv_va = va;
2348                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
2349                 return (TRUE);
2350         } else
2351                 return (FALSE);
2352 }
2353
2354 /*
2355  * Create the pv entry for a 2MB page mapping.
2356  */
2357 static boolean_t
2358 pmap_pv_insert_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
2359 {
2360         struct md_page *pvh;
2361         pv_entry_t pv;
2362
2363         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
2364         if (pv_entry_count < pv_entry_high_water &&
2365             (pv = get_pv_entry(pmap, TRUE)) != NULL) {
2366                 pv->pv_va = va;
2367                 pvh = pa_to_pvh(pa);
2368                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_list);
2369                 return (TRUE);
2370         } else
2371                 return (FALSE);
2372 }
2373
2374 /*
2375  * Fills a page table page with mappings to consecutive physical pages.
2376  */
2377 static void
2378 pmap_fill_ptp(pt_entry_t *firstpte, pt_entry_t newpte)
2379 {
2380         pt_entry_t *pte;
2381
2382         for (pte = firstpte; pte < firstpte + NPTEPG; pte++) {
2383                 *pte = newpte;
2384                 newpte += PAGE_SIZE;
2385         }
2386 }
2387
2388 /*
2389  * Tries to demote a 2MB page mapping.  If demotion fails, the 2MB page
2390  * mapping is invalidated.
2391  */
2392 static boolean_t
2393 pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
2394 {
2395         pd_entry_t newpde, oldpde;
2396         pt_entry_t *firstpte, newpte;
2397         vm_paddr_t mptepa;
2398         vm_page_t free, mpte;
2399
2400         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2401         oldpde = *pde;
2402         KASSERT((oldpde & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V),
2403             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_PS and/or PG_V"));
2404         mpte = pmap_lookup_pt_page(pmap, va);
2405         if (mpte != NULL)
2406                 pmap_remove_pt_page(pmap, mpte);
2407         else {
2408                 KASSERT((oldpde & PG_W) == 0,
2409                     ("pmap_demote_pde: page table page for a wired mapping"
2410                     " is missing"));
2411
2412                 /*
2413                  * Invalidate the 2MB page mapping and return "failure" if the
2414                  * mapping was never accessed or the allocation of the new
2415                  * page table page fails.  If the 2MB page mapping belongs to
2416                  * the direct map region of the kernel's address space, then
2417                  * the page allocation request specifies the highest possible
2418                  * priority (VM_ALLOC_INTERRUPT).  Otherwise, the priority is
2419                  * normal.  Page table pages are preallocated for every other
2420                  * part of the kernel address space, so the direct map region
2421                  * is the only part of the kernel address space that must be
2422                  * handled here.
2423                  */
2424                 if ((oldpde & PG_A) == 0 || (mpte = vm_page_alloc(NULL,
2425                     pmap_pde_pindex(va), (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va <
2426                     DMAP_MAX_ADDRESS ? VM_ALLOC_INTERRUPT : VM_ALLOC_NORMAL) |
2427                     VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED)) == NULL) {
2428                         free = NULL;
2429                         pmap_remove_pde(pmap, pde, trunc_2mpage(va), &free);
2430                         pmap_invalidate_page(pmap, trunc_2mpage(va));
2431                         pmap_free_zero_pages(free);
2432                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: failure for va %#lx"
2433                             " in pmap %p", va, pmap);
2434                         return (FALSE);
2435                 }
2436                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
2437                         pmap->pm_stats.resident_count++;
2438         }
2439         mptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpte);
2440         firstpte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mptepa);
2441         newpde = mptepa | PG_M | PG_A | (oldpde & PG_U) | PG_RW | PG_V;
2442         KASSERT((oldpde & PG_A) != 0,
2443             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_A"));
2444         KASSERT((oldpde & (PG_M | PG_RW)) != PG_RW,
2445             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_M"));
2446         newpte = oldpde & ~PG_PS;
2447         if ((newpte & PG_PDE_PAT) != 0)
2448                 newpte ^= PG_PDE_PAT | PG_PTE_PAT;
2449
2450         /*
2451          * If the page table page is new, initialize it.
2452          */
2453         if (mpte->wire_count == 1) {
2454                 mpte->wire_count = NPTEPG;
2455                 pmap_fill_ptp(firstpte, newpte);
2456         }
2457         KASSERT((*firstpte & PG_FRAME) == (newpte & PG_FRAME),
2458             ("pmap_demote_pde: firstpte and newpte map different physical"
2459             " addresses"));
2460
2461         /*
2462          * If the mapping has changed attributes, update the page table
2463          * entries.
2464          */
2465         if ((*firstpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpte & PG_PTE_PROMOTE))
2466                 pmap_fill_ptp(firstpte, newpte);
2467
2468         /*
2469          * Demote the mapping.  This pmap is locked.  The old PDE has
2470          * PG_A set.  If the old PDE has PG_RW set, it also has PG_M
2471          * set.  Thus, there is no danger of a race with another
2472          * processor changing the setting of PG_A and/or PG_M between
2473          * the read above and the store below.
2474          */
2475         if (workaround_erratum383)
2476                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, newpde);
2477         else
2478                 pde_store(pde, newpde);
2479
2480         /*
2481          * Invalidate a stale recursive mapping of the page table page.
2482          */
2483         if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
2484                 pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopte(va));
2485
2486         /*
2487          * Demote the pv entry.  This depends on the earlier demotion
2488          * of the mapping.  Specifically, the (re)creation of a per-
2489          * page pv entry might trigger the execution of pmap_collect(),
2490          * which might reclaim a newly (re)created per-page pv entry
2491          * and destroy the associated mapping.  In order to destroy
2492          * the mapping, the PDE must have already changed from mapping
2493          * the 2mpage to referencing the page table page.
2494          */
2495         if ((oldpde & PG_MANAGED) != 0)
2496                 pmap_pv_demote_pde(pmap, va, oldpde & PG_PS_FRAME);
2497
2498         pmap_pde_demotions++;
2499         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: success for va %#lx"
2500             " in pmap %p", va, pmap);
2501         return (TRUE);
2502 }
2503
2504 /*
2505  * pmap_remove_pde: do the things to unmap a superpage in a process
2506  */
2507 static int
2508 pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
2509     vm_page_t *free)
2510 {
2511         struct md_page *pvh;
2512         pd_entry_t oldpde;
2513         vm_offset_t eva, va;
2514         vm_page_t m, mpte;
2515
2516         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2517         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
2518             ("pmap_remove_pde: sva is not 2mpage aligned"));
2519         oldpde = pte_load_clear(pdq);
2520         if (oldpde & PG_W)
2521                 pmap->pm_stats.wired_count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
2522
2523         /*
2524          * Machines that don't support invlpg, also don't support
2525          * PG_G.
2526          */
2527         if (oldpde & PG_G)
2528                 pmap_invalidate_page(kernel_pmap, sva);
2529         pmap->pm_stats.resident_count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
2530         if (oldpde & PG_MANAGED) {
2531                 pvh = pa_to_pvh(oldpde & PG_PS_FRAME);
2532                 pmap_pvh_free(pvh, pmap, sva);
2533                 eva = sva + NBPDR;
2534                 for (va = sva, m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
2535                     va < eva; va += PAGE_SIZE, m++) {
2536                         if ((oldpde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
2537                                 vm_page_dirty(m);
2538                         if (oldpde & PG_A)
2539                                 vm_page_flag_set(m, PG_REFERENCED);
2540                         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
2541                             TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
2542                                 vm_page_flag_clear(m, PG_WRITEABLE);
2543                 }
2544         }
2545         if (pmap == kernel_pmap) {
2546                 if (!pmap_demote_pde(pmap, pdq, sva))
2547                         panic("pmap_remove_pde: failed demotion");
2548         } else {
2549                 mpte = pmap_lookup_pt_page(pmap, sva);
2550                 if (mpte != NULL) {
2551                         pmap_remove_pt_page(pmap, mpte);
2552                         pmap->pm_stats.resident_count--;
2553                         KASSERT(mpte->wire_count == NPTEPG,
2554                             ("pmap_remove_pde: pte page wire count error"));
2555                         mpte->wire_count = 0;
2556                         pmap_add_delayed_free_list(mpte, free, FALSE);
2557                         atomic_subtract_int(&cnt.v_wire_count, 1);
2558                 }
2559         }
2560         return (pmap_unuse_pt(pmap, sva, *pmap_pdpe(pmap, sva), free));
2561 }
2562
2563 /*
2564  * pmap_remove_pte: do the things to unmap a page in a process
2565  */
2566 static int
2567 pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t va,
2568     pd_entry_t ptepde, vm_page_t *free)
2569 {
2570         pt_entry_t oldpte;
2571         vm_page_t m;
2572
2573         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2574         oldpte = pte_load_clear(ptq);
2575         if (oldpte & PG_W)
2576                 pmap->pm_stats.wired_count -= 1;
2577         pmap->pm_stats.resident_count -= 1;
2578         if (oldpte & PG_MANAGED) {
2579                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpte & PG_FRAME);
2580                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
2581                         vm_page_dirty(m);
2582                 if (oldpte & PG_A)
2583                         vm_page_flag_set(m, PG_REFERENCED);
2584                 pmap_remove_entry(pmap, m, va);
2585         }
2586         return (pmap_unuse_pt(pmap, va, ptepde, free));
2587 }
2588
2589 /*
2590  * Remove a single page from a process address space
2591  */
2592 static void
2593 pmap_remove_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, vm_page_t *free)
2594 {
2595         pt_entry_t *pte;
2596
2597         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2598         if ((*pde & PG_V) == 0)
2599                 return;
2600         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
2601         if ((*pte & PG_V) == 0)
2602                 return;
2603         pmap_remove_pte(pmap, pte, va, *pde, free);
2604         pmap_invalidate_page(pmap, va);
2605 }
2606
2607 /*
2608  *      Remove the given range of addresses from the specified map.
2609  *
2610  *      It is assumed that the start and end are properly
2611  *      rounded to the page size.
2612  */
2613 void
2614 pmap_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2615 {
2616         vm_offset_t va, va_next;
2617         pml4_entry_t *pml4e;
2618         pdp_entry_t *pdpe;
2619         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
2620         pt_entry_t *pte;
2621         vm_page_t free = NULL;
2622         int anyvalid;
2623
2624         /*
2625          * Perform an unsynchronized read.  This is, however, safe.
2626          */
2627         if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
2628                 return;
2629
2630         anyvalid = 0;
2631
2632         vm_page_lock_queues();
2633         PMAP_LOCK(pmap);
2634
2635         /*
2636          * special handling of removing one page.  a very
2637          * common operation and easy to short circuit some
2638          * code.
2639          */
2640         if (sva + PAGE_SIZE == eva) {
2641                 pde = pmap_pde(pmap, sva);
2642                 if (pde && (*pde & PG_PS) == 0) {
2643                         pmap_remove_page(pmap, sva, pde, &free);
2644                         goto out;
2645                 }
2646         }
2647
2648         for (; sva < eva; sva = va_next) {
2649
2650                 if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
2651                         break;
2652
2653                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
2654                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
2655                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
2656                         if (va_next < sva)
2657                                 va_next = eva;
2658                         continue;
2659                 }
2660
2661                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
2662                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
2663                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
2664                         if (va_next < sva)
2665                                 va_next = eva;
2666                         continue;
2667                 }
2668
2669                 /*
2670                  * Calculate index for next page table.
2671                  */
2672                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
2673                 if (va_next < sva)
2674                         va_next = eva;
2675
2676                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
2677                 ptpaddr = *pde;
2678
2679                 /*
2680                  * Weed out invalid mappings.
2681                  */
2682                 if (ptpaddr == 0)
2683                         continue;
2684
2685                 /*
2686                  * Check for large page.
2687                  */
2688                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
2689                         /*
2690                          * Are we removing the entire large page?  If not,
2691                          * demote the mapping and fall through.
2692                          */
2693                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
2694                                 /*
2695                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
2696                                  * invalidated by pmap_remove_pde().
2697                                  */
2698                                 if ((ptpaddr & PG_G) == 0)
2699                                         anyvalid = 1;
2700                                 pmap_remove_pde(pmap, pde, sva, &free);
2701                                 continue;
2702                         } else if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, sva)) {
2703                                 /* The large page mapping was destroyed. */
2704                                 continue;
2705                         } else
2706                                 ptpaddr = *pde;
2707                 }
2708
2709                 /*
2710                  * Limit our scan to either the end of the va represented
2711                  * by the current page table page, or to the end of the
2712                  * range being removed.
2713                  */
2714                 if (va_next > eva)
2715                         va_next = eva;
2716
2717                 va = va_next;
2718                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
2719                     sva += PAGE_SIZE) {
2720                         if (*pte == 0) {
2721                                 if (va != va_next) {
2722                                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
2723                                         va = va_next;
2724                                 }
2725                                 continue;
2726                         }
2727                         if ((*pte & PG_G) == 0)
2728                                 anyvalid = 1;
2729                         else if (va == va_next)
2730                                 va = sva;
2731                         if (pmap_remove_pte(pmap, pte, sva, ptpaddr, &free)) {
2732                                 sva += PAGE_SIZE;
2733                                 break;
2734                         }
2735                 }
2736                 if (va != va_next)
2737                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
2738         }
2739 out:
2740         if (anyvalid)
2741                 pmap_invalidate_all(pmap);
2742         vm_page_unlock_queues();
2743         PMAP_UNLOCK(pmap);
2744         pmap_free_zero_pages(free);
2745 }
2746
2747 /*
2748  *      Routine:        pmap_remove_all
2749  *      Function:
2750  *              Removes this physical page from
2751  *              all physical maps in which it resides.
2752  *              Reflects back modify bits to the pager.
2753  *
2754  *      Notes:
2755  *              Original versions of this routine were very
2756  *              inefficient because they iteratively called
2757  *              pmap_remove (slow...)
2758  */
2759
2760 void
2761 pmap_remove_all(vm_page_t m)
2762 {
2763         struct md_page *pvh;
2764         pv_entry_t pv;
2765         pmap_t pmap;
2766         pt_entry_t *pte, tpte;
2767         pd_entry_t *pde;
2768         vm_offset_t va;
2769         vm_page_t free;
2770
2771         KASSERT((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0,
2772             ("pmap_remove_all: page %p is fictitious", m));
2773         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
2774         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2775         while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != NULL) {
2776                 va = pv->pv_va;
2777                 pmap = PV_PMAP(pv);
2778                 PMAP_LOCK(pmap);
2779                 pde = pmap_pde(pmap, va);
2780                 (void)pmap_demote_pde(pmap, pde, va);
2781                 PMAP_UNLOCK(pmap);
2782         }
2783         while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
2784                 pmap = PV_PMAP(pv);
2785                 PMAP_LOCK(pmap);
2786                 pmap->pm_stats.resident_count--;
2787                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
2788                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_remove_all: found"
2789                     " a 2mpage in page %p's pv list", m));
2790                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
2791                 tpte = pte_load_clear(pte);
2792                 if (tpte & PG_W)
2793                         pmap->pm_stats.wired_count--;
2794                 if (tpte & PG_A)
2795                         vm_page_flag_set(m, PG_REFERENCED);
2796
2797                 /*
2798                  * Update the vm_page_t clean and reference bits.
2799                  */
2800                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
2801                         vm_page_dirty(m);
2802                 free = NULL;
2803                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, *pde, &free);
2804                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
2805                 pmap_free_zero_pages(free);
2806                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
2807                 free_pv_entry(pmap, pv);
2808                 PMAP_UNLOCK(pmap);
2809         }
2810         vm_page_flag_clear(m, PG_WRITEABLE);
2811 }
2812
2813 /*
2814  * pmap_protect_pde: do the things to protect a 2mpage in a process
2815  */
2816 static boolean_t
2817 pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva, vm_prot_t prot)
2818 {
2819         pd_entry_t newpde, oldpde;
2820         vm_offset_t eva, va;
2821         vm_page_t m;
2822         boolean_t anychanged;
2823
2824         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2825         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
2826             ("pmap_protect_pde: sva is not 2mpage aligned"));
2827         anychanged = FALSE;
2828 retry:
2829         oldpde = newpde = *pde;
2830         if (oldpde & PG_MANAGED) {
2831                 eva = sva + NBPDR;
2832                 for (va = sva, m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
2833                     va < eva; va += PAGE_SIZE, m++) {
2834                         /*
2835                          * In contrast to the analogous operation on a 4KB page
2836                          * mapping, the mapping's PG_A flag is not cleared and
2837                          * the page's PG_REFERENCED flag is not set.  The
2838                          * reason is that pmap_demote_pde() expects that a 2MB
2839                          * page mapping with a stored page table page has PG_A
2840                          * set.
2841                          */
2842                         if ((oldpde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
2843                                 vm_page_dirty(m);
2844                 }
2845         }
2846         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0)
2847                 newpde &= ~(PG_RW | PG_M);
2848         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
2849                 newpde |= pg_nx;
2850         if (newpde != oldpde) {
2851                 if (!atomic_cmpset_long(pde, oldpde, newpde))
2852                         goto retry;
2853                 if (oldpde & PG_G)
2854                         pmap_invalidate_page(pmap, sva);
2855                 else
2856                         anychanged = TRUE;
2857         }
2858         return (anychanged);
2859 }
2860
2861 /*
2862  *      Set the physical protection on the
2863  *      specified range of this map as requested.
2864  */
2865 void
2866 pmap_protect(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, vm_prot_t prot)
2867 {
2868         vm_offset_t va_next;
2869         pml4_entry_t *pml4e;
2870         pdp_entry_t *pdpe;
2871         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
2872         pt_entry_t *pte;
2873         int anychanged;
2874
2875         if ((prot & VM_PROT_READ) == VM_PROT_NONE) {
2876                 pmap_remove(pmap, sva, eva);
2877                 return;
2878         }
2879
2880         if ((prot & (VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE)) ==
2881             (VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE))
2882                 return;
2883
2884         anychanged = 0;
2885
2886         vm_page_lock_queues();
2887         PMAP_LOCK(pmap);
2888         for (; sva < eva; sva = va_next) {
2889
2890                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
2891                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
2892                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
2893                         if (va_next < sva)
2894                                 va_next = eva;
2895                         continue;
2896                 }
2897
2898                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
2899                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
2900                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
2901                         if (va_next < sva)
2902                                 va_next = eva;
2903                         continue;
2904                 }
2905
2906                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
2907                 if (va_next < sva)
2908                         va_next = eva;
2909
2910                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
2911                 ptpaddr = *pde;
2912
2913                 /*
2914                  * Weed out invalid mappings.
2915                  */
2916                 if (ptpaddr == 0)
2917                         continue;
2918
2919                 /*
2920                  * Check for large page.
2921                  */
2922                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
2923                         /*
2924                          * Are we protecting the entire large page?  If not,
2925                          * demote the mapping and fall through.
2926                          */
2927                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
2928                                 /*
2929                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
2930                                  * invalidated by pmap_protect_pde().
2931                                  */
2932                                 if (pmap_protect_pde(pmap, pde, sva, prot))
2933                                         anychanged = 1;
2934                                 continue;
2935                         } else if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, sva)) {
2936                                 /* The large page mapping was destroyed. */
2937                                 continue;
2938                         }
2939                 }
2940
2941                 if (va_next > eva)
2942                         va_next = eva;
2943
2944                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
2945                     sva += PAGE_SIZE) {
2946                         pt_entry_t obits, pbits;
2947                         vm_page_t m;
2948
2949 retry:
2950                         obits = pbits = *pte;
2951                         if ((pbits & PG_V) == 0)
2952                                 continue;
2953                         if (pbits & PG_MANAGED) {
2954                                 m = NULL;
2955                                 if (pbits & PG_A) {
2956                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pbits & PG_FRAME);
2957                                         vm_page_flag_set(m, PG_REFERENCED);
2958                                         pbits &= ~PG_A;
2959                                 }
2960                                 if ((pbits & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
2961                                         if (m == NULL)
2962                                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pbits &
2963                                                     PG_FRAME);
2964                                         vm_page_dirty(m);
2965                                 }
2966                         }
2967
2968                         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0)
2969                                 pbits &= ~(PG_RW | PG_M);
2970                         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
2971                                 pbits |= pg_nx;
2972
2973                         if (pbits != obits) {
2974                                 if (!atomic_cmpset_long(pte, obits, pbits))
2975                                         goto retry;
2976                                 if (obits & PG_G)
2977                                         pmap_invalidate_page(pmap, sva);
2978                                 else
2979                                         anychanged = 1;
2980                         }
2981                 }
2982         }
2983         if (anychanged)
2984                 pmap_invalidate_all(pmap);
2985         vm_page_unlock_queues();
2986         PMAP_UNLOCK(pmap);
2987 }
2988
2989 /*
2990  * Tries to promote the 512, contiguous 4KB page mappings that are within a
2991  * single page table page (PTP) to a single 2MB page mapping.  For promotion
2992  * to occur, two conditions must be met: (1) the 4KB page mappings must map
2993  * aligned, contiguous physical memory and (2) the 4KB page mappings must have
2994  * identical characteristics.
2995  */
2996 static void
2997 pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
2998 {
2999         pd_entry_t newpde;
3000         pt_entry_t *firstpte, oldpte, pa, *pte;
3001         vm_offset_t oldpteva;
3002         vm_page_t mpte;
3003
3004         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3005
3006         /*
3007          * Examine the first PTE in the specified PTP.  Abort if this PTE is
3008          * either invalid, unused, or does not map the first 4KB physical page
3009          * within a 2MB page.
3010          */
3011         firstpte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pde & PG_FRAME);
3012 setpde:
3013         newpde = *firstpte;
3014         if ((newpde & ((PG_FRAME & PDRMASK) | PG_A | PG_V)) != (PG_A | PG_V)) {
3015                 pmap_pde_p_failures++;
3016                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
3017                     " in pmap %p", va, pmap);
3018                 return;
3019         }
3020         if ((newpde & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
3021                 /*
3022                  * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared without
3023                  * a TLB invalidation.
3024                  */
3025                 if (!atomic_cmpset_long(firstpte, newpde, newpde & ~PG_RW))
3026                         goto setpde;
3027                 newpde &= ~PG_RW;
3028         }
3029
3030         /*
3031          * Examine each of the other PTEs in the specified PTP.  Abort if this
3032          * PTE maps an unexpected 4KB physical page or does not have identical
3033          * characteristics to the first PTE.
3034          */
3035         pa = (newpde & (PG_PS_FRAME | PG_A | PG_V)) + NBPDR - PAGE_SIZE;
3036         for (pte = firstpte + NPTEPG - 1; pte > firstpte; pte--) {
3037 setpte:
3038                 oldpte = *pte;
3039                 if ((oldpte & (PG_FRAME | PG_A | PG_V)) != pa) {
3040                         pmap_pde_p_failures++;
3041                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
3042                             " in pmap %p", va, pmap);
3043                         return;
3044                 }
3045                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
3046                         /*
3047                          * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared
3048                          * without a TLB invalidation.
3049                          */
3050                         if (!atomic_cmpset_long(pte, oldpte, oldpte & ~PG_RW))
3051                                 goto setpte;
3052                         oldpte &= ~PG_RW;
3053                         oldpteva = (oldpte & PG_FRAME & PDRMASK) |
3054                             (va & ~PDRMASK);
3055                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: protect for va %#lx"
3056                             " in pmap %p", oldpteva, pmap);
3057                 }
3058                 if ((oldpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpde & PG_PTE_PROMOTE)) {
3059                         pmap_pde_p_failures++;
3060                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
3061                             " in pmap %p", va, pmap);
3062                         return;
3063                 }
3064                 pa -= PAGE_SIZE;
3065         }
3066
3067         /*
3068          * Save the page table page in its current state until the PDE
3069          * mapping the superpage is demoted by pmap_demote_pde() or
3070          * destroyed by pmap_remove_pde().
3071          */
3072         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
3073         KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
3074             mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
3075             ("pmap_promote_pde: page table page is out of range"));
3076         KASSERT(mpte->pindex == pmap_pde_pindex(va),
3077             ("pmap_promote_pde: page table page's pindex is wrong"));
3078         pmap_insert_pt_page(pmap, mpte);
3079
3080         /*
3081          * Promote the pv entries.
3082          */
3083         if ((newpde & PG_MANAGED) != 0)
3084                 pmap_pv_promote_pde(pmap, va, newpde & PG_PS_FRAME);
3085
3086         /*
3087          * Propagate the PAT index to its proper position.
3088          */
3089         if ((newpde & PG_PTE_PAT) != 0)
3090                 newpde ^= PG_PDE_PAT | PG_PTE_PAT;
3091
3092         /*
3093          * Map the superpage.
3094          */
3095         if (workaround_erratum383)
3096                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, PG_PS | newpde);
3097         else
3098                 pde_store(pde, PG_PS | newpde);
3099
3100         pmap_pde_promotions++;
3101         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: success for va %#lx"
3102             " in pmap %p", va, pmap);
3103 }
3104
3105 /*
3106  *      Insert the given physical page (p) at
3107  *      the specified virtual address (v) in the
3108  *      target physical map with the protection requested.
3109  *
3110  *      If specified, the page will be wired down, meaning
3111  *      that the related pte can not be reclaimed.
3112  *
3113  *      NB:  This is the only routine which MAY NOT lazy-evaluate
3114  *      or lose information.  That is, this routine must actually
3115  *      insert this page into the given map NOW.
3116  */
3117 void
3118 pmap_enter(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_prot_t access, vm_page_t m,
3119     vm_prot_t prot, boolean_t wired)
3120 {
3121         vm_paddr_t pa;
3122         pd_entry_t *pde;
3123         pt_entry_t *pte;
3124         vm_paddr_t opa;
3125         pt_entry_t origpte, newpte;
3126         vm_page_t mpte, om;
3127         boolean_t invlva;
3128
3129         va = trunc_page(va);
3130         KASSERT(va <= VM_MAX_KERNEL_ADDRESS, ("pmap_enter: toobig"));
3131         KASSERT(va < UPT_MIN_ADDRESS || va >= UPT_MAX_ADDRESS,
3132             ("pmap_enter: invalid to pmap_enter page table pages (va: 0x%lx)", va));
3133
3134         mpte = NULL;
3135
3136         vm_page_lock_queues();
3137         PMAP_LOCK(pmap);
3138
3139         /*
3140          * In the case that a page table page is not
3141          * resident, we are creating it here.
3142          */
3143         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
3144                 mpte = pmap_allocpte(pmap, va, M_WAITOK);
3145         }
3146
3147         pde = pmap_pde(pmap, va);
3148         if (pde != NULL && (*pde & PG_V) != 0) {
3149                 if ((*pde & PG_PS) != 0)
3150                         panic("pmap_enter: attempted pmap_enter on 2MB page");
3151                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
3152         } else
3153                 panic("pmap_enter: invalid page directory va=%#lx", va);
3154
3155         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
3156         om = NULL;
3157         origpte = *pte;
3158         opa = origpte & PG_FRAME;
3159
3160         /*
3161          * Mapping has not changed, must be protection or wiring change.
3162          */
3163         if (origpte && (opa == pa)) {
3164                 /*
3165                  * Wiring change, just update stats. We don't worry about
3166                  * wiring PT pages as they remain resident as long as there
3167                  * are valid mappings in them. Hence, if a user page is wired,
3168                  * the PT page will be also.
3169                  */
3170                 if (wired && ((origpte & PG_W) == 0))
3171                         pmap->pm_stats.wired_count++;
3172                 else if (!wired && (origpte & PG_W))
3173                         pmap->pm_stats.wired_count--;
3174
3175                 /*
3176                  * Remove extra pte reference
3177                  */
3178                 if (mpte)
3179                         mpte->wire_count--;
3180
3181                 /*
3182                  * We might be turning off write access to the page,
3183                  * so we go ahead and sense modify status.
3184                  */
3185                 if (origpte & PG_MANAGED) {
3186                         om = m;
3187                         pa |= PG_MANAGED;
3188                 }
3189                 goto validate;
3190         }
3191         /*
3192          * Mapping has changed, invalidate old range and fall through to
3193          * handle validating new mapping.
3194          */
3195         if (opa) {
3196                 if (origpte & PG_W)
3197                         pmap->pm_stats.wired_count--;
3198                 if (origpte & PG_MANAGED) {
3199                         om = PHYS_TO_VM_PAGE(opa);
3200                         pmap_remove_entry(pmap, om, va);
3201                 }
3202                 if (mpte != NULL) {
3203                         mpte->wire_count--;
3204                         KASSERT(mpte->wire_count > 0,
3205                             ("pmap_enter: missing reference to page table page,"
3206                              " va: 0x%lx", va));
3207                 }
3208         } else
3209                 pmap->pm_stats.resident_count++;
3210
3211         /*
3212          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
3213          */
3214         if ((m->flags & (PG_FICTITIOUS | PG_UNMANAGED)) == 0) {
3215                 KASSERT(va < kmi.clean_sva || va >= kmi.clean_eva,
3216                     ("pmap_enter: managed mapping within the clean submap"));
3217                 pmap_insert_entry(pmap, va, m);
3218                 pa |= PG_MANAGED;
3219         }
3220
3221         /*
3222          * Increment counters
3223          */
3224         if (wired)
3225                 pmap->pm_stats.wired_count++;
3226
3227 validate:
3228         /*
3229          * Now validate mapping with desired protection/wiring.
3230          */
3231         newpte = (pt_entry_t)(pa | pmap_cache_bits(m->md.pat_mode, 0) | PG_V);
3232         if ((prot & VM_PROT_WRITE) != 0) {
3233                 newpte |= PG_RW;
3234                 vm_page_flag_set(m, PG_WRITEABLE);
3235         }
3236         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
3237                 newpte |= pg_nx;
3238         if (wired)
3239                 newpte |= PG_W;
3240         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
3241                 newpte |= PG_U;
3242         if (pmap == kernel_pmap)
3243                 newpte |= PG_G;
3244
3245         /*
3246          * if the mapping or permission bits are different, we need
3247          * to update the pte.
3248          */
3249         if ((origpte & ~(PG_M|PG_A)) != newpte) {
3250                 newpte |= PG_A;
3251                 if ((access & VM_PROT_WRITE) != 0)
3252                         newpte |= PG_M;
3253                 if (origpte & PG_V) {
3254                         invlva = FALSE;
3255                         origpte = pte_load_store(pte, newpte);
3256                         if (origpte & PG_A) {
3257                                 if (origpte & PG_MANAGED)
3258                                         vm_page_flag_set(om, PG_REFERENCED);
3259                                 if (opa != VM_PAGE_TO_PHYS(m) || ((origpte &
3260                                     PG_NX) == 0 && (newpte & PG_NX)))
3261                                         invlva = TRUE;
3262                         }
3263                         if ((origpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
3264                                 if ((origpte & PG_MANAGED) != 0)
3265                                         vm_page_dirty(om);
3266                                 if ((newpte & PG_RW) == 0)
3267                                         invlva = TRUE;
3268                         }
3269                         if (invlva)
3270                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
3271                 } else
3272                         pte_store(pte, newpte);
3273         }
3274
3275         /*
3276          * If both the page table page and the reservation are fully
3277          * populated, then attempt promotion.
3278          */
3279         if ((mpte == NULL || mpte->wire_count == NPTEPG) &&
3280             pg_ps_enabled && vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0)
3281                 pmap_promote_pde(pmap, pde, va);
3282
3283         vm_page_unlock_queues();
3284         PMAP_UNLOCK(pmap);
3285 }
3286
3287 /*
3288  * Tries to create a 2MB page mapping.  Returns TRUE if successful and FALSE
3289  * otherwise.  Fails if (1) a page table page cannot be allocated without
3290  * blocking, (2) a mapping already exists at the specified virtual address, or
3291  * (3) a pv entry cannot be allocated without reclaiming another pv entry.
3292  */
3293 static boolean_t
3294 pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot)
3295 {
3296         pd_entry_t *pde, newpde;
3297         vm_page_t free, mpde;
3298
3299         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
3300         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3301         if ((mpde = pmap_allocpde(pmap, va, M_NOWAIT)) == NULL) {
3302                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
3303                     " in pmap %p", va, pmap);
3304                 return (FALSE);
3305         }
3306         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mpde));
3307         pde = &pde[pmap_pde_index(va)];
3308         if ((*pde & PG_V) != 0) {
3309                 KASSERT(mpde->wire_count > 1,
3310                     ("pmap_enter_pde: mpde's wire count is too low"));
3311                 mpde->wire_count--;
3312                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
3313                     " in pmap %p", va, pmap);
3314                 return (FALSE);
3315         }
3316         newpde = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | pmap_cache_bits(m->md.pat_mode, 1) |
3317             PG_PS | PG_V;
3318         if ((m->flags & (PG_FICTITIOUS | PG_UNMANAGED)) == 0) {
3319                 newpde |= PG_MANAGED;
3320
3321                 /*
3322                  * Abort this mapping if its PV entry could not be created.
3323                  */
3324                 if (!pmap_pv_insert_pde(pmap, va, VM_PAGE_TO_PHYS(m))) {
3325                         free = NULL;
3326                         if (pmap_unwire_pte_hold(pmap, va, mpde, &free)) {
3327                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
3328                                 pmap_free_zero_pages(free);
3329                         }
3330                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
3331                             " in pmap %p", va, pmap);
3332                         return (FALSE);
3333                 }
3334         }
3335         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
3336                 newpde |= pg_nx;
3337         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
3338                 newpde |= PG_U;
3339
3340         /*
3341          * Increment counters.
3342          */
3343         pmap->pm_stats.resident_count += NBPDR / PAGE_SIZE;
3344
3345         /*
3346          * Map the superpage.
3347          */
3348         pde_store(pde, newpde);
3349
3350         pmap_pde_mappings++;
3351         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: success for va %#lx"
3352             " in pmap %p", va, pmap);
3353         return (TRUE);
3354 }
3355
3356 /*
3357  * Maps a sequence of resident pages belonging to the same object.
3358  * The sequence begins with the given page m_start.  This page is
3359  * mapped at the given virtual address start.  Each subsequent page is
3360  * mapped at a virtual address that is offset from start by the same
3361  * amount as the page is offset from m_start within the object.  The
3362  * last page in the sequence is the page with the largest offset from
3363  * m_start that can be mapped at a virtual address less than the given
3364  * virtual address end.  Not every virtual page between start and end
3365  * is mapped; only those for which a resident page exists with the
3366  * corresponding offset from m_start are mapped.
3367  */
3368 void
3369 pmap_enter_object(pmap_t pmap, vm_offset_t start, vm_offset_t end,
3370     vm_page_t m_start, vm_prot_t prot)
3371 {
3372         vm_offset_t va;
3373         vm_page_t m, mpte;
3374         vm_pindex_t diff, psize;
3375
3376         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(m_start->object, MA_OWNED);
3377         psize = atop(end - start);
3378         mpte = NULL;
3379         m = m_start;
3380         PMAP_LOCK(pmap);
3381         while (m != NULL && (diff = m->pindex - m_start->pindex) < psize) {
3382                 va = start + ptoa(diff);
3383                 if ((va & PDRMASK) == 0 && va + NBPDR <= end &&
3384                     (VM_PAGE_TO_PHYS(m) & PDRMASK) == 0 &&
3385                     pg_ps_enabled && vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0 &&
3386                     pmap_enter_pde(pmap, va, m, prot))
3387                         m = &m[NBPDR / PAGE_SIZE - 1];
3388                 else
3389                         mpte = pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot,
3390                             mpte);
3391                 m = TAILQ_NEXT(m, listq);
3392         }
3393         PMAP_UNLOCK(pmap);
3394 }
3395
3396 /*
3397  * this code makes some *MAJOR* assumptions:
3398  * 1. Current pmap & pmap exists.
3399  * 2. Not wired.
3400  * 3. Read access.
3401  * 4. No page table pages.
3402  * but is *MUCH* faster than pmap_enter...
3403  */
3404
3405 void
3406 pmap_enter_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot)
3407 {
3408
3409         PMAP_LOCK(pmap);
3410         (void) pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot, NULL);
3411         PMAP_UNLOCK(pmap);
3412 }
3413
3414 static vm_page_t
3415 pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
3416     vm_prot_t prot, vm_page_t mpte)
3417 {
3418         vm_page_t free;
3419         pt_entry_t *pte;
3420         vm_paddr_t pa;
3421
3422         KASSERT(va < kmi.clean_sva || va >= kmi.clean_eva ||
3423             (m->flags & (PG_FICTITIOUS | PG_UNMANAGED)) != 0,
3424             ("pmap_enter_quick_locked: managed mapping within the clean submap"));
3425         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
3426         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3427
3428         /*
3429          * In the case that a page table page is not
3430          * resident, we are creating it here.
3431          */
3432         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
3433                 vm_pindex_t ptepindex;
3434                 pd_entry_t *ptepa;
3435
3436                 /*
3437                  * Calculate pagetable page index
3438                  */
3439                 ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
3440                 if (mpte && (mpte->pindex == ptepindex)) {
3441                         mpte->wire_count++;
3442                 } else {
3443                         /*
3444                          * Get the page directory entry
3445                          */
3446                         ptepa = pmap_pde(pmap, va);
3447
3448                         /*
3449                          * If the page table page is mapped, we just increment
3450                          * the hold count, and activate it.
3451                          */
3452                         if (ptepa && (*ptepa & PG_V) != 0) {
3453                                 if (*ptepa & PG_PS)
3454                                         return (NULL);
3455                                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*ptepa & PG_FRAME);
3456                                 mpte->wire_count++;
3457                         } else {
3458                                 mpte = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex,
3459                                     M_NOWAIT);
3460                                 if (mpte == NULL)
3461                                         return (mpte);
3462                         }
3463                 }
3464                 pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mpte));
3465                 pte = &pte[pmap_pte_index(va)];
3466         } else {
3467                 mpte = NULL;
3468                 pte = vtopte(va);
3469         }
3470         if (*pte) {
3471                 if (mpte != NULL) {
3472                         mpte->wire_count--;
3473                         mpte = NULL;
3474                 }
3475                 return (mpte);
3476         }
3477
3478         /*
3479          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
3480          */
3481         if ((m->flags & (PG_FICTITIOUS | PG_UNMANAGED)) == 0 &&
3482             !pmap_try_insert_pv_entry(pmap, va, m)) {
3483                 if (mpte != NULL) {
3484                         free = NULL;
3485                         if (pmap_unwire_pte_hold(pmap, va, mpte, &free)) {
3486                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
3487                                 pmap_free_zero_pages(free);
3488                         }
3489                         mpte = NULL;
3490                 }
3491                 return (mpte);
3492         }
3493
3494         /*
3495          * Increment counters
3496          */
3497         pmap->pm_stats.resident_count++;
3498
3499         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | pmap_cache_bits(m->md.pat_mode, 0);
3500         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
3501                 pa |= pg_nx;
3502
3503         /*
3504          * Now validate mapping with RO protection
3505          */
3506         if (m->flags & (PG_FICTITIOUS|PG_UNMANAGED))
3507                 pte_store(pte, pa | PG_V | PG_U);
3508         else
3509                 pte_store(pte, pa | PG_V | PG_U | PG_MANAGED);
3510         return mpte;
3511 }
3512
3513 /*
3514  * Make a temporary mapping for a physical address.  This is only intended
3515  * to be used for panic dumps.
3516  */
3517 void *
3518 pmap_kenter_temporary(vm_paddr_t pa, int i)
3519 {
3520         vm_offset_t va;
3521
3522         va = (vm_offset_t)crashdumpmap + (i * PAGE_SIZE);
3523         pmap_kenter(va, pa);
3524         invlpg(va);
3525         return ((void *)crashdumpmap);
3526 }
3527
3528 /*
3529  * This code maps large physical mmap regions into the
3530  * processor address space.  Note that some shortcuts
3531  * are taken, but the code works.
3532  */
3533 void
3534 pmap_object_init_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_object_t object,
3535     vm_pindex_t pindex, vm_size_t size)
3536 {
3537         pd_entry_t *pde;
3538         vm_paddr_t pa, ptepa;
3539         vm_page_t p, pdpg;
3540         int pat_mode;
3541
3542         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(object, MA_OWNED);
3543         KASSERT(object->type == OBJT_DEVICE || object->type == OBJT_SG,
3544             ("pmap_object_init_pt: non-device object"));
3545         if ((addr & (NBPDR - 1)) == 0 && (size & (NBPDR - 1)) == 0) {
3546                 if (!vm_object_populate(object, pindex, pindex + atop(size)))
3547                         return;
3548                 p = vm_page_lookup(object, pindex);
3549                 KASSERT(p->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
3550                     ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
3551                 pat_mode = p->md.pat_mode;
3552
3553                 /*
3554                  * Abort the mapping if the first page is not physically
3555                  * aligned to a 2MB page boundary.
3556                  */
3557                 ptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(p);
3558                 if (ptepa & (NBPDR - 1))
3559                         return;
3560
3561                 /*
3562                  * Skip the first page.  Abort the mapping if the rest of
3563                  * the pages are not physically contiguous or have differing
3564                  * memory attributes.
3565                  */
3566                 p = TAILQ_NEXT(p, listq);
3567                 for (pa = ptepa + PAGE_SIZE; pa < ptepa + size;
3568                     pa += PAGE_SIZE) {
3569                         KASSERT(p->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
3570                             ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
3571                         if (pa != VM_PAGE_TO_PHYS(p) ||
3572                             pat_mode != p->md.pat_mode)
3573                                 return;
3574                         p = TAILQ_NEXT(p, listq);
3575                 }
3576
3577                 /*
3578                  * Map using 2MB pages.  Since "ptepa" is 2M aligned and
3579                  * "size" is a multiple of 2M, adding the PAT setting to "pa"
3580                  * will not affect the termination of this loop.
3581                  */
3582                 PMAP_LOCK(pmap);
3583                 for (pa = ptepa | pmap_cache_bits(pat_mode, 1); pa < ptepa +
3584                     size; pa += NBPDR) {
3585                         pdpg = pmap_allocpde(pmap, addr, M_NOWAIT);
3586                         if (pdpg == NULL) {
3587                                 /*
3588                                  * The creation of mappings below is only an
3589                                  * optimization.  If a page directory page
3590                                  * cannot be allocated without blocking,
3591                                  * continue on to the next mapping rather than
3592                                  * blocking.
3593                                  */
3594                                 addr += NBPDR;
3595                                 continue;
3596                         }
3597                         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pdpg));
3598                         pde = &pde[pmap_pde_index(addr)];
3599                         if ((*pde & PG_V) == 0) {
3600                                 pde_store(pde, pa | PG_PS | PG_M | PG_A |
3601                                     PG_U | PG_RW | PG_V);
3602                                 pmap->pm_stats.resident_count += NBPDR /
3603                                     PAGE_SIZE;
3604                                 pmap_pde_mappings++;
3605                         } else {
3606                                 /* Continue on if the PDE is already valid. */
3607                                 pdpg->wire_count--;
3608                                 KASSERT(pdpg->wire_count > 0,
3609                                     ("pmap_object_init_pt: missing reference "
3610                                     "to page directory page, va: 0x%lx", addr));
3611                         }
3612                         addr += NBPDR;
3613                 }
3614                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3615         }
3616 }
3617
3618 /*
3619  *      Routine:        pmap_change_wiring
3620  *      Function:       Change the wiring attribute for a map/virtual-address
3621  *                      pair.
3622  *      In/out conditions:
3623  *                      The mapping must already exist in the pmap.
3624  */
3625 void
3626 pmap_change_wiring(pmap_t pmap, vm_offset_t va, boolean_t wired)
3627 {
3628         pd_entry_t *pde;
3629         pt_entry_t *pte;
3630         boolean_t are_queues_locked;
3631
3632         are_queues_locked = FALSE;
3633
3634         /*
3635          * Wiring is not a hardware characteristic so there is no need to
3636          * invalidate TLB.
3637          */
3638 retry:
3639         PMAP_LOCK(pmap);
3640         pde = pmap_pde(pmap, va);
3641         if ((*pde & PG_PS) != 0) {
3642                 if (!wired != ((*pde & PG_W) == 0)) {
3643                         if (!are_queues_locked) {
3644                                 are_queues_locked = TRUE;
3645                                 if (!mtx_trylock(&vm_page_queue_mtx)) {
3646                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
3647                                         vm_page_lock_queues();
3648                                         goto retry;
3649                                 }
3650                         }
3651                         if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, va))
3652                                 panic("pmap_change_wiring: demotion failed");
3653                 } else
3654                         goto out;
3655         }
3656         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
3657         if (wired && (*pte & PG_W) == 0) {
3658                 pmap->pm_stats.wired_count++;
3659                 atomic_set_long(pte, PG_W);
3660         } else if (!wired && (*pte & PG_W) != 0) {
3661                 pmap->pm_stats.wired_count--;
3662                 atomic_clear_long(pte, PG_W);
3663         }
3664 out:
3665         if (are_queues_locked)
3666                 vm_page_unlock_queues();
3667         PMAP_UNLOCK(pmap);
3668 }
3669
3670
3671
3672 /*
3673  *      Copy the range specified by src_addr/len
3674  *      from the source map to the range dst_addr/len
3675  *      in the destination map.
3676  *
3677  *      This routine is only advisory and need not do anything.
3678  */
3679
3680 void
3681 pmap_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap, vm_offset_t dst_addr, vm_size_t len,
3682     vm_offset_t src_addr)
3683 {
3684         vm_page_t   free;
3685         vm_offset_t addr;
3686         vm_offset_t end_addr = src_addr + len;
3687         vm_offset_t va_next;
3688
3689         if (dst_addr != src_addr)
3690                 return;
3691
3692         vm_page_lock_queues();
3693         if (dst_pmap < src_pmap) {
3694                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
3695                 PMAP_LOCK(src_pmap);
3696         } else {
3697                 PMAP_LOCK(src_pmap);
3698                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
3699         }
3700         for (addr = src_addr; addr < end_addr; addr = va_next) {
3701                 pt_entry_t *src_pte, *dst_pte;
3702                 vm_page_t dstmpde, dstmpte, srcmpte;
3703                 pml4_entry_t *pml4e;
3704                 pdp_entry_t *pdpe;
3705                 pd_entry_t srcptepaddr, *pde;
3706
3707                 KASSERT(addr < UPT_MIN_ADDRESS,
3708                     ("pmap_copy: invalid to pmap_copy page tables"));
3709
3710                 pml4e = pmap_pml4e(src_pmap, addr);
3711                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
3712                         va_next = (addr + NBPML4) & ~PML4MASK;
3713                         if (va_next < addr)
3714                                 va_next = end_addr;
3715                         continue;
3716                 }
3717
3718                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, addr);
3719                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
3720                         va_next = (addr + NBPDP) & ~PDPMASK;
3721                         if (va_next < addr)
3722                                 va_next = end_addr;
3723                         continue;
3724                 }
3725
3726                 va_next = (addr + NBPDR) & ~PDRMASK;
3727                 if (va_next < addr)
3728                         va_next = end_addr;
3729
3730                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, addr);
3731                 srcptepaddr = *pde;
3732                 if (srcptepaddr == 0)
3733                         continue;
3734
3735                 if (srcptepaddr & PG_PS) {
3736                         dstmpde = pmap_allocpde(dst_pmap, addr, M_NOWAIT);
3737                         if (dstmpde == NULL)
3738                                 break;
3739                         pde = (pd_entry_t *)
3740                             PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(dstmpde));
3741                         pde = &pde[pmap_pde_index(addr)];
3742                         if (*pde == 0 && ((srcptepaddr & PG_MANAGED) == 0 ||
3743                             pmap_pv_insert_pde(dst_pmap, addr, srcptepaddr &
3744                             PG_PS_FRAME))) {
3745                                 *pde = srcptepaddr & ~PG_W;
3746                                 dst_pmap->pm_stats.resident_count +=
3747                                     NBPDR / PAGE_SIZE;
3748                         } else
3749                                 dstmpde->wire_count--;
3750                         continue;
3751                 }
3752
3753                 srcptepaddr &= PG_FRAME;
3754                 srcmpte = PHYS_TO_VM_PAGE(srcptepaddr);
3755                 KASSERT(srcmpte->wire_count > 0,
3756                     ("pmap_copy: source page table page is unused"));
3757
3758                 if (va_next > end_addr)
3759                         va_next = end_addr;
3760
3761                 src_pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(srcptepaddr);
3762                 src_pte = &src_pte[pmap_pte_index(addr)];
3763                 dstmpte = NULL;
3764                 while (addr < va_next) {
3765                         pt_entry_t ptetemp;
3766                         ptetemp = *src_pte;
3767                         /*
3768                          * we only virtual copy managed pages
3769                          */
3770                         if ((ptetemp & PG_MANAGED) != 0) {
3771                                 if (dstmpte != NULL &&
3772                                     dstmpte->pindex == pmap_pde_pindex(addr))
3773                                         dstmpte->wire_count++;
3774                                 else if ((dstmpte = pmap_allocpte(dst_pmap,
3775                                     addr, M_NOWAIT)) == NULL)
3776                                         goto out;
3777                                 dst_pte = (pt_entry_t *)
3778                                     PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(dstmpte));
3779                                 dst_pte = &dst_pte[pmap_pte_index(addr)];
3780                                 if (*dst_pte == 0 &&
3781                                     pmap_try_insert_pv_entry(dst_pmap, addr,
3782                                     PHYS_TO_VM_PAGE(ptetemp & PG_FRAME))) {
3783                                         /*
3784                                          * Clear the wired, modified, and
3785                                          * accessed (referenced) bits
3786                                          * during the copy.
3787                                          */
3788                                         *dst_pte = ptetemp & ~(PG_W | PG_M |
3789                                             PG_A);
3790                                         dst_pmap->pm_stats.resident_count++;
3791                                 } else {
3792                                         free = NULL;
3793                                         if (pmap_unwire_pte_hold(dst_pmap,
3794                                             addr, dstmpte, &free)) {
3795                                                 pmap_invalidate_page(dst_pmap,
3796                                                     addr);
3797                                                 pmap_free_zero_pages(free);
3798                                         }
3799                                         goto out;
3800                                 }
3801                                 if (dstmpte->wire_count >= srcmpte->wire_count)
3802                                         break;
3803                         }
3804                         addr += PAGE_SIZE;
3805                         src_pte++;
3806                 }
3807         }
3808 out:
3809         vm_page_unlock_queues();
3810         PMAP_UNLOCK(src_pmap);
3811         PMAP_UNLOCK(dst_pmap);
3812 }
3813
3814 /*
3815  *      pmap_zero_page zeros the specified hardware page by mapping
3816  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.
3817  */
3818 void
3819 pmap_zero_page(vm_page_t m)
3820 {
3821         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3822
3823         pagezero((void *)va);
3824 }
3825
3826 /*
3827  *      pmap_zero_page_area zeros the specified hardware page by mapping
3828  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.
3829  *
3830  *      off and size may not cover an area beyond a single hardware page.
3831  */
3832 void
3833 pmap_zero_page_area(vm_page_t m, int off, int size)
3834 {
3835         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3836
3837         if (off == 0 && size == PAGE_SIZE)
3838                 pagezero((void *)va);
3839         else
3840                 bzero((char *)va + off, size);
3841 }
3842
3843 /*
3844  *      pmap_zero_page_idle zeros the specified hardware page by mapping
3845  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.  This
3846  *      is intended to be called from the vm_pagezero process only and
3847  *      outside of Giant.
3848  */
3849 void
3850 pmap_zero_page_idle(vm_page_t m)
3851 {
3852         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3853
3854         pagezero((void *)va);
3855 }
3856
3857 /*
3858  *      pmap_copy_page copies the specified (machine independent)
3859  *      page by mapping the page into virtual memory and using
3860  *      bcopy to copy the page, one machine dependent page at a
3861  *      time.
3862  */
3863 void
3864 pmap_copy_page(vm_page_t msrc, vm_page_t mdst)
3865 {
3866         vm_offset_t src = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(msrc));
3867         vm_offset_t dst = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mdst));
3868
3869         pagecopy((void *)src, (void *)dst);
3870 }
3871
3872 /*
3873  * Returns true if the pmap's pv is one of the first
3874  * 16 pvs linked to from this page.  This count may
3875  * be changed upwards or downwards in the future; it
3876  * is only necessary that true be returned for a small
3877  * subset of pmaps for proper page aging.
3878  */
3879 boolean_t
3880 pmap_page_exists_quick(pmap_t pmap, vm_page_t m)
3881 {
3882         struct md_page *pvh;
3883         pv_entry_t pv;
3884         int loops = 0;
3885
3886         if (m->flags & PG_FICTITIOUS)
3887                 return FALSE;
3888
3889         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
3890         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
3891                 if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
3892                         return TRUE;
3893                 }
3894                 loops++;
3895                 if (loops >= 16)
3896                         break;
3897         }
3898         if (loops < 16) {
3899                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3900                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_list) {
3901                         if (PV_PMAP(pv) == pmap)
3902                                 return (TRUE);
3903                         loops++;
3904                         if (loops >= 16)
3905                                 break;
3906                 }
3907         }
3908         return (FALSE);
3909 }
3910
3911 /*
3912  *      pmap_page_wired_mappings:
3913  *
3914  *      Return the number of managed mappings to the given physical page
3915  *      that are wired.
3916  */
3917 int
3918 pmap_page_wired_mappings(vm_page_t m)
3919 {
3920         int count;
3921
3922         count = 0;
3923         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0)
3924                 return (count);
3925         count = pmap_pvh_wired_mappings(&m->md, count);
3926         return (pmap_pvh_wired_mappings(pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m)), count));
3927 }
3928
3929 /*
3930  *      pmap_pvh_wired_mappings:
3931  *
3932  *      Return the updated number "count" of managed mappings that are wired.
3933  */
3934 static int
3935 pmap_pvh_wired_mappings(struct md_page *pvh, int count)
3936 {
3937         pmap_t pmap;
3938         pt_entry_t *pte;
3939         pv_entry_t pv;
3940
3941         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
3942         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_list) {
3943                 pmap = PV_PMAP(pv);
3944                 PMAP_LOCK(pmap);
3945                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va);
3946                 if ((*pte & PG_W) != 0)
3947                         count++;
3948                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3949         }
3950         return (count);
3951 }
3952
3953 /*
3954  * Returns TRUE if the given page is mapped individually or as part of
3955  * a 2mpage.  Otherwise, returns FALSE.
3956  */
3957 boolean_t
3958 pmap_page_is_mapped(vm_page_t m)
3959 {
3960         struct md_page *pvh;
3961
3962         if ((m->flags & (PG_FICTITIOUS | PG_UNMANAGED)) != 0)
3963                 return (FALSE);
3964         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
3965         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list)) {
3966                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3967                 return (!TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list));
3968         } else
3969                 return (TRUE);
3970 }
3971
3972 /*
3973  * Remove all pages from specified address space
3974  * this aids process exit speeds.  Also, this code
3975  * is special cased for current process only, but
3976  * can have the more generic (and slightly slower)
3977  * mode enabled.  This is much faster than pmap_remove
3978  * in the case of running down an entire address space.
3979  */
3980 void
3981 pmap_remove_pages(pmap_t pmap)
3982 {
3983         pd_entry_t ptepde;
3984         pt_entry_t *pte, tpte;
3985         vm_page_t free = NULL;
3986         vm_page_t m, mpte, mt;
3987         pv_entry_t pv;
3988         struct md_page *pvh;
3989         struct pv_chunk *pc, *npc;
3990         int field, idx;
3991         int64_t bit;
3992         uint64_t inuse, bitmask;
3993         int allfree;
3994
3995         if (pmap != PCPU_GET(curpmap)) {
3996                 printf("warning: pmap_remove_pages called with non-current pmap\n");
3997                 return;
3998         }
3999         vm_page_lock_queues();
4000         PMAP_LOCK(pmap);
4001         TAILQ_FOREACH_SAFE(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list, npc) {
4002                 allfree = 1;
4003                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
4004                         inuse = (~(pc->pc_map[field])) & pc_freemask[field];
4005                         while (inuse != 0) {
4006                                 bit = bsfq(inuse);
4007                                 bitmask = 1UL << bit;
4008                                 idx = field * 64 + bit;
4009                                 pv = &pc->pc_pventry[idx];
4010                                 inuse &= ~bitmask;
4011
4012                                 pte = pmap_pdpe(pmap, pv->pv_va);
4013                                 ptepde = *pte;
4014                                 pte = pmap_pdpe_to_pde(pte, pv->pv_va);
4015                                 tpte = *pte;
4016                                 if ((tpte & (PG_PS | PG_V)) == PG_V) {
4017                                         ptepde = tpte;
4018                                         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(tpte &
4019                                             PG_FRAME);
4020                                         pte = &pte[pmap_pte_index(pv->pv_va)];
4021                                         tpte = *pte & ~PG_PTE_PAT;
4022                                 }
4023                                 if ((tpte & PG_V) == 0)
4024                                         panic("bad pte");
4025
4026 /*
4027  * We cannot remove wired pages from a process' mapping at this time
4028  */
4029                                 if (tpte & PG_W) {
4030                                         allfree = 0;
4031                                         continue;
4032                                 }
4033
4034                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpte & PG_FRAME);
4035                                 KASSERT(m->phys_addr == (tpte & PG_FRAME),
4036                                     ("vm_page_t %p phys_addr mismatch %016jx %016jx",
4037                                     m, (uintmax_t)m->phys_addr,
4038                                     (uintmax_t)tpte));
4039
4040                                 KASSERT(m < &vm_page_array[vm_page_array_size],
4041                                         ("pmap_remove_pages: bad tpte %#jx",
4042                                         (uintmax_t)tpte));
4043
4044                                 pte_clear(pte);
4045
4046                                 /*
4047                                  * Update the vm_page_t clean/reference bits.
4048                                  */
4049                                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
4050                                         if ((tpte & PG_PS) != 0) {
4051                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
4052                                                         vm_page_dirty(mt);
4053                                         } else
4054                                                 vm_page_dirty(m);
4055                                 }
4056
4057                                 /* Mark free */
4058                                 PV_STAT(pv_entry_frees++);
4059                                 PV_STAT(pv_entry_spare++);
4060                                 pv_entry_count--;
4061                                 pc->pc_map[field] |= bitmask;
4062                                 if ((tpte & PG_PS) != 0) {
4063                                         pmap->pm_stats.resident_count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
4064                                         pvh = pa_to_pvh(tpte & PG_PS_FRAME);
4065                                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_list);
4066                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
4067                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
4068                                                         if (TAILQ_EMPTY(&mt->md.pv_list))
4069                                                                 vm_page_flag_clear(mt, PG_WRITEABLE);
4070                                         }
4071                                         mpte = pmap_lookup_pt_page(pmap, pv->pv_va);
4072                                         if (mpte != NULL) {
4073                                                 pmap_remove_pt_page(pmap, mpte);
4074                                                 pmap->pm_stats.resident_count--;
4075                                                 KASSERT(mpte->wire_count == NPTEPG,
4076                                                     ("pmap_remove_pages: pte page wire count error"));
4077                                                 mpte->wire_count = 0;
4078                                                 pmap_add_delayed_free_list(mpte, &free, FALSE);
4079                                                 atomic_subtract_int(&cnt.v_wire_count, 1);
4080                                         }
4081                                 } else {
4082                                         pmap->pm_stats.resident_count--;
4083                                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
4084                                         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list)) {
4085                                                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4086                                                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
4087                                                         vm_page_flag_clear(m, PG_WRITEABLE);
4088                                         }
4089                                 }
4090                                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, ptepde, &free);
4091                         }
4092                 }
4093                 if (allfree) {
4094                         PV_STAT(pv_entry_spare -= _NPCPV);
4095                         PV_STAT(pc_chunk_count--);
4096                         PV_STAT(pc_chunk_frees++);
4097                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4098                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
4099                         dump_drop_page(m->phys_addr);
4100                         vm_page_unwire(m, 0);
4101                         vm_page_free(m);
4102                 }
4103         }
4104         pmap_invalidate_all(pmap);
4105         vm_page_unlock_queues();
4106         PMAP_UNLOCK(pmap);
4107         pmap_free_zero_pages(free);
4108 }
4109
4110 /*
4111  *      pmap_is_modified:
4112  *
4113  *      Return whether or not the specified physical page was modified
4114  *      in any physical maps.
4115  */
4116 boolean_t
4117 pmap_is_modified(vm_page_t m)
4118 {
4119
4120         if (m->flags & PG_FICTITIOUS)
4121                 return (FALSE);
4122         if (pmap_is_modified_pvh(&m->md))
4123                 return (TRUE);
4124         return (pmap_is_modified_pvh(pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m))));
4125 }
4126
4127 /*
4128  * Returns TRUE if any of the given mappings were used to modify
4129  * physical memory.  Otherwise, returns FALSE.  Both page and 2mpage
4130  * mappings are supported.
4131  */
4132 static boolean_t
4133 pmap_is_modified_pvh(struct md_page *pvh)
4134 {
4135         pv_entry_t pv;
4136         pt_entry_t *pte;
4137         pmap_t pmap;
4138         boolean_t rv;
4139
4140         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
4141         rv = FALSE;
4142         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_list) {
4143                 pmap = PV_PMAP(pv);
4144                 PMAP_LOCK(pmap);
4145                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va);
4146                 rv = (*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW);
4147                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4148                 if (rv)
4149                         break;
4150         }
4151         return (rv);
4152 }
4153
4154 /*
4155  *      pmap_is_prefaultable:
4156  *
4157  *      Return whether or not the specified virtual address is elgible
4158  *      for prefault.
4159  */
4160 boolean_t
4161 pmap_is_prefaultable(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
4162 {
4163         pd_entry_t *pde;
4164         pt_entry_t *pte;
4165         boolean_t rv;
4166
4167         rv = FALSE;
4168         PMAP_LOCK(pmap);
4169         pde = pmap_pde(pmap, addr);
4170         if (pde != NULL && (*pde & (PG_PS | PG_V)) == PG_V) {
4171                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, addr);
4172                 rv = (*pte & PG_V) == 0;
4173         }
4174         PMAP_UNLOCK(pmap);
4175         return (rv);
4176 }
4177
4178 /*
4179  * Clear the write and modified bits in each of the given page's mappings.
4180  */
4181 void
4182 pmap_remove_write(vm_page_t m)
4183 {
4184         struct md_page *pvh;
4185         pmap_t pmap;
4186         pv_entry_t next_pv, pv;
4187         pd_entry_t *pde;
4188         pt_entry_t oldpte, *pte;
4189         vm_offset_t va;
4190
4191         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
4192             (m->flags & PG_WRITEABLE) == 0)
4193                 return;
4194         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
4195         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4196         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_list, next_pv) {
4197                 va = pv->pv_va;
4198                 pmap = PV_PMAP(pv);
4199                 PMAP_LOCK(pmap);
4200                 pde = pmap_pde(pmap, va);
4201                 if ((*pde & PG_RW) != 0)
4202                         (void)pmap_demote_pde(pmap, pde, va);
4203                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4204         }
4205         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
4206                 pmap = PV_PMAP(pv);
4207                 PMAP_LOCK(pmap);
4208                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
4209                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_clear_write: found"
4210                     " a 2mpage in page %p's pv list", m));
4211                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
4212 retry:
4213                 oldpte = *pte;
4214                 if (oldpte & PG_RW) {
4215                         if (!atomic_cmpset_long(pte, oldpte, oldpte &
4216                             ~(PG_RW | PG_M)))
4217                                 goto retry;
4218                         if ((oldpte & PG_M) != 0)
4219                                 vm_page_dirty(m);
4220                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
4221                 }
4222                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4223         }
4224         vm_page_flag_clear(m, PG_WRITEABLE);
4225 }
4226
4227 /*
4228  *      pmap_ts_referenced:
4229  *
4230  *      Return a count of reference bits for a page, clearing those bits.
4231  *      It is not necessary for every reference bit to be cleared, but it
4232  *      is necessary that 0 only be returned when there are truly no
4233  *      reference bits set.
4234  *
4235  *      XXX: The exact number of bits to check and clear is a matter that
4236  *      should be tested and standardized at some point in the future for
4237  *      optimal aging of shared pages.
4238  */
4239 int
4240 pmap_ts_referenced(vm_page_t m)
4241 {
4242         struct md_page *pvh;
4243         pv_entry_t pv, pvf, pvn;
4244         pmap_t pmap;
4245         pd_entry_t oldpde, *pde;
4246         pt_entry_t *pte;
4247         vm_offset_t va;
4248         int rtval = 0;
4249
4250         if (m->flags & PG_FICTITIOUS)
4251                 return (rtval);
4252         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
4253         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4254         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_list, pvn) {
4255                 va = pv->pv_va;
4256                 pmap = PV_PMAP(pv);
4257                 PMAP_LOCK(pmap);
4258                 pde = pmap_pde(pmap, va);
4259                 oldpde = *pde;
4260                 if ((oldpde & PG_A) != 0) {
4261                         if (pmap_demote_pde(pmap, pde, va)) {
4262                                 if ((oldpde & PG_W) == 0) {
4263                                         /*
4264                                          * Remove the mapping to a single page
4265                                          * so that a subsequent access may
4266                                          * repromote.  Since the underlying
4267                                          * page table page is fully populated,
4268                                          * this removal never frees a page
4269                                          * table page.
4270                                          */
4271                                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde &
4272                                             PG_PS_FRAME);
4273                                         pmap_remove_page(pmap, va, pde, NULL);
4274                                         rtval++;
4275                                         if (rtval > 4) {
4276                                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4277                                                 return (rtval);
4278                                         }
4279                                 }
4280                         }
4281                 }
4282                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4283         }
4284         if ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
4285                 pvf = pv;
4286                 do {
4287                         pvn = TAILQ_NEXT(pv, pv_list);
4288                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
4289                         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
4290                         pmap = PV_PMAP(pv);
4291                         PMAP_LOCK(pmap);
4292                         pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
4293                         KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_ts_referenced:"
4294                             " found a 2mpage in page %p's pv list", m));
4295                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
4296                         if ((*pte & PG_A) != 0) {
4297                                 atomic_clear_long(pte, PG_A);
4298                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
4299                                 rtval++;
4300                                 if (rtval > 4)
4301                                         pvn = NULL;
4302                         }
4303                         PMAP_UNLOCK(pmap);
4304                 } while ((pv = pvn) != NULL && pv != pvf);
4305         }
4306         return (rtval);
4307 }
4308
4309 /*
4310  *      Clear the modify bits on the specified physical page.
4311  */
4312 void
4313 pmap_clear_modify(vm_page_t m)
4314 {
4315         struct md_page *pvh;
4316         pmap_t pmap;
4317         pv_entry_t next_pv, pv;
4318         pd_entry_t oldpde, *pde;
4319         pt_entry_t oldpte, *pte;
4320         vm_offset_t va;
4321
4322         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0)
4323                 return;
4324         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
4325         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4326         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_list, next_pv) {
4327                 va = pv->pv_va;
4328                 pmap = PV_PMAP(pv);
4329                 PMAP_LOCK(pmap);
4330                 pde = pmap_pde(pmap, va);
4331                 oldpde = *pde;
4332                 if ((oldpde & PG_RW) != 0) {
4333                         if (pmap_demote_pde(pmap, pde, va)) {
4334                                 if ((oldpde & PG_W) == 0) {
4335                                         /*
4336                                          * Write protect the mapping to a
4337                                          * single page so that a subsequent
4338                                          * write access may repromote.
4339                                          */
4340                                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde &
4341                                             PG_PS_FRAME);
4342                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
4343                                         oldpte = *pte;
4344                                         if ((oldpte & PG_V) != 0) {
4345                                                 while (!atomic_cmpset_long(pte,
4346                                                     oldpte,
4347                                                     oldpte & ~(PG_M | PG_RW)))
4348                                                         oldpte = *pte;
4349                                                 vm_page_dirty(m);
4350                                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
4351                                         }
4352                                 }
4353                         }
4354                 }
4355                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4356         }
4357         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
4358                 pmap = PV_PMAP(pv);
4359                 PMAP_LOCK(pmap);
4360                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
4361                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_clear_modify: found"
4362                     " a 2mpage in page %p's pv list", m));
4363                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
4364                 if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
4365                         atomic_clear_long(pte, PG_M);
4366                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
4367                 }
4368                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4369         }
4370 }
4371
4372 /*
4373  *      pmap_clear_reference:
4374  *
4375  *      Clear the reference bit on the specified physical page.
4376  */
4377 void
4378 pmap_clear_reference(vm_page_t m)
4379 {
4380         struct md_page *pvh;
4381         pmap_t pmap;
4382         pv_entry_t next_pv, pv;
4383         pd_entry_t oldpde, *pde;
4384         pt_entry_t *pte;
4385         vm_offset_t va;
4386
4387         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0)
4388                 return;
4389         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
4390         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4391         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_list, next_pv) {
4392                 va = pv->pv_va;
4393                 pmap = PV_PMAP(pv);
4394                 PMAP_LOCK(pmap);
4395                 pde = pmap_pde(pmap, va);
4396                 oldpde = *pde;
4397                 if ((oldpde & PG_A) != 0) {
4398                         if (pmap_demote_pde(pmap, pde, va)) {
4399                                 /*
4400                                  * Remove the mapping to a single page so
4401                                  * that a subsequent access may repromote.
4402                                  * Since the underlying page table page is
4403                                  * fully populated, this removal never frees
4404                                  * a page table page.
4405                                  */
4406                                 va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde &
4407                                     PG_PS_FRAME);
4408                                 pmap_remove_page(pmap, va, pde, NULL);
4409                         }
4410                 }
4411                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4412         }
4413         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
4414                 pmap = PV_PMAP(pv);
4415                 PMAP_LOCK(pmap);
4416                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
4417                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_clear_reference: found"
4418                     " a 2mpage in page %p's pv list", m));
4419                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
4420                 if (*pte & PG_A) {
4421                         atomic_clear_long(pte, PG_A);
4422                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
4423                 }
4424                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4425         }
4426 }
4427
4428 /*
4429  * Miscellaneous support routines follow
4430  */
4431
4432 /* Adjust the cache mode for a 4KB page mapped via a PTE. */
4433 static __inline void
4434 pmap_pte_attr(pt_entry_t *pte, int cache_bits)
4435 {
4436         u_int opte, npte;
4437
4438         /*
4439          * The cache mode bits are all in the low 32-bits of the
4440          * PTE, so we can just spin on updating the low 32-bits.
4441          */
4442         do {
4443                 opte = *(u_int *)pte;
4444                 npte = opte & ~PG_PTE_CACHE;
4445                 npte |= cache_bits;
4446         } while (npte != opte && !atomic_cmpset_int((u_int *)pte, opte, npte));
4447 }
4448
4449 /* Adjust the cache mode for a 2MB page mapped via a PDE. */
4450 static __inline void
4451 pmap_pde_attr(pd_entry_t *pde, int cache_bits)
4452 {
4453         u_int opde, npde;
4454
4455         /*
4456          * The cache mode bits are all in the low 32-bits of the
4457          * PDE, so we can just spin on updating the low 32-bits.
4458          */
4459         do {
4460                 opde = *(u_int *)pde;
4461                 npde = opde & ~PG_PDE_CACHE;
4462                 npde |= cache_bits;
4463         } while (npde != opde && !atomic_cmpset_int((u_int *)pde, opde, npde));
4464 }
4465
4466 /*
4467  * Map a set of physical memory pages into the kernel virtual
4468  * address space. Return a pointer to where it is mapped. This
4469  * routine is intended to be used for mapping device memory,
4470  * NOT real memory.
4471  */
4472 void *
4473 pmap_mapdev_attr(vm_paddr_t pa, vm_size_t size, int mode)
4474 {
4475         vm_offset_t va, offset;
4476         vm_size_t tmpsize;
4477
4478         /*
4479          * If the specified range of physical addresses fits within the direct
4480          * map window, use the direct map.
4481          */
4482         if (pa < dmaplimit && pa + size < dmaplimit) {
4483                 va = PHYS_TO_DMAP(pa);
4484                 if (!pmap_change_attr(va, size, mode))
4485                         return ((void *)va);
4486         }
4487         offset = pa & PAGE_MASK;
4488         size = roundup(offset + size, PAGE_SIZE);
4489         va = kmem_alloc_nofault(kernel_map, size);
4490         if (!va)
4491                 panic("pmap_mapdev: Couldn't alloc kernel virtual memory");
4492         pa = trunc_page(pa);
4493         for (tmpsize = 0; tmpsize < size; tmpsize += PAGE_SIZE)
4494                 pmap_kenter_attr(va + tmpsize, pa + tmpsize, mode);
4495         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, va, va + tmpsize);
4496         pmap_invalidate_cache_range(va, va + tmpsize);
4497         return ((void *)(va + offset));
4498 }
4499
4500 void *
4501 pmap_mapdev(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
4502 {
4503
4504         return (pmap_mapdev_attr(pa, size, PAT_UNCACHEABLE));
4505 }
4506
4507 void *
4508 pmap_mapbios(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
4509 {
4510
4511         return (pmap_mapdev_attr(pa, size, PAT_WRITE_BACK));
4512 }
4513
4514 void
4515 pmap_unmapdev(vm_offset_t va, vm_size_t size)
4516 {
4517         vm_offset_t base, offset, tmpva;
4518
4519         /* If we gave a direct map region in pmap_mapdev, do nothing */
4520         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS)
4521                 return;
4522         base = trunc_page(va);
4523         offset = va & PAGE_MASK;
4524         size = roundup(offset + size, PAGE_SIZE);
4525         for (tmpva = base; tmpva < (base + size); tmpva += PAGE_SIZE)
4526                 pmap_kremove(tmpva);
4527         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, va, tmpva);
4528         kmem_free(kernel_map, base, size);
4529 }
4530
4531 /*
4532  * Tries to demote a 1GB page mapping.
4533  */
4534 static boolean_t
4535 pmap_demote_pdpe(pmap_t pmap, pdp_entry_t *pdpe, vm_offset_t va)
4536 {
4537         pdp_entry_t newpdpe, oldpdpe;
4538         pd_entry_t *firstpde, newpde, *pde;
4539         vm_paddr_t mpdepa;
4540         vm_page_t mpde;
4541
4542         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4543         oldpdpe = *pdpe;
4544         KASSERT((oldpdpe & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V),
4545             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_PS and/or PG_V"));
4546         if ((mpde = vm_page_alloc(NULL, va >> PDPSHIFT, VM_ALLOC_INTERRUPT |
4547             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED)) == NULL) {
4548                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pdpe: failure for va %#lx"
4549                     " in pmap %p", va, pmap);
4550                 return (FALSE);
4551         }
4552         mpdepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpde);
4553         firstpde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mpdepa);
4554         newpdpe = mpdepa | PG_M | PG_A | (oldpdpe & PG_U) | PG_RW | PG_V;
4555         KASSERT((oldpdpe & PG_A) != 0,
4556             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_A"));
4557         KASSERT((oldpdpe & (PG_M | PG_RW)) != PG_RW,
4558             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_M"));
4559         newpde = oldpdpe;
4560
4561         /*
4562          * Initialize the page directory page.
4563          */
4564         for (pde = firstpde; pde < firstpde + NPDEPG; pde++) {
4565                 *pde = newpde;
4566                 newpde += NBPDR;
4567         }
4568
4569         /*
4570          * Demote the mapping.
4571          */
4572         *pdpe = newpdpe;
4573
4574         /*
4575          * Invalidate a stale recursive mapping of the page directory page.
4576          */
4577         pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopde(va));
4578
4579         pmap_pdpe_demotions++;
4580         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pdpe: success for va %#lx"
4581             " in pmap %p", va, pmap);
4582         return (TRUE);
4583 }
4584
4585 /*
4586  * Sets the memory attribute for the specified page.
4587  */
4588 void
4589 pmap_page_set_memattr(vm_page_t m, vm_memattr_t ma)
4590 {
4591
4592         m->md.pat_mode = ma;
4593
4594         /*
4595          * If "m" is a normal page, update its direct mapping.  This update
4596          * can be relied upon to perform any cache operations that are
4597          * required for data coherence.
4598          */
4599         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
4600             pmap_change_attr(PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m)), PAGE_SIZE,
4601             m->md.pat_mode))
4602                 panic("memory attribute change on the direct map failed");
4603 }
4604
4605 /*
4606  * Changes the specified virtual address range's memory type to that given by
4607  * the parameter "mode".  The specified virtual address range must be
4608  * completely contained within either the direct map or the kernel map.  If
4609  * the virtual address range is contained within the kernel map, then the
4610  * memory type for each of the corresponding ranges of the direct map is also
4611  * changed.  (The corresponding ranges of the direct map are those ranges that
4612  * map the same physical pages as the specified virtual address range.)  These
4613  * changes to the direct map are necessary because Intel describes the
4614  * behavior of their processors as "undefined" if two or more mappings to the
4615  * same physical page have different memory types.
4616  *
4617  * Returns zero if the change completed successfully, and either EINVAL or
4618  * ENOMEM if the change failed.  Specifically, EINVAL is returned if some part
4619  * of the virtual address range was not mapped, and ENOMEM is returned if
4620  * there was insufficient memory available to complete the change.  In the
4621  * latter case, the memory type may have been changed on some part of the
4622  * virtual address range or the direct map.
4623  */
4624 int
4625 pmap_change_attr(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
4626 {
4627         int error;
4628
4629         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
4630         error = pmap_change_attr_locked(va, size, mode);
4631         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
4632         return (error);
4633 }
4634
4635 static int
4636 pmap_change_attr_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
4637 {
4638         vm_offset_t base, offset, tmpva;
4639         vm_paddr_t pa_start, pa_end;
4640         pdp_entry_t *pdpe;
4641         pd_entry_t *pde;
4642         pt_entry_t *pte;
4643         int cache_bits_pte, cache_bits_pde, error;
4644         boolean_t changed;
4645
4646         PMAP_LOCK_ASSERT(kernel_pmap, MA_OWNED);
4647         base = trunc_page(va);
4648         offset = va & PAGE_MASK;
4649         size = roundup(offset + size, PAGE_SIZE);
4650
4651         /*
4652          * Only supported on kernel virtual addresses, including the direct
4653          * map but excluding the recursive map.
4654          */
4655         if (base < DMAP_MIN_ADDRESS)
4656                 return (EINVAL);
4657
4658         cache_bits_pde = pmap_cache_bits(mode, 1);
4659         cache_bits_pte = pmap_cache_bits(mode, 0);
4660         changed = FALSE;
4661
4662         /*
4663          * Pages that aren't mapped aren't supported.  Also break down 2MB pages
4664          * into 4KB pages if required.
4665          */
4666         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
4667                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, tmpva);
4668                 if (*pdpe == 0)
4669                         return (EINVAL);
4670                 if (*pdpe & PG_PS) {
4671                         /*
4672                          * If the current 1GB page already has the required
4673                          * memory type, then we need not demote this page. Just
4674                          * increment tmpva to the next 1GB page frame.
4675                          */
4676                         if ((*pdpe & PG_PDE_CACHE) == cache_bits_pde) {
4677                                 tmpva = trunc_1gpage(tmpva) + NBPDP;
4678                                 continue;
4679                         }
4680
4681                         /*
4682                          * If the current offset aligns with a 1GB page frame
4683                          * and there is at least 1GB left within the range, then
4684                          * we need not break down this page into 2MB pages.
4685                          */
4686                         if ((tmpva & PDPMASK) == 0 &&
4687                             tmpva + PDPMASK < base + size) {
4688                                 tmpva += NBPDP;
4689                                 continue;
4690                         }
4691                         if (!pmap_demote_pdpe(kernel_pmap, pdpe, tmpva))
4692                                 return (ENOMEM);
4693                 }
4694                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, tmpva);
4695                 if (*pde == 0)
4696                         return (EINVAL);
4697                 if (*pde & PG_PS) {
4698                         /*
4699                          * If the current 2MB page already has the required
4700                          * memory type, then we need not demote this page. Just
4701                          * increment tmpva to the next 2MB page frame.
4702                          */
4703                         if ((*pde & PG_PDE_CACHE) == cache_bits_pde) {
4704                                 tmpva = trunc_2mpage(tmpva) + NBPDR;
4705                                 continue;
4706                         }
4707
4708                         /*
4709                          * If the current offset aligns with a 2MB page frame
4710                          * and there is at least 2MB left within the range, then
4711                          * we need not break down this page into 4KB pages.
4712                          */
4713                         if ((tmpva & PDRMASK) == 0 &&
4714                             tmpva + PDRMASK < base + size) {
4715                                 tmpva += NBPDR;
4716                                 continue;
4717                         }
4718                         if (!pmap_demote_pde(kernel_pmap, pde, tmpva))
4719                                 return (ENOMEM);
4720                 }
4721                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, tmpva);
4722                 if (*pte == 0)
4723                         return (EINVAL);
4724                 tmpva += PAGE_SIZE;
4725         }
4726         error = 0;
4727
4728         /*
4729          * Ok, all the pages exist, so run through them updating their
4730          * cache mode if required.
4731          */
4732         pa_start = pa_end = 0;
4733         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
4734                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, tmpva);
4735                 if (*pdpe & PG_PS) {
4736                         if ((*pdpe & PG_PDE_CACHE) != cache_bits_pde) {
4737                                 pmap_pde_attr(pdpe, cache_bits_pde);
4738                                 changed = TRUE;
4739                         }
4740                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS) {
4741                                 if (pa_start == pa_end) {
4742                                         /* Start physical address run. */
4743                                         pa_start = *pdpe & PG_PS_FRAME;
4744                                         pa_end = pa_start + NBPDP;
4745                                 } else if (pa_end == (*pdpe & PG_PS_FRAME))
4746                                         pa_end += NBPDP;
4747                                 else {
4748                                         /* Run ended, update direct map. */
4749                                         error = pmap_change_attr_locked(
4750                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
4751                                             pa_end - pa_start, mode);
4752                                         if (error != 0)
4753                                                 break;
4754                                         /* Start physical address run. */
4755                                         pa_start = *pdpe & PG_PS_FRAME;
4756                                         pa_end = pa_start + NBPDP;
4757                                 }
4758                         }
4759                         tmpva = trunc_1gpage(tmpva) + NBPDP;
4760                         continue;
4761                 }
4762                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, tmpva);
4763                 if (*pde & PG_PS) {
4764                         if ((*pde & PG_PDE_CACHE) != cache_bits_pde) {
4765                                 pmap_pde_attr(pde, cache_bits_pde);
4766                                 changed = TRUE;
4767                         }
4768                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS) {
4769                                 if (pa_start == pa_end) {
4770                                         /* Start physical address run. */
4771                                         pa_start = *pde & PG_PS_FRAME;
4772                                         pa_end = pa_start + NBPDR;
4773                                 } else if (pa_end == (*pde & PG_PS_FRAME))
4774                                         pa_end += NBPDR;
4775                                 else {
4776                                         /* Run ended, update direct map. */
4777                                         error = pmap_change_attr_locked(
4778                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
4779                                             pa_end - pa_start, mode);
4780                                         if (error != 0)
4781                                                 break;
4782                                         /* Start physical address run. */
4783                                         pa_start = *pde & PG_PS_FRAME;
4784                                         pa_end = pa_start + NBPDR;
4785                                 }
4786                         }
4787                         tmpva = trunc_2mpage(tmpva) + NBPDR;
4788                 } else {
4789                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, tmpva);
4790                         if ((*pte & PG_PTE_CACHE) != cache_bits_pte) {
4791                                 pmap_pte_attr(pte, cache_bits_pte);
4792                                 changed = TRUE;
4793                         }
4794                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS) {
4795                                 if (pa_start == pa_end) {
4796                                         /* Start physical address run. */
4797                                         pa_start = *pte & PG_FRAME;
4798                                         pa_end = pa_start + PAGE_SIZE;
4799                                 } else if (pa_end == (*pte & PG_FRAME))
4800                                         pa_end += PAGE_SIZE;
4801                                 else {
4802                                         /* Run ended, update direct map. */
4803                                         error = pmap_change_attr_locked(
4804                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
4805                                             pa_end - pa_start, mode);
4806                                         if (error != 0)
4807                                                 break;
4808                                         /* Start physical address run. */
4809                                         pa_start = *pte & PG_FRAME;
4810                                         pa_end = pa_start + PAGE_SIZE;
4811                                 }
4812                         }
4813                         tmpva += PAGE_SIZE;
4814                 }
4815         }
4816         if (error == 0 && pa_start != pa_end)
4817                 error = pmap_change_attr_locked(PHYS_TO_DMAP(pa_start),
4818                     pa_end - pa_start, mode);
4819
4820         /*
4821          * Flush CPU caches if required to make sure any data isn't cached that
4822          * shouldn't be, etc.
4823          */
4824         if (changed) {
4825                 pmap_invalidate_range(kernel_pmap, base, tmpva);
4826                 pmap_invalidate_cache_range(base, tmpva);
4827         }
4828         return (error);
4829 }
4830
4831 /*
4832  * perform the pmap work for mincore
4833  */
4834 int
4835 pmap_mincore(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
4836 {
4837         pd_entry_t *pdep;
4838         pt_entry_t pte;
4839         vm_paddr_t pa;
4840         vm_page_t m;
4841         int val = 0;
4842
4843         PMAP_LOCK(pmap);
4844         pdep = pmap_pde(pmap, addr);
4845         if (pdep != NULL && (*pdep & PG_V)) {
4846                 if (*pdep & PG_PS) {
4847                         pte = *pdep;
4848                         val = MINCORE_SUPER;
4849                         /* Compute the physical address of the 4KB page. */
4850                         pa = ((*pdep & PG_PS_FRAME) | (addr & PDRMASK)) &
4851                             PG_FRAME;
4852                 } else {
4853                         pte = *pmap_pde_to_pte(pdep, addr);
4854                         pa = pte & PG_FRAME;
4855                 }
4856         } else {
4857                 pte = 0;
4858                 pa = 0;
4859         }
4860         PMAP_UNLOCK(pmap);
4861
4862         if (pte != 0) {
4863                 val |= MINCORE_INCORE;
4864                 if ((pte & PG_MANAGED) == 0)
4865                         return val;
4866
4867                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
4868
4869                 /*
4870                  * Modified by us
4871                  */
4872                 if ((pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
4873                         val |= MINCORE_MODIFIED|MINCORE_MODIFIED_OTHER;
4874                 else {
4875                         /*
4876                          * Modified by someone else
4877                          */
4878                         vm_page_lock_queues();
4879                         if (m->dirty || pmap_is_modified(m))
4880                                 val |= MINCORE_MODIFIED_OTHER;
4881                         vm_page_unlock_queues();
4882                 }
4883                 /*
4884                  * Referenced by us
4885                  */
4886                 if (pte & PG_A)
4887                         val |= MINCORE_REFERENCED|MINCORE_REFERENCED_OTHER;
4888                 else {
4889                         /*
4890                          * Referenced by someone else
4891                          */
4892                         vm_page_lock_queues();
4893                         if ((m->flags & PG_REFERENCED) ||
4894                             pmap_ts_referenced(m)) {
4895                                 val |= MINCORE_REFERENCED_OTHER;
4896                                 vm_page_flag_set(m, PG_REFERENCED);
4897                         }
4898                         vm_page_unlock_queues();
4899                 }
4900         }
4901         return val;
4902 }
4903
4904 void
4905 pmap_activate(struct thread *td)
4906 {
4907         pmap_t  pmap, oldpmap;
4908         u_int64_t  cr3;
4909
4910         critical_enter();
4911         pmap = vmspace_pmap(td->td_proc->p_vmspace);
4912         oldpmap = PCPU_GET(curpmap);
4913 #ifdef SMP
4914         atomic_clear_int(&oldpmap->pm_active, PCPU_GET(cpumask));
4915         atomic_set_int(&pmap->pm_active, PCPU_GET(cpumask));
4916 #else
4917         oldpmap->pm_active &= ~PCPU_GET(cpumask);
4918         pmap->pm_active |= PCPU_GET(cpumask);
4919 #endif
4920         cr3 = DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pmap->pm_pml4);
4921         td->td_pcb->pcb_cr3 = cr3;
4922         load_cr3(cr3);
4923         PCPU_SET(curpmap, pmap);
4924         critical_exit();
4925 }
4926
4927 void
4928 pmap_sync_icache(pmap_t pm, vm_offset_t va, vm_size_t sz)
4929 {
4930 }
4931
4932 /*
4933  *      Increase the starting virtual address of the given mapping if a
4934  *      different alignment might result in more superpage mappings.
4935  */
4936 void
4937 pmap_align_superpage(vm_object_t object, vm_ooffset_t offset,
4938     vm_offset_t *addr, vm_size_t size)
4939 {
4940         vm_offset_t superpage_offset;
4941
4942         if (size < NBPDR)
4943                 return;
4944         if (object != NULL && (object->flags & OBJ_COLORED) != 0)
4945                 offset += ptoa(object->pg_color);
4946         superpage_offset = offset & PDRMASK;
4947         if (size - ((NBPDR - superpage_offset) & PDRMASK) < NBPDR ||
4948             (*addr & PDRMASK) == superpage_offset)
4949                 return;
4950         if ((*addr & PDRMASK) < superpage_offset)
4951                 *addr = (*addr & ~PDRMASK) + superpage_offset;
4952         else
4953                 *addr = ((*addr + PDRMASK) & ~PDRMASK) + superpage_offset;
4954 }