]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/amd64/amd64/pmap.c
Add UPDATING entries and bump version.
[FreeBSD/FreeBSD.git] / sys / amd64 / amd64 / pmap.c
1 /*-
2  * SPDX-License-Identifier: BSD-4-Clause
3  *
4  * Copyright (c) 1991 Regents of the University of California.
5  * All rights reserved.
6  * Copyright (c) 1994 John S. Dyson
7  * All rights reserved.
8  * Copyright (c) 1994 David Greenman
9  * All rights reserved.
10  * Copyright (c) 2003 Peter Wemm
11  * All rights reserved.
12  * Copyright (c) 2005-2010 Alan L. Cox <alc@cs.rice.edu>
13  * All rights reserved.
14  *
15  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
16  * the Systems Programming Group of the University of Utah Computer
17  * Science Department and William Jolitz of UUNET Technologies Inc.
18  *
19  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
20  * modification, are permitted provided that the following conditions
21  * are met:
22  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
23  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
24  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
25  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
26  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
27  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
28  *    must display the following acknowledgement:
29  *      This product includes software developed by the University of
30  *      California, Berkeley and its contributors.
31  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
32  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
33  *    without specific prior written permission.
34  *
35  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
36  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
37  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
38  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
39  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
40  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
41  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
42  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
43  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
44  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
45  * SUCH DAMAGE.
46  *
47  *      from:   @(#)pmap.c      7.7 (Berkeley)  5/12/91
48  */
49 /*-
50  * Copyright (c) 2003 Networks Associates Technology, Inc.
51  * Copyright (c) 2014-2019 The FreeBSD Foundation
52  * All rights reserved.
53  *
54  * This software was developed for the FreeBSD Project by Jake Burkholder,
55  * Safeport Network Services, and Network Associates Laboratories, the
56  * Security Research Division of Network Associates, Inc. under
57  * DARPA/SPAWAR contract N66001-01-C-8035 ("CBOSS"), as part of the DARPA
58  * CHATS research program.
59  *
60  * Portions of this software were developed by
61  * Konstantin Belousov <kib@FreeBSD.org> under sponsorship from
62  * the FreeBSD Foundation.
63  *
64  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
65  * modification, are permitted provided that the following conditions
66  * are met:
67  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
68  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
69  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
70  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
71  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
72  *
73  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
74  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
75  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
76  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
77  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
78  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
79  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
80  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
81  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
82  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
83  * SUCH DAMAGE.
84  */
85
86 #define AMD64_NPT_AWARE
87
88 #include <sys/cdefs.h>
89 __FBSDID("$FreeBSD$");
90
91 /*
92  *      Manages physical address maps.
93  *
94  *      Since the information managed by this module is
95  *      also stored by the logical address mapping module,
96  *      this module may throw away valid virtual-to-physical
97  *      mappings at almost any time.  However, invalidations
98  *      of virtual-to-physical mappings must be done as
99  *      requested.
100  *
101  *      In order to cope with hardware architectures which
102  *      make virtual-to-physical map invalidates expensive,
103  *      this module may delay invalidate or reduced protection
104  *      operations until such time as they are actually
105  *      necessary.  This module is given full information as
106  *      to which processors are currently using which maps,
107  *      and to when physical maps must be made correct.
108  */
109
110 #include "opt_ddb.h"
111 #include "opt_pmap.h"
112 #include "opt_vm.h"
113
114 #include <sys/param.h>
115 #include <sys/bitstring.h>
116 #include <sys/bus.h>
117 #include <sys/systm.h>
118 #include <sys/kernel.h>
119 #include <sys/ktr.h>
120 #include <sys/lock.h>
121 #include <sys/malloc.h>
122 #include <sys/mman.h>
123 #include <sys/mutex.h>
124 #include <sys/proc.h>
125 #include <sys/rangeset.h>
126 #include <sys/rwlock.h>
127 #include <sys/sbuf.h>
128 #include <sys/sx.h>
129 #include <sys/turnstile.h>
130 #include <sys/vmem.h>
131 #include <sys/vmmeter.h>
132 #include <sys/sched.h>
133 #include <sys/sysctl.h>
134 #include <sys/smp.h>
135 #ifdef DDB
136 #include <sys/kdb.h>
137 #include <ddb/ddb.h>
138 #endif
139
140 #include <vm/vm.h>
141 #include <vm/vm_param.h>
142 #include <vm/vm_kern.h>
143 #include <vm/vm_page.h>
144 #include <vm/vm_map.h>
145 #include <vm/vm_object.h>
146 #include <vm/vm_extern.h>
147 #include <vm/vm_pageout.h>
148 #include <vm/vm_pager.h>
149 #include <vm/vm_phys.h>
150 #include <vm/vm_radix.h>
151 #include <vm/vm_reserv.h>
152 #include <vm/uma.h>
153
154 #include <machine/intr_machdep.h>
155 #include <x86/apicvar.h>
156 #include <x86/ifunc.h>
157 #include <machine/cpu.h>
158 #include <machine/cputypes.h>
159 #include <machine/md_var.h>
160 #include <machine/pcb.h>
161 #include <machine/specialreg.h>
162 #ifdef SMP
163 #include <machine/smp.h>
164 #endif
165 #include <machine/sysarch.h>
166 #include <machine/tss.h>
167
168 static __inline boolean_t
169 pmap_type_guest(pmap_t pmap)
170 {
171
172         return ((pmap->pm_type == PT_EPT) || (pmap->pm_type == PT_RVI));
173 }
174
175 static __inline boolean_t
176 pmap_emulate_ad_bits(pmap_t pmap)
177 {
178
179         return ((pmap->pm_flags & PMAP_EMULATE_AD_BITS) != 0);
180 }
181
182 static __inline pt_entry_t
183 pmap_valid_bit(pmap_t pmap)
184 {
185         pt_entry_t mask;
186
187         switch (pmap->pm_type) {
188         case PT_X86:
189         case PT_RVI:
190                 mask = X86_PG_V;
191                 break;
192         case PT_EPT:
193                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
194                         mask = EPT_PG_EMUL_V;
195                 else
196                         mask = EPT_PG_READ;
197                 break;
198         default:
199                 panic("pmap_valid_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
200         }
201
202         return (mask);
203 }
204
205 static __inline pt_entry_t
206 pmap_rw_bit(pmap_t pmap)
207 {
208         pt_entry_t mask;
209
210         switch (pmap->pm_type) {
211         case PT_X86:
212         case PT_RVI:
213                 mask = X86_PG_RW;
214                 break;
215         case PT_EPT:
216                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
217                         mask = EPT_PG_EMUL_RW;
218                 else
219                         mask = EPT_PG_WRITE;
220                 break;
221         default:
222                 panic("pmap_rw_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
223         }
224
225         return (mask);
226 }
227
228 static pt_entry_t pg_g;
229
230 static __inline pt_entry_t
231 pmap_global_bit(pmap_t pmap)
232 {
233         pt_entry_t mask;
234
235         switch (pmap->pm_type) {
236         case PT_X86:
237                 mask = pg_g;
238                 break;
239         case PT_RVI:
240         case PT_EPT:
241                 mask = 0;
242                 break;
243         default:
244                 panic("pmap_global_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
245         }
246
247         return (mask);
248 }
249
250 static __inline pt_entry_t
251 pmap_accessed_bit(pmap_t pmap)
252 {
253         pt_entry_t mask;
254
255         switch (pmap->pm_type) {
256         case PT_X86:
257         case PT_RVI:
258                 mask = X86_PG_A;
259                 break;
260         case PT_EPT:
261                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
262                         mask = EPT_PG_READ;
263                 else
264                         mask = EPT_PG_A;
265                 break;
266         default:
267                 panic("pmap_accessed_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
268         }
269
270         return (mask);
271 }
272
273 static __inline pt_entry_t
274 pmap_modified_bit(pmap_t pmap)
275 {
276         pt_entry_t mask;
277
278         switch (pmap->pm_type) {
279         case PT_X86:
280         case PT_RVI:
281                 mask = X86_PG_M;
282                 break;
283         case PT_EPT:
284                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
285                         mask = EPT_PG_WRITE;
286                 else
287                         mask = EPT_PG_M;
288                 break;
289         default:
290                 panic("pmap_modified_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
291         }
292
293         return (mask);
294 }
295
296 static __inline pt_entry_t
297 pmap_pku_mask_bit(pmap_t pmap)
298 {
299
300         return (pmap->pm_type == PT_X86 ? X86_PG_PKU_MASK : 0);
301 }
302
303 #if !defined(DIAGNOSTIC)
304 #ifdef __GNUC_GNU_INLINE__
305 #define PMAP_INLINE     __attribute__((__gnu_inline__)) inline
306 #else
307 #define PMAP_INLINE     extern inline
308 #endif
309 #else
310 #define PMAP_INLINE
311 #endif
312
313 #ifdef PV_STATS
314 #define PV_STAT(x)      do { x ; } while (0)
315 #else
316 #define PV_STAT(x)      do { } while (0)
317 #endif
318
319 #define pa_index(pa)    ((pa) >> PDRSHIFT)
320 #define pa_to_pvh(pa)   (&pv_table[pa_index(pa)])
321
322 #define NPV_LIST_LOCKS  MAXCPU
323
324 #define PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa)        \
325                         (&pv_list_locks[pa_index(pa) % NPV_LIST_LOCKS])
326
327 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa)  do {    \
328         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
329         struct rwlock *_new_lock;                       \
330                                                         \
331         _new_lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);           \
332         if (_new_lock != *_lockp) {                     \
333                 if (*_lockp != NULL)                    \
334                         rw_wunlock(*_lockp);            \
335                 *_lockp = _new_lock;                    \
336                 rw_wlock(*_lockp);                      \
337         }                                               \
338 } while (0)
339
340 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m)        \
341                         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, VM_PAGE_TO_PHYS(m))
342
343 #define RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp)             do {    \
344         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
345                                                         \
346         if (*_lockp != NULL) {                          \
347                 rw_wunlock(*_lockp);                    \
348                 *_lockp = NULL;                         \
349         }                                               \
350 } while (0)
351
352 #define VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m)      \
353                         PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(VM_PAGE_TO_PHYS(m))
354
355 struct pmap kernel_pmap_store;
356
357 vm_offset_t virtual_avail;      /* VA of first avail page (after kernel bss) */
358 vm_offset_t virtual_end;        /* VA of last avail page (end of kernel AS) */
359
360 int nkpt;
361 SYSCTL_INT(_machdep, OID_AUTO, nkpt, CTLFLAG_RD, &nkpt, 0,
362     "Number of kernel page table pages allocated on bootup");
363
364 static int ndmpdp;
365 vm_paddr_t dmaplimit;
366 vm_offset_t kernel_vm_end = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
367 pt_entry_t pg_nx;
368
369 static SYSCTL_NODE(_vm, OID_AUTO, pmap, CTLFLAG_RD, 0, "VM/pmap parameters");
370
371 /* Unused, kept for ABI stability on the stable branch. */
372 static int pat_works = 1;
373 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pat_works, CTLFLAG_RD, &pat_works, 1,
374     "Is page attribute table fully functional?");
375
376 static int pg_ps_enabled = 1;
377 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pg_ps_enabled, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
378     &pg_ps_enabled, 0, "Are large page mappings enabled?");
379
380 #define PAT_INDEX_SIZE  8
381 static int pat_index[PAT_INDEX_SIZE];   /* cache mode to PAT index conversion */
382
383 static u_int64_t        KPTphys;        /* phys addr of kernel level 1 */
384 static u_int64_t        KPDphys;        /* phys addr of kernel level 2 */
385 u_int64_t               KPDPphys;       /* phys addr of kernel level 3 */
386 u_int64_t               KPML4phys;      /* phys addr of kernel level 4 */
387
388 static u_int64_t        DMPDphys;       /* phys addr of direct mapped level 2 */
389 static u_int64_t        DMPDPphys;      /* phys addr of direct mapped level 3 */
390 static int              ndmpdpphys;     /* number of DMPDPphys pages */
391
392 static vm_paddr_t       KERNend;        /* phys addr of end of bootstrap data */
393
394 /*
395  * pmap_mapdev support pre initialization (i.e. console)
396  */
397 #define PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT      8
398 static struct pmap_preinit_mapping {
399         vm_paddr_t      pa;
400         vm_offset_t     va;
401         vm_size_t       sz;
402         int             mode;
403 } pmap_preinit_mapping[PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT];
404 static int pmap_initialized;
405
406 /*
407  * Data for the pv entry allocation mechanism.
408  * Updates to pv_invl_gen are protected by the pv_list_locks[]
409  * elements, but reads are not.
410  */
411 static TAILQ_HEAD(pch, pv_chunk) pv_chunks = TAILQ_HEAD_INITIALIZER(pv_chunks);
412 static struct mtx __exclusive_cache_line pv_chunks_mutex;
413 static struct rwlock __exclusive_cache_line pv_list_locks[NPV_LIST_LOCKS];
414 static u_long pv_invl_gen[NPV_LIST_LOCKS];
415 static struct md_page *pv_table;
416 static struct md_page pv_dummy;
417
418 /*
419  * All those kernel PT submaps that BSD is so fond of
420  */
421 pt_entry_t *CMAP1 = NULL;
422 caddr_t CADDR1 = 0;
423 static vm_offset_t qframe = 0;
424 static struct mtx qframe_mtx;
425
426 static int pmap_flags = PMAP_PDE_SUPERPAGE;     /* flags for x86 pmaps */
427
428 static vmem_t *large_vmem;
429 static u_int lm_ents;
430 #define PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(va)    ((va) >= LARGEMAP_MIN_ADDRESS && \
431         (va) < LARGEMAP_MIN_ADDRESS + NBPML4 * (u_long)lm_ents)
432
433 int pmap_pcid_enabled = 1;
434 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pcid_enabled, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
435     &pmap_pcid_enabled, 0, "Is TLB Context ID enabled ?");
436 int invpcid_works = 0;
437 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, invpcid_works, CTLFLAG_RD, &invpcid_works, 0,
438     "Is the invpcid instruction available ?");
439
440 int __read_frequently pti = 0;
441 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pti, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
442     &pti, 0,
443     "Page Table Isolation enabled");
444 static vm_object_t pti_obj;
445 static pml4_entry_t *pti_pml4;
446 static vm_pindex_t pti_pg_idx;
447 static bool pti_finalized;
448
449 struct pmap_pkru_range {
450         struct rs_el    pkru_rs_el;
451         u_int           pkru_keyidx;
452         int             pkru_flags;
453 };
454
455 static uma_zone_t pmap_pkru_ranges_zone;
456 static bool pmap_pkru_same(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva);
457 static pt_entry_t pmap_pkru_get(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
458 static void pmap_pkru_on_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva);
459 static void *pkru_dup_range(void *ctx, void *data);
460 static void pkru_free_range(void *ctx, void *node);
461 static int pmap_pkru_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap);
462 static int pmap_pkru_deassign(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva);
463 static void pmap_pkru_deassign_all(pmap_t pmap);
464
465 static int
466 pmap_pcid_save_cnt_proc(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
467 {
468         int i;
469         uint64_t res;
470
471         res = 0;
472         CPU_FOREACH(i) {
473                 res += cpuid_to_pcpu[i]->pc_pm_save_cnt;
474         }
475         return (sysctl_handle_64(oidp, &res, 0, req));
476 }
477 SYSCTL_PROC(_vm_pmap, OID_AUTO, pcid_save_cnt, CTLTYPE_U64 | CTLFLAG_RD |
478     CTLFLAG_MPSAFE, NULL, 0, pmap_pcid_save_cnt_proc, "QU",
479     "Count of saved TLB context on switch");
480
481 static LIST_HEAD(, pmap_invl_gen) pmap_invl_gen_tracker =
482     LIST_HEAD_INITIALIZER(&pmap_invl_gen_tracker);
483 static struct mtx invl_gen_mtx;
484 /* Fake lock object to satisfy turnstiles interface. */
485 static struct lock_object invl_gen_ts = {
486         .lo_name = "invlts",
487 };
488 static struct pmap_invl_gen pmap_invl_gen_head = {
489         .gen = 1,
490         .next = NULL,
491 };
492 static u_long pmap_invl_gen = 1;
493 static int pmap_invl_waiters;
494 static struct callout pmap_invl_callout;
495 static bool pmap_invl_callout_inited;
496
497 #define PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI() \
498     KASSERT(pmap_not_in_di(), ("DI already started"))
499
500 static bool
501 pmap_di_locked(void)
502 {
503         int tun;
504
505         if ((cpu_feature2 & CPUID2_CX16) == 0)
506                 return (true);
507         tun = 0;
508         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.di_locked", &tun);
509         return (tun != 0);
510 }
511
512 static int
513 sysctl_pmap_di_locked(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
514 {
515         int locked;
516
517         locked = pmap_di_locked();
518         return (sysctl_handle_int(oidp, &locked, 0, req));
519 }
520 SYSCTL_PROC(_vm_pmap, OID_AUTO, di_locked, CTLTYPE_INT | CTLFLAG_RDTUN |
521     CTLFLAG_MPSAFE, 0, 0, sysctl_pmap_di_locked, "",
522     "Locked delayed invalidation");
523
524 static bool pmap_not_in_di_l(void);
525 static bool pmap_not_in_di_u(void);
526 DEFINE_IFUNC(, bool, pmap_not_in_di, (void), static)
527 {
528
529         return (pmap_di_locked() ? pmap_not_in_di_l : pmap_not_in_di_u);
530 }
531
532 static bool
533 pmap_not_in_di_l(void)
534 {
535         struct pmap_invl_gen *invl_gen;
536
537         invl_gen = &curthread->td_md.md_invl_gen;
538         return (invl_gen->gen == 0);
539 }
540
541 static void
542 pmap_thread_init_invl_gen_l(struct thread *td)
543 {
544         struct pmap_invl_gen *invl_gen;
545
546         invl_gen = &td->td_md.md_invl_gen;
547         invl_gen->gen = 0;
548 }
549
550 static void
551 pmap_delayed_invl_wait_block(u_long *m_gen, u_long *invl_gen)
552 {
553         struct turnstile *ts;
554
555         ts = turnstile_trywait(&invl_gen_ts);
556         if (*m_gen > atomic_load_long(invl_gen))
557                 turnstile_wait(ts, NULL, TS_SHARED_QUEUE);
558         else
559                 turnstile_cancel(ts);
560 }
561
562 static void
563 pmap_delayed_invl_finish_unblock(u_long new_gen)
564 {
565         struct turnstile *ts;
566
567         turnstile_chain_lock(&invl_gen_ts);
568         ts = turnstile_lookup(&invl_gen_ts);
569         if (new_gen != 0)
570                 pmap_invl_gen = new_gen;
571         if (ts != NULL) {
572                 turnstile_broadcast(ts, TS_SHARED_QUEUE);
573                 turnstile_unpend(ts);
574         }
575         turnstile_chain_unlock(&invl_gen_ts);
576 }
577
578 /*
579  * Start a new Delayed Invalidation (DI) block of code, executed by
580  * the current thread.  Within a DI block, the current thread may
581  * destroy both the page table and PV list entries for a mapping and
582  * then release the corresponding PV list lock before ensuring that
583  * the mapping is flushed from the TLBs of any processors with the
584  * pmap active.
585  */
586 static void
587 pmap_delayed_invl_start_l(void)
588 {
589         struct pmap_invl_gen *invl_gen;
590         u_long currgen;
591
592         invl_gen = &curthread->td_md.md_invl_gen;
593         PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI();
594         mtx_lock(&invl_gen_mtx);
595         if (LIST_EMPTY(&pmap_invl_gen_tracker))
596                 currgen = pmap_invl_gen;
597         else
598                 currgen = LIST_FIRST(&pmap_invl_gen_tracker)->gen;
599         invl_gen->gen = currgen + 1;
600         LIST_INSERT_HEAD(&pmap_invl_gen_tracker, invl_gen, link);
601         mtx_unlock(&invl_gen_mtx);
602 }
603
604 /*
605  * Finish the DI block, previously started by the current thread.  All
606  * required TLB flushes for the pages marked by
607  * pmap_delayed_invl_page() must be finished before this function is
608  * called.
609  *
610  * This function works by bumping the global DI generation number to
611  * the generation number of the current thread's DI, unless there is a
612  * pending DI that started earlier.  In the latter case, bumping the
613  * global DI generation number would incorrectly signal that the
614  * earlier DI had finished.  Instead, this function bumps the earlier
615  * DI's generation number to match the generation number of the
616  * current thread's DI.
617  */
618 static void
619 pmap_delayed_invl_finish_l(void)
620 {
621         struct pmap_invl_gen *invl_gen, *next;
622
623         invl_gen = &curthread->td_md.md_invl_gen;
624         KASSERT(invl_gen->gen != 0, ("missed invl_start"));
625         mtx_lock(&invl_gen_mtx);
626         next = LIST_NEXT(invl_gen, link);
627         if (next == NULL)
628                 pmap_delayed_invl_finish_unblock(invl_gen->gen);
629         else
630                 next->gen = invl_gen->gen;
631         LIST_REMOVE(invl_gen, link);
632         mtx_unlock(&invl_gen_mtx);
633         invl_gen->gen = 0;
634 }
635
636 static bool
637 pmap_not_in_di_u(void)
638 {
639         struct pmap_invl_gen *invl_gen;
640
641         invl_gen = &curthread->td_md.md_invl_gen;
642         return (((uintptr_t)invl_gen->next & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) != 0);
643 }
644
645 static void
646 pmap_thread_init_invl_gen_u(struct thread *td)
647 {
648         struct pmap_invl_gen *invl_gen;
649
650         invl_gen = &td->td_md.md_invl_gen;
651         invl_gen->gen = 0;
652         invl_gen->next = (void *)PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID;
653 }
654
655 static bool
656 pmap_di_load_invl(struct pmap_invl_gen *ptr, struct pmap_invl_gen *out)
657 {
658         uint64_t new_high, new_low, old_high, old_low;
659         char res;
660
661         old_low = new_low = 0;
662         old_high = new_high = (uintptr_t)0;
663
664         __asm volatile("lock;cmpxchg16b\t%1;sete\t%0"
665             : "=r" (res), "+m" (*ptr), "+a" (old_low), "+d" (old_high)
666             : "b"(new_low), "c" (new_high)
667             : "memory", "cc");
668         if (res == 0) {
669                 if ((old_high & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) != 0)
670                         return (false);
671                 out->gen = old_low;
672                 out->next = (void *)old_high;
673         } else {
674                 out->gen = new_low;
675                 out->next = (void *)new_high;
676         }
677         return (true);
678 }
679
680 static bool
681 pmap_di_store_invl(struct pmap_invl_gen *ptr, struct pmap_invl_gen *old_val,
682     struct pmap_invl_gen *new_val)
683 {
684         uint64_t new_high, new_low, old_high, old_low;
685         char res;
686
687         new_low = new_val->gen;
688         new_high = (uintptr_t)new_val->next;
689         old_low = old_val->gen;
690         old_high = (uintptr_t)old_val->next;
691
692         __asm volatile("lock;cmpxchg16b\t%1;sete\t%0"
693             : "=r" (res), "+m" (*ptr), "+a" (old_low), "+d" (old_high)
694             : "b"(new_low), "c" (new_high)
695             : "memory", "cc");
696         return (res);
697 }
698
699 #ifdef PV_STATS
700 static long invl_start_restart;
701 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, invl_start_restart, CTLFLAG_RD,
702     &invl_start_restart, 0,
703     "");
704 static long invl_finish_restart;
705 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, invl_finish_restart, CTLFLAG_RD,
706     &invl_finish_restart, 0,
707     "");
708 static int invl_max_qlen;
709 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, invl_max_qlen, CTLFLAG_RD,
710     &invl_max_qlen, 0,
711     "");
712 #endif
713
714 static struct lock_delay_config __read_frequently di_delay;
715 LOCK_DELAY_SYSINIT_DEFAULT(di_delay);
716
717 static void
718 pmap_delayed_invl_start_u(void)
719 {
720         struct pmap_invl_gen *invl_gen, *p, prev, new_prev;
721         struct thread *td;
722         struct lock_delay_arg lda;
723         uintptr_t prevl;
724         u_char pri;
725 #ifdef PV_STATS
726         int i, ii;
727 #endif
728
729         td = curthread;
730         invl_gen = &td->td_md.md_invl_gen;
731         PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI();
732         lock_delay_arg_init(&lda, &di_delay);
733         invl_gen->saved_pri = 0;
734         pri = td->td_base_pri;
735         if (pri > PVM) {
736                 thread_lock(td);
737                 pri = td->td_base_pri;
738                 if (pri > PVM) {
739                         invl_gen->saved_pri = pri;
740                         sched_prio(td, PVM);
741                 }
742                 thread_unlock(td);
743         }
744 again:
745         PV_STAT(i = 0);
746         for (p = &pmap_invl_gen_head;; p = prev.next) {
747                 PV_STAT(i++);
748                 prevl = atomic_load_ptr(&p->next);
749                 if ((prevl & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) != 0) {
750                         PV_STAT(atomic_add_long(&invl_start_restart, 1));
751                         lock_delay(&lda);
752                         goto again;
753                 }
754                 if (prevl == 0)
755                         break;
756                 prev.next = (void *)prevl;
757         }
758 #ifdef PV_STATS
759         if ((ii = invl_max_qlen) < i)
760                 atomic_cmpset_int(&invl_max_qlen, ii, i);
761 #endif
762
763         if (!pmap_di_load_invl(p, &prev) || prev.next != NULL) {
764                 PV_STAT(atomic_add_long(&invl_start_restart, 1));
765                 lock_delay(&lda);
766                 goto again;
767         }
768
769         new_prev.gen = prev.gen;
770         new_prev.next = invl_gen;
771         invl_gen->gen = prev.gen + 1;
772
773         /* Formal fence between store to invl->gen and updating *p. */
774         atomic_thread_fence_rel();
775
776         /*
777          * After inserting an invl_gen element with invalid bit set,
778          * this thread blocks any other thread trying to enter the
779          * delayed invalidation block.  Do not allow to remove us from
780          * the CPU, because it causes starvation for other threads.
781          */
782         critical_enter();
783
784         /*
785          * ABA for *p is not possible there, since p->gen can only
786          * increase.  So if the *p thread finished its di, then
787          * started a new one and got inserted into the list at the
788          * same place, its gen will appear greater than the previously
789          * read gen.
790          */
791         if (!pmap_di_store_invl(p, &prev, &new_prev)) {
792                 critical_exit();
793                 PV_STAT(atomic_add_long(&invl_start_restart, 1));
794                 lock_delay(&lda);
795                 goto again;
796         }
797
798         /*
799          * There we clear PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID in
800          * invl_gen->next, allowing other threads to iterate past us.
801          * pmap_di_store_invl() provides fence between the generation
802          * write and the update of next.
803          */
804         invl_gen->next = NULL;
805         critical_exit();
806 }
807
808 static bool
809 pmap_delayed_invl_finish_u_crit(struct pmap_invl_gen *invl_gen,
810     struct pmap_invl_gen *p)
811 {
812         struct pmap_invl_gen prev, new_prev;
813         u_long mygen;
814
815         /*
816          * Load invl_gen->gen after setting invl_gen->next
817          * PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID.  This prevents larger
818          * generations to propagate to our invl_gen->gen.  Lock prefix
819          * in atomic_set_ptr() worked as seq_cst fence.
820          */
821         mygen = atomic_load_long(&invl_gen->gen);
822
823         if (!pmap_di_load_invl(p, &prev) || prev.next != invl_gen)
824                 return (false);
825
826         KASSERT(prev.gen < mygen,
827             ("invalid di gen sequence %lu %lu", prev.gen, mygen));
828         new_prev.gen = mygen;
829         new_prev.next = (void *)((uintptr_t)invl_gen->next &
830             ~PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID);
831
832         /* Formal fence between load of prev and storing update to it. */
833         atomic_thread_fence_rel();
834
835         return (pmap_di_store_invl(p, &prev, &new_prev));
836 }
837
838 static void
839 pmap_delayed_invl_finish_u(void)
840 {
841         struct pmap_invl_gen *invl_gen, *p;
842         struct thread *td;
843         struct lock_delay_arg lda;
844         uintptr_t prevl;
845
846         td = curthread;
847         invl_gen = &td->td_md.md_invl_gen;
848         KASSERT(invl_gen->gen != 0, ("missed invl_start: gen 0"));
849         KASSERT(((uintptr_t)invl_gen->next & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) == 0,
850             ("missed invl_start: INVALID"));
851         lock_delay_arg_init(&lda, &di_delay);
852
853 again:
854         for (p = &pmap_invl_gen_head; p != NULL; p = (void *)prevl) {
855                 prevl = atomic_load_ptr(&p->next);
856                 if ((prevl & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) != 0) {
857                         PV_STAT(atomic_add_long(&invl_finish_restart, 1));
858                         lock_delay(&lda);
859                         goto again;
860                 }
861                 if ((void *)prevl == invl_gen)
862                         break;
863         }
864
865         /*
866          * It is legitimate to not find ourself on the list if a
867          * thread before us finished its DI and started it again.
868          */
869         if (__predict_false(p == NULL)) {
870                 PV_STAT(atomic_add_long(&invl_finish_restart, 1));
871                 lock_delay(&lda);
872                 goto again;
873         }
874
875         critical_enter();
876         atomic_set_ptr((uintptr_t *)&invl_gen->next,
877             PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID);
878         if (!pmap_delayed_invl_finish_u_crit(invl_gen, p)) {
879                 atomic_clear_ptr((uintptr_t *)&invl_gen->next,
880                     PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID);
881                 critical_exit();
882                 PV_STAT(atomic_add_long(&invl_finish_restart, 1));
883                 lock_delay(&lda);
884                 goto again;
885         }
886         critical_exit();
887         if (atomic_load_int(&pmap_invl_waiters) > 0)
888                 pmap_delayed_invl_finish_unblock(0);
889         if (invl_gen->saved_pri != 0) {
890                 thread_lock(td);
891                 sched_prio(td, invl_gen->saved_pri);
892                 thread_unlock(td);
893         }
894 }
895
896 #ifdef DDB
897 DB_SHOW_COMMAND(di_queue, pmap_di_queue)
898 {
899         struct pmap_invl_gen *p, *pn;
900         struct thread *td;
901         uintptr_t nextl;
902         bool first;
903
904         for (p = &pmap_invl_gen_head, first = true; p != NULL; p = pn,
905             first = false) {
906                 nextl = atomic_load_ptr(&p->next);
907                 pn = (void *)(nextl & ~PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID);
908                 td = first ? NULL : __containerof(p, struct thread,
909                     td_md.md_invl_gen);
910                 db_printf("gen %lu inv %d td %p tid %d\n", p->gen,
911                     (nextl & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) != 0, td,
912                     td != NULL ? td->td_tid : -1);
913         }
914 }
915 #endif
916
917 #ifdef PV_STATS
918 static long invl_wait;
919 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, invl_wait, CTLFLAG_RD, &invl_wait, 0,
920     "Number of times DI invalidation blocked pmap_remove_all/write");
921 static long invl_wait_slow;
922 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, invl_wait_slow, CTLFLAG_RD, &invl_wait_slow, 0,
923     "Number of slow invalidation waits for lockless DI");
924 #endif
925
926 static u_long *
927 pmap_delayed_invl_genp(vm_page_t m)
928 {
929
930         return (&pv_invl_gen[pa_index(VM_PAGE_TO_PHYS(m)) % NPV_LIST_LOCKS]);
931 }
932
933 static void
934 pmap_delayed_invl_callout_func(void *arg __unused)
935 {
936
937         if (atomic_load_int(&pmap_invl_waiters) == 0)
938                 return;
939         pmap_delayed_invl_finish_unblock(0);
940 }
941
942 static void
943 pmap_delayed_invl_callout_init(void *arg __unused)
944 {
945
946         if (pmap_di_locked())
947                 return;
948         callout_init(&pmap_invl_callout, 1);
949         pmap_invl_callout_inited = true;
950 }
951 SYSINIT(pmap_di_callout, SI_SUB_CPU + 1, SI_ORDER_ANY,
952     pmap_delayed_invl_callout_init, NULL);
953
954 /*
955  * Ensure that all currently executing DI blocks, that need to flush
956  * TLB for the given page m, actually flushed the TLB at the time the
957  * function returned.  If the page m has an empty PV list and we call
958  * pmap_delayed_invl_wait(), upon its return we know that no CPU has a
959  * valid mapping for the page m in either its page table or TLB.
960  *
961  * This function works by blocking until the global DI generation
962  * number catches up with the generation number associated with the
963  * given page m and its PV list.  Since this function's callers
964  * typically own an object lock and sometimes own a page lock, it
965  * cannot sleep.  Instead, it blocks on a turnstile to relinquish the
966  * processor.
967  */
968 static void
969 pmap_delayed_invl_wait_l(vm_page_t m)
970 {
971         u_long *m_gen;
972 #ifdef PV_STATS
973         bool accounted = false;
974 #endif
975
976         m_gen = pmap_delayed_invl_genp(m);
977         while (*m_gen > pmap_invl_gen) {
978 #ifdef PV_STATS
979                 if (!accounted) {
980                         atomic_add_long(&invl_wait, 1);
981                         accounted = true;
982                 }
983 #endif
984                 pmap_delayed_invl_wait_block(m_gen, &pmap_invl_gen);
985         }
986 }
987
988 static void
989 pmap_delayed_invl_wait_u(vm_page_t m)
990 {
991         u_long *m_gen;
992         struct lock_delay_arg lda;
993         bool fast;
994
995         fast = true;
996         m_gen = pmap_delayed_invl_genp(m);
997         lock_delay_arg_init(&lda, &di_delay);
998         while (*m_gen > atomic_load_long(&pmap_invl_gen_head.gen)) {
999                 if (fast || !pmap_invl_callout_inited) {
1000                         PV_STAT(atomic_add_long(&invl_wait, 1));
1001                         lock_delay(&lda);
1002                         fast = false;
1003                 } else {
1004                         /*
1005                          * The page's invalidation generation number
1006                          * is still below the current thread's number.
1007                          * Prepare to block so that we do not waste
1008                          * CPU cycles or worse, suffer livelock.
1009                          *
1010                          * Since it is impossible to block without
1011                          * racing with pmap_delayed_invl_finish_u(),
1012                          * prepare for the race by incrementing
1013                          * pmap_invl_waiters and arming a 1-tick
1014                          * callout which will unblock us if we lose
1015                          * the race.
1016                          */
1017                         atomic_add_int(&pmap_invl_waiters, 1);
1018
1019                         /*
1020                          * Re-check the current thread's invalidation
1021                          * generation after incrementing
1022                          * pmap_invl_waiters, so that there is no race
1023                          * with pmap_delayed_invl_finish_u() setting
1024                          * the page generation and checking
1025                          * pmap_invl_waiters.  The only race allowed
1026                          * is for a missed unblock, which is handled
1027                          * by the callout.
1028                          */
1029                         if (*m_gen >
1030                             atomic_load_long(&pmap_invl_gen_head.gen)) {
1031                                 callout_reset(&pmap_invl_callout, 1,
1032                                     pmap_delayed_invl_callout_func, NULL);
1033                                 PV_STAT(atomic_add_long(&invl_wait_slow, 1));
1034                                 pmap_delayed_invl_wait_block(m_gen,
1035                                     &pmap_invl_gen_head.gen);
1036                         }
1037                         atomic_add_int(&pmap_invl_waiters, -1);
1038                 }
1039         }
1040 }
1041
1042 DEFINE_IFUNC(, void, pmap_thread_init_invl_gen, (struct thread *), static)
1043 {
1044
1045         return (pmap_di_locked() ? pmap_thread_init_invl_gen_l :
1046             pmap_thread_init_invl_gen_u);
1047 }
1048
1049 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_delayed_invl_start, (void), static)
1050 {
1051
1052         return (pmap_di_locked() ? pmap_delayed_invl_start_l :
1053             pmap_delayed_invl_start_u);
1054 }
1055
1056 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_delayed_invl_finish, (void), static)
1057 {
1058
1059         return (pmap_di_locked() ? pmap_delayed_invl_finish_l :
1060             pmap_delayed_invl_finish_u);
1061 }
1062
1063 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_delayed_invl_wait, (vm_page_t), static)
1064 {
1065
1066         return (pmap_di_locked() ? pmap_delayed_invl_wait_l :
1067             pmap_delayed_invl_wait_u);
1068 }
1069
1070 /*
1071  * Mark the page m's PV list as participating in the current thread's
1072  * DI block.  Any threads concurrently using m's PV list to remove or
1073  * restrict all mappings to m will wait for the current thread's DI
1074  * block to complete before proceeding.
1075  *
1076  * The function works by setting the DI generation number for m's PV
1077  * list to at least the DI generation number of the current thread.
1078  * This forces a caller of pmap_delayed_invl_wait() to block until
1079  * current thread calls pmap_delayed_invl_finish().
1080  */
1081 static void
1082 pmap_delayed_invl_page(vm_page_t m)
1083 {
1084         u_long gen, *m_gen;
1085
1086         rw_assert(VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), RA_WLOCKED);
1087         gen = curthread->td_md.md_invl_gen.gen;
1088         if (gen == 0)
1089                 return;
1090         m_gen = pmap_delayed_invl_genp(m);
1091         if (*m_gen < gen)
1092                 *m_gen = gen;
1093 }
1094
1095 /*
1096  * Crashdump maps.
1097  */
1098 static caddr_t crashdumpmap;
1099
1100 /*
1101  * Internal flags for pmap_enter()'s helper functions.
1102  */
1103 #define PMAP_ENTER_NORECLAIM    0x1000000       /* Don't reclaim PV entries. */
1104 #define PMAP_ENTER_NOREPLACE    0x2000000       /* Don't replace mappings. */
1105
1106 /*
1107  * Internal flags for pmap_mapdev_internal() and
1108  * pmap_change_props_locked().
1109  */
1110 #define MAPDEV_FLUSHCACHE       0x00000001      /* Flush cache after mapping. */
1111 #define MAPDEV_SETATTR          0x00000002      /* Modify existing attrs. */
1112 #define MAPDEV_ASSERTVALID      0x00000004      /* Assert mapping validity. */
1113
1114 TAILQ_HEAD(pv_chunklist, pv_chunk);
1115
1116 static void     free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc);
1117 static void     free_pv_chunk_batch(struct pv_chunklist *batch);
1118 static void     free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv);
1119 static pv_entry_t get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp);
1120 static int      popcnt_pc_map_pq(uint64_t *map);
1121 static vm_page_t reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp);
1122 static void     reserve_pv_entries(pmap_t pmap, int needed,
1123                     struct rwlock **lockp);
1124 static void     pmap_pv_demote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
1125                     struct rwlock **lockp);
1126 static bool     pmap_pv_insert_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde,
1127                     u_int flags, struct rwlock **lockp);
1128 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
1129 static void     pmap_pv_promote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
1130                     struct rwlock **lockp);
1131 #endif
1132 static void     pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va);
1133 static pv_entry_t pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap,
1134                     vm_offset_t va);
1135
1136 static int pmap_change_props_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size,
1137     vm_prot_t prot, int mode, int flags);
1138 static boolean_t pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va);
1139 static boolean_t pmap_demote_pde_locked(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde,
1140     vm_offset_t va, struct rwlock **lockp);
1141 static boolean_t pmap_demote_pdpe(pmap_t pmap, pdp_entry_t *pdpe,
1142     vm_offset_t va);
1143 static bool     pmap_enter_2mpage(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
1144                     vm_prot_t prot, struct rwlock **lockp);
1145 static int      pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t newpde,
1146                     u_int flags, vm_page_t m, struct rwlock **lockp);
1147 static vm_page_t pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
1148     vm_page_t m, vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp);
1149 static void pmap_fill_ptp(pt_entry_t *firstpte, pt_entry_t newpte);
1150 static int pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte, bool promoted);
1151 static void pmap_invalidate_cache_range_selfsnoop(vm_offset_t sva,
1152     vm_offset_t eva);
1153 static void pmap_invalidate_cache_range_all(vm_offset_t sva,
1154     vm_offset_t eva);
1155 static void pmap_invalidate_pde_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
1156                     pd_entry_t pde);
1157 static void pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode);
1158 static vm_page_t pmap_large_map_getptp_unlocked(void);
1159 static vm_paddr_t pmap_large_map_kextract(vm_offset_t va);
1160 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
1161 static void pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
1162     struct rwlock **lockp);
1163 #endif
1164 static boolean_t pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva,
1165     vm_prot_t prot);
1166 static void pmap_pte_props(pt_entry_t *pte, u_long bits, u_long mask);
1167 static void pmap_pti_add_kva_locked(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
1168     bool exec);
1169 static pdp_entry_t *pmap_pti_pdpe(vm_offset_t va);
1170 static pd_entry_t *pmap_pti_pde(vm_offset_t va);
1171 static void pmap_pti_wire_pte(void *pte);
1172 static int pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
1173     struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
1174 static int pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t sva,
1175     pd_entry_t ptepde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
1176 static vm_page_t pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
1177 static void pmap_remove_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
1178     struct spglist *free);
1179 static bool     pmap_remove_ptes(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
1180                     pd_entry_t *pde, struct spglist *free,
1181                     struct rwlock **lockp);
1182 static boolean_t pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
1183     vm_page_t m, struct rwlock **lockp);
1184 static void pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
1185     pd_entry_t newpde);
1186 static void pmap_update_pde_invalidate(pmap_t, vm_offset_t va, pd_entry_t pde);
1187
1188 static vm_page_t _pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex,
1189                 struct rwlock **lockp);
1190 static vm_page_t pmap_allocpde(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
1191                 struct rwlock **lockp);
1192 static vm_page_t pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
1193                 struct rwlock **lockp);
1194
1195 static void _pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
1196     struct spglist *free);
1197 static int pmap_unuse_pt(pmap_t, vm_offset_t, pd_entry_t, struct spglist *);
1198
1199 /********************/
1200 /* Inline functions */
1201 /********************/
1202
1203 /* Return a non-clipped PD index for a given VA */
1204 static __inline vm_pindex_t
1205 pmap_pde_pindex(vm_offset_t va)
1206 {
1207         return (va >> PDRSHIFT);
1208 }
1209
1210
1211 /* Return a pointer to the PML4 slot that corresponds to a VA */
1212 static __inline pml4_entry_t *
1213 pmap_pml4e(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1214 {
1215
1216         return (&pmap->pm_pml4[pmap_pml4e_index(va)]);
1217 }
1218
1219 /* Return a pointer to the PDP slot that corresponds to a VA */
1220 static __inline pdp_entry_t *
1221 pmap_pml4e_to_pdpe(pml4_entry_t *pml4e, vm_offset_t va)
1222 {
1223         pdp_entry_t *pdpe;
1224
1225         pdpe = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4e & PG_FRAME);
1226         return (&pdpe[pmap_pdpe_index(va)]);
1227 }
1228
1229 /* Return a pointer to the PDP slot that corresponds to a VA */
1230 static __inline pdp_entry_t *
1231 pmap_pdpe(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1232 {
1233         pml4_entry_t *pml4e;
1234         pt_entry_t PG_V;
1235
1236         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
1237         pml4e = pmap_pml4e(pmap, va);
1238         if ((*pml4e & PG_V) == 0)
1239                 return (NULL);
1240         return (pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, va));
1241 }
1242
1243 /* Return a pointer to the PD slot that corresponds to a VA */
1244 static __inline pd_entry_t *
1245 pmap_pdpe_to_pde(pdp_entry_t *pdpe, vm_offset_t va)
1246 {
1247         pd_entry_t *pde;
1248
1249         KASSERT((*pdpe & PG_PS) == 0,
1250             ("%s: pdpe %#lx is a leaf", __func__, *pdpe));
1251         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdpe & PG_FRAME);
1252         return (&pde[pmap_pde_index(va)]);
1253 }
1254
1255 /* Return a pointer to the PD slot that corresponds to a VA */
1256 static __inline pd_entry_t *
1257 pmap_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1258 {
1259         pdp_entry_t *pdpe;
1260         pt_entry_t PG_V;
1261
1262         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
1263         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
1264         if (pdpe == NULL || (*pdpe & PG_V) == 0)
1265                 return (NULL);
1266         return (pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va));
1267 }
1268
1269 /* Return a pointer to the PT slot that corresponds to a VA */
1270 static __inline pt_entry_t *
1271 pmap_pde_to_pte(pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
1272 {
1273         pt_entry_t *pte;
1274
1275         KASSERT((*pde & PG_PS) == 0,
1276             ("%s: pde %#lx is a leaf", __func__, *pde));
1277         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pde & PG_FRAME);
1278         return (&pte[pmap_pte_index(va)]);
1279 }
1280
1281 /* Return a pointer to the PT slot that corresponds to a VA */
1282 static __inline pt_entry_t *
1283 pmap_pte(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1284 {
1285         pd_entry_t *pde;
1286         pt_entry_t PG_V;
1287
1288         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
1289         pde = pmap_pde(pmap, va);
1290         if (pde == NULL || (*pde & PG_V) == 0)
1291                 return (NULL);
1292         if ((*pde & PG_PS) != 0)        /* compat with i386 pmap_pte() */
1293                 return ((pt_entry_t *)pde);
1294         return (pmap_pde_to_pte(pde, va));
1295 }
1296
1297 static __inline void
1298 pmap_resident_count_inc(pmap_t pmap, int count)
1299 {
1300
1301         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1302         pmap->pm_stats.resident_count += count;
1303 }
1304
1305 static __inline void
1306 pmap_resident_count_dec(pmap_t pmap, int count)
1307 {
1308
1309         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1310         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count >= count,
1311             ("pmap %p resident count underflow %ld %d", pmap,
1312             pmap->pm_stats.resident_count, count));
1313         pmap->pm_stats.resident_count -= count;
1314 }
1315
1316 PMAP_INLINE pt_entry_t *
1317 vtopte(vm_offset_t va)
1318 {
1319         u_int64_t mask = ((1ul << (NPTEPGSHIFT + NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT)) - 1);
1320
1321         KASSERT(va >= VM_MAXUSER_ADDRESS, ("vtopte on a uva/gpa 0x%0lx", va));
1322
1323         return (PTmap + ((va >> PAGE_SHIFT) & mask));
1324 }
1325
1326 static __inline pd_entry_t *
1327 vtopde(vm_offset_t va)
1328 {
1329         u_int64_t mask = ((1ul << (NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT)) - 1);
1330
1331         KASSERT(va >= VM_MAXUSER_ADDRESS, ("vtopde on a uva/gpa 0x%0lx", va));
1332
1333         return (PDmap + ((va >> PDRSHIFT) & mask));
1334 }
1335
1336 static u_int64_t
1337 allocpages(vm_paddr_t *firstaddr, int n)
1338 {
1339         u_int64_t ret;
1340
1341         ret = *firstaddr;
1342         bzero((void *)ret, n * PAGE_SIZE);
1343         *firstaddr += n * PAGE_SIZE;
1344         return (ret);
1345 }
1346
1347 CTASSERT(powerof2(NDMPML4E));
1348
1349 /* number of kernel PDP slots */
1350 #define NKPDPE(ptpgs)           howmany(ptpgs, NPDEPG)
1351
1352 static void
1353 nkpt_init(vm_paddr_t addr)
1354 {
1355         int pt_pages;
1356         
1357 #ifdef NKPT
1358         pt_pages = NKPT;
1359 #else
1360         pt_pages = howmany(addr, 1 << PDRSHIFT);
1361         pt_pages += NKPDPE(pt_pages);
1362
1363         /*
1364          * Add some slop beyond the bare minimum required for bootstrapping
1365          * the kernel.
1366          *
1367          * This is quite important when allocating KVA for kernel modules.
1368          * The modules are required to be linked in the negative 2GB of
1369          * the address space.  If we run out of KVA in this region then
1370          * pmap_growkernel() will need to allocate page table pages to map
1371          * the entire 512GB of KVA space which is an unnecessary tax on
1372          * physical memory.
1373          *
1374          * Secondly, device memory mapped as part of setting up the low-
1375          * level console(s) is taken from KVA, starting at virtual_avail.
1376          * This is because cninit() is called after pmap_bootstrap() but
1377          * before vm_init() and pmap_init(). 20MB for a frame buffer is
1378          * not uncommon.
1379          */
1380         pt_pages += 32;         /* 64MB additional slop. */
1381 #endif
1382         nkpt = pt_pages;
1383 }
1384
1385 /*
1386  * Returns the proper write/execute permission for a physical page that is
1387  * part of the initial boot allocations.
1388  *
1389  * If the page has kernel text, it is marked as read-only. If the page has
1390  * kernel read-only data, it is marked as read-only/not-executable. If the
1391  * page has only read-write data, it is marked as read-write/not-executable.
1392  * If the page is below/above the kernel range, it is marked as read-write.
1393  *
1394  * This function operates on 2M pages, since we map the kernel space that
1395  * way.
1396  *
1397  * Note that this doesn't currently provide any protection for modules.
1398  */
1399 static inline pt_entry_t
1400 bootaddr_rwx(vm_paddr_t pa)
1401 {
1402
1403         /*
1404          * Everything in the same 2M page as the start of the kernel
1405          * should be static. On the other hand, things in the same 2M
1406          * page as the end of the kernel could be read-write/executable,
1407          * as the kernel image is not guaranteed to end on a 2M boundary.
1408          */
1409         if (pa < trunc_2mpage(btext - KERNBASE) ||
1410            pa >= trunc_2mpage(_end - KERNBASE))
1411                 return (X86_PG_RW);
1412         /*
1413          * The linker should ensure that the read-only and read-write
1414          * portions don't share the same 2M page, so this shouldn't
1415          * impact read-only data. However, in any case, any page with
1416          * read-write data needs to be read-write.
1417          */
1418         if (pa >= trunc_2mpage(brwsection - KERNBASE))
1419                 return (X86_PG_RW | pg_nx);
1420         /*
1421          * Mark any 2M page containing kernel text as read-only. Mark
1422          * other pages with read-only data as read-only and not executable.
1423          * (It is likely a small portion of the read-only data section will
1424          * be marked as read-only, but executable. This should be acceptable
1425          * since the read-only protection will keep the data from changing.)
1426          * Note that fixups to the .text section will still work until we
1427          * set CR0.WP.
1428          */
1429         if (pa < round_2mpage(etext - KERNBASE))
1430                 return (0);
1431         return (pg_nx);
1432 }
1433
1434 static void
1435 create_pagetables(vm_paddr_t *firstaddr)
1436 {
1437         int i, j, ndm1g, nkpdpe, nkdmpde;
1438         pd_entry_t *pd_p;
1439         pdp_entry_t *pdp_p;
1440         pml4_entry_t *p4_p;
1441         uint64_t DMPDkernphys;
1442
1443         /* Allocate page table pages for the direct map */
1444         ndmpdp = howmany(ptoa(Maxmem), NBPDP);
1445         if (ndmpdp < 4)         /* Minimum 4GB of dirmap */
1446                 ndmpdp = 4;
1447         ndmpdpphys = howmany(ndmpdp, NPDPEPG);
1448         if (ndmpdpphys > NDMPML4E) {
1449                 /*
1450                  * Each NDMPML4E allows 512 GB, so limit to that,
1451                  * and then readjust ndmpdp and ndmpdpphys.
1452                  */
1453                 printf("NDMPML4E limits system to %d GB\n", NDMPML4E * 512);
1454                 Maxmem = atop(NDMPML4E * NBPML4);
1455                 ndmpdpphys = NDMPML4E;
1456                 ndmpdp = NDMPML4E * NPDEPG;
1457         }
1458         DMPDPphys = allocpages(firstaddr, ndmpdpphys);
1459         ndm1g = 0;
1460         if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0) {
1461                 /*
1462                  * Calculate the number of 1G pages that will fully fit in
1463                  * Maxmem.
1464                  */
1465                 ndm1g = ptoa(Maxmem) >> PDPSHIFT;
1466
1467                 /*
1468                  * Allocate 2M pages for the kernel. These will be used in
1469                  * place of the first one or more 1G pages from ndm1g.
1470                  */
1471                 nkdmpde = howmany((vm_offset_t)(brwsection - KERNBASE), NBPDP);
1472                 DMPDkernphys = allocpages(firstaddr, nkdmpde);
1473         }
1474         if (ndm1g < ndmpdp)
1475                 DMPDphys = allocpages(firstaddr, ndmpdp - ndm1g);
1476         dmaplimit = (vm_paddr_t)ndmpdp << PDPSHIFT;
1477
1478         /* Allocate pages */
1479         KPML4phys = allocpages(firstaddr, 1);
1480         KPDPphys = allocpages(firstaddr, NKPML4E);
1481
1482         /*
1483          * Allocate the initial number of kernel page table pages required to
1484          * bootstrap.  We defer this until after all memory-size dependent
1485          * allocations are done (e.g. direct map), so that we don't have to
1486          * build in too much slop in our estimate.
1487          *
1488          * Note that when NKPML4E > 1, we have an empty page underneath
1489          * all but the KPML4I'th one, so we need NKPML4E-1 extra (zeroed)
1490          * pages.  (pmap_enter requires a PD page to exist for each KPML4E.)
1491          */
1492         nkpt_init(*firstaddr);
1493         nkpdpe = NKPDPE(nkpt);
1494
1495         KPTphys = allocpages(firstaddr, nkpt);
1496         KPDphys = allocpages(firstaddr, nkpdpe);
1497
1498         /*
1499          * Connect the zero-filled PT pages to their PD entries.  This
1500          * implicitly maps the PT pages at their correct locations within
1501          * the PTmap.
1502          */
1503         pd_p = (pd_entry_t *)KPDphys;
1504         for (i = 0; i < nkpt; i++)
1505                 pd_p[i] = (KPTphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW | X86_PG_V;
1506
1507         /*
1508          * Map from physical address zero to the end of loader preallocated
1509          * memory using 2MB pages.  This replaces some of the PD entries
1510          * created above.
1511          */
1512         for (i = 0; (i << PDRSHIFT) < KERNend; i++)
1513                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
1514                 pd_p[i] = (i << PDRSHIFT) | X86_PG_V | PG_PS | pg_g |
1515                     X86_PG_M | X86_PG_A | bootaddr_rwx(i << PDRSHIFT);
1516
1517         /*
1518          * Because we map the physical blocks in 2M pages, adjust firstaddr
1519          * to record the physical blocks we've actually mapped into kernel
1520          * virtual address space.
1521          */
1522         if (*firstaddr < round_2mpage(KERNend))
1523                 *firstaddr = round_2mpage(KERNend);
1524
1525         /* And connect up the PD to the PDP (leaving room for L4 pages) */
1526         pdp_p = (pdp_entry_t *)(KPDPphys + ptoa(KPML4I - KPML4BASE));
1527         for (i = 0; i < nkpdpe; i++)
1528                 pdp_p[i + KPDPI] = (KPDphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW | X86_PG_V;
1529
1530         /*
1531          * Now, set up the direct map region using 2MB and/or 1GB pages.  If
1532          * the end of physical memory is not aligned to a 1GB page boundary,
1533          * then the residual physical memory is mapped with 2MB pages.  Later,
1534          * if pmap_mapdev{_attr}() uses the direct map for non-write-back
1535          * memory, pmap_change_attr() will demote any 2MB or 1GB page mappings
1536          * that are partially used. 
1537          */
1538         pd_p = (pd_entry_t *)DMPDphys;
1539         for (i = NPDEPG * ndm1g, j = 0; i < NPDEPG * ndmpdp; i++, j++) {
1540                 pd_p[j] = (vm_paddr_t)i << PDRSHIFT;
1541                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
1542                 pd_p[j] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_PS | pg_g |
1543                     X86_PG_M | X86_PG_A | pg_nx;
1544         }
1545         pdp_p = (pdp_entry_t *)DMPDPphys;
1546         for (i = 0; i < ndm1g; i++) {
1547                 pdp_p[i] = (vm_paddr_t)i << PDPSHIFT;
1548                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
1549                 pdp_p[i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_PS | pg_g |
1550                     X86_PG_M | X86_PG_A | pg_nx;
1551         }
1552         for (j = 0; i < ndmpdp; i++, j++) {
1553                 pdp_p[i] = DMPDphys + ptoa(j);
1554                 pdp_p[i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
1555         }
1556
1557         /*
1558          * Instead of using a 1G page for the memory containing the kernel,
1559          * use 2M pages with read-only and no-execute permissions.  (If using 1G
1560          * pages, this will partially overwrite the PDPEs above.)
1561          */
1562         if (ndm1g) {
1563                 pd_p = (pd_entry_t *)DMPDkernphys;
1564                 for (i = 0; i < (NPDEPG * nkdmpde); i++)
1565                         pd_p[i] = (i << PDRSHIFT) | X86_PG_V | PG_PS | pg_g |
1566                             X86_PG_M | X86_PG_A | pg_nx |
1567                             bootaddr_rwx(i << PDRSHIFT);
1568                 for (i = 0; i < nkdmpde; i++)
1569                         pdp_p[i] = (DMPDkernphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW |
1570                             X86_PG_V | pg_nx;
1571         }
1572
1573         /* And recursively map PML4 to itself in order to get PTmap */
1574         p4_p = (pml4_entry_t *)KPML4phys;
1575         p4_p[PML4PML4I] = KPML4phys;
1576         p4_p[PML4PML4I] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
1577
1578         /* Connect the Direct Map slot(s) up to the PML4. */
1579         for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++) {
1580                 p4_p[DMPML4I + i] = DMPDPphys + ptoa(i);
1581                 p4_p[DMPML4I + i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
1582         }
1583
1584         /* Connect the KVA slots up to the PML4 */
1585         for (i = 0; i < NKPML4E; i++) {
1586                 p4_p[KPML4BASE + i] = KPDPphys + ptoa(i);
1587                 p4_p[KPML4BASE + i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V;
1588         }
1589 }
1590
1591 /*
1592  *      Bootstrap the system enough to run with virtual memory.
1593  *
1594  *      On amd64 this is called after mapping has already been enabled
1595  *      and just syncs the pmap module with what has already been done.
1596  *      [We can't call it easily with mapping off since the kernel is not
1597  *      mapped with PA == VA, hence we would have to relocate every address
1598  *      from the linked base (virtual) address "KERNBASE" to the actual
1599  *      (physical) address starting relative to 0]
1600  */
1601 void
1602 pmap_bootstrap(vm_paddr_t *firstaddr)
1603 {
1604         vm_offset_t va;
1605         pt_entry_t *pte, *pcpu_pte;
1606         uint64_t cr4, pcpu_phys;
1607         u_long res;
1608         int i;
1609
1610         KERNend = *firstaddr;
1611         res = atop(KERNend - (vm_paddr_t)kernphys);
1612
1613         if (!pti)
1614                 pg_g = X86_PG_G;
1615
1616         /*
1617          * Create an initial set of page tables to run the kernel in.
1618          */
1619         create_pagetables(firstaddr);
1620
1621         pcpu_phys = allocpages(firstaddr, MAXCPU);
1622
1623         /*
1624          * Add a physical memory segment (vm_phys_seg) corresponding to the
1625          * preallocated kernel page table pages so that vm_page structures
1626          * representing these pages will be created.  The vm_page structures
1627          * are required for promotion of the corresponding kernel virtual
1628          * addresses to superpage mappings.
1629          */
1630         vm_phys_add_seg(KPTphys, KPTphys + ptoa(nkpt));
1631
1632         /*
1633          * Account for the virtual addresses mapped by create_pagetables().
1634          */
1635         virtual_avail = (vm_offset_t)KERNBASE + round_2mpage(KERNend);
1636         virtual_end = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS;
1637
1638         /*
1639          * Enable PG_G global pages, then switch to the kernel page
1640          * table from the bootstrap page table.  After the switch, it
1641          * is possible to enable SMEP and SMAP since PG_U bits are
1642          * correct now.
1643          */
1644         cr4 = rcr4();
1645         cr4 |= CR4_PGE;
1646         load_cr4(cr4);
1647         load_cr3(KPML4phys);
1648         if (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_SMEP)
1649                 cr4 |= CR4_SMEP;
1650         if (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_SMAP)
1651                 cr4 |= CR4_SMAP;
1652         load_cr4(cr4);
1653
1654         /*
1655          * Initialize the kernel pmap (which is statically allocated).
1656          * Count bootstrap data as being resident in case any of this data is
1657          * later unmapped (using pmap_remove()) and freed.
1658          */
1659         PMAP_LOCK_INIT(kernel_pmap);
1660         kernel_pmap->pm_pml4 = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(KPML4phys);
1661         kernel_pmap->pm_cr3 = KPML4phys;
1662         kernel_pmap->pm_ucr3 = PMAP_NO_CR3;
1663         CPU_FILL(&kernel_pmap->pm_active);      /* don't allow deactivation */
1664         TAILQ_INIT(&kernel_pmap->pm_pvchunk);
1665         kernel_pmap->pm_stats.resident_count = res;
1666         kernel_pmap->pm_flags = pmap_flags;
1667
1668         /*
1669          * Initialize the TLB invalidations generation number lock.
1670          */
1671         mtx_init(&invl_gen_mtx, "invlgn", NULL, MTX_DEF);
1672
1673         /*
1674          * Reserve some special page table entries/VA space for temporary
1675          * mapping of pages.
1676          */
1677 #define SYSMAP(c, p, v, n)      \
1678         v = (c)va; va += ((n)*PAGE_SIZE); p = pte; pte += (n);
1679
1680         va = virtual_avail;
1681         pte = vtopte(va);
1682
1683         /*
1684          * Crashdump maps.  The first page is reused as CMAP1 for the
1685          * memory test.
1686          */
1687         SYSMAP(caddr_t, CMAP1, crashdumpmap, MAXDUMPPGS)
1688         CADDR1 = crashdumpmap;
1689
1690         SYSMAP(struct pcpu *, pcpu_pte, __pcpu, MAXCPU);
1691         virtual_avail = va;
1692
1693         for (i = 0; i < MAXCPU; i++) {
1694                 pcpu_pte[i] = (pcpu_phys + ptoa(i)) | X86_PG_V | X86_PG_RW |
1695                     pg_g | pg_nx | X86_PG_M | X86_PG_A;
1696         }
1697         STAILQ_INIT(&cpuhead);
1698         wrmsr(MSR_GSBASE, (uint64_t)&__pcpu[0]);
1699         pcpu_init(&__pcpu[0], 0, sizeof(struct pcpu));
1700         amd64_bsp_pcpu_init1(&__pcpu[0]);
1701         amd64_bsp_ist_init(&__pcpu[0]);
1702         __pcpu[0].pc_dynamic = temp_bsp_pcpu.pc_dynamic;
1703         __pcpu[0].pc_acpi_id = temp_bsp_pcpu.pc_acpi_id;
1704
1705         /*
1706          * Initialize the PAT MSR.
1707          * pmap_init_pat() clears and sets CR4_PGE, which, as a
1708          * side-effect, invalidates stale PG_G TLB entries that might
1709          * have been created in our pre-boot environment.
1710          */
1711         pmap_init_pat();
1712
1713         /* Initialize TLB Context Id. */
1714         if (pmap_pcid_enabled) {
1715                 for (i = 0; i < MAXCPU; i++) {
1716                         kernel_pmap->pm_pcids[i].pm_pcid = PMAP_PCID_KERN;
1717                         kernel_pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 1;
1718                 }
1719
1720                 /*
1721                  * PMAP_PCID_KERN + 1 is used for initialization of
1722                  * proc0 pmap.  The pmap' pcid state might be used by
1723                  * EFIRT entry before first context switch, so it
1724                  * needs to be valid.
1725                  */
1726                 PCPU_SET(pcid_next, PMAP_PCID_KERN + 2);
1727                 PCPU_SET(pcid_gen, 1);
1728
1729                 /*
1730                  * pcpu area for APs is zeroed during AP startup.
1731                  * pc_pcid_next and pc_pcid_gen are initialized by AP
1732                  * during pcpu setup.
1733                  */
1734                 load_cr4(rcr4() | CR4_PCIDE);
1735         }
1736 }
1737
1738 /*
1739  * Setup the PAT MSR.
1740  */
1741 void
1742 pmap_init_pat(void)
1743 {
1744         uint64_t pat_msr;
1745         u_long cr0, cr4;
1746         int i;
1747
1748         /* Bail if this CPU doesn't implement PAT. */
1749         if ((cpu_feature & CPUID_PAT) == 0)
1750                 panic("no PAT??");
1751
1752         /* Set default PAT index table. */
1753         for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
1754                 pat_index[i] = -1;
1755         pat_index[PAT_WRITE_BACK] = 0;
1756         pat_index[PAT_WRITE_THROUGH] = 1;
1757         pat_index[PAT_UNCACHEABLE] = 3;
1758         pat_index[PAT_WRITE_COMBINING] = 6;
1759         pat_index[PAT_WRITE_PROTECTED] = 5;
1760         pat_index[PAT_UNCACHED] = 2;
1761
1762         /*
1763          * Initialize default PAT entries.
1764          * Leave the indices 0-3 at the default of WB, WT, UC-, and UC.
1765          * Program 5 and 6 as WP and WC.
1766          *
1767          * Leave 4 and 7 as WB and UC.  Note that a recursive page table
1768          * mapping for a 2M page uses a PAT value with the bit 3 set due
1769          * to its overload with PG_PS.
1770          */
1771         pat_msr = PAT_VALUE(0, PAT_WRITE_BACK) |
1772             PAT_VALUE(1, PAT_WRITE_THROUGH) |
1773             PAT_VALUE(2, PAT_UNCACHED) |
1774             PAT_VALUE(3, PAT_UNCACHEABLE) |
1775             PAT_VALUE(4, PAT_WRITE_BACK) |
1776             PAT_VALUE(5, PAT_WRITE_PROTECTED) |
1777             PAT_VALUE(6, PAT_WRITE_COMBINING) |
1778             PAT_VALUE(7, PAT_UNCACHEABLE);
1779
1780         /* Disable PGE. */
1781         cr4 = rcr4();
1782         load_cr4(cr4 & ~CR4_PGE);
1783
1784         /* Disable caches (CD = 1, NW = 0). */
1785         cr0 = rcr0();
1786         load_cr0((cr0 & ~CR0_NW) | CR0_CD);
1787
1788         /* Flushes caches and TLBs. */
1789         wbinvd();
1790         invltlb();
1791
1792         /* Update PAT and index table. */
1793         wrmsr(MSR_PAT, pat_msr);
1794
1795         /* Flush caches and TLBs again. */
1796         wbinvd();
1797         invltlb();
1798
1799         /* Restore caches and PGE. */
1800         load_cr0(cr0);
1801         load_cr4(cr4);
1802 }
1803
1804 /*
1805  *      Initialize a vm_page's machine-dependent fields.
1806  */
1807 void
1808 pmap_page_init(vm_page_t m)
1809 {
1810
1811         TAILQ_INIT(&m->md.pv_list);
1812         m->md.pat_mode = PAT_WRITE_BACK;
1813 }
1814
1815 static int pmap_allow_2m_x_ept;
1816 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, allow_2m_x_ept, CTLFLAG_RWTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
1817     &pmap_allow_2m_x_ept, 0,
1818     "Allow executable superpage mappings in EPT");
1819
1820 void
1821 pmap_allow_2m_x_ept_recalculate(void)
1822 {
1823         /*
1824          * SKL002, SKL012S.  Since the EPT format is only used by
1825          * Intel CPUs, the vendor check is merely a formality.
1826          */
1827         if (!(cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL ||
1828             (cpu_ia32_arch_caps & IA32_ARCH_CAP_IF_PSCHANGE_MC_NO) != 0 ||
1829             (CPUID_TO_FAMILY(cpu_id) == 0x6 &&
1830             (CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x26 ||  /* Atoms */
1831             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x27 ||
1832             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x35 ||
1833             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x36 ||
1834             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x37 ||
1835             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x86 ||
1836             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x1c ||
1837             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x4a ||
1838             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x4c ||
1839             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x4d ||
1840             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x5a ||
1841             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x5c ||
1842             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x5d ||
1843             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x5f ||
1844             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x6e ||
1845             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x7a ||
1846             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x57 ||   /* Knights */
1847             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x85))))
1848                 pmap_allow_2m_x_ept = 1;
1849         TUNABLE_INT_FETCH("hw.allow_2m_x_ept", &pmap_allow_2m_x_ept);
1850 }
1851
1852 static bool
1853 pmap_allow_2m_x_page(pmap_t pmap, bool executable)
1854 {
1855
1856         return (pmap->pm_type != PT_EPT || !executable ||
1857             !pmap_allow_2m_x_ept);
1858 }
1859
1860 /*
1861  *      Initialize the pmap module.
1862  *      Called by vm_init, to initialize any structures that the pmap
1863  *      system needs to map virtual memory.
1864  */
1865 void
1866 pmap_init(void)
1867 {
1868         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
1869         vm_page_t m, mpte;
1870         vm_size_t s;
1871         int error, i, pv_npg, ret, skz63;
1872
1873         /* L1TF, reserve page @0 unconditionally */
1874         vm_page_blacklist_add(0, bootverbose);
1875
1876         /* Detect bare-metal Skylake Server and Skylake-X. */
1877         if (vm_guest == VM_GUEST_NO && cpu_vendor_id == CPU_VENDOR_INTEL &&
1878             CPUID_TO_FAMILY(cpu_id) == 0x6 && CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x55) {
1879                 /*
1880                  * Skylake-X errata SKZ63. Processor May Hang When
1881                  * Executing Code In an HLE Transaction Region between
1882                  * 40000000H and 403FFFFFH.
1883                  *
1884                  * Mark the pages in the range as preallocated.  It
1885                  * seems to be impossible to distinguish between
1886                  * Skylake Server and Skylake X.
1887                  */
1888                 skz63 = 1;
1889                 TUNABLE_INT_FETCH("hw.skz63_enable", &skz63);
1890                 if (skz63 != 0) {
1891                         if (bootverbose)
1892                                 printf("SKZ63: skipping 4M RAM starting "
1893                                     "at physical 1G\n");
1894                         for (i = 0; i < atop(0x400000); i++) {
1895                                 ret = vm_page_blacklist_add(0x40000000 +
1896                                     ptoa(i), FALSE);
1897                                 if (!ret && bootverbose)
1898                                         printf("page at %#lx already used\n",
1899                                             0x40000000 + ptoa(i));
1900                         }
1901                 }
1902         }
1903
1904         /* IFU */
1905         pmap_allow_2m_x_ept_recalculate();
1906
1907         /*
1908          * Initialize the vm page array entries for the kernel pmap's
1909          * page table pages.
1910          */ 
1911         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
1912         for (i = 0; i < nkpt; i++) {
1913                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(KPTphys + (i << PAGE_SHIFT));
1914                 KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
1915                     mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
1916                     ("pmap_init: page table page is out of range"));
1917                 mpte->pindex = pmap_pde_pindex(KERNBASE) + i;
1918                 mpte->phys_addr = KPTphys + (i << PAGE_SHIFT);
1919                 mpte->wire_count = 1;
1920
1921                 /*
1922                  * Collect the page table pages that were replaced by a 2MB
1923                  * page in create_pagetables().  They are zero filled.
1924                  */
1925                 if (i << PDRSHIFT < KERNend &&
1926                     pmap_insert_pt_page(kernel_pmap, mpte, false))
1927                         panic("pmap_init: pmap_insert_pt_page failed");
1928         }
1929         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
1930         vm_wire_add(nkpt);
1931
1932         /*
1933          * If the kernel is running on a virtual machine, then it must assume
1934          * that MCA is enabled by the hypervisor.  Moreover, the kernel must
1935          * be prepared for the hypervisor changing the vendor and family that
1936          * are reported by CPUID.  Consequently, the workaround for AMD Family
1937          * 10h Erratum 383 is enabled if the processor's feature set does not
1938          * include at least one feature that is only supported by older Intel
1939          * or newer AMD processors.
1940          */
1941         if (vm_guest != VM_GUEST_NO && (cpu_feature & CPUID_SS) == 0 &&
1942             (cpu_feature2 & (CPUID2_SSSE3 | CPUID2_SSE41 | CPUID2_AESNI |
1943             CPUID2_AVX | CPUID2_XSAVE)) == 0 && (amd_feature2 & (AMDID2_XOP |
1944             AMDID2_FMA4)) == 0)
1945                 workaround_erratum383 = 1;
1946
1947         /*
1948          * Are large page mappings enabled?
1949          */
1950         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.pg_ps_enabled", &pg_ps_enabled);
1951         if (pg_ps_enabled) {
1952                 KASSERT(MAXPAGESIZES > 1 && pagesizes[1] == 0,
1953                     ("pmap_init: can't assign to pagesizes[1]"));
1954                 pagesizes[1] = NBPDR;
1955         }
1956
1957         /*
1958          * Initialize the pv chunk list mutex.
1959          */
1960         mtx_init(&pv_chunks_mutex, "pmap pv chunk list", NULL, MTX_DEF);
1961
1962         /*
1963          * Initialize the pool of pv list locks.
1964          */
1965         for (i = 0; i < NPV_LIST_LOCKS; i++)
1966                 rw_init(&pv_list_locks[i], "pmap pv list");
1967
1968         /*
1969          * Calculate the size of the pv head table for superpages.
1970          */
1971         pv_npg = howmany(vm_phys_segs[vm_phys_nsegs - 1].end, NBPDR);
1972
1973         /*
1974          * Allocate memory for the pv head table for superpages.
1975          */
1976         s = (vm_size_t)(pv_npg * sizeof(struct md_page));
1977         s = round_page(s);
1978         pv_table = (struct md_page *)kmem_malloc(s, M_WAITOK | M_ZERO);
1979         for (i = 0; i < pv_npg; i++)
1980                 TAILQ_INIT(&pv_table[i].pv_list);
1981         TAILQ_INIT(&pv_dummy.pv_list);
1982
1983         pmap_initialized = 1;
1984         for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
1985                 ppim = pmap_preinit_mapping + i;
1986                 if (ppim->va == 0)
1987                         continue;
1988                 /* Make the direct map consistent */
1989                 if (ppim->pa < dmaplimit && ppim->pa + ppim->sz <= dmaplimit) {
1990                         (void)pmap_change_attr(PHYS_TO_DMAP(ppim->pa),
1991                             ppim->sz, ppim->mode);
1992                 }
1993                 if (!bootverbose)
1994                         continue;
1995                 printf("PPIM %u: PA=%#lx, VA=%#lx, size=%#lx, mode=%#x\n", i,
1996                     ppim->pa, ppim->va, ppim->sz, ppim->mode);
1997         }
1998
1999         mtx_init(&qframe_mtx, "qfrmlk", NULL, MTX_SPIN);
2000         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE, M_BESTFIT | M_WAITOK,
2001             (vmem_addr_t *)&qframe);
2002         if (error != 0)
2003                 panic("qframe allocation failed");
2004
2005         lm_ents = 8;
2006         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.large_map_pml4_entries", &lm_ents);
2007         if (lm_ents > LMEPML4I - LMSPML4I + 1)
2008                 lm_ents = LMEPML4I - LMSPML4I + 1;
2009         if (bootverbose)
2010                 printf("pmap: large map %u PML4 slots (%lu Gb)\n",
2011                     lm_ents, (u_long)lm_ents * (NBPML4 / 1024 / 1024 / 1024));
2012         if (lm_ents != 0) {
2013                 large_vmem = vmem_create("large", LARGEMAP_MIN_ADDRESS,
2014                     (vmem_size_t)lm_ents * NBPML4, PAGE_SIZE, 0, M_WAITOK);
2015                 if (large_vmem == NULL) {
2016                         printf("pmap: cannot create large map\n");
2017                         lm_ents = 0;
2018                 }
2019                 for (i = 0; i < lm_ents; i++) {
2020                         m = pmap_large_map_getptp_unlocked();
2021                         kernel_pmap->pm_pml4[LMSPML4I + i] = X86_PG_V |
2022                             X86_PG_RW | X86_PG_A | X86_PG_M | pg_nx |
2023                             VM_PAGE_TO_PHYS(m);
2024                 }
2025         }
2026 }
2027
2028 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, pde, CTLFLAG_RD, 0,
2029     "2MB page mapping counters");
2030
2031 static u_long pmap_pde_demotions;
2032 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
2033     &pmap_pde_demotions, 0, "2MB page demotions");
2034
2035 static u_long pmap_pde_mappings;
2036 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, mappings, CTLFLAG_RD,
2037     &pmap_pde_mappings, 0, "2MB page mappings");
2038
2039 static u_long pmap_pde_p_failures;
2040 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, p_failures, CTLFLAG_RD,
2041     &pmap_pde_p_failures, 0, "2MB page promotion failures");
2042
2043 static u_long pmap_pde_promotions;
2044 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, promotions, CTLFLAG_RD,
2045     &pmap_pde_promotions, 0, "2MB page promotions");
2046
2047 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, pdpe, CTLFLAG_RD, 0,
2048     "1GB page mapping counters");
2049
2050 static u_long pmap_pdpe_demotions;
2051 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pdpe, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
2052     &pmap_pdpe_demotions, 0, "1GB page demotions");
2053
2054 /***************************************************
2055  * Low level helper routines.....
2056  ***************************************************/
2057
2058 static pt_entry_t
2059 pmap_swap_pat(pmap_t pmap, pt_entry_t entry)
2060 {
2061         int x86_pat_bits = X86_PG_PTE_PAT | X86_PG_PDE_PAT;
2062
2063         switch (pmap->pm_type) {
2064         case PT_X86:
2065         case PT_RVI:
2066                 /* Verify that both PAT bits are not set at the same time */
2067                 KASSERT((entry & x86_pat_bits) != x86_pat_bits,
2068                     ("Invalid PAT bits in entry %#lx", entry));
2069
2070                 /* Swap the PAT bits if one of them is set */
2071                 if ((entry & x86_pat_bits) != 0)
2072                         entry ^= x86_pat_bits;
2073                 break;
2074         case PT_EPT:
2075                 /*
2076                  * Nothing to do - the memory attributes are represented
2077                  * the same way for regular pages and superpages.
2078                  */
2079                 break;
2080         default:
2081                 panic("pmap_switch_pat_bits: bad pm_type %d", pmap->pm_type);
2082         }
2083
2084         return (entry);
2085 }
2086
2087 boolean_t
2088 pmap_is_valid_memattr(pmap_t pmap __unused, vm_memattr_t mode)
2089 {
2090
2091         return (mode >= 0 && mode < PAT_INDEX_SIZE &&
2092             pat_index[(int)mode] >= 0);
2093 }
2094
2095 /*
2096  * Determine the appropriate bits to set in a PTE or PDE for a specified
2097  * caching mode.
2098  */
2099 int
2100 pmap_cache_bits(pmap_t pmap, int mode, boolean_t is_pde)
2101 {
2102         int cache_bits, pat_flag, pat_idx;
2103
2104         if (!pmap_is_valid_memattr(pmap, mode))
2105                 panic("Unknown caching mode %d\n", mode);
2106
2107         switch (pmap->pm_type) {
2108         case PT_X86:
2109         case PT_RVI:
2110                 /* The PAT bit is different for PTE's and PDE's. */
2111                 pat_flag = is_pde ? X86_PG_PDE_PAT : X86_PG_PTE_PAT;
2112
2113                 /* Map the caching mode to a PAT index. */
2114                 pat_idx = pat_index[mode];
2115
2116                 /* Map the 3-bit index value into the PAT, PCD, and PWT bits. */
2117                 cache_bits = 0;
2118                 if (pat_idx & 0x4)
2119                         cache_bits |= pat_flag;
2120                 if (pat_idx & 0x2)
2121                         cache_bits |= PG_NC_PCD;
2122                 if (pat_idx & 0x1)
2123                         cache_bits |= PG_NC_PWT;
2124                 break;
2125
2126         case PT_EPT:
2127                 cache_bits = EPT_PG_IGNORE_PAT | EPT_PG_MEMORY_TYPE(mode);
2128                 break;
2129
2130         default:
2131                 panic("unsupported pmap type %d", pmap->pm_type);
2132         }
2133
2134         return (cache_bits);
2135 }
2136
2137 static int
2138 pmap_cache_mask(pmap_t pmap, boolean_t is_pde)
2139 {
2140         int mask;
2141
2142         switch (pmap->pm_type) {
2143         case PT_X86:
2144         case PT_RVI:
2145                 mask = is_pde ? X86_PG_PDE_CACHE : X86_PG_PTE_CACHE;
2146                 break;
2147         case PT_EPT:
2148                 mask = EPT_PG_IGNORE_PAT | EPT_PG_MEMORY_TYPE(0x7);
2149                 break;
2150         default:
2151                 panic("pmap_cache_mask: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
2152         }
2153
2154         return (mask);
2155 }
2156
2157 static int
2158 pmap_pat_index(pmap_t pmap, pt_entry_t pte, bool is_pde)
2159 {
2160         int pat_flag, pat_idx;
2161
2162         pat_idx = 0;
2163         switch (pmap->pm_type) {
2164         case PT_X86:
2165         case PT_RVI:
2166                 /* The PAT bit is different for PTE's and PDE's. */
2167                 pat_flag = is_pde ? X86_PG_PDE_PAT : X86_PG_PTE_PAT;
2168
2169                 if ((pte & pat_flag) != 0)
2170                         pat_idx |= 0x4;
2171                 if ((pte & PG_NC_PCD) != 0)
2172                         pat_idx |= 0x2;
2173                 if ((pte & PG_NC_PWT) != 0)
2174                         pat_idx |= 0x1;
2175                 break;
2176         case PT_EPT:
2177                 if ((pte & EPT_PG_IGNORE_PAT) != 0)
2178                         panic("EPT PTE %#lx has no PAT memory type", pte);
2179                 pat_idx = (pte & EPT_PG_MEMORY_TYPE(0x7)) >> 3;
2180                 break;
2181         }
2182
2183         /* See pmap_init_pat(). */
2184         if (pat_idx == 4)
2185                 pat_idx = 0;
2186         if (pat_idx == 7)
2187                 pat_idx = 3;
2188
2189         return (pat_idx);
2190 }
2191
2192 bool
2193 pmap_ps_enabled(pmap_t pmap)
2194 {
2195
2196         return (pg_ps_enabled && (pmap->pm_flags & PMAP_PDE_SUPERPAGE) != 0);
2197 }
2198
2199 static void
2200 pmap_update_pde_store(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
2201 {
2202
2203         switch (pmap->pm_type) {
2204         case PT_X86:
2205                 break;
2206         case PT_RVI:
2207         case PT_EPT:
2208                 /*
2209                  * XXX
2210                  * This is a little bogus since the generation number is
2211                  * supposed to be bumped up when a region of the address
2212                  * space is invalidated in the page tables.
2213                  *
2214                  * In this case the old PDE entry is valid but yet we want
2215                  * to make sure that any mappings using the old entry are
2216                  * invalidated in the TLB.
2217                  *
2218                  * The reason this works as expected is because we rendezvous
2219                  * "all" host cpus and force any vcpu context to exit as a
2220                  * side-effect.
2221                  */
2222                 atomic_add_acq_long(&pmap->pm_eptgen, 1);
2223                 break;
2224         default:
2225                 panic("pmap_update_pde_store: bad pm_type %d", pmap->pm_type);
2226         }
2227         pde_store(pde, newpde);
2228 }
2229
2230 /*
2231  * After changing the page size for the specified virtual address in the page
2232  * table, flush the corresponding entries from the processor's TLB.  Only the
2233  * calling processor's TLB is affected.
2234  *
2235  * The calling thread must be pinned to a processor.
2236  */
2237 static void
2238 pmap_update_pde_invalidate(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t newpde)
2239 {
2240         pt_entry_t PG_G;
2241
2242         if (pmap_type_guest(pmap))
2243                 return;
2244
2245         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
2246             ("pmap_update_pde_invalidate: invalid type %d", pmap->pm_type));
2247
2248         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
2249
2250         if ((newpde & PG_PS) == 0)
2251                 /* Demotion: flush a specific 2MB page mapping. */
2252                 invlpg(va);
2253         else if ((newpde & PG_G) == 0)
2254                 /*
2255                  * Promotion: flush every 4KB page mapping from the TLB
2256                  * because there are too many to flush individually.
2257                  */
2258                 invltlb();
2259         else {
2260                 /*
2261                  * Promotion: flush every 4KB page mapping from the TLB,
2262                  * including any global (PG_G) mappings.
2263                  */
2264                 invltlb_glob();
2265         }
2266 }
2267 #ifdef SMP
2268
2269 /*
2270  * For SMP, these functions have to use the IPI mechanism for coherence.
2271  *
2272  * N.B.: Before calling any of the following TLB invalidation functions,
2273  * the calling processor must ensure that all stores updating a non-
2274  * kernel page table are globally performed.  Otherwise, another
2275  * processor could cache an old, pre-update entry without being
2276  * invalidated.  This can happen one of two ways: (1) The pmap becomes
2277  * active on another processor after its pm_active field is checked by
2278  * one of the following functions but before a store updating the page
2279  * table is globally performed. (2) The pmap becomes active on another
2280  * processor before its pm_active field is checked but due to
2281  * speculative loads one of the following functions stills reads the
2282  * pmap as inactive on the other processor.
2283  * 
2284  * The kernel page table is exempt because its pm_active field is
2285  * immutable.  The kernel page table is always active on every
2286  * processor.
2287  */
2288
2289 /*
2290  * Interrupt the cpus that are executing in the guest context.
2291  * This will force the vcpu to exit and the cached EPT mappings
2292  * will be invalidated by the host before the next vmresume.
2293  */
2294 static __inline void
2295 pmap_invalidate_ept(pmap_t pmap)
2296 {
2297         int ipinum;
2298
2299         sched_pin();
2300         KASSERT(!CPU_ISSET(curcpu, &pmap->pm_active),
2301             ("pmap_invalidate_ept: absurd pm_active"));
2302
2303         /*
2304          * The TLB mappings associated with a vcpu context are not
2305          * flushed each time a different vcpu is chosen to execute.
2306          *
2307          * This is in contrast with a process's vtop mappings that
2308          * are flushed from the TLB on each context switch.
2309          *
2310          * Therefore we need to do more than just a TLB shootdown on
2311          * the active cpus in 'pmap->pm_active'. To do this we keep
2312          * track of the number of invalidations performed on this pmap.
2313          *
2314          * Each vcpu keeps a cache of this counter and compares it
2315          * just before a vmresume. If the counter is out-of-date an
2316          * invept will be done to flush stale mappings from the TLB.
2317          */
2318         atomic_add_acq_long(&pmap->pm_eptgen, 1);
2319
2320         /*
2321          * Force the vcpu to exit and trap back into the hypervisor.
2322          */
2323         ipinum = pmap->pm_flags & PMAP_NESTED_IPIMASK;
2324         ipi_selected(pmap->pm_active, ipinum);
2325         sched_unpin();
2326 }
2327
2328 static cpuset_t
2329 pmap_invalidate_cpu_mask(pmap_t pmap)
2330 {
2331         return (pmap == kernel_pmap ? all_cpus : pmap->pm_active);
2332 }
2333
2334 static inline void
2335 pmap_invalidate_preipi_pcid(pmap_t pmap)
2336 {
2337         u_int cpuid, i;
2338
2339         sched_pin();
2340
2341         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
2342         if (pmap != PCPU_GET(curpmap))
2343                 cpuid = 0xffffffff;     /* An impossible value */
2344
2345         CPU_FOREACH(i) {
2346                 if (cpuid != i)
2347                         pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
2348         }
2349
2350         /*
2351          * The fence is between stores to pm_gen and the read of the
2352          * pm_active mask.  We need to ensure that it is impossible
2353          * for us to miss the bit update in pm_active and
2354          * simultaneously observe a non-zero pm_gen in
2355          * pmap_activate_sw(), otherwise TLB update is missed.
2356          * Without the fence, IA32 allows such an outcome.  Note that
2357          * pm_active is updated by a locked operation, which provides
2358          * the reciprocal fence.
2359          */
2360         atomic_thread_fence_seq_cst();
2361 }
2362
2363 static void
2364 pmap_invalidate_preipi_nopcid(pmap_t pmap __unused)
2365 {
2366         sched_pin();
2367 }
2368
2369 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_invalidate_preipi, (pmap_t), static)
2370 {
2371         return (pmap_pcid_enabled ? pmap_invalidate_preipi_pcid :
2372             pmap_invalidate_preipi_nopcid);
2373 }
2374
2375 static inline void
2376 pmap_invalidate_page_pcid_cb(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
2377     const bool invpcid_works1)
2378 {
2379         struct invpcid_descr d;
2380         uint64_t kcr3, ucr3;
2381         uint32_t pcid;
2382         u_int cpuid;
2383
2384         /*
2385          * Because pm_pcid is recalculated on a context switch, we
2386          * must ensure there is no preemption, not just pinning.
2387          * Otherwise, we might use a stale value below.
2388          */
2389         CRITICAL_ASSERT(curthread);
2390
2391         /*
2392          * No need to do anything with user page tables invalidation
2393          * if there is no user page table.
2394          */
2395         if (pmap->pm_ucr3 == PMAP_NO_CR3)
2396                 return;
2397
2398         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
2399
2400         pcid = pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
2401         if (invpcid_works1) {
2402                 d.pcid = pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
2403                 d.pad = 0;
2404                 d.addr = va;
2405                 invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
2406         } else {
2407                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pcid | CR3_PCID_SAVE;
2408                 ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pcid | PMAP_PCID_USER_PT | CR3_PCID_SAVE;
2409                 pmap_pti_pcid_invlpg(ucr3, kcr3, va);
2410         }
2411 }
2412
2413 static void
2414 pmap_invalidate_page_pcid_invpcid_cb(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2415 {
2416         pmap_invalidate_page_pcid_cb(pmap, va, true);
2417 }
2418
2419 static void
2420 pmap_invalidate_page_pcid_noinvpcid_cb(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2421 {
2422         pmap_invalidate_page_pcid_cb(pmap, va, false);
2423 }
2424
2425 static void
2426 pmap_invalidate_page_nopcid_cb(pmap_t pmap __unused, vm_offset_t va __unused)
2427 {
2428 }
2429
2430 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_invalidate_page_cb, (pmap_t, vm_offset_t),
2431     static)
2432 {
2433         if (pmap_pcid_enabled)
2434                 return (invpcid_works ? pmap_invalidate_page_pcid_invpcid_cb :
2435                     pmap_invalidate_page_pcid_noinvpcid_cb);
2436         return (pmap_invalidate_page_nopcid_cb);
2437 }
2438
2439 static void
2440 pmap_invalidate_page_curcpu_cb(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
2441     vm_offset_t addr2 __unused)
2442 {
2443         if (pmap == kernel_pmap) {
2444                 invlpg(va);
2445         } else if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
2446                 invlpg(va);
2447                 pmap_invalidate_page_cb(pmap, va);
2448         }
2449 }
2450
2451 void
2452 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2453 {
2454         if (pmap_type_guest(pmap)) {
2455                 pmap_invalidate_ept(pmap);
2456                 return;
2457         }
2458
2459         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
2460             ("pmap_invalidate_page: invalid type %d", pmap->pm_type));
2461
2462         pmap_invalidate_preipi(pmap);
2463         smp_masked_invlpg(pmap_invalidate_cpu_mask(pmap), va, pmap,
2464             pmap_invalidate_page_curcpu_cb);
2465 }
2466
2467 /* 4k PTEs -- Chosen to exceed the total size of Broadwell L2 TLB */
2468 #define PMAP_INVLPG_THRESHOLD   (4 * 1024 * PAGE_SIZE)
2469
2470 static void
2471 pmap_invalidate_range_pcid_cb(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
2472     const bool invpcid_works1)
2473 {
2474         struct invpcid_descr d;
2475         uint64_t kcr3, ucr3;
2476         uint32_t pcid;
2477         u_int cpuid;
2478
2479         CRITICAL_ASSERT(curthread);
2480
2481         if (pmap != PCPU_GET(curpmap) ||
2482             pmap->pm_ucr3 == PMAP_NO_CR3)
2483                 return;
2484
2485         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
2486
2487         pcid = pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
2488         if (invpcid_works1) {
2489                 d.pcid = pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
2490                 d.pad = 0;
2491                 for (d.addr = sva; d.addr < eva; d.addr += PAGE_SIZE)
2492                         invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
2493         } else {
2494                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pcid | CR3_PCID_SAVE;
2495                 ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pcid | PMAP_PCID_USER_PT | CR3_PCID_SAVE;
2496                 pmap_pti_pcid_invlrng(ucr3, kcr3, sva, eva);
2497         }
2498 }
2499
2500 static void
2501 pmap_invalidate_range_pcid_invpcid_cb(pmap_t pmap, vm_offset_t sva,
2502     vm_offset_t eva)
2503 {
2504         pmap_invalidate_range_pcid_cb(pmap, sva, eva, true);
2505 }
2506
2507 static void
2508 pmap_invalidate_range_pcid_noinvpcid_cb(pmap_t pmap, vm_offset_t sva,
2509     vm_offset_t eva)
2510 {
2511         pmap_invalidate_range_pcid_cb(pmap, sva, eva, false);
2512 }
2513
2514 static void
2515 pmap_invalidate_range_nopcid_cb(pmap_t pmap __unused, vm_offset_t sva __unused,
2516     vm_offset_t eva __unused)
2517 {
2518 }
2519
2520 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_invalidate_range_cb, (pmap_t, vm_offset_t,
2521     vm_offset_t), static)
2522 {
2523         if (pmap_pcid_enabled)
2524                 return (invpcid_works ? pmap_invalidate_range_pcid_invpcid_cb :
2525                     pmap_invalidate_range_pcid_noinvpcid_cb);
2526         return (pmap_invalidate_range_nopcid_cb);
2527 }
2528
2529 static void
2530 pmap_invalidate_range_curcpu_cb(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2531 {
2532         vm_offset_t addr;
2533
2534         if (pmap == kernel_pmap) {
2535                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
2536                         invlpg(addr);
2537         } else if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
2538                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
2539                         invlpg(addr);
2540                 pmap_invalidate_range_cb(pmap, sva, eva);
2541         }
2542 }
2543
2544 void
2545 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2546 {
2547         if (eva - sva >= PMAP_INVLPG_THRESHOLD) {
2548                 pmap_invalidate_all(pmap);
2549                 return;
2550         }
2551
2552         if (pmap_type_guest(pmap)) {
2553                 pmap_invalidate_ept(pmap);
2554                 return;
2555         }
2556
2557         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
2558             ("pmap_invalidate_range: invalid type %d", pmap->pm_type));
2559
2560         pmap_invalidate_preipi(pmap);
2561         smp_masked_invlpg_range(pmap_invalidate_cpu_mask(pmap), sva, eva, pmap,
2562             pmap_invalidate_range_curcpu_cb);
2563 }
2564
2565 static inline void
2566 pmap_invalidate_all_pcid_cb(pmap_t pmap, bool invpcid_works1)
2567 {
2568         struct invpcid_descr d;
2569         uint64_t kcr3, ucr3;
2570         uint32_t pcid;
2571         u_int cpuid;
2572
2573         if (pmap == kernel_pmap) {
2574                 if (invpcid_works1) {
2575                         bzero(&d, sizeof(d));
2576                         invpcid(&d, INVPCID_CTXGLOB);
2577                 } else {
2578                         invltlb_glob();
2579                 }
2580         } else if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
2581                 CRITICAL_ASSERT(curthread);
2582                 cpuid = PCPU_GET(cpuid);
2583
2584                 pcid = pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
2585                 if (invpcid_works1) {
2586                         d.pcid = pcid;
2587                         d.pad = 0;
2588                         d.addr = 0;
2589                         invpcid(&d, INVPCID_CTX);
2590                         if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
2591                                 d.pcid |= PMAP_PCID_USER_PT;
2592                                 invpcid(&d, INVPCID_CTX);
2593                         }
2594                 } else {
2595                         kcr3 = pmap->pm_cr3 | pcid;
2596                         ucr3 = pmap->pm_ucr3;
2597                         if (ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
2598                                 ucr3 |= pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
2599                                 pmap_pti_pcid_invalidate(ucr3, kcr3);
2600                         } else {
2601                                 load_cr3(kcr3);
2602                         }
2603                 }
2604         }
2605 }
2606
2607 static void
2608 pmap_invalidate_all_pcid_invpcid_cb(pmap_t pmap)
2609 {
2610         pmap_invalidate_all_pcid_cb(pmap, true);
2611 }
2612
2613 static void
2614 pmap_invalidate_all_pcid_noinvpcid_cb(pmap_t pmap)
2615 {
2616         pmap_invalidate_all_pcid_cb(pmap, false);
2617 }
2618
2619 static void
2620 pmap_invalidate_all_nopcid_cb(pmap_t pmap)
2621 {
2622         if (pmap == kernel_pmap)
2623                 invltlb_glob();
2624         else if (pmap == PCPU_GET(curpmap))
2625                 invltlb();
2626 }
2627
2628 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_invalidate_all_cb, (pmap_t), static)
2629 {
2630         if (pmap_pcid_enabled)
2631                 return (invpcid_works ? pmap_invalidate_all_pcid_invpcid_cb :
2632                     pmap_invalidate_all_pcid_noinvpcid_cb);
2633         return (pmap_invalidate_all_nopcid_cb);
2634 }
2635
2636 static void
2637 pmap_invalidate_all_curcpu_cb(pmap_t pmap, vm_offset_t addr1 __unused,
2638     vm_offset_t addr2 __unused)
2639 {
2640         pmap_invalidate_all_cb(pmap);
2641 }
2642
2643 void
2644 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
2645 {
2646         if (pmap_type_guest(pmap)) {
2647                 pmap_invalidate_ept(pmap);
2648                 return;
2649         }
2650
2651         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
2652             ("pmap_invalidate_all: invalid type %d", pmap->pm_type));
2653
2654         pmap_invalidate_preipi(pmap);
2655         smp_masked_invltlb(pmap_invalidate_cpu_mask(pmap), pmap,
2656             pmap_invalidate_all_curcpu_cb);
2657 }
2658
2659 static void
2660 pmap_invalidate_cache_curcpu_cb(pmap_t pmap __unused, vm_offset_t va __unused,
2661     vm_offset_t addr2 __unused)
2662 {
2663         wbinvd();
2664 }
2665
2666 void
2667 pmap_invalidate_cache(void)
2668 {
2669         sched_pin();
2670         smp_cache_flush(pmap_invalidate_cache_curcpu_cb);
2671 }
2672
2673 struct pde_action {
2674         cpuset_t invalidate;    /* processors that invalidate their TLB */
2675         pmap_t pmap;
2676         vm_offset_t va;
2677         pd_entry_t *pde;
2678         pd_entry_t newpde;
2679         u_int store;            /* processor that updates the PDE */
2680 };
2681
2682 static void
2683 pmap_update_pde_action(void *arg)
2684 {
2685         struct pde_action *act = arg;
2686
2687         if (act->store == PCPU_GET(cpuid))
2688                 pmap_update_pde_store(act->pmap, act->pde, act->newpde);
2689 }
2690
2691 static void
2692 pmap_update_pde_teardown(void *arg)
2693 {
2694         struct pde_action *act = arg;
2695
2696         if (CPU_ISSET(PCPU_GET(cpuid), &act->invalidate))
2697                 pmap_update_pde_invalidate(act->pmap, act->va, act->newpde);
2698 }
2699
2700 /*
2701  * Change the page size for the specified virtual address in a way that
2702  * prevents any possibility of the TLB ever having two entries that map the
2703  * same virtual address using different page sizes.  This is the recommended
2704  * workaround for Erratum 383 on AMD Family 10h processors.  It prevents a
2705  * machine check exception for a TLB state that is improperly diagnosed as a
2706  * hardware error.
2707  */
2708 static void
2709 pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
2710 {
2711         struct pde_action act;
2712         cpuset_t active, other_cpus;
2713         u_int cpuid;
2714
2715         sched_pin();
2716         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
2717         other_cpus = all_cpus;
2718         CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
2719         if (pmap == kernel_pmap || pmap_type_guest(pmap)) 
2720                 active = all_cpus;
2721         else {
2722                 active = pmap->pm_active;
2723         }
2724         if (CPU_OVERLAP(&active, &other_cpus)) { 
2725                 act.store = cpuid;
2726                 act.invalidate = active;
2727                 act.va = va;
2728                 act.pmap = pmap;
2729                 act.pde = pde;
2730                 act.newpde = newpde;
2731                 CPU_SET(cpuid, &active);
2732                 smp_rendezvous_cpus(active,
2733                     smp_no_rendezvous_barrier, pmap_update_pde_action,
2734                     pmap_update_pde_teardown, &act);
2735         } else {
2736                 pmap_update_pde_store(pmap, pde, newpde);
2737                 if (CPU_ISSET(cpuid, &active))
2738                         pmap_update_pde_invalidate(pmap, va, newpde);
2739         }
2740         sched_unpin();
2741 }
2742 #else /* !SMP */
2743 /*
2744  * Normal, non-SMP, invalidation functions.
2745  */
2746 void
2747 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2748 {
2749         struct invpcid_descr d;
2750         uint64_t kcr3, ucr3;
2751         uint32_t pcid;
2752
2753         if (pmap->pm_type == PT_RVI || pmap->pm_type == PT_EPT) {
2754                 pmap->pm_eptgen++;
2755                 return;
2756         }
2757         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
2758             ("pmap_invalidate_range: unknown type %d", pmap->pm_type));
2759
2760         if (pmap == kernel_pmap || pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
2761                 invlpg(va);
2762                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap) && pmap_pcid_enabled &&
2763                     pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
2764                         critical_enter();
2765                         pcid = pmap->pm_pcids[0].pm_pcid;
2766                         if (invpcid_works) {
2767                                 d.pcid = pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
2768                                 d.pad = 0;
2769                                 d.addr = va;
2770                                 invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
2771                         } else {
2772                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pcid | CR3_PCID_SAVE;
2773                                 ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pcid |
2774                                     PMAP_PCID_USER_PT | CR3_PCID_SAVE;
2775                                 pmap_pti_pcid_invlpg(ucr3, kcr3, va);
2776                         }
2777                         critical_exit();
2778                 }
2779         } else if (pmap_pcid_enabled)
2780                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
2781 }
2782
2783 void
2784 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2785 {
2786         struct invpcid_descr d;
2787         vm_offset_t addr;
2788         uint64_t kcr3, ucr3;
2789
2790         if (pmap->pm_type == PT_RVI || pmap->pm_type == PT_EPT) {
2791                 pmap->pm_eptgen++;
2792                 return;
2793         }
2794         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
2795             ("pmap_invalidate_range: unknown type %d", pmap->pm_type));
2796
2797         if (pmap == kernel_pmap || pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
2798                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
2799                         invlpg(addr);
2800                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap) && pmap_pcid_enabled &&
2801                     pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
2802                         critical_enter();
2803                         if (invpcid_works) {
2804                                 d.pcid = pmap->pm_pcids[0].pm_pcid |
2805                                     PMAP_PCID_USER_PT;
2806                                 d.pad = 0;
2807                                 d.addr = sva;
2808                                 for (; d.addr < eva; d.addr += PAGE_SIZE)
2809                                         invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
2810                         } else {
2811                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[0].
2812                                     pm_pcid | CR3_PCID_SAVE;
2813                                 ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pmap->pm_pcids[0].
2814                                     pm_pcid | PMAP_PCID_USER_PT | CR3_PCID_SAVE;
2815                                 pmap_pti_pcid_invlrng(ucr3, kcr3, sva, eva);
2816                         }
2817                         critical_exit();
2818                 }
2819         } else if (pmap_pcid_enabled) {
2820                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
2821         }
2822 }
2823
2824 void
2825 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
2826 {
2827         struct invpcid_descr d;
2828         uint64_t kcr3, ucr3;
2829
2830         if (pmap->pm_type == PT_RVI || pmap->pm_type == PT_EPT) {
2831                 pmap->pm_eptgen++;
2832                 return;
2833         }
2834         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
2835             ("pmap_invalidate_all: unknown type %d", pmap->pm_type));
2836
2837         if (pmap == kernel_pmap) {
2838                 if (pmap_pcid_enabled && invpcid_works) {
2839                         bzero(&d, sizeof(d));
2840                         invpcid(&d, INVPCID_CTXGLOB);
2841                 } else {
2842                         invltlb_glob();
2843                 }
2844         } else if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
2845                 if (pmap_pcid_enabled) {
2846                         critical_enter();
2847                         if (invpcid_works) {
2848                                 d.pcid = pmap->pm_pcids[0].pm_pcid;
2849                                 d.pad = 0;
2850                                 d.addr = 0;
2851                                 invpcid(&d, INVPCID_CTX);
2852                                 if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
2853                                         d.pcid |= PMAP_PCID_USER_PT;
2854                                         invpcid(&d, INVPCID_CTX);
2855                                 }
2856                         } else {
2857                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[0].pm_pcid;
2858                                 if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
2859                                         ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pmap->pm_pcids[
2860                                             0].pm_pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
2861                                         pmap_pti_pcid_invalidate(ucr3, kcr3);
2862                                 } else
2863                                         load_cr3(kcr3);
2864                         }
2865                         critical_exit();
2866                 } else {
2867                         invltlb();
2868                 }
2869         } else if (pmap_pcid_enabled) {
2870                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
2871         }
2872 }
2873
2874 PMAP_INLINE void
2875 pmap_invalidate_cache(void)
2876 {
2877
2878         wbinvd();
2879 }
2880
2881 static void
2882 pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
2883 {
2884
2885         pmap_update_pde_store(pmap, pde, newpde);
2886         if (pmap == kernel_pmap || pmap == PCPU_GET(curpmap))
2887                 pmap_update_pde_invalidate(pmap, va, newpde);
2888         else
2889                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
2890 }
2891 #endif /* !SMP */
2892
2893 static void
2894 pmap_invalidate_pde_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde)
2895 {
2896
2897         /*
2898          * When the PDE has PG_PROMOTED set, the 2MB page mapping was created
2899          * by a promotion that did not invalidate the 512 4KB page mappings
2900          * that might exist in the TLB.  Consequently, at this point, the TLB
2901          * may hold both 4KB and 2MB page mappings for the address range [va,
2902          * va + NBPDR).  Therefore, the entire range must be invalidated here.
2903          * In contrast, when PG_PROMOTED is clear, the TLB will not hold any
2904          * 4KB page mappings for the address range [va, va + NBPDR), and so a
2905          * single INVLPG suffices to invalidate the 2MB page mapping from the
2906          * TLB.
2907          */
2908         if ((pde & PG_PROMOTED) != 0)
2909                 pmap_invalidate_range(pmap, va, va + NBPDR - 1);
2910         else
2911                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
2912 }
2913
2914 DEFINE_IFUNC(, void, pmap_invalidate_cache_range,
2915     (vm_offset_t sva, vm_offset_t eva), static)
2916 {
2917
2918         if ((cpu_feature & CPUID_SS) != 0)
2919                 return (pmap_invalidate_cache_range_selfsnoop);
2920         if ((cpu_feature & CPUID_CLFSH) != 0)
2921                 return (pmap_force_invalidate_cache_range);
2922         return (pmap_invalidate_cache_range_all);
2923 }
2924
2925 #define PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD   (2 * 1024 * 1024)
2926
2927 static void
2928 pmap_invalidate_cache_range_check_align(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2929 {
2930
2931         KASSERT((sva & PAGE_MASK) == 0,
2932             ("pmap_invalidate_cache_range: sva not page-aligned"));
2933         KASSERT((eva & PAGE_MASK) == 0,
2934             ("pmap_invalidate_cache_range: eva not page-aligned"));
2935 }
2936
2937 static void
2938 pmap_invalidate_cache_range_selfsnoop(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2939 {
2940
2941         pmap_invalidate_cache_range_check_align(sva, eva);
2942 }
2943
2944 void
2945 pmap_force_invalidate_cache_range(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2946 {
2947
2948         sva &= ~(vm_offset_t)(cpu_clflush_line_size - 1);
2949
2950         /*
2951          * XXX: Some CPUs fault, hang, or trash the local APIC
2952          * registers if we use CLFLUSH on the local APIC range.  The
2953          * local APIC is always uncached, so we don't need to flush
2954          * for that range anyway.
2955          */
2956         if (pmap_kextract(sva) == lapic_paddr)
2957                 return;
2958
2959         if ((cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT) != 0) {
2960                 /*
2961                  * Do per-cache line flush.  Use a locked
2962                  * instruction to insure that previous stores are
2963                  * included in the write-back.  The processor
2964                  * propagates flush to other processors in the cache
2965                  * coherence domain.
2966                  */
2967                 atomic_thread_fence_seq_cst();
2968                 for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size)
2969                         clflushopt(sva);
2970                 atomic_thread_fence_seq_cst();
2971         } else {
2972                 /*
2973                  * Writes are ordered by CLFLUSH on Intel CPUs.
2974                  */
2975                 if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
2976                         mfence();
2977                 for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size)
2978                         clflush(sva);
2979                 if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
2980                         mfence();
2981         }
2982 }
2983
2984 static void
2985 pmap_invalidate_cache_range_all(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2986 {
2987
2988         pmap_invalidate_cache_range_check_align(sva, eva);
2989         pmap_invalidate_cache();
2990 }
2991
2992 /*
2993  * Remove the specified set of pages from the data and instruction caches.
2994  *
2995  * In contrast to pmap_invalidate_cache_range(), this function does not
2996  * rely on the CPU's self-snoop feature, because it is intended for use
2997  * when moving pages into a different cache domain.
2998  */
2999 void
3000 pmap_invalidate_cache_pages(vm_page_t *pages, int count)
3001 {
3002         vm_offset_t daddr, eva;
3003         int i;
3004         bool useclflushopt;
3005
3006         useclflushopt = (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT) != 0;
3007         if (count >= PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD / PAGE_SIZE ||
3008             ((cpu_feature & CPUID_CLFSH) == 0 && !useclflushopt))
3009                 pmap_invalidate_cache();
3010         else {
3011                 if (useclflushopt)
3012                         atomic_thread_fence_seq_cst();
3013                 else if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
3014                         mfence();
3015                 for (i = 0; i < count; i++) {
3016                         daddr = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pages[i]));
3017                         eva = daddr + PAGE_SIZE;
3018                         for (; daddr < eva; daddr += cpu_clflush_line_size) {
3019                                 if (useclflushopt)
3020                                         clflushopt(daddr);
3021                                 else
3022                                         clflush(daddr);
3023                         }
3024                 }
3025                 if (useclflushopt)
3026                         atomic_thread_fence_seq_cst();
3027                 else if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
3028                         mfence();
3029         }
3030 }
3031
3032 void
3033 pmap_flush_cache_range(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3034 {
3035
3036         pmap_invalidate_cache_range_check_align(sva, eva);
3037
3038         if ((cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLWB) == 0) {
3039                 pmap_force_invalidate_cache_range(sva, eva);
3040                 return;
3041         }
3042
3043         /* See comment in pmap_force_invalidate_cache_range(). */
3044         if (pmap_kextract(sva) == lapic_paddr)
3045                 return;
3046
3047         atomic_thread_fence_seq_cst();
3048         for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size)
3049                 clwb(sva);
3050         atomic_thread_fence_seq_cst();
3051 }
3052
3053 void
3054 pmap_flush_cache_phys_range(vm_paddr_t spa, vm_paddr_t epa, vm_memattr_t mattr)
3055 {
3056         pt_entry_t *pte;
3057         vm_offset_t vaddr;
3058         int error, pte_bits;
3059
3060         KASSERT((spa & PAGE_MASK) == 0,
3061             ("pmap_flush_cache_phys_range: spa not page-aligned"));
3062         KASSERT((epa & PAGE_MASK) == 0,
3063             ("pmap_flush_cache_phys_range: epa not page-aligned"));
3064
3065         if (spa < dmaplimit) {
3066                 pmap_flush_cache_range(PHYS_TO_DMAP(spa), PHYS_TO_DMAP(MIN(
3067                     dmaplimit, epa)));
3068                 if (dmaplimit >= epa)
3069                         return;
3070                 spa = dmaplimit;
3071         }
3072
3073         pte_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mattr, 0) | X86_PG_RW |
3074             X86_PG_V;
3075         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE, M_BESTFIT | M_WAITOK,
3076             &vaddr);
3077         KASSERT(error == 0, ("vmem_alloc failed: %d", error));
3078         pte = vtopte(vaddr);
3079         for (; spa < epa; spa += PAGE_SIZE) {
3080                 sched_pin();
3081                 pte_store(pte, spa | pte_bits);
3082                 invlpg(vaddr);
3083                 /* XXXKIB atomic inside flush_cache_range are excessive */
3084                 pmap_flush_cache_range(vaddr, vaddr + PAGE_SIZE);
3085                 sched_unpin();
3086         }
3087         vmem_free(kernel_arena, vaddr, PAGE_SIZE);
3088 }
3089
3090 /*
3091  *      Routine:        pmap_extract
3092  *      Function:
3093  *              Extract the physical page address associated
3094  *              with the given map/virtual_address pair.
3095  */
3096 vm_paddr_t 
3097 pmap_extract(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3098 {
3099         pdp_entry_t *pdpe;
3100         pd_entry_t *pde;
3101         pt_entry_t *pte, PG_V;
3102         vm_paddr_t pa;
3103
3104         pa = 0;
3105         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3106         PMAP_LOCK(pmap);
3107         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
3108         if (pdpe != NULL && (*pdpe & PG_V) != 0) {
3109                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0)
3110                         pa = (*pdpe & PG_PS_FRAME) | (va & PDPMASK);
3111                 else {
3112                         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
3113                         if ((*pde & PG_V) != 0) {
3114                                 if ((*pde & PG_PS) != 0) {
3115                                         pa = (*pde & PG_PS_FRAME) |
3116                                             (va & PDRMASK);
3117                                 } else {
3118                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
3119                                         pa = (*pte & PG_FRAME) |
3120                                             (va & PAGE_MASK);
3121                                 }
3122                         }
3123                 }
3124         }
3125         PMAP_UNLOCK(pmap);
3126         return (pa);
3127 }
3128
3129 /*
3130  *      Routine:        pmap_extract_and_hold
3131  *      Function:
3132  *              Atomically extract and hold the physical page
3133  *              with the given pmap and virtual address pair
3134  *              if that mapping permits the given protection.
3135  */
3136 vm_page_t
3137 pmap_extract_and_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_prot_t prot)
3138 {
3139         pd_entry_t pde, *pdep;
3140         pt_entry_t pte, PG_RW, PG_V;
3141         vm_paddr_t pa;
3142         vm_page_t m;
3143
3144         pa = 0;
3145         m = NULL;
3146         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
3147         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3148         PMAP_LOCK(pmap);
3149 retry:
3150         pdep = pmap_pde(pmap, va);
3151         if (pdep != NULL && (pde = *pdep)) {
3152                 if (pde & PG_PS) {
3153                         if ((pde & PG_RW) || (prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
3154                                 if (vm_page_pa_tryrelock(pmap, (pde &
3155                                     PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK), &pa))
3156                                         goto retry;
3157                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
3158                         }
3159                 } else {
3160                         pte = *pmap_pde_to_pte(pdep, va);
3161                         if ((pte & PG_V) &&
3162                             ((pte & PG_RW) || (prot & VM_PROT_WRITE) == 0)) {
3163                                 if (vm_page_pa_tryrelock(pmap, pte & PG_FRAME,
3164                                     &pa))
3165                                         goto retry;
3166                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
3167                         }
3168                 }
3169                 if (m != NULL)
3170                         vm_page_hold(m);
3171         }
3172         PA_UNLOCK_COND(pa);
3173         PMAP_UNLOCK(pmap);
3174         return (m);
3175 }
3176
3177 vm_paddr_t
3178 pmap_kextract(vm_offset_t va)
3179 {
3180         pd_entry_t pde;
3181         vm_paddr_t pa;
3182
3183         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS) {
3184                 pa = DMAP_TO_PHYS(va);
3185         } else if (PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(va)) {
3186                 pa = pmap_large_map_kextract(va);
3187         } else {
3188                 pde = *vtopde(va);
3189                 if (pde & PG_PS) {
3190                         pa = (pde & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK);
3191                 } else {
3192                         /*
3193                          * Beware of a concurrent promotion that changes the
3194                          * PDE at this point!  For example, vtopte() must not
3195                          * be used to access the PTE because it would use the
3196                          * new PDE.  It is, however, safe to use the old PDE
3197                          * because the page table page is preserved by the
3198                          * promotion.
3199                          */
3200                         pa = *pmap_pde_to_pte(&pde, va);
3201                         pa = (pa & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK);
3202                 }
3203         }
3204         return (pa);
3205 }
3206
3207 /***************************************************
3208  * Low level mapping routines.....
3209  ***************************************************/
3210
3211 /*
3212  * Add a wired page to the kva.
3213  * Note: not SMP coherent.
3214  */
3215 PMAP_INLINE void 
3216 pmap_kenter(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
3217 {
3218         pt_entry_t *pte;
3219
3220         pte = vtopte(va);
3221         pte_store(pte, pa | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_g | pg_nx);
3222 }
3223
3224 static __inline void
3225 pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode)
3226 {
3227         pt_entry_t *pte;
3228         int cache_bits;
3229
3230         pte = vtopte(va);
3231         cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, 0);
3232         pte_store(pte, pa | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_g | pg_nx | cache_bits);
3233 }
3234
3235 /*
3236  * Remove a page from the kernel pagetables.
3237  * Note: not SMP coherent.
3238  */
3239 PMAP_INLINE void
3240 pmap_kremove(vm_offset_t va)
3241 {
3242         pt_entry_t *pte;
3243
3244         pte = vtopte(va);
3245         pte_clear(pte);
3246 }
3247
3248 /*
3249  *      Used to map a range of physical addresses into kernel
3250  *      virtual address space.
3251  *
3252  *      The value passed in '*virt' is a suggested virtual address for
3253  *      the mapping. Architectures which can support a direct-mapped
3254  *      physical to virtual region can return the appropriate address
3255  *      within that region, leaving '*virt' unchanged. Other
3256  *      architectures should map the pages starting at '*virt' and
3257  *      update '*virt' with the first usable address after the mapped
3258  *      region.
3259  */
3260 vm_offset_t
3261 pmap_map(vm_offset_t *virt, vm_paddr_t start, vm_paddr_t end, int prot)
3262 {
3263         return PHYS_TO_DMAP(start);
3264 }
3265
3266
3267 /*
3268  * Add a list of wired pages to the kva
3269  * this routine is only used for temporary
3270  * kernel mappings that do not need to have
3271  * page modification or references recorded.
3272  * Note that old mappings are simply written
3273  * over.  The page *must* be wired.
3274  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
3275  */
3276 void
3277 pmap_qenter(vm_offset_t sva, vm_page_t *ma, int count)
3278 {
3279         pt_entry_t *endpte, oldpte, pa, *pte;
3280         vm_page_t m;
3281         int cache_bits;
3282
3283         oldpte = 0;
3284         pte = vtopte(sva);
3285         endpte = pte + count;
3286         while (pte < endpte) {
3287                 m = *ma++;
3288                 cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap, m->md.pat_mode, 0);
3289                 pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | cache_bits;
3290                 if ((*pte & (PG_FRAME | X86_PG_PTE_CACHE)) != pa) {
3291                         oldpte |= *pte;
3292                         pte_store(pte, pa | pg_g | pg_nx | X86_PG_RW | X86_PG_V);
3293                 }
3294                 pte++;
3295         }
3296         if (__predict_false((oldpte & X86_PG_V) != 0))
3297                 pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, sva + count *
3298                     PAGE_SIZE);
3299 }
3300
3301 /*
3302  * This routine tears out page mappings from the
3303  * kernel -- it is meant only for temporary mappings.
3304  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
3305  */
3306 void
3307 pmap_qremove(vm_offset_t sva, int count)
3308 {
3309         vm_offset_t va;
3310
3311         va = sva;
3312         while (count-- > 0) {
3313                 KASSERT(va >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS, ("usermode va %lx", va));
3314                 pmap_kremove(va);
3315                 va += PAGE_SIZE;
3316         }
3317         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
3318 }
3319
3320 /***************************************************
3321  * Page table page management routines.....
3322  ***************************************************/
3323 /*
3324  * Schedule the specified unused page table page to be freed.  Specifically,
3325  * add the page to the specified list of pages that will be released to the
3326  * physical memory manager after the TLB has been updated.
3327  */
3328 static __inline void
3329 pmap_add_delayed_free_list(vm_page_t m, struct spglist *free,
3330     boolean_t set_PG_ZERO)
3331 {
3332
3333         if (set_PG_ZERO)
3334                 m->flags |= PG_ZERO;
3335         else
3336                 m->flags &= ~PG_ZERO;
3337         SLIST_INSERT_HEAD(free, m, plinks.s.ss);
3338 }
3339         
3340 /*
3341  * Inserts the specified page table page into the specified pmap's collection
3342  * of idle page table pages.  Each of a pmap's page table pages is responsible
3343  * for mapping a distinct range of virtual addresses.  The pmap's collection is
3344  * ordered by this virtual address range.
3345  *
3346  * If "promoted" is false, then the page table page "mpte" must be zero filled.
3347  */
3348 static __inline int
3349 pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte, bool promoted)
3350 {
3351
3352         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3353         mpte->valid = promoted ? VM_PAGE_BITS_ALL : 0;
3354         return (vm_radix_insert(&pmap->pm_root, mpte));
3355 }
3356
3357 /*
3358  * Removes the page table page mapping the specified virtual address from the
3359  * specified pmap's collection of idle page table pages, and returns it.
3360  * Otherwise, returns NULL if there is no page table page corresponding to the
3361  * specified virtual address.
3362  */
3363 static __inline vm_page_t
3364 pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3365 {
3366
3367         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3368         return (vm_radix_remove(&pmap->pm_root, pmap_pde_pindex(va)));
3369 }
3370
3371 /*
3372  * Decrements a page table page's wire count, which is used to record the
3373  * number of valid page table entries within the page.  If the wire count
3374  * drops to zero, then the page table page is unmapped.  Returns TRUE if the
3375  * page table page was unmapped and FALSE otherwise.
3376  */
3377 static inline boolean_t
3378 pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
3379 {
3380
3381         --m->wire_count;
3382         if (m->wire_count == 0) {
3383                 _pmap_unwire_ptp(pmap, va, m, free);
3384                 return (TRUE);
3385         } else
3386                 return (FALSE);
3387 }
3388
3389 static void
3390 _pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
3391 {
3392
3393         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3394         /*
3395          * unmap the page table page
3396          */
3397         if (m->pindex >= (NUPDE + NUPDPE)) {
3398                 /* PDP page */
3399                 pml4_entry_t *pml4;
3400                 pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
3401                 *pml4 = 0;
3402                 if (pmap->pm_pml4u != NULL && va <= VM_MAXUSER_ADDRESS) {
3403                         pml4 = &pmap->pm_pml4u[pmap_pml4e_index(va)];
3404                         *pml4 = 0;
3405                 }
3406         } else if (m->pindex >= NUPDE) {
3407                 /* PD page */
3408                 pdp_entry_t *pdp;
3409                 pdp = pmap_pdpe(pmap, va);
3410                 *pdp = 0;
3411         } else {
3412                 /* PTE page */
3413                 pd_entry_t *pd;
3414                 pd = pmap_pde(pmap, va);
3415                 *pd = 0;
3416         }
3417         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3418         if (m->pindex < NUPDE) {
3419                 /* We just released a PT, unhold the matching PD */
3420                 vm_page_t pdpg;
3421
3422                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pdpe(pmap, va) & PG_FRAME);
3423                 pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdpg, free);
3424         }
3425         if (m->pindex >= NUPDE && m->pindex < (NUPDE + NUPDPE)) {
3426                 /* We just released a PD, unhold the matching PDP */
3427                 vm_page_t pdppg;
3428
3429                 pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pml4e(pmap, va) & PG_FRAME);
3430                 pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdppg, free);
3431         }
3432
3433         /* 
3434          * Put page on a list so that it is released after
3435          * *ALL* TLB shootdown is done
3436          */
3437         pmap_add_delayed_free_list(m, free, TRUE);
3438 }
3439
3440 /*
3441  * After removing a page table entry, this routine is used to
3442  * conditionally free the page, and manage the hold/wire counts.
3443  */
3444 static int
3445 pmap_unuse_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t ptepde,
3446     struct spglist *free)
3447 {
3448         vm_page_t mpte;
3449
3450         if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
3451                 return (0);
3452         KASSERT(ptepde != 0, ("pmap_unuse_pt: ptepde != 0"));
3453         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(ptepde & PG_FRAME);
3454         return (pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpte, free));
3455 }
3456
3457 void
3458 pmap_pinit0(pmap_t pmap)
3459 {
3460         struct proc *p;
3461         struct thread *td;
3462         int i;
3463
3464         PMAP_LOCK_INIT(pmap);
3465         pmap->pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(KPML4phys);
3466         pmap->pm_pml4u = NULL;
3467         pmap->pm_cr3 = KPML4phys;
3468         /* hack to keep pmap_pti_pcid_invalidate() alive */
3469         pmap->pm_ucr3 = PMAP_NO_CR3;
3470         pmap->pm_root.rt_root = 0;
3471         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
3472         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
3473         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
3474         pmap->pm_flags = pmap_flags;
3475         CPU_FOREACH(i) {
3476                 pmap->pm_pcids[i].pm_pcid = PMAP_PCID_KERN + 1;
3477                 pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 1;
3478         }
3479         pmap_activate_boot(pmap);
3480         td = curthread;
3481         if (pti) {
3482                 p = td->td_proc;
3483                 PROC_LOCK(p);
3484                 p->p_amd64_md_flags |= P_MD_KPTI;
3485                 PROC_UNLOCK(p);
3486         }
3487         pmap_thread_init_invl_gen(td);
3488
3489         if ((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0) {
3490                 pmap_pkru_ranges_zone = uma_zcreate("pkru ranges",
3491                     sizeof(struct pmap_pkru_range), NULL, NULL, NULL, NULL,
3492                     UMA_ALIGN_PTR, 0);
3493         }
3494 }
3495
3496 void
3497 pmap_pinit_pml4(vm_page_t pml4pg)
3498 {
3499         pml4_entry_t *pm_pml4;
3500         int i;
3501
3502         pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg));
3503
3504         /* Wire in kernel global address entries. */
3505         for (i = 0; i < NKPML4E; i++) {
3506                 pm_pml4[KPML4BASE + i] = (KPDPphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW |
3507                     X86_PG_V;
3508         }
3509         for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++) {
3510                 pm_pml4[DMPML4I + i] = (DMPDPphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW |
3511                     X86_PG_V;
3512         }
3513
3514         /* install self-referential address mapping entry(s) */
3515         pm_pml4[PML4PML4I] = VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg) | X86_PG_V | X86_PG_RW |
3516             X86_PG_A | X86_PG_M;
3517
3518         /* install large map entries if configured */
3519         for (i = 0; i < lm_ents; i++)
3520                 pm_pml4[LMSPML4I + i] = kernel_pmap->pm_pml4[LMSPML4I + i];
3521 }
3522
3523 static void
3524 pmap_pinit_pml4_pti(vm_page_t pml4pg)
3525 {
3526         pml4_entry_t *pm_pml4;
3527         int i;
3528
3529         pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg));
3530         for (i = 0; i < NPML4EPG; i++)
3531                 pm_pml4[i] = pti_pml4[i];
3532 }
3533
3534 /*
3535  * Initialize a preallocated and zeroed pmap structure,
3536  * such as one in a vmspace structure.
3537  */
3538 int
3539 pmap_pinit_type(pmap_t pmap, enum pmap_type pm_type, int flags)
3540 {
3541         vm_page_t pml4pg, pml4pgu;
3542         vm_paddr_t pml4phys;
3543         int i;
3544
3545         /*
3546          * allocate the page directory page
3547          */
3548         pml4pg = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
3549             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO | VM_ALLOC_WAITOK);
3550
3551         pml4phys = VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg);
3552         pmap->pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pml4phys);
3553         CPU_FOREACH(i) {
3554                 pmap->pm_pcids[i].pm_pcid = PMAP_PCID_NONE;
3555                 pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
3556         }
3557         pmap->pm_cr3 = PMAP_NO_CR3;     /* initialize to an invalid value */
3558         pmap->pm_ucr3 = PMAP_NO_CR3;
3559         pmap->pm_pml4u = NULL;
3560
3561         pmap->pm_type = pm_type;
3562         if ((pml4pg->flags & PG_ZERO) == 0)
3563                 pagezero(pmap->pm_pml4);
3564
3565         /*
3566          * Do not install the host kernel mappings in the nested page
3567          * tables. These mappings are meaningless in the guest physical
3568          * address space.
3569          * Install minimal kernel mappings in PTI case.
3570          */
3571         if (pm_type == PT_X86) {
3572                 pmap->pm_cr3 = pml4phys;
3573                 pmap_pinit_pml4(pml4pg);
3574                 if ((curproc->p_amd64_md_flags & P_MD_KPTI) != 0) {
3575                         pml4pgu = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL |
3576                             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_WAITOK);
3577                         pmap->pm_pml4u = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(
3578                             VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pgu));
3579                         pmap_pinit_pml4_pti(pml4pgu);
3580                         pmap->pm_ucr3 = VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pgu);
3581                 }
3582                 if ((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0) {
3583                         rangeset_init(&pmap->pm_pkru, pkru_dup_range,
3584                             pkru_free_range, pmap, M_NOWAIT);
3585                 }
3586         }
3587
3588         pmap->pm_root.rt_root = 0;
3589         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
3590         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
3591         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
3592         pmap->pm_flags = flags;
3593         pmap->pm_eptgen = 0;
3594
3595         return (1);
3596 }
3597
3598 int
3599 pmap_pinit(pmap_t pmap)
3600 {
3601
3602         return (pmap_pinit_type(pmap, PT_X86, pmap_flags));
3603 }
3604
3605 /*
3606  * This routine is called if the desired page table page does not exist.
3607  *
3608  * If page table page allocation fails, this routine may sleep before
3609  * returning NULL.  It sleeps only if a lock pointer was given.
3610  *
3611  * Note: If a page allocation fails at page table level two or three,
3612  * one or two pages may be held during the wait, only to be released
3613  * afterwards.  This conservative approach is easily argued to avoid
3614  * race conditions.
3615  *
3616  * The ptepindexes, i.e. page indices, of the page table pages encountered
3617  * while translating virtual address va are defined as follows:
3618  * - for the page table page (last level),
3619  *      ptepindex = pmap_pde_pindex(va) = va >> PDRSHIFT,
3620  *   in other words, it is just the index of the PDE that maps the page
3621  *   table page.
3622  * - for the page directory page,
3623  *      ptepindex = NUPDE (number of userland PD entries) +
3624  *          (pmap_pde_index(va) >> NPDEPGSHIFT)
3625  *   i.e. index of PDPE is put after the last index of PDE,
3626  * - for the page directory pointer page,
3627  *      ptepindex = NUPDE + NUPDPE + (pmap_pde_index(va) >> (NPDEPGSHIFT +
3628  *          NPML4EPGSHIFT),
3629  *   i.e. index of pml4e is put after the last index of PDPE.
3630  *
3631  * Define an order on the paging entries, where all entries of the
3632  * same height are put together, then heights are put from deepest to
3633  * root.  Then ptexpindex is the sequential number of the
3634  * corresponding paging entry in this order.
3635  *
3636  * The root page at PML4 does not participate in this indexing scheme, since
3637  * it is statically allocated by pmap_pinit() and not by _pmap_allocpte().
3638  */
3639 static vm_page_t
3640 _pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex, struct rwlock **lockp)
3641 {
3642         vm_page_t m, pdppg, pdpg;
3643         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
3644
3645         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3646
3647         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
3648         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
3649         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3650         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
3651
3652         /*
3653          * Allocate a page table page.
3654          */
3655         if ((m = vm_page_alloc(NULL, ptepindex, VM_ALLOC_NOOBJ |
3656             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO)) == NULL) {
3657                 if (lockp != NULL) {
3658                         RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
3659                         PMAP_UNLOCK(pmap);
3660                         PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI();
3661                         vm_wait(NULL);
3662                         PMAP_LOCK(pmap);
3663                 }
3664
3665                 /*
3666                  * Indicate the need to retry.  While waiting, the page table
3667                  * page may have been allocated.
3668                  */
3669                 return (NULL);
3670         }
3671         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0)
3672                 pmap_zero_page(m);
3673
3674         /*
3675          * Map the pagetable page into the process address space, if
3676          * it isn't already there.
3677          */
3678
3679         if (ptepindex >= (NUPDE + NUPDPE)) {
3680                 pml4_entry_t *pml4, *pml4u;
3681                 vm_pindex_t pml4index;
3682
3683                 /* Wire up a new PDPE page */
3684                 pml4index = ptepindex - (NUPDE + NUPDPE);
3685                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
3686                 *pml4 = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
3687                 if (pmap->pm_pml4u != NULL && pml4index < NUPML4E) {
3688                         /*
3689                          * PTI: Make all user-space mappings in the
3690                          * kernel-mode page table no-execute so that
3691                          * we detect any programming errors that leave
3692                          * the kernel-mode page table active on return
3693                          * to user space.
3694                          */
3695                         if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3)
3696                                 *pml4 |= pg_nx;
3697
3698                         pml4u = &pmap->pm_pml4u[pml4index];
3699                         *pml4u = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V |
3700                             PG_A | PG_M;
3701                 }
3702
3703         } else if (ptepindex >= NUPDE) {
3704                 vm_pindex_t pml4index;
3705                 vm_pindex_t pdpindex;
3706                 pml4_entry_t *pml4;
3707                 pdp_entry_t *pdp;
3708
3709                 /* Wire up a new PDE page */
3710                 pdpindex = ptepindex - NUPDE;
3711                 pml4index = pdpindex >> NPML4EPGSHIFT;
3712
3713                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
3714                 if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
3715                         /* Have to allocate a new pdp, recurse */
3716                         if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + NUPDPE + pml4index,
3717                             lockp) == NULL) {
3718                                 vm_page_unwire_noq(m);
3719                                 vm_page_free_zero(m);
3720                                 return (NULL);
3721                         }
3722                 } else {
3723                         /* Add reference to pdp page */
3724                         pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pml4 & PG_FRAME);
3725                         pdppg->wire_count++;
3726                 }
3727                 pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
3728
3729                 /* Now find the pdp page */
3730                 pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
3731                 *pdp = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
3732
3733         } else {
3734                 vm_pindex_t pml4index;
3735                 vm_pindex_t pdpindex;
3736                 pml4_entry_t *pml4;
3737                 pdp_entry_t *pdp;
3738                 pd_entry_t *pd;
3739
3740                 /* Wire up a new PTE page */
3741                 pdpindex = ptepindex >> NPDPEPGSHIFT;
3742                 pml4index = pdpindex >> NPML4EPGSHIFT;
3743
3744                 /* First, find the pdp and check that its valid. */
3745                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
3746                 if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
3747                         /* Have to allocate a new pd, recurse */
3748                         if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex,
3749                             lockp) == NULL) {
3750                                 vm_page_unwire_noq(m);
3751                                 vm_page_free_zero(m);
3752                                 return (NULL);
3753                         }
3754                         pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
3755                         pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
3756                 } else {
3757                         pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
3758                         pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
3759                         if ((*pdp & PG_V) == 0) {
3760                                 /* Have to allocate a new pd, recurse */
3761                                 if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex,
3762                                     lockp) == NULL) {
3763                                         vm_page_unwire_noq(m);
3764                                         vm_page_free_zero(m);
3765                                         return (NULL);
3766                                 }
3767                         } else {
3768                                 /* Add reference to the pd page */
3769                                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdp & PG_FRAME);
3770                                 pdpg->wire_count++;
3771                         }
3772                 }
3773                 pd = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdp & PG_FRAME);
3774
3775                 /* Now we know where the page directory page is */
3776                 pd = &pd[ptepindex & ((1ul << NPDEPGSHIFT) - 1)];
3777                 *pd = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
3778         }
3779
3780         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
3781
3782         return (m);
3783 }
3784
3785 static vm_page_t
3786 pmap_allocpde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct rwlock **lockp)
3787 {
3788         vm_pindex_t pdpindex, ptepindex;
3789         pdp_entry_t *pdpe, PG_V;
3790         vm_page_t pdpg;
3791
3792         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3793
3794 retry:
3795         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
3796         if (pdpe != NULL && (*pdpe & PG_V) != 0) {
3797                 /* Add a reference to the pd page. */
3798                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdpe & PG_FRAME);
3799                 pdpg->wire_count++;
3800         } else {
3801                 /* Allocate a pd page. */
3802                 ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
3803                 pdpindex = ptepindex >> NPDPEPGSHIFT;
3804                 pdpg = _pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex, lockp);
3805                 if (pdpg == NULL && lockp != NULL)
3806                         goto retry;
3807         }
3808         return (pdpg);
3809 }
3810
3811 static vm_page_t
3812 pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct rwlock **lockp)
3813 {
3814         vm_pindex_t ptepindex;
3815         pd_entry_t *pd, PG_V;
3816         vm_page_t m;
3817
3818         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3819
3820         /*
3821          * Calculate pagetable page index
3822          */
3823         ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
3824 retry:
3825         /*
3826          * Get the page directory entry
3827          */
3828         pd = pmap_pde(pmap, va);
3829
3830         /*
3831          * This supports switching from a 2MB page to a
3832          * normal 4K page.
3833          */
3834         if (pd != NULL && (*pd & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V)) {
3835                 if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pd, va, lockp)) {
3836                         /*
3837                          * Invalidation of the 2MB page mapping may have caused
3838                          * the deallocation of the underlying PD page.
3839                          */
3840                         pd = NULL;
3841                 }
3842         }
3843
3844         /*
3845          * If the page table page is mapped, we just increment the
3846          * hold count, and activate it.
3847          */
3848         if (pd != NULL && (*pd & PG_V) != 0) {
3849                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pd & PG_FRAME);
3850                 m->wire_count++;
3851         } else {
3852                 /*
3853                  * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been
3854                  * deallocated.
3855                  */
3856                 m = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex, lockp);
3857                 if (m == NULL && lockp != NULL)
3858                         goto retry;
3859         }
3860         return (m);
3861 }
3862
3863
3864 /***************************************************
3865  * Pmap allocation/deallocation routines.
3866  ***************************************************/
3867
3868 /*
3869  * Release any resources held by the given physical map.
3870  * Called when a pmap initialized by pmap_pinit is being released.
3871  * Should only be called if the map contains no valid mappings.
3872  */
3873 void
3874 pmap_release(pmap_t pmap)
3875 {
3876         vm_page_t m;
3877         int i;
3878
3879         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count == 0,
3880             ("pmap_release: pmap resident count %ld != 0",
3881             pmap->pm_stats.resident_count));
3882         KASSERT(vm_radix_is_empty(&pmap->pm_root),
3883             ("pmap_release: pmap has reserved page table page(s)"));
3884         KASSERT(CPU_EMPTY(&pmap->pm_active),
3885             ("releasing active pmap %p", pmap));
3886
3887         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pmap->pm_pml4));
3888
3889         for (i = 0; i < NKPML4E; i++)   /* KVA */
3890                 pmap->pm_pml4[KPML4BASE + i] = 0;
3891         for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++)/* Direct Map */
3892                 pmap->pm_pml4[DMPML4I + i] = 0;
3893         pmap->pm_pml4[PML4PML4I] = 0;   /* Recursive Mapping */
3894         for (i = 0; i < lm_ents; i++)   /* Large Map */
3895                 pmap->pm_pml4[LMSPML4I + i] = 0;
3896
3897         vm_page_unwire_noq(m);
3898         vm_page_free_zero(m);
3899
3900         if (pmap->pm_pml4u != NULL) {
3901                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pmap->pm_pml4u));
3902                 vm_page_unwire_noq(m);
3903                 vm_page_free(m);
3904         }
3905         if (pmap->pm_type == PT_X86 &&
3906             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0)
3907                 rangeset_fini(&pmap->pm_pkru);
3908 }
3909
3910 static int
3911 kvm_size(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
3912 {
3913         unsigned long ksize = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
3914
3915         return sysctl_handle_long(oidp, &ksize, 0, req);
3916 }
3917 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_size, CTLTYPE_LONG|CTLFLAG_RD, 
3918     0, 0, kvm_size, "LU", "Size of KVM");
3919
3920 static int
3921 kvm_free(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
3922 {
3923         unsigned long kfree = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - kernel_vm_end;
3924
3925         return sysctl_handle_long(oidp, &kfree, 0, req);
3926 }
3927 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_free, CTLTYPE_LONG|CTLFLAG_RD, 
3928     0, 0, kvm_free, "LU", "Amount of KVM free");
3929
3930 /*
3931  * grow the number of kernel page table entries, if needed
3932  */
3933 void
3934 pmap_growkernel(vm_offset_t addr)
3935 {
3936         vm_paddr_t paddr;
3937         vm_page_t nkpg;
3938         pd_entry_t *pde, newpdir;
3939         pdp_entry_t *pdpe;
3940
3941         mtx_assert(&kernel_map->system_mtx, MA_OWNED);
3942
3943         /*
3944          * Return if "addr" is within the range of kernel page table pages
3945          * that were preallocated during pmap bootstrap.  Moreover, leave
3946          * "kernel_vm_end" and the kernel page table as they were.
3947          *
3948          * The correctness of this action is based on the following
3949          * argument: vm_map_insert() allocates contiguous ranges of the
3950          * kernel virtual address space.  It calls this function if a range
3951          * ends after "kernel_vm_end".  If the kernel is mapped between
3952          * "kernel_vm_end" and "addr", then the range cannot begin at
3953          * "kernel_vm_end".  In fact, its beginning address cannot be less
3954          * than the kernel.  Thus, there is no immediate need to allocate
3955          * any new kernel page table pages between "kernel_vm_end" and
3956          * "KERNBASE".
3957          */
3958         if (KERNBASE < addr && addr <= KERNBASE + nkpt * NBPDR)
3959                 return;
3960
3961         addr = roundup2(addr, NBPDR);
3962         if (addr - 1 >= vm_map_max(kernel_map))
3963                 addr = vm_map_max(kernel_map);
3964         while (kernel_vm_end < addr) {
3965                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, kernel_vm_end);
3966                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0) {
3967                         /* We need a new PDP entry */
3968                         nkpg = vm_page_alloc(NULL, kernel_vm_end >> PDPSHIFT,
3969                             VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ |
3970                             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
3971                         if (nkpg == NULL)
3972                                 panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
3973                         if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
3974                                 pmap_zero_page(nkpg);
3975                         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
3976                         *pdpe = (pdp_entry_t)(paddr | X86_PG_V | X86_PG_RW |
3977                             X86_PG_A | X86_PG_M);
3978                         continue; /* try again */
3979                 }
3980                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, kernel_vm_end);
3981                 if ((*pde & X86_PG_V) != 0) {
3982                         kernel_vm_end = (kernel_vm_end + NBPDR) & ~PDRMASK;
3983                         if (kernel_vm_end - 1 >= vm_map_max(kernel_map)) {
3984                                 kernel_vm_end = vm_map_max(kernel_map);
3985                                 break;                       
3986                         }
3987                         continue;
3988                 }
3989
3990                 nkpg = vm_page_alloc(NULL, pmap_pde_pindex(kernel_vm_end),
3991                     VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED |
3992                     VM_ALLOC_ZERO);
3993                 if (nkpg == NULL)
3994                         panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
3995                 if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
3996                         pmap_zero_page(nkpg);
3997                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
3998                 newpdir = paddr | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A | X86_PG_M;
3999                 pde_store(pde, newpdir);
4000
4001                 kernel_vm_end = (kernel_vm_end + NBPDR) & ~PDRMASK;
4002                 if (kernel_vm_end - 1 >= vm_map_max(kernel_map)) {
4003                         kernel_vm_end = vm_map_max(kernel_map);
4004                         break;                       
4005                 }
4006         }
4007 }
4008
4009
4010 /***************************************************
4011  * page management routines.
4012  ***************************************************/
4013
4014 CTASSERT(sizeof(struct pv_chunk) == PAGE_SIZE);
4015 CTASSERT(_NPCM == 3);
4016 CTASSERT(_NPCPV == 168);
4017
4018 static __inline struct pv_chunk *
4019 pv_to_chunk(pv_entry_t pv)
4020 {
4021
4022         return ((struct pv_chunk *)((uintptr_t)pv & ~(uintptr_t)PAGE_MASK));
4023 }
4024
4025 #define PV_PMAP(pv) (pv_to_chunk(pv)->pc_pmap)
4026
4027 #define PC_FREE0        0xfffffffffffffffful
4028 #define PC_FREE1        0xfffffffffffffffful
4029 #define PC_FREE2        0x000000fffffffffful
4030
4031 static const uint64_t pc_freemask[_NPCM] = { PC_FREE0, PC_FREE1, PC_FREE2 };
4032
4033 #ifdef PV_STATS
4034 static int pc_chunk_count, pc_chunk_allocs, pc_chunk_frees, pc_chunk_tryfail;
4035
4036 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_count, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_count, 0,
4037         "Current number of pv entry chunks");
4038 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_allocs, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_allocs, 0,
4039         "Current number of pv entry chunks allocated");
4040 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_frees, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_frees, 0,
4041         "Current number of pv entry chunks frees");
4042 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_tryfail, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_tryfail, 0,
4043         "Number of times tried to get a chunk page but failed.");
4044
4045 static long pv_entry_frees, pv_entry_allocs, pv_entry_count;
4046 static int pv_entry_spare;
4047
4048 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_frees, CTLFLAG_RD, &pv_entry_frees, 0,
4049         "Current number of pv entry frees");
4050 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_allocs, CTLFLAG_RD, &pv_entry_allocs, 0,
4051         "Current number of pv entry allocs");
4052 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_count, CTLFLAG_RD, &pv_entry_count, 0,
4053         "Current number of pv entries");
4054 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_spare, CTLFLAG_RD, &pv_entry_spare, 0,
4055         "Current number of spare pv entries");
4056 #endif
4057
4058 static void
4059 reclaim_pv_chunk_leave_pmap(pmap_t pmap, pmap_t locked_pmap, bool start_di)
4060 {
4061
4062         if (pmap == NULL)
4063                 return;
4064         pmap_invalidate_all(pmap);
4065         if (pmap != locked_pmap)
4066                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4067         if (start_di)
4068                 pmap_delayed_invl_finish();
4069 }
4070
4071 /*
4072  * We are in a serious low memory condition.  Resort to
4073  * drastic measures to free some pages so we can allocate
4074  * another pv entry chunk.
4075  *
4076  * Returns NULL if PV entries were reclaimed from the specified pmap.
4077  *
4078  * We do not, however, unmap 2mpages because subsequent accesses will
4079  * allocate per-page pv entries until repromotion occurs, thereby
4080  * exacerbating the shortage of free pv entries.
4081  */
4082 static vm_page_t
4083 reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp)
4084 {
4085         struct pv_chunk *pc, *pc_marker, *pc_marker_end;
4086         struct pv_chunk_header pc_marker_b, pc_marker_end_b;
4087         struct md_page *pvh;
4088         pd_entry_t *pde;
4089         pmap_t next_pmap, pmap;
4090         pt_entry_t *pte, tpte;
4091         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW;
4092         pv_entry_t pv;
4093         vm_offset_t va;
4094         vm_page_t m, m_pc;
4095         struct spglist free;
4096         uint64_t inuse;
4097         int bit, field, freed;
4098         bool start_di;
4099         static int active_reclaims = 0;
4100
4101         PMAP_LOCK_ASSERT(locked_pmap, MA_OWNED);
4102         KASSERT(lockp != NULL, ("reclaim_pv_chunk: lockp is NULL"));
4103         pmap = NULL;
4104         m_pc = NULL;
4105         PG_G = PG_A = PG_M = PG_RW = 0;
4106         SLIST_INIT(&free);
4107         bzero(&pc_marker_b, sizeof(pc_marker_b));
4108         bzero(&pc_marker_end_b, sizeof(pc_marker_end_b));
4109         pc_marker = (struct pv_chunk *)&pc_marker_b;
4110         pc_marker_end = (struct pv_chunk *)&pc_marker_end_b;
4111
4112         /*
4113          * A delayed invalidation block should already be active if
4114          * pmap_advise() or pmap_remove() called this function by way
4115          * of pmap_demote_pde_locked().
4116          */
4117         start_di = pmap_not_in_di();
4118
4119         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
4120         active_reclaims++;
4121         TAILQ_INSERT_HEAD(&pv_chunks, pc_marker, pc_lru);
4122         TAILQ_INSERT_TAIL(&pv_chunks, pc_marker_end, pc_lru);
4123         while ((pc = TAILQ_NEXT(pc_marker, pc_lru)) != pc_marker_end &&
4124             SLIST_EMPTY(&free)) {
4125                 next_pmap = pc->pc_pmap;
4126                 if (next_pmap == NULL) {
4127                         /*
4128                          * The next chunk is a marker.  However, it is
4129                          * not our marker, so active_reclaims must be
4130                          * > 1.  Consequently, the next_chunk code
4131                          * will not rotate the pv_chunks list.
4132                          */
4133                         goto next_chunk;
4134                 }
4135                 mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
4136
4137                 /*
4138                  * A pv_chunk can only be removed from the pc_lru list
4139                  * when both pc_chunks_mutex is owned and the
4140                  * corresponding pmap is locked.
4141                  */
4142                 if (pmap != next_pmap) {
4143                         reclaim_pv_chunk_leave_pmap(pmap, locked_pmap,
4144                             start_di);
4145                         pmap = next_pmap;
4146                         /* Avoid deadlock and lock recursion. */
4147                         if (pmap > locked_pmap) {
4148                                 RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
4149                                 PMAP_LOCK(pmap);
4150                                 if (start_di)
4151                                         pmap_delayed_invl_start();
4152                                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
4153                                 continue;
4154                         } else if (pmap != locked_pmap) {
4155                                 if (PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
4156                                         if (start_di)
4157                                                 pmap_delayed_invl_start();
4158                                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
4159                                         continue;
4160                                 } else {
4161                                         pmap = NULL; /* pmap is not locked */
4162                                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
4163                                         pc = TAILQ_NEXT(pc_marker, pc_lru);
4164                                         if (pc == NULL ||
4165                                             pc->pc_pmap != next_pmap)
4166                                                 continue;
4167                                         goto next_chunk;
4168                                 }
4169                         } else if (start_di)
4170                                 pmap_delayed_invl_start();
4171                         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
4172                         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
4173                         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4174                         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4175                 }
4176
4177                 /*
4178                  * Destroy every non-wired, 4 KB page mapping in the chunk.
4179                  */
4180                 freed = 0;
4181                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
4182                         for (inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
4183                             inuse != 0; inuse &= ~(1UL << bit)) {
4184                                 bit = bsfq(inuse);
4185                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
4186                                 va = pv->pv_va;
4187                                 pde = pmap_pde(pmap, va);
4188                                 if ((*pde & PG_PS) != 0)
4189                                         continue;
4190                                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
4191                                 if ((*pte & PG_W) != 0)
4192                                         continue;
4193                                 tpte = pte_load_clear(pte);
4194                                 if ((tpte & PG_G) != 0)
4195                                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
4196                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpte & PG_FRAME);
4197                                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
4198                                         vm_page_dirty(m);
4199                                 if ((tpte & PG_A) != 0)
4200                                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
4201                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
4202                                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4203                                 m->md.pv_gen++;
4204                                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
4205                                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
4206                                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4207                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
4208                                                 vm_page_aflag_clear(m,
4209                                                     PGA_WRITEABLE);
4210                                         }
4211                                 }
4212                                 pmap_delayed_invl_page(m);
4213                                 pc->pc_map[field] |= 1UL << bit;
4214                                 pmap_unuse_pt(pmap, va, *pde, &free);
4215                                 freed++;
4216                         }
4217                 }
4218                 if (freed == 0) {
4219                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
4220                         goto next_chunk;
4221                 }
4222                 /* Every freed mapping is for a 4 KB page. */
4223                 pmap_resident_count_dec(pmap, freed);
4224                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
4225                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
4226                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
4227                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4228                 if (pc->pc_map[0] == PC_FREE0 && pc->pc_map[1] == PC_FREE1 &&
4229                     pc->pc_map[2] == PC_FREE2) {
4230                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
4231                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
4232                         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
4233                         /* Entire chunk is free; return it. */
4234                         m_pc = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
4235                         dump_drop_page(m_pc->phys_addr);
4236                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
4237                         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
4238                         break;
4239                 }
4240                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4241                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
4242                 /* One freed pv entry in locked_pmap is sufficient. */
4243                 if (pmap == locked_pmap)
4244                         break;
4245 next_chunk:
4246                 TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc_marker, pc_lru);
4247                 TAILQ_INSERT_AFTER(&pv_chunks, pc, pc_marker, pc_lru);
4248                 if (active_reclaims == 1 && pmap != NULL) {
4249                         /*
4250                          * Rotate the pv chunks list so that we do not
4251                          * scan the same pv chunks that could not be
4252                          * freed (because they contained a wired
4253                          * and/or superpage mapping) on every
4254                          * invocation of reclaim_pv_chunk().
4255                          */
4256                         while ((pc = TAILQ_FIRST(&pv_chunks)) != pc_marker) {
4257                                 MPASS(pc->pc_pmap != NULL);
4258                                 TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
4259                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pv_chunks, pc, pc_lru);
4260                         }
4261                 }
4262         }
4263         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc_marker, pc_lru);
4264         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc_marker_end, pc_lru);
4265         active_reclaims--;
4266         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
4267         reclaim_pv_chunk_leave_pmap(pmap, locked_pmap, start_di);
4268         if (m_pc == NULL && !SLIST_EMPTY(&free)) {
4269                 m_pc = SLIST_FIRST(&free);
4270                 SLIST_REMOVE_HEAD(&free, plinks.s.ss);
4271                 /* Recycle a freed page table page. */
4272                 m_pc->wire_count = 1;
4273         }
4274         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
4275         return (m_pc);
4276 }
4277
4278 /*
4279  * free the pv_entry back to the free list
4280  */
4281 static void
4282 free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv)
4283 {
4284         struct pv_chunk *pc;
4285         int idx, field, bit;
4286
4287         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4288         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, 1));
4289         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, 1));
4290         PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, 1));
4291         pc = pv_to_chunk(pv);
4292         idx = pv - &pc->pc_pventry[0];
4293         field = idx / 64;
4294         bit = idx % 64;
4295         pc->pc_map[field] |= 1ul << bit;
4296         if (pc->pc_map[0] != PC_FREE0 || pc->pc_map[1] != PC_FREE1 ||
4297             pc->pc_map[2] != PC_FREE2) {
4298                 /* 98% of the time, pc is already at the head of the list. */
4299                 if (__predict_false(pc != TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk))) {
4300                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4301                         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4302                 }
4303                 return;
4304         }
4305         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4306         free_pv_chunk(pc);
4307 }
4308
4309 static void
4310 free_pv_chunk_dequeued(struct pv_chunk *pc)
4311 {
4312         vm_page_t m;
4313
4314         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
4315         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
4316         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
4317         /* entire chunk is free, return it */
4318         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
4319         dump_drop_page(m->phys_addr);
4320         vm_page_unwire_noq(m);
4321         vm_page_free(m);
4322 }
4323
4324 static void
4325 free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc)
4326 {
4327
4328         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
4329         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
4330         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
4331         free_pv_chunk_dequeued(pc);
4332 }
4333
4334 static void
4335 free_pv_chunk_batch(struct pv_chunklist *batch)
4336 {
4337         struct pv_chunk *pc, *npc;
4338
4339         if (TAILQ_EMPTY(batch))
4340                 return;
4341
4342         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
4343         TAILQ_FOREACH(pc, batch, pc_list) {
4344                 TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
4345         }
4346         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
4347
4348         TAILQ_FOREACH_SAFE(pc, batch, pc_list, npc) {
4349                 free_pv_chunk_dequeued(pc);
4350         }
4351 }
4352
4353 /*
4354  * Returns a new PV entry, allocating a new PV chunk from the system when
4355  * needed.  If this PV chunk allocation fails and a PV list lock pointer was
4356  * given, a PV chunk is reclaimed from an arbitrary pmap.  Otherwise, NULL is
4357  * returned.
4358  *
4359  * The given PV list lock may be released.
4360  */
4361 static pv_entry_t
4362 get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp)
4363 {
4364         int bit, field;
4365         pv_entry_t pv;
4366         struct pv_chunk *pc;
4367         vm_page_t m;
4368
4369         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4370         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, 1));
4371 retry:
4372         pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
4373         if (pc != NULL) {
4374                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
4375                         if (pc->pc_map[field]) {
4376                                 bit = bsfq(pc->pc_map[field]);
4377                                 break;
4378                         }
4379                 }
4380                 if (field < _NPCM) {
4381                         pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
4382                         pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
4383                         /* If this was the last item, move it to tail */
4384                         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 &&
4385                             pc->pc_map[2] == 0) {
4386                                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4387                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc,
4388                                     pc_list);
4389                         }
4390                         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
4391                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, 1));
4392                         return (pv);
4393                 }
4394         }
4395         /* No free items, allocate another chunk */
4396         m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
4397             VM_ALLOC_WIRED);
4398         if (m == NULL) {
4399                 if (lockp == NULL) {
4400                         PV_STAT(pc_chunk_tryfail++);
4401                         return (NULL);
4402                 }
4403                 m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
4404                 if (m == NULL)
4405                         goto retry;
4406         }
4407         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
4408         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
4409         dump_add_page(m->phys_addr);
4410         pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
4411         pc->pc_pmap = pmap;
4412         pc->pc_map[0] = PC_FREE0 & ~1ul;        /* preallocated bit 0 */
4413         pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
4414         pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
4415         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
4416         TAILQ_INSERT_TAIL(&pv_chunks, pc, pc_lru);
4417         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
4418         pv = &pc->pc_pventry[0];
4419         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4420         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
4421         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV - 1));
4422         return (pv);
4423 }
4424
4425 /*
4426  * Returns the number of one bits within the given PV chunk map.
4427  *
4428  * The erratas for Intel processors state that "POPCNT Instruction May
4429  * Take Longer to Execute Than Expected".  It is believed that the
4430  * issue is the spurious dependency on the destination register.
4431  * Provide a hint to the register rename logic that the destination
4432  * value is overwritten, by clearing it, as suggested in the
4433  * optimization manual.  It should be cheap for unaffected processors
4434  * as well.
4435  *
4436  * Reference numbers for erratas are
4437  * 4th Gen Core: HSD146
4438  * 5th Gen Core: BDM85
4439  * 6th Gen Core: SKL029
4440  */
4441 static int
4442 popcnt_pc_map_pq(uint64_t *map)
4443 {
4444         u_long result, tmp;
4445
4446         __asm __volatile("xorl %k0,%k0;popcntq %2,%0;"
4447             "xorl %k1,%k1;popcntq %3,%1;addl %k1,%k0;"
4448             "xorl %k1,%k1;popcntq %4,%1;addl %k1,%k0"
4449             : "=&r" (result), "=&r" (tmp)
4450             : "m" (map[0]), "m" (map[1]), "m" (map[2]));
4451         return (result);
4452 }
4453
4454 /*
4455  * Ensure that the number of spare PV entries in the specified pmap meets or
4456  * exceeds the given count, "needed".
4457  *
4458  * The given PV list lock may be released.
4459  */
4460 static void
4461 reserve_pv_entries(pmap_t pmap, int needed, struct rwlock **lockp)
4462 {
4463         struct pch new_tail;
4464         struct pv_chunk *pc;
4465         vm_page_t m;
4466         int avail, free;
4467         bool reclaimed;
4468
4469         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4470         KASSERT(lockp != NULL, ("reserve_pv_entries: lockp is NULL"));
4471
4472         /*
4473          * Newly allocated PV chunks must be stored in a private list until
4474          * the required number of PV chunks have been allocated.  Otherwise,
4475          * reclaim_pv_chunk() could recycle one of these chunks.  In
4476          * contrast, these chunks must be added to the pmap upon allocation.
4477          */
4478         TAILQ_INIT(&new_tail);
4479 retry:
4480         avail = 0;
4481         TAILQ_FOREACH(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list) {
4482 #ifndef __POPCNT__
4483                 if ((cpu_feature2 & CPUID2_POPCNT) == 0)
4484                         bit_count((bitstr_t *)pc->pc_map, 0,
4485                             sizeof(pc->pc_map) * NBBY, &free);
4486                 else
4487 #endif
4488                 free = popcnt_pc_map_pq(pc->pc_map);
4489                 if (free == 0)
4490                         break;
4491                 avail += free;
4492                 if (avail >= needed)
4493                         break;
4494         }
4495         for (reclaimed = false; avail < needed; avail += _NPCPV) {
4496                 m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
4497                     VM_ALLOC_WIRED);
4498                 if (m == NULL) {
4499                         m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
4500                         if (m == NULL)
4501                                 goto retry;
4502                         reclaimed = true;
4503                 }
4504                 PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
4505                 PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
4506                 dump_add_page(m->phys_addr);
4507                 pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
4508                 pc->pc_pmap = pmap;
4509                 pc->pc_map[0] = PC_FREE0;
4510                 pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
4511                 pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
4512                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4513                 TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail, pc, pc_lru);
4514                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
4515
4516                 /*
4517                  * The reclaim might have freed a chunk from the current pmap.
4518                  * If that chunk contained available entries, we need to
4519                  * re-count the number of available entries.
4520                  */
4521                 if (reclaimed)
4522                         goto retry;
4523         }
4524         if (!TAILQ_EMPTY(&new_tail)) {
4525                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
4526                 TAILQ_CONCAT(&pv_chunks, &new_tail, pc_lru);
4527                 mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
4528         }
4529 }
4530
4531 /*
4532  * First find and then remove the pv entry for the specified pmap and virtual
4533  * address from the specified pv list.  Returns the pv entry if found and NULL
4534  * otherwise.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or
4535  * 2MB page mappings.
4536  */
4537 static __inline pv_entry_t
4538 pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
4539 {
4540         pv_entry_t pv;
4541
4542         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
4543                 if (pmap == PV_PMAP(pv) && va == pv->pv_va) {
4544                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
4545                         pvh->pv_gen++;
4546                         break;
4547                 }
4548         }
4549         return (pv);
4550 }
4551
4552 /*
4553  * After demotion from a 2MB page mapping to 512 4KB page mappings,
4554  * destroy the pv entry for the 2MB page mapping and reinstantiate the pv
4555  * entries for each of the 4KB page mappings.
4556  */
4557 static void
4558 pmap_pv_demote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
4559     struct rwlock **lockp)
4560 {
4561         struct md_page *pvh;
4562         struct pv_chunk *pc;
4563         pv_entry_t pv;
4564         vm_offset_t va_last;
4565         vm_page_t m;
4566         int bit, field;
4567
4568         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4569         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
4570             ("pmap_pv_demote_pde: pa is not 2mpage aligned"));
4571         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
4572
4573         /*
4574          * Transfer the 2mpage's pv entry for this mapping to the first
4575          * page's pv list.  Once this transfer begins, the pv list lock
4576          * must not be released until the last pv entry is reinstantiated.
4577          */
4578         pvh = pa_to_pvh(pa);
4579         va = trunc_2mpage(va);
4580         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
4581         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_demote_pde: pv not found"));
4582         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
4583         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4584         m->md.pv_gen++;
4585         /* Instantiate the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
4586         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, NPTEPG - 1));
4587         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
4588         for (;;) {
4589                 pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
4590                 KASSERT(pc->pc_map[0] != 0 || pc->pc_map[1] != 0 ||
4591                     pc->pc_map[2] != 0, ("pmap_pv_demote_pde: missing spare"));
4592                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
4593                         while (pc->pc_map[field]) {
4594                                 bit = bsfq(pc->pc_map[field]);
4595                                 pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
4596                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
4597                                 va += PAGE_SIZE;
4598                                 pv->pv_va = va;
4599                                 m++;
4600                                 KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4601                             ("pmap_pv_demote_pde: page %p is not managed", m));
4602                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4603                                 m->md.pv_gen++;
4604                                 if (va == va_last)
4605                                         goto out;
4606                         }
4607                 }
4608                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4609                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4610         }
4611 out:
4612         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 && pc->pc_map[2] == 0) {
4613                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4614                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4615         }
4616         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, NPTEPG - 1));
4617         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, NPTEPG - 1));
4618 }
4619
4620 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
4621 /*
4622  * After promotion from 512 4KB page mappings to a single 2MB page mapping,
4623  * replace the many pv entries for the 4KB page mappings by a single pv entry
4624  * for the 2MB page mapping.
4625  */
4626 static void
4627 pmap_pv_promote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
4628     struct rwlock **lockp)
4629 {
4630         struct md_page *pvh;
4631         pv_entry_t pv;
4632         vm_offset_t va_last;
4633         vm_page_t m;
4634
4635         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
4636             ("pmap_pv_promote_pde: pa is not 2mpage aligned"));
4637         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
4638
4639         /*
4640          * Transfer the first page's pv entry for this mapping to the 2mpage's
4641          * pv list.  Aside from avoiding the cost of a call to get_pv_entry(),
4642          * a transfer avoids the possibility that get_pv_entry() calls
4643          * reclaim_pv_chunk() and that reclaim_pv_chunk() removes one of the
4644          * mappings that is being promoted.
4645          */
4646         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
4647         va = trunc_2mpage(va);
4648         pv = pmap_pvh_remove(&m->md, pmap, va);
4649         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_promote_pde: pv not found"));
4650         pvh = pa_to_pvh(pa);
4651         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
4652         pvh->pv_gen++;
4653         /* Free the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
4654         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
4655         do {
4656                 m++;
4657                 va += PAGE_SIZE;
4658                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
4659         } while (va < va_last);
4660 }
4661 #endif /* VM_NRESERVLEVEL > 0 */
4662
4663 /*
4664  * First find and then destroy the pv entry for the specified pmap and virtual
4665  * address.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or 2MB
4666  * page mappings.
4667  */
4668 static void
4669 pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
4670 {
4671         pv_entry_t pv;
4672
4673         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
4674         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pvh_free: pv not found"));
4675         free_pv_entry(pmap, pv);
4676 }
4677
4678 /*
4679  * Conditionally create the PV entry for a 4KB page mapping if the required
4680  * memory can be allocated without resorting to reclamation.
4681  */
4682 static boolean_t
4683 pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
4684     struct rwlock **lockp)
4685 {
4686         pv_entry_t pv;
4687
4688         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4689         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
4690         if ((pv = get_pv_entry(pmap, NULL)) != NULL) {
4691                 pv->pv_va = va;
4692                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
4693                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4694                 m->md.pv_gen++;
4695                 return (TRUE);
4696         } else
4697                 return (FALSE);
4698 }
4699
4700 /*
4701  * Create the PV entry for a 2MB page mapping.  Always returns true unless the
4702  * flag PMAP_ENTER_NORECLAIM is specified.  If that flag is specified, returns
4703  * false if the PV entry cannot be allocated without resorting to reclamation.
4704  */
4705 static bool
4706 pmap_pv_insert_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde, u_int flags,
4707     struct rwlock **lockp)
4708 {
4709         struct md_page *pvh;
4710         pv_entry_t pv;
4711         vm_paddr_t pa;
4712
4713         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4714         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
4715         if ((pv = get_pv_entry(pmap, (flags & PMAP_ENTER_NORECLAIM) != 0 ?
4716             NULL : lockp)) == NULL)
4717                 return (false);
4718         pv->pv_va = va;
4719         pa = pde & PG_PS_FRAME;
4720         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
4721         pvh = pa_to_pvh(pa);
4722         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
4723         pvh->pv_gen++;
4724         return (true);
4725 }
4726
4727 /*
4728  * Fills a page table page with mappings to consecutive physical pages.
4729  */
4730 static void
4731 pmap_fill_ptp(pt_entry_t *firstpte, pt_entry_t newpte)
4732 {
4733         pt_entry_t *pte;
4734
4735         for (pte = firstpte; pte < firstpte + NPTEPG; pte++) {
4736                 *pte = newpte;
4737                 newpte += PAGE_SIZE;
4738         }
4739 }
4740
4741 /*
4742  * Tries to demote a 2MB page mapping.  If demotion fails, the 2MB page
4743  * mapping is invalidated.
4744  */
4745 static boolean_t
4746 pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
4747 {
4748         struct rwlock *lock;
4749         boolean_t rv;
4750
4751         lock = NULL;
4752         rv = pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
4753         if (lock != NULL)
4754                 rw_wunlock(lock);
4755         return (rv);
4756 }
4757
4758 static void
4759 pmap_demote_pde_check(pt_entry_t *firstpte __unused, pt_entry_t newpte __unused)
4760 {
4761 #ifdef INVARIANTS
4762 #ifdef DIAGNOSTIC
4763         pt_entry_t *xpte, *ypte;
4764
4765         for (xpte = firstpte; xpte < firstpte + NPTEPG;
4766             xpte++, newpte += PAGE_SIZE) {
4767                 if ((*xpte & PG_FRAME) != (newpte & PG_FRAME)) {
4768                         printf("pmap_demote_pde: xpte %zd and newpte map "
4769                             "different pages: found %#lx, expected %#lx\n",
4770                             xpte - firstpte, *xpte, newpte);
4771                         printf("page table dump\n");
4772                         for (ypte = firstpte; ypte < firstpte + NPTEPG; ypte++)
4773                                 printf("%zd %#lx\n", ypte - firstpte, *ypte);
4774                         panic("firstpte");
4775                 }
4776         }
4777 #else
4778         KASSERT((*firstpte & PG_FRAME) == (newpte & PG_FRAME),
4779             ("pmap_demote_pde: firstpte and newpte map different physical"
4780             " addresses"));
4781 #endif
4782 #endif
4783 }
4784
4785 static void
4786 pmap_demote_pde_abort(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
4787     pd_entry_t oldpde, struct rwlock **lockp)
4788 {
4789         struct spglist free;
4790         vm_offset_t sva;
4791
4792         SLIST_INIT(&free);
4793         sva = trunc_2mpage(va);
4794         pmap_remove_pde(pmap, pde, sva, &free, lockp);
4795         if ((oldpde & pmap_global_bit(pmap)) == 0)
4796                 pmap_invalidate_pde_page(pmap, sva, oldpde);
4797         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
4798         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: failure for va %#lx in pmap %p",
4799             va, pmap);
4800 }
4801
4802 static boolean_t
4803 pmap_demote_pde_locked(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
4804     struct rwlock **lockp)
4805 {
4806         pd_entry_t newpde, oldpde;
4807         pt_entry_t *firstpte, newpte;
4808         pt_entry_t PG_A, PG_G, PG_M, PG_PKU_MASK, PG_RW, PG_V;
4809         vm_paddr_t mptepa;
4810         vm_page_t mpte;
4811         int PG_PTE_CACHE;
4812         bool in_kernel;
4813
4814         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
4815         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
4816         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4817         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4818         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4819         PG_PTE_CACHE = pmap_cache_mask(pmap, 0);
4820         PG_PKU_MASK = pmap_pku_mask_bit(pmap);
4821
4822         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4823         in_kernel = va >= VM_MAXUSER_ADDRESS;
4824         oldpde = *pde;
4825         KASSERT((oldpde & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V),
4826             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_PS and/or PG_V"));
4827
4828         /*
4829          * Invalidate the 2MB page mapping and return "failure" if the
4830          * mapping was never accessed.
4831          */
4832         if ((oldpde & PG_A) == 0) {
4833                 KASSERT((oldpde & PG_W) == 0,
4834                     ("pmap_demote_pde: a wired mapping is missing PG_A"));
4835                 pmap_demote_pde_abort(pmap, va, pde, oldpde, lockp);
4836                 return (FALSE);
4837         }
4838
4839         mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, va);
4840         if (mpte == NULL) {
4841                 KASSERT((oldpde & PG_W) == 0,
4842                     ("pmap_demote_pde: page table page for a wired mapping"
4843                     " is missing"));
4844
4845                 /*
4846                  * If the page table page is missing and the mapping
4847                  * is for a kernel address, the mapping must belong to
4848                  * the direct map.  Page table pages are preallocated
4849                  * for every other part of the kernel address space,
4850                  * so the direct map region is the only part of the
4851                  * kernel address space that must be handled here.
4852                  */
4853                 KASSERT(!in_kernel || (va >= DMAP_MIN_ADDRESS &&
4854                     va < DMAP_MAX_ADDRESS),
4855                     ("pmap_demote_pde: No saved mpte for va %#lx", va));
4856
4857                 /*
4858                  * If the 2MB page mapping belongs to the direct map
4859                  * region of the kernel's address space, then the page
4860                  * allocation request specifies the highest possible
4861                  * priority (VM_ALLOC_INTERRUPT).  Otherwise, the
4862                  * priority is normal.
4863                  */
4864                 mpte = vm_page_alloc(NULL, pmap_pde_pindex(va),
4865                     (in_kernel ? VM_ALLOC_INTERRUPT : VM_ALLOC_NORMAL) |
4866                     VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED);
4867
4868                 /*
4869                  * If the allocation of the new page table page fails,
4870                  * invalidate the 2MB page mapping and return "failure".
4871                  */
4872                 if (mpte == NULL) {
4873                         pmap_demote_pde_abort(pmap, va, pde, oldpde, lockp);
4874                         return (FALSE);
4875                 }
4876
4877                 if (!in_kernel) {
4878                         mpte->wire_count = NPTEPG;
4879                         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
4880                 }
4881         }
4882         mptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpte);
4883         firstpte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mptepa);
4884         newpde = mptepa | PG_M | PG_A | (oldpde & PG_U) | PG_RW | PG_V;
4885         KASSERT((oldpde & (PG_M | PG_RW)) != PG_RW,
4886             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_M"));
4887         newpte = oldpde & ~PG_PS;
4888         newpte = pmap_swap_pat(pmap, newpte);
4889
4890         /*
4891          * If the page table page is not leftover from an earlier promotion,
4892          * initialize it.
4893          */
4894         if (mpte->valid == 0)
4895                 pmap_fill_ptp(firstpte, newpte);
4896
4897         pmap_demote_pde_check(firstpte, newpte);
4898
4899         /*
4900          * If the mapping has changed attributes, update the page table
4901          * entries.
4902          */
4903         if ((*firstpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpte & PG_PTE_PROMOTE))
4904                 pmap_fill_ptp(firstpte, newpte);
4905
4906         /*
4907          * The spare PV entries must be reserved prior to demoting the
4908          * mapping, that is, prior to changing the PDE.  Otherwise, the state
4909          * of the PDE and the PV lists will be inconsistent, which can result
4910          * in reclaim_pv_chunk() attempting to remove a PV entry from the
4911          * wrong PV list and pmap_pv_demote_pde() failing to find the expected
4912          * PV entry for the 2MB page mapping that is being demoted.
4913          */
4914         if ((oldpde & PG_MANAGED) != 0)
4915                 reserve_pv_entries(pmap, NPTEPG - 1, lockp);
4916
4917         /*
4918          * Demote the mapping.  This pmap is locked.  The old PDE has
4919          * PG_A set.  If the old PDE has PG_RW set, it also has PG_M
4920          * set.  Thus, there is no danger of a race with another
4921          * processor changing the setting of PG_A and/or PG_M between
4922          * the read above and the store below. 
4923          */
4924         if (workaround_erratum383)
4925                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, newpde);
4926         else
4927                 pde_store(pde, newpde);
4928
4929         /*
4930          * Invalidate a stale recursive mapping of the page table page.
4931          */
4932         if (in_kernel)
4933                 pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopte(va));
4934
4935         /*
4936          * Demote the PV entry.
4937          */
4938         if ((oldpde & PG_MANAGED) != 0)
4939                 pmap_pv_demote_pde(pmap, va, oldpde & PG_PS_FRAME, lockp);
4940
4941         atomic_add_long(&pmap_pde_demotions, 1);
4942         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: success for va %#lx in pmap %p",
4943             va, pmap);
4944         return (TRUE);
4945 }
4946
4947 /*
4948  * pmap_remove_kernel_pde: Remove a kernel superpage mapping.
4949  */
4950 static void
4951 pmap_remove_kernel_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
4952 {
4953         pd_entry_t newpde;
4954         vm_paddr_t mptepa;
4955         vm_page_t mpte;
4956
4957         KASSERT(pmap == kernel_pmap, ("pmap %p is not kernel_pmap", pmap));
4958         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4959         mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, va);
4960         if (mpte == NULL)
4961                 panic("pmap_remove_kernel_pde: Missing pt page.");
4962
4963         mptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpte);
4964         newpde = mptepa | X86_PG_M | X86_PG_A | X86_PG_RW | X86_PG_V;
4965
4966         /*
4967          * If this page table page was unmapped by a promotion, then it
4968          * contains valid mappings.  Zero it to invalidate those mappings.
4969          */
4970         if (mpte->valid != 0)
4971                 pagezero((void *)PHYS_TO_DMAP(mptepa));
4972
4973         /*
4974          * Demote the mapping.
4975          */
4976         if (workaround_erratum383)
4977                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, newpde);
4978         else
4979                 pde_store(pde, newpde);
4980
4981         /*
4982          * Invalidate a stale recursive mapping of the page table page.
4983          */
4984         pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopte(va));
4985 }
4986
4987 /*
4988  * pmap_remove_pde: do the things to unmap a superpage in a process
4989  */
4990 static int
4991 pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
4992     struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
4993 {
4994         struct md_page *pvh;
4995         pd_entry_t oldpde;
4996         vm_offset_t eva, va;
4997         vm_page_t m, mpte;
4998         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW;
4999
5000         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5001         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5002         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5003         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5004
5005         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5006         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
5007             ("pmap_remove_pde: sva is not 2mpage aligned"));
5008         oldpde = pte_load_clear(pdq);
5009         if (oldpde & PG_W)
5010                 pmap->pm_stats.wired_count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
5011         if ((oldpde & PG_G) != 0)
5012                 pmap_invalidate_pde_page(kernel_pmap, sva, oldpde);
5013         pmap_resident_count_dec(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
5014         if (oldpde & PG_MANAGED) {
5015                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, oldpde & PG_PS_FRAME);
5016                 pvh = pa_to_pvh(oldpde & PG_PS_FRAME);
5017                 pmap_pvh_free(pvh, pmap, sva);
5018                 eva = sva + NBPDR;
5019                 for (va = sva, m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
5020                     va < eva; va += PAGE_SIZE, m++) {
5021                         if ((oldpde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
5022                                 vm_page_dirty(m);
5023                         if (oldpde & PG_A)
5024                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
5025                         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
5026                             TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
5027                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
5028                         pmap_delayed_invl_page(m);
5029                 }
5030         }
5031         if (pmap == kernel_pmap) {
5032                 pmap_remove_kernel_pde(pmap, pdq, sva);
5033         } else {
5034                 mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, sva);
5035                 if (mpte != NULL) {
5036                         KASSERT(mpte->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
5037                             ("pmap_remove_pde: pte page not promoted"));
5038                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
5039                         KASSERT(mpte->wire_count == NPTEPG,
5040                             ("pmap_remove_pde: pte page wire count error"));
5041                         mpte->wire_count = 0;
5042                         pmap_add_delayed_free_list(mpte, free, FALSE);
5043                 }
5044         }
5045         return (pmap_unuse_pt(pmap, sva, *pmap_pdpe(pmap, sva), free));
5046 }
5047
5048 /*
5049  * pmap_remove_pte: do the things to unmap a page in a process
5050  */
5051 static int
5052 pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t va, 
5053     pd_entry_t ptepde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
5054 {
5055         struct md_page *pvh;
5056         pt_entry_t oldpte, PG_A, PG_M, PG_RW;
5057         vm_page_t m;
5058
5059         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5060         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5061         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5062
5063         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5064         oldpte = pte_load_clear(ptq);
5065         if (oldpte & PG_W)
5066                 pmap->pm_stats.wired_count -= 1;
5067         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
5068         if (oldpte & PG_MANAGED) {
5069                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpte & PG_FRAME);
5070                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
5071                         vm_page_dirty(m);
5072                 if (oldpte & PG_A)
5073                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
5074                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
5075                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
5076                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
5077                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5078                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5079                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
5080                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
5081                 }
5082                 pmap_delayed_invl_page(m);
5083         }
5084         return (pmap_unuse_pt(pmap, va, ptepde, free));
5085 }
5086
5087 /*
5088  * Remove a single page from a process address space
5089  */
5090 static void
5091 pmap_remove_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
5092     struct spglist *free)
5093 {
5094         struct rwlock *lock;
5095         pt_entry_t *pte, PG_V;
5096
5097         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5098         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5099         if ((*pde & PG_V) == 0)
5100                 return;
5101         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
5102         if ((*pte & PG_V) == 0)
5103                 return;
5104         lock = NULL;
5105         pmap_remove_pte(pmap, pte, va, *pde, free, &lock);
5106         if (lock != NULL)
5107                 rw_wunlock(lock);
5108         pmap_invalidate_page(pmap, va);
5109 }
5110
5111 /*
5112  * Removes the specified range of addresses from the page table page.
5113  */
5114 static bool
5115 pmap_remove_ptes(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
5116     pd_entry_t *pde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
5117 {
5118         pt_entry_t PG_G, *pte;
5119         vm_offset_t va;
5120         bool anyvalid;
5121
5122         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5123         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5124         anyvalid = false;
5125         va = eva;
5126         for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != eva; pte++,
5127             sva += PAGE_SIZE) {
5128                 if (*pte == 0) {
5129                         if (va != eva) {
5130                                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
5131                                 va = eva;
5132                         }
5133                         continue;
5134                 }
5135                 if ((*pte & PG_G) == 0)
5136                         anyvalid = true;
5137                 else if (va == eva)
5138                         va = sva;
5139                 if (pmap_remove_pte(pmap, pte, sva, *pde, free, lockp)) {
5140                         sva += PAGE_SIZE;
5141                         break;
5142                 }
5143         }
5144         if (va != eva)
5145                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
5146         return (anyvalid);
5147 }
5148
5149 /*
5150  *      Remove the given range of addresses from the specified map.
5151  *
5152  *      It is assumed that the start and end are properly
5153  *      rounded to the page size.
5154  */
5155 void
5156 pmap_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
5157 {
5158         struct rwlock *lock;
5159         vm_offset_t va_next;
5160         pml4_entry_t *pml4e;
5161         pdp_entry_t *pdpe;
5162         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
5163         pt_entry_t PG_G, PG_V;
5164         struct spglist free;
5165         int anyvalid;
5166
5167         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5168         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5169
5170         /*
5171          * Perform an unsynchronized read.  This is, however, safe.
5172          */
5173         if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
5174                 return;
5175
5176         anyvalid = 0;
5177         SLIST_INIT(&free);
5178
5179         pmap_delayed_invl_start();
5180         PMAP_LOCK(pmap);
5181         pmap_pkru_on_remove(pmap, sva, eva);
5182
5183         /*
5184          * special handling of removing one page.  a very
5185          * common operation and easy to short circuit some
5186          * code.
5187          */
5188         if (sva + PAGE_SIZE == eva) {
5189                 pde = pmap_pde(pmap, sva);
5190                 if (pde && (*pde & PG_PS) == 0) {
5191                         pmap_remove_page(pmap, sva, pde, &free);
5192                         goto out;
5193                 }
5194         }
5195
5196         lock = NULL;
5197         for (; sva < eva; sva = va_next) {
5198
5199                 if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
5200                         break;
5201
5202                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
5203                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
5204                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
5205                         if (va_next < sva)
5206                                 va_next = eva;
5207                         continue;
5208                 }
5209
5210                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
5211                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
5212                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
5213                         if (va_next < sva)
5214                                 va_next = eva;
5215                         continue;
5216                 }
5217
5218                 /*
5219                  * Calculate index for next page table.
5220                  */
5221                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
5222                 if (va_next < sva)
5223                         va_next = eva;
5224
5225                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
5226                 ptpaddr = *pde;
5227
5228                 /*
5229                  * Weed out invalid mappings.
5230                  */
5231                 if (ptpaddr == 0)
5232                         continue;
5233
5234                 /*
5235                  * Check for large page.
5236                  */
5237                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
5238                         /*
5239                          * Are we removing the entire large page?  If not,
5240                          * demote the mapping and fall through.
5241                          */
5242                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
5243                                 /*
5244                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
5245                                  * invalidated by pmap_remove_pde().
5246                                  */
5247                                 if ((ptpaddr & PG_G) == 0)
5248                                         anyvalid = 1;
5249                                 pmap_remove_pde(pmap, pde, sva, &free, &lock);
5250                                 continue;
5251                         } else if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, sva,
5252                             &lock)) {
5253                                 /* The large page mapping was destroyed. */
5254                                 continue;
5255                         } else
5256                                 ptpaddr = *pde;
5257                 }
5258
5259                 /*
5260                  * Limit our scan to either the end of the va represented
5261                  * by the current page table page, or to the end of the
5262                  * range being removed.
5263                  */
5264                 if (va_next > eva)
5265                         va_next = eva;
5266
5267                 if (pmap_remove_ptes(pmap, sva, va_next, pde, &free, &lock))
5268                         anyvalid = 1;
5269         }
5270         if (lock != NULL)
5271                 rw_wunlock(lock);
5272 out:
5273         if (anyvalid)
5274                 pmap_invalidate_all(pmap);
5275         PMAP_UNLOCK(pmap);
5276         pmap_delayed_invl_finish();
5277         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
5278 }
5279
5280 /*
5281  *      Routine:        pmap_remove_all
5282  *      Function:
5283  *              Removes this physical page from
5284  *              all physical maps in which it resides.
5285  *              Reflects back modify bits to the pager.
5286  *
5287  *      Notes:
5288  *              Original versions of this routine were very
5289  *              inefficient because they iteratively called
5290  *              pmap_remove (slow...)
5291  */
5292
5293 void
5294 pmap_remove_all(vm_page_t m)
5295 {
5296         struct md_page *pvh;
5297         pv_entry_t pv;
5298         pmap_t pmap;
5299         struct rwlock *lock;
5300         pt_entry_t *pte, tpte, PG_A, PG_M, PG_RW;
5301         pd_entry_t *pde;
5302         vm_offset_t va;
5303         struct spglist free;
5304         int pvh_gen, md_gen;
5305
5306         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5307             ("pmap_remove_all: page %p is not managed", m));
5308         SLIST_INIT(&free);
5309         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5310         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
5311             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5312 retry:
5313         rw_wlock(lock);
5314         while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != NULL) {
5315                 pmap = PV_PMAP(pv);
5316                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5317                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5318                         rw_wunlock(lock);
5319                         PMAP_LOCK(pmap);
5320                         rw_wlock(lock);
5321                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
5322                                 rw_wunlock(lock);
5323                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5324                                 goto retry;
5325                         }
5326                 }
5327                 va = pv->pv_va;
5328                 pde = pmap_pde(pmap, va);
5329                 (void)pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
5330                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5331         }
5332         while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
5333                 pmap = PV_PMAP(pv);
5334                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5335                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5336                         md_gen = m->md.pv_gen;
5337                         rw_wunlock(lock);
5338                         PMAP_LOCK(pmap);
5339                         rw_wlock(lock);
5340                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
5341                                 rw_wunlock(lock);
5342                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5343                                 goto retry;
5344                         }
5345                 }
5346                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5347                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5348                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5349                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
5350                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
5351                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_remove_all: found"
5352                     " a 2mpage in page %p's pv list", m));
5353                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
5354                 tpte = pte_load_clear(pte);
5355                 if (tpte & PG_W)
5356                         pmap->pm_stats.wired_count--;
5357                 if (tpte & PG_A)
5358                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
5359
5360                 /*
5361                  * Update the vm_page_t clean and reference bits.
5362                  */
5363                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
5364                         vm_page_dirty(m);
5365                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, *pde, &free);
5366                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
5367                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5368                 m->md.pv_gen++;
5369                 free_pv_entry(pmap, pv);
5370                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5371         }
5372         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
5373         rw_wunlock(lock);
5374         pmap_delayed_invl_wait(m);
5375         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
5376 }
5377
5378 /*
5379  * pmap_protect_pde: do the things to protect a 2mpage in a process
5380  */
5381 static boolean_t
5382 pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva, vm_prot_t prot)
5383 {
5384         pd_entry_t newpde, oldpde;
5385         vm_page_t m, mt;
5386         boolean_t anychanged;
5387         pt_entry_t PG_G, PG_M, PG_RW;
5388
5389         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5390         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5391         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5392
5393         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5394         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
5395             ("pmap_protect_pde: sva is not 2mpage aligned"));
5396         anychanged = FALSE;
5397 retry:
5398         oldpde = newpde = *pde;
5399         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
5400                 if ((oldpde & (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) ==
5401                     (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) {
5402                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
5403                         for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
5404                                 vm_page_dirty(mt);
5405                 }
5406                 newpde &= ~(PG_RW | PG_M);
5407         }
5408         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
5409                 newpde |= pg_nx;
5410         if (newpde != oldpde) {
5411                 /*
5412                  * As an optimization to future operations on this PDE, clear
5413                  * PG_PROMOTED.  The impending invalidation will remove any
5414                  * lingering 4KB page mappings from the TLB.
5415                  */
5416                 if (!atomic_cmpset_long(pde, oldpde, newpde & ~PG_PROMOTED))
5417                         goto retry;
5418                 if ((oldpde & PG_G) != 0)
5419                         pmap_invalidate_pde_page(kernel_pmap, sva, oldpde);
5420                 else
5421                         anychanged = TRUE;
5422         }
5423         return (anychanged);
5424 }
5425
5426 /*
5427  *      Set the physical protection on the
5428  *      specified range of this map as requested.
5429  */
5430 void
5431 pmap_protect(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, vm_prot_t prot)
5432 {
5433         vm_offset_t va_next;
5434         pml4_entry_t *pml4e;
5435         pdp_entry_t *pdpe;
5436         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
5437         pt_entry_t *pte, PG_G, PG_M, PG_RW, PG_V;
5438         boolean_t anychanged;
5439
5440         KASSERT((prot & ~VM_PROT_ALL) == 0, ("invalid prot %x", prot));
5441         if (prot == VM_PROT_NONE) {
5442                 pmap_remove(pmap, sva, eva);
5443                 return;
5444         }
5445
5446         if ((prot & (VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE)) ==
5447             (VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE))
5448                 return;
5449
5450         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5451         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5452         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5453         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5454         anychanged = FALSE;
5455
5456         /*
5457          * Although this function delays and batches the invalidation
5458          * of stale TLB entries, it does not need to call
5459          * pmap_delayed_invl_start() and
5460          * pmap_delayed_invl_finish(), because it does not
5461          * ordinarily destroy mappings.  Stale TLB entries from
5462          * protection-only changes need only be invalidated before the
5463          * pmap lock is released, because protection-only changes do
5464          * not destroy PV entries.  Even operations that iterate over
5465          * a physical page's PV list of mappings, like
5466          * pmap_remove_write(), acquire the pmap lock for each
5467          * mapping.  Consequently, for protection-only changes, the
5468          * pmap lock suffices to synchronize both page table and TLB
5469          * updates.
5470          *
5471          * This function only destroys a mapping if pmap_demote_pde()
5472          * fails.  In that case, stale TLB entries are immediately
5473          * invalidated.
5474          */
5475         
5476         PMAP_LOCK(pmap);
5477         for (; sva < eva; sva = va_next) {
5478
5479                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
5480                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
5481                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
5482                         if (va_next < sva)
5483                                 va_next = eva;
5484                         continue;
5485                 }
5486
5487                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
5488                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
5489                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
5490                         if (va_next < sva)
5491                                 va_next = eva;
5492                         continue;
5493                 }
5494
5495                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
5496                 if (va_next < sva)
5497                         va_next = eva;
5498
5499                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
5500                 ptpaddr = *pde;
5501
5502                 /*
5503                  * Weed out invalid mappings.
5504                  */
5505                 if (ptpaddr == 0)
5506                         continue;
5507
5508                 /*
5509                  * Check for large page.
5510                  */
5511                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
5512                         /*
5513                          * Are we protecting the entire large page?  If not,
5514                          * demote the mapping and fall through.
5515                          */
5516                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
5517                                 /*
5518                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
5519                                  * invalidated by pmap_protect_pde().
5520                                  */
5521                                 if (pmap_protect_pde(pmap, pde, sva, prot))
5522                                         anychanged = TRUE;
5523                                 continue;
5524                         } else if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, sva)) {
5525                                 /*
5526                                  * The large page mapping was destroyed.
5527                                  */
5528                                 continue;
5529                         }
5530                 }
5531
5532                 if (va_next > eva)
5533                         va_next = eva;
5534
5535                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
5536                     sva += PAGE_SIZE) {
5537                         pt_entry_t obits, pbits;
5538                         vm_page_t m;
5539
5540 retry:
5541                         obits = pbits = *pte;
5542                         if ((pbits & PG_V) == 0)
5543                                 continue;
5544
5545                         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
5546                                 if ((pbits & (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) ==
5547                                     (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) {
5548                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pbits & PG_FRAME);
5549                                         vm_page_dirty(m);
5550                                 }
5551                                 pbits &= ~(PG_RW | PG_M);
5552                         }
5553                         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
5554                                 pbits |= pg_nx;
5555
5556                         if (pbits != obits) {
5557                                 if (!atomic_cmpset_long(pte, obits, pbits))
5558                                         goto retry;
5559                                 if (obits & PG_G)
5560                                         pmap_invalidate_page(pmap, sva);
5561                                 else
5562                                         anychanged = TRUE;
5563                         }
5564                 }
5565         }
5566         if (anychanged)
5567                 pmap_invalidate_all(pmap);
5568         PMAP_UNLOCK(pmap);
5569 }
5570
5571 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
5572 static bool
5573 pmap_pde_ept_executable(pmap_t pmap, pd_entry_t pde)
5574 {
5575
5576         if (pmap->pm_type != PT_EPT)
5577                 return (false);
5578         return ((pde & EPT_PG_EXECUTE) != 0);
5579 }
5580
5581 /*
5582  * Tries to promote the 512, contiguous 4KB page mappings that are within a
5583  * single page table page (PTP) to a single 2MB page mapping.  For promotion
5584  * to occur, two conditions must be met: (1) the 4KB page mappings must map
5585  * aligned, contiguous physical memory and (2) the 4KB page mappings must have
5586  * identical characteristics. 
5587  */
5588 static void
5589 pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
5590     struct rwlock **lockp)
5591 {
5592         pd_entry_t newpde;
5593         pt_entry_t *firstpte, oldpte, pa, *pte;
5594         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V, PG_PKU_MASK;
5595         vm_page_t mpte;
5596         int PG_PTE_CACHE;
5597
5598         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5599         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5600         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5601         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5602         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5603         PG_PKU_MASK = pmap_pku_mask_bit(pmap);
5604         PG_PTE_CACHE = pmap_cache_mask(pmap, 0);
5605
5606         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5607
5608         /*
5609          * Examine the first PTE in the specified PTP.  Abort if this PTE is
5610          * either invalid, unused, or does not map the first 4KB physical page
5611          * within a 2MB page. 
5612          */
5613         firstpte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pde & PG_FRAME);
5614 setpde:
5615         newpde = *firstpte;
5616         if ((newpde & ((PG_FRAME & PDRMASK) | PG_A | PG_V)) != (PG_A | PG_V) ||
5617             !pmap_allow_2m_x_page(pmap, pmap_pde_ept_executable(pmap,
5618             newpde))) {
5619                 atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
5620                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
5621                     " in pmap %p", va, pmap);
5622                 return;
5623         }
5624         if ((newpde & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
5625                 /*
5626                  * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared without
5627                  * a TLB invalidation.
5628                  */
5629                 if (!atomic_cmpset_long(firstpte, newpde, newpde & ~PG_RW))
5630                         goto setpde;
5631                 newpde &= ~PG_RW;
5632         }
5633
5634         /*
5635          * Examine each of the other PTEs in the specified PTP.  Abort if this
5636          * PTE maps an unexpected 4KB physical page or does not have identical
5637          * characteristics to the first PTE.
5638          */
5639         pa = (newpde & (PG_PS_FRAME | PG_A | PG_V)) + NBPDR - PAGE_SIZE;
5640         for (pte = firstpte + NPTEPG - 1; pte > firstpte; pte--) {
5641 setpte:
5642                 oldpte = *pte;
5643                 if ((oldpte & (PG_FRAME | PG_A | PG_V)) != pa) {
5644                         atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
5645                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
5646                             " in pmap %p", va, pmap);
5647                         return;
5648                 }
5649                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
5650                         /*
5651                          * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared
5652                          * without a TLB invalidation.
5653                          */
5654                         if (!atomic_cmpset_long(pte, oldpte, oldpte & ~PG_RW))
5655                                 goto setpte;
5656                         oldpte &= ~PG_RW;
5657                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: protect for va %#lx"
5658                             " in pmap %p", (oldpte & PG_FRAME & PDRMASK) |
5659                             (va & ~PDRMASK), pmap);
5660                 }
5661                 if ((oldpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpde & PG_PTE_PROMOTE)) {
5662                         atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
5663                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
5664                             " in pmap %p", va, pmap);
5665                         return;
5666                 }
5667                 pa -= PAGE_SIZE;
5668         }
5669
5670         /*
5671          * Save the page table page in its current state until the PDE
5672          * mapping the superpage is demoted by pmap_demote_pde() or
5673          * destroyed by pmap_remove_pde(). 
5674          */
5675         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
5676         KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
5677             mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
5678             ("pmap_promote_pde: page table page is out of range"));
5679         KASSERT(mpte->pindex == pmap_pde_pindex(va),
5680             ("pmap_promote_pde: page table page's pindex is wrong"));
5681         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mpte, true)) {
5682                 atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
5683                 CTR2(KTR_PMAP,
5684                     "pmap_promote_pde: failure for va %#lx in pmap %p", va,
5685                     pmap);
5686                 return;
5687         }
5688
5689         /*
5690          * Promote the pv entries.
5691          */
5692         if ((newpde & PG_MANAGED) != 0)
5693                 pmap_pv_promote_pde(pmap, va, newpde & PG_PS_FRAME, lockp);
5694
5695         /*
5696          * Propagate the PAT index to its proper position.
5697          */
5698         newpde = pmap_swap_pat(pmap, newpde);
5699
5700         /*
5701          * Map the superpage.
5702          */
5703         if (workaround_erratum383)
5704                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, PG_PS | newpde);
5705         else
5706                 pde_store(pde, PG_PROMOTED | PG_PS | newpde);
5707
5708         atomic_add_long(&pmap_pde_promotions, 1);
5709         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: success for va %#lx"
5710             " in pmap %p", va, pmap);
5711 }
5712 #endif /* VM_NRESERVLEVEL > 0 */
5713
5714 /*
5715  *      Insert the given physical page (p) at
5716  *      the specified virtual address (v) in the
5717  *      target physical map with the protection requested.
5718  *
5719  *      If specified, the page will be wired down, meaning
5720  *      that the related pte can not be reclaimed.
5721  *
5722  *      NB:  This is the only routine which MAY NOT lazy-evaluate
5723  *      or lose information.  That is, this routine must actually
5724  *      insert this page into the given map NOW.
5725  *
5726  *      When destroying both a page table and PV entry, this function
5727  *      performs the TLB invalidation before releasing the PV list
5728  *      lock, so we do not need pmap_delayed_invl_page() calls here.
5729  */
5730 int
5731 pmap_enter(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
5732     u_int flags, int8_t psind)
5733 {
5734         struct rwlock *lock;
5735         pd_entry_t *pde;
5736         pt_entry_t *pte, PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
5737         pt_entry_t newpte, origpte;
5738         pv_entry_t pv;
5739         vm_paddr_t opa, pa;
5740         vm_page_t mpte, om;
5741         int rv;
5742         boolean_t nosleep;
5743
5744         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5745         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5746         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5747         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5748         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5749
5750         va = trunc_page(va);
5751         KASSERT(va <= VM_MAX_KERNEL_ADDRESS, ("pmap_enter: toobig"));
5752         KASSERT(va < UPT_MIN_ADDRESS || va >= UPT_MAX_ADDRESS,
5753             ("pmap_enter: invalid to pmap_enter page table pages (va: 0x%lx)",
5754             va));
5755         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0 || va < kmi.clean_sva ||
5756             va >= kmi.clean_eva,
5757             ("pmap_enter: managed mapping within the clean submap"));
5758         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 && !vm_page_xbusied(m))
5759                 VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m->object);
5760         KASSERT((flags & PMAP_ENTER_RESERVED) == 0,
5761             ("pmap_enter: flags %u has reserved bits set", flags));
5762         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
5763         newpte = (pt_entry_t)(pa | PG_A | PG_V);
5764         if ((flags & VM_PROT_WRITE) != 0)
5765                 newpte |= PG_M;
5766         if ((prot & VM_PROT_WRITE) != 0)
5767                 newpte |= PG_RW;
5768         KASSERT((newpte & (PG_M | PG_RW)) != PG_M,
5769             ("pmap_enter: flags includes VM_PROT_WRITE but prot doesn't"));
5770         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
5771                 newpte |= pg_nx;
5772         if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) != 0)
5773                 newpte |= PG_W;
5774         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
5775                 newpte |= PG_U;
5776         if (pmap == kernel_pmap)
5777                 newpte |= PG_G;
5778         newpte |= pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, psind > 0);
5779
5780         /*
5781          * Set modified bit gratuitously for writeable mappings if
5782          * the page is unmanaged. We do not want to take a fault
5783          * to do the dirty bit accounting for these mappings.
5784          */
5785         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0) {
5786                 if ((newpte & PG_RW) != 0)
5787                         newpte |= PG_M;
5788         } else
5789                 newpte |= PG_MANAGED;
5790
5791         lock = NULL;
5792         PMAP_LOCK(pmap);
5793         if (psind == 1) {
5794                 /* Assert the required virtual and physical alignment. */ 
5795                 KASSERT((va & PDRMASK) == 0, ("pmap_enter: va unaligned"));
5796                 KASSERT(m->psind > 0, ("pmap_enter: m->psind < psind"));
5797                 rv = pmap_enter_pde(pmap, va, newpte | PG_PS, flags, m, &lock);
5798                 goto out;
5799         }
5800         mpte = NULL;
5801
5802         /*
5803          * In the case that a page table page is not
5804          * resident, we are creating it here.
5805          */
5806 retry:
5807         pde = pmap_pde(pmap, va);
5808         if (pde != NULL && (*pde & PG_V) != 0 && ((*pde & PG_PS) == 0 ||
5809             pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock))) {
5810                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
5811                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS && mpte == NULL) {
5812                         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
5813                         mpte->wire_count++;
5814                 }
5815         } else if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
5816                 /*
5817                  * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been
5818                  * deallocated.
5819                  */
5820                 nosleep = (flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0;
5821                 mpte = _pmap_allocpte(pmap, pmap_pde_pindex(va),
5822                     nosleep ? NULL : &lock);
5823                 if (mpte == NULL && nosleep) {
5824                         rv = KERN_RESOURCE_SHORTAGE;
5825                         goto out;
5826                 }
5827                 goto retry;
5828         } else
5829                 panic("pmap_enter: invalid page directory va=%#lx", va);
5830
5831         origpte = *pte;
5832         pv = NULL;
5833         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS && pmap->pm_type == PT_X86)
5834                 newpte |= pmap_pkru_get(pmap, va);
5835
5836         /*
5837          * Is the specified virtual address already mapped?
5838          */
5839         if ((origpte & PG_V) != 0) {
5840                 /*
5841                  * Wiring change, just update stats. We don't worry about
5842                  * wiring PT pages as they remain resident as long as there
5843                  * are valid mappings in them. Hence, if a user page is wired,
5844                  * the PT page will be also.
5845                  */
5846                 if ((newpte & PG_W) != 0 && (origpte & PG_W) == 0)
5847                         pmap->pm_stats.wired_count++;
5848                 else if ((newpte & PG_W) == 0 && (origpte & PG_W) != 0)
5849                         pmap->pm_stats.wired_count--;
5850
5851                 /*
5852                  * Remove the extra PT page reference.
5853                  */
5854                 if (mpte != NULL) {
5855                         mpte->wire_count--;
5856                         KASSERT(mpte->wire_count > 0,
5857                             ("pmap_enter: missing reference to page table page,"
5858                              " va: 0x%lx", va));
5859                 }
5860
5861                 /*
5862                  * Has the physical page changed?
5863                  */
5864                 opa = origpte & PG_FRAME;
5865                 if (opa == pa) {
5866                         /*
5867                          * No, might be a protection or wiring change.
5868                          */
5869                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0 &&
5870                             (newpte & PG_RW) != 0)
5871                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
5872                         if (((origpte ^ newpte) & ~(PG_M | PG_A)) == 0)
5873                                 goto unchanged;
5874                         goto validate;
5875                 }
5876
5877                 /*
5878                  * The physical page has changed.  Temporarily invalidate
5879                  * the mapping.  This ensures that all threads sharing the
5880                  * pmap keep a consistent view of the mapping, which is
5881                  * necessary for the correct handling of COW faults.  It
5882                  * also permits reuse of the old mapping's PV entry,
5883                  * avoiding an allocation.
5884                  *
5885                  * For consistency, handle unmanaged mappings the same way.
5886                  */
5887                 origpte = pte_load_clear(pte);
5888                 KASSERT((origpte & PG_FRAME) == opa,
5889                     ("pmap_enter: unexpected pa update for %#lx", va));
5890                 if ((origpte & PG_MANAGED) != 0) {
5891                         om = PHYS_TO_VM_PAGE(opa);
5892
5893                         /*
5894                          * The pmap lock is sufficient to synchronize with
5895                          * concurrent calls to pmap_page_test_mappings() and
5896                          * pmap_ts_referenced().
5897                          */
5898                         if ((origpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
5899                                 vm_page_dirty(om);
5900                         if ((origpte & PG_A) != 0)
5901                                 vm_page_aflag_set(om, PGA_REFERENCED);
5902                         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, opa);
5903                         pv = pmap_pvh_remove(&om->md, pmap, va);
5904                         KASSERT(pv != NULL,
5905                             ("pmap_enter: no PV entry for %#lx", va));
5906                         if ((newpte & PG_MANAGED) == 0)
5907                                 free_pv_entry(pmap, pv);
5908                         if ((om->aflags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
5909                             TAILQ_EMPTY(&om->md.pv_list) &&
5910                             ((om->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
5911                             TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(opa)->pv_list)))
5912                                 vm_page_aflag_clear(om, PGA_WRITEABLE);
5913                 }
5914                 if ((origpte & PG_A) != 0)
5915                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
5916                 origpte = 0;
5917         } else {
5918                 /*
5919                  * Increment the counters.
5920                  */
5921                 if ((newpte & PG_W) != 0)
5922                         pmap->pm_stats.wired_count++;
5923                 pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
5924         }
5925
5926         /*
5927          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
5928          */
5929         if ((newpte & PG_MANAGED) != 0) {
5930                 if (pv == NULL) {
5931                         pv = get_pv_entry(pmap, &lock);
5932                         pv->pv_va = va;
5933                 }
5934                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, pa);
5935                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5936                 m->md.pv_gen++;
5937                 if ((newpte & PG_RW) != 0)
5938                         vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
5939         }
5940
5941         /*
5942          * Update the PTE.
5943          */
5944         if ((origpte & PG_V) != 0) {
5945 validate:
5946                 origpte = pte_load_store(pte, newpte);
5947                 KASSERT((origpte & PG_FRAME) == pa,
5948                     ("pmap_enter: unexpected pa update for %#lx", va));
5949                 if ((newpte & PG_M) == 0 && (origpte & (PG_M | PG_RW)) ==
5950                     (PG_M | PG_RW)) {
5951                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0)
5952                                 vm_page_dirty(m);
5953
5954                         /*
5955                          * Although the PTE may still have PG_RW set, TLB
5956                          * invalidation may nonetheless be required because
5957                          * the PTE no longer has PG_M set.
5958                          */
5959                 } else if ((origpte & PG_NX) != 0 || (newpte & PG_NX) == 0) {
5960                         /*
5961                          * This PTE change does not require TLB invalidation.
5962                          */
5963                         goto unchanged;
5964                 }
5965                 if ((origpte & PG_A) != 0)
5966                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
5967         } else
5968                 pte_store(pte, newpte);
5969
5970 unchanged:
5971
5972 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
5973         /*
5974          * If both the page table page and the reservation are fully
5975          * populated, then attempt promotion.
5976          */
5977         if ((mpte == NULL || mpte->wire_count == NPTEPG) &&
5978             pmap_ps_enabled(pmap) &&
5979             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
5980             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0)
5981                 pmap_promote_pde(pmap, pde, va, &lock);
5982 #endif
5983
5984         rv = KERN_SUCCESS;
5985 out:
5986         if (lock != NULL)
5987                 rw_wunlock(lock);
5988         PMAP_UNLOCK(pmap);
5989         return (rv);
5990 }
5991
5992 /*
5993  * Tries to create a read- and/or execute-only 2MB page mapping.  Returns true
5994  * if successful.  Returns false if (1) a page table page cannot be allocated
5995  * without sleeping, (2) a mapping already exists at the specified virtual
5996  * address, or (3) a PV entry cannot be allocated without reclaiming another
5997  * PV entry.
5998  */
5999 static bool
6000 pmap_enter_2mpage(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
6001     struct rwlock **lockp)
6002 {
6003         pd_entry_t newpde;
6004         pt_entry_t PG_V;
6005
6006         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6007         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6008         newpde = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, 1) |
6009             PG_PS | PG_V;
6010         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
6011                 newpde |= PG_MANAGED;
6012         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
6013                 newpde |= pg_nx;
6014         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
6015                 newpde |= PG_U;
6016         return (pmap_enter_pde(pmap, va, newpde, PMAP_ENTER_NOSLEEP |
6017             PMAP_ENTER_NOREPLACE | PMAP_ENTER_NORECLAIM, NULL, lockp) ==
6018             KERN_SUCCESS);
6019 }
6020
6021 /*
6022  * Tries to create the specified 2MB page mapping.  Returns KERN_SUCCESS if
6023  * the mapping was created, and either KERN_FAILURE or KERN_RESOURCE_SHORTAGE
6024  * otherwise.  Returns KERN_FAILURE if PMAP_ENTER_NOREPLACE was specified and
6025  * a mapping already exists at the specified virtual address.  Returns
6026  * KERN_RESOURCE_SHORTAGE if PMAP_ENTER_NOSLEEP was specified and a page table
6027  * page allocation failed.  Returns KERN_RESOURCE_SHORTAGE if
6028  * PMAP_ENTER_NORECLAIM was specified and a PV entry allocation failed.
6029  *
6030  * The parameter "m" is only used when creating a managed, writeable mapping.
6031  */
6032 static int
6033 pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t newpde, u_int flags,
6034     vm_page_t m, struct rwlock **lockp)
6035 {
6036         struct spglist free;
6037         pd_entry_t oldpde, *pde;
6038         pt_entry_t PG_G, PG_RW, PG_V;
6039         vm_page_t mt, pdpg;
6040
6041         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
6042         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6043         KASSERT((newpde & (pmap_modified_bit(pmap) | PG_RW)) != PG_RW,
6044             ("pmap_enter_pde: newpde is missing PG_M"));
6045         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6046         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6047
6048         if (!pmap_allow_2m_x_page(pmap, pmap_pde_ept_executable(pmap,
6049             newpde))) {
6050                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: 2m x blocked for va %#lx"
6051                     " in pmap %p", va, pmap);
6052                 return (KERN_FAILURE);
6053         }
6054         if ((pdpg = pmap_allocpde(pmap, va, (flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0 ?
6055             NULL : lockp)) == NULL) {
6056                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
6057                     " in pmap %p", va, pmap);
6058                 return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
6059         }
6060
6061         /*
6062          * If pkru is not same for the whole pde range, return failure
6063          * and let vm_fault() cope.  Check after pde allocation, since
6064          * it could sleep.
6065          */
6066         if (!pmap_pkru_same(pmap, va, va + NBPDR)) {
6067                 SLIST_INIT(&free);
6068                 if (pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdpg, &free)) {
6069                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
6070                         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
6071                 }
6072                 return (KERN_FAILURE);
6073         }
6074         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS && pmap->pm_type == PT_X86) {
6075                 newpde &= ~X86_PG_PKU_MASK;
6076                 newpde |= pmap_pkru_get(pmap, va);
6077         }
6078
6079         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pdpg));
6080         pde = &pde[pmap_pde_index(va)];
6081         oldpde = *pde;
6082         if ((oldpde & PG_V) != 0) {
6083                 KASSERT(pdpg->wire_count > 1,
6084                     ("pmap_enter_pde: pdpg's wire count is too low"));
6085                 if ((flags & PMAP_ENTER_NOREPLACE) != 0) {
6086                         pdpg->wire_count--;
6087                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
6088                             " in pmap %p", va, pmap);
6089                         return (KERN_FAILURE);
6090                 }
6091                 /* Break the existing mapping(s). */
6092                 SLIST_INIT(&free);
6093                 if ((oldpde & PG_PS) != 0) {
6094                         /*
6095                          * The reference to the PD page that was acquired by
6096                          * pmap_allocpde() ensures that it won't be freed.
6097                          * However, if the PDE resulted from a promotion, then
6098                          * a reserved PT page could be freed.
6099                          */
6100                         (void)pmap_remove_pde(pmap, pde, va, &free, lockp);
6101                         if ((oldpde & PG_G) == 0)
6102                                 pmap_invalidate_pde_page(pmap, va, oldpde);
6103                 } else {
6104                         pmap_delayed_invl_start();
6105                         if (pmap_remove_ptes(pmap, va, va + NBPDR, pde, &free,
6106                             lockp))
6107                                pmap_invalidate_all(pmap);
6108                         pmap_delayed_invl_finish();
6109                 }
6110                 vm_page_free_pages_toq(&free, true);
6111                 if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS) {
6112                         /*
6113                          * Both pmap_remove_pde() and pmap_remove_ptes() will
6114                          * leave the kernel page table page zero filled.
6115                          */
6116                         mt = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
6117                         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mt, false))
6118                                 panic("pmap_enter_pde: trie insert failed");
6119                 } else
6120                         KASSERT(*pde == 0, ("pmap_enter_pde: non-zero pde %p",
6121                             pde));
6122         }
6123         if ((newpde & PG_MANAGED) != 0) {
6124                 /*
6125                  * Abort this mapping if its PV entry could not be created.
6126                  */
6127                 if (!pmap_pv_insert_pde(pmap, va, newpde, flags, lockp)) {
6128                         SLIST_INIT(&free);
6129                         if (pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdpg, &free)) {
6130                                 /*
6131                                  * Although "va" is not mapped, paging-
6132                                  * structure caches could nonetheless have
6133                                  * entries that refer to the freed page table
6134                                  * pages.  Invalidate those entries.
6135                                  */
6136                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
6137                                 vm_page_free_pages_toq(&free, true);
6138                         }
6139                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
6140                             " in pmap %p", va, pmap);
6141                         return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
6142                 }
6143                 if ((newpde & PG_RW) != 0) {
6144                         for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
6145                                 vm_page_aflag_set(mt, PGA_WRITEABLE);
6146                 }
6147         }
6148
6149         /*
6150          * Increment counters.
6151          */
6152         if ((newpde & PG_W) != 0)
6153                 pmap->pm_stats.wired_count += NBPDR / PAGE_SIZE;
6154         pmap_resident_count_inc(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
6155
6156         /*
6157          * Map the superpage.  (This is not a promoted mapping; there will not
6158          * be any lingering 4KB page mappings in the TLB.)
6159          */
6160         pde_store(pde, newpde);
6161
6162         atomic_add_long(&pmap_pde_mappings, 1);
6163         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: success for va %#lx"
6164             " in pmap %p", va, pmap);
6165         return (KERN_SUCCESS);
6166 }
6167
6168 /*
6169  * Maps a sequence of resident pages belonging to the same object.
6170  * The sequence begins with the given page m_start.  This page is
6171  * mapped at the given virtual address start.  Each subsequent page is
6172  * mapped at a virtual address that is offset from start by the same
6173  * amount as the page is offset from m_start within the object.  The
6174  * last page in the sequence is the page with the largest offset from
6175  * m_start that can be mapped at a virtual address less than the given
6176  * virtual address end.  Not every virtual page between start and end
6177  * is mapped; only those for which a resident page exists with the
6178  * corresponding offset from m_start are mapped.
6179  */
6180 void
6181 pmap_enter_object(pmap_t pmap, vm_offset_t start, vm_offset_t end,
6182     vm_page_t m_start, vm_prot_t prot)
6183 {
6184         struct rwlock *lock;
6185         vm_offset_t va;
6186         vm_page_t m, mpte;
6187         vm_pindex_t diff, psize;
6188
6189         VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m_start->object);
6190
6191         psize = atop(end - start);
6192         mpte = NULL;
6193         m = m_start;
6194         lock = NULL;
6195         PMAP_LOCK(pmap);
6196         while (m != NULL && (diff = m->pindex - m_start->pindex) < psize) {
6197                 va = start + ptoa(diff);
6198                 if ((va & PDRMASK) == 0 && va + NBPDR <= end &&
6199                     m->psind == 1 && pmap_ps_enabled(pmap) &&
6200                     pmap_allow_2m_x_page(pmap, (prot & VM_PROT_EXECUTE) != 0) &&
6201                     pmap_enter_2mpage(pmap, va, m, prot, &lock))
6202                         m = &m[NBPDR / PAGE_SIZE - 1];
6203                 else
6204                         mpte = pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot,
6205                             mpte, &lock);
6206                 m = TAILQ_NEXT(m, listq);
6207         }
6208         if (lock != NULL)
6209                 rw_wunlock(lock);
6210         PMAP_UNLOCK(pmap);
6211 }
6212
6213 /*
6214  * this code makes some *MAJOR* assumptions:
6215  * 1. Current pmap & pmap exists.
6216  * 2. Not wired.
6217  * 3. Read access.
6218  * 4. No page table pages.
6219  * but is *MUCH* faster than pmap_enter...
6220  */
6221
6222 void
6223 pmap_enter_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot)
6224 {
6225         struct rwlock *lock;
6226
6227         lock = NULL;
6228         PMAP_LOCK(pmap);
6229         (void)pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot, NULL, &lock);
6230         if (lock != NULL)
6231                 rw_wunlock(lock);
6232         PMAP_UNLOCK(pmap);
6233 }
6234
6235 static vm_page_t
6236 pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
6237     vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp)
6238 {
6239         struct spglist free;
6240         pt_entry_t newpte, *pte, PG_V;
6241
6242         KASSERT(va < kmi.clean_sva || va >= kmi.clean_eva ||
6243             (m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0,
6244             ("pmap_enter_quick_locked: managed mapping within the clean submap"));
6245         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6246         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6247
6248         /*
6249          * In the case that a page table page is not
6250          * resident, we are creating it here.
6251          */
6252         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
6253                 vm_pindex_t ptepindex;
6254                 pd_entry_t *ptepa;
6255
6256                 /*
6257                  * Calculate pagetable page index
6258                  */
6259                 ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
6260                 if (mpte && (mpte->pindex == ptepindex)) {
6261                         mpte->wire_count++;
6262                 } else {
6263                         /*
6264                          * Get the page directory entry
6265                          */
6266                         ptepa = pmap_pde(pmap, va);
6267
6268                         /*
6269                          * If the page table page is mapped, we just increment
6270                          * the hold count, and activate it.  Otherwise, we
6271                          * attempt to allocate a page table page.  If this
6272                          * attempt fails, we don't retry.  Instead, we give up.
6273                          */
6274                         if (ptepa && (*ptepa & PG_V) != 0) {
6275                                 if (*ptepa & PG_PS)
6276                                         return (NULL);
6277                                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*ptepa & PG_FRAME);
6278                                 mpte->wire_count++;
6279                         } else {
6280                                 /*
6281                                  * Pass NULL instead of the PV list lock
6282                                  * pointer, because we don't intend to sleep.
6283                                  */
6284                                 mpte = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex, NULL);
6285                                 if (mpte == NULL)
6286                                         return (mpte);
6287                         }
6288                 }
6289                 pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mpte));
6290                 pte = &pte[pmap_pte_index(va)];
6291         } else {
6292                 mpte = NULL;
6293                 pte = vtopte(va);
6294         }
6295         if (*pte) {
6296                 if (mpte != NULL) {
6297                         mpte->wire_count--;
6298                         mpte = NULL;
6299                 }
6300                 return (mpte);
6301         }
6302
6303         /*
6304          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
6305          */
6306         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 &&
6307             !pmap_try_insert_pv_entry(pmap, va, m, lockp)) {
6308                 if (mpte != NULL) {
6309                         SLIST_INIT(&free);
6310                         if (pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpte, &free)) {
6311                                 /*
6312                                  * Although "va" is not mapped, paging-
6313                                  * structure caches could nonetheless have
6314                                  * entries that refer to the freed page table
6315                                  * pages.  Invalidate those entries.
6316                                  */
6317                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
6318                                 vm_page_free_pages_toq(&free, true);
6319                         }
6320                         mpte = NULL;
6321                 }
6322                 return (mpte);
6323         }
6324
6325         /*
6326          * Increment counters
6327          */
6328         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
6329
6330         newpte = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_V |
6331             pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, 0);
6332         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
6333                 newpte |= PG_MANAGED;
6334         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
6335                 newpte |= pg_nx;
6336         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
6337                 newpte |= PG_U | pmap_pkru_get(pmap, va);
6338         pte_store(pte, newpte);
6339         return (mpte);
6340 }
6341
6342 /*
6343  * Make a temporary mapping for a physical address.  This is only intended
6344  * to be used for panic dumps.
6345  */
6346 void *
6347 pmap_kenter_temporary(vm_paddr_t pa, int i)
6348 {
6349         vm_offset_t va;
6350
6351         va = (vm_offset_t)crashdumpmap + (i * PAGE_SIZE);
6352         pmap_kenter(va, pa);
6353         invlpg(va);
6354         return ((void *)crashdumpmap);
6355 }
6356
6357 /*
6358  * This code maps large physical mmap regions into the
6359  * processor address space.  Note that some shortcuts
6360  * are taken, but the code works.
6361  */
6362 void
6363 pmap_object_init_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_object_t object,
6364     vm_pindex_t pindex, vm_size_t size)
6365 {
6366         pd_entry_t *pde;
6367         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
6368         vm_paddr_t pa, ptepa;
6369         vm_page_t p, pdpg;
6370         int pat_mode;
6371
6372         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6373         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6374         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6375         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6376
6377         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
6378         KASSERT(object->type == OBJT_DEVICE || object->type == OBJT_SG,
6379             ("pmap_object_init_pt: non-device object"));
6380         if ((addr & (NBPDR - 1)) == 0 && (size & (NBPDR - 1)) == 0) {
6381                 if (!pmap_ps_enabled(pmap))
6382                         return;
6383                 if (!vm_object_populate(object, pindex, pindex + atop(size)))
6384                         return;
6385                 p = vm_page_lookup(object, pindex);
6386                 KASSERT(p->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
6387                     ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
6388                 pat_mode = p->md.pat_mode;
6389
6390                 /*
6391                  * Abort the mapping if the first page is not physically
6392                  * aligned to a 2MB page boundary.
6393                  */
6394                 ptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(p);
6395                 if (ptepa & (NBPDR - 1))
6396                         return;
6397
6398                 /*
6399                  * Skip the first page.  Abort the mapping if the rest of
6400                  * the pages are not physically contiguous or have differing
6401                  * memory attributes.
6402                  */
6403                 p = TAILQ_NEXT(p, listq);
6404                 for (pa = ptepa + PAGE_SIZE; pa < ptepa + size;
6405                     pa += PAGE_SIZE) {
6406                         KASSERT(p->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
6407                             ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
6408                         if (pa != VM_PAGE_TO_PHYS(p) ||
6409                             pat_mode != p->md.pat_mode)
6410                                 return;
6411                         p = TAILQ_NEXT(p, listq);
6412                 }
6413
6414                 /*
6415                  * Map using 2MB pages.  Since "ptepa" is 2M aligned and
6416                  * "size" is a multiple of 2M, adding the PAT setting to "pa"
6417                  * will not affect the termination of this loop.
6418                  */ 
6419                 PMAP_LOCK(pmap);
6420                 for (pa = ptepa | pmap_cache_bits(pmap, pat_mode, 1);
6421                     pa < ptepa + size; pa += NBPDR) {
6422                         pdpg = pmap_allocpde(pmap, addr, NULL);
6423                         if (pdpg == NULL) {
6424                                 /*
6425                                  * The creation of mappings below is only an
6426                                  * optimization.  If a page directory page
6427                                  * cannot be allocated without blocking,
6428                                  * continue on to the next mapping rather than
6429                                  * blocking.
6430                                  */
6431                                 addr += NBPDR;
6432                                 continue;
6433                         }
6434                         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pdpg));
6435                         pde = &pde[pmap_pde_index(addr)];
6436                         if ((*pde & PG_V) == 0) {
6437                                 pde_store(pde, pa | PG_PS | PG_M | PG_A |
6438                                     PG_U | PG_RW | PG_V);
6439                                 pmap_resident_count_inc(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
6440                                 atomic_add_long(&pmap_pde_mappings, 1);
6441                         } else {
6442                                 /* Continue on if the PDE is already valid. */
6443                                 pdpg->wire_count--;
6444                                 KASSERT(pdpg->wire_count > 0,
6445                                     ("pmap_object_init_pt: missing reference "
6446                                     "to page directory page, va: 0x%lx", addr));
6447                         }
6448                         addr += NBPDR;
6449                 }
6450                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6451         }
6452 }
6453
6454 /*
6455  *      Clear the wired attribute from the mappings for the specified range of
6456  *      addresses in the given pmap.  Every valid mapping within that range
6457  *      must have the wired attribute set.  In contrast, invalid mappings
6458  *      cannot have the wired attribute set, so they are ignored.
6459  *
6460  *      The wired attribute of the page table entry is not a hardware
6461  *      feature, so there is no need to invalidate any TLB entries.
6462  *      Since pmap_demote_pde() for the wired entry must never fail,
6463  *      pmap_delayed_invl_start()/finish() calls around the
6464  *      function are not needed.
6465  */
6466 void
6467 pmap_unwire(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
6468 {
6469         vm_offset_t va_next;
6470         pml4_entry_t *pml4e;
6471         pdp_entry_t *pdpe;
6472         pd_entry_t *pde;
6473         pt_entry_t *pte, PG_V;
6474
6475         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6476         PMAP_LOCK(pmap);
6477         for (; sva < eva; sva = va_next) {
6478                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
6479                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
6480                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
6481                         if (va_next < sva)
6482                                 va_next = eva;
6483                         continue;
6484                 }
6485                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
6486                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
6487                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
6488                         if (va_next < sva)
6489                                 va_next = eva;
6490                         continue;
6491                 }
6492                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
6493                 if (va_next < sva)
6494                         va_next = eva;
6495                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
6496                 if ((*pde & PG_V) == 0)
6497                         continue;
6498                 if ((*pde & PG_PS) != 0) {
6499                         if ((*pde & PG_W) == 0)
6500                                 panic("pmap_unwire: pde %#jx is missing PG_W",
6501                                     (uintmax_t)*pde);
6502
6503                         /*
6504                          * Are we unwiring the entire large page?  If not,
6505                          * demote the mapping and fall through.
6506                          */
6507                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
6508                                 atomic_clear_long(pde, PG_W);
6509                                 pmap->pm_stats.wired_count -= NBPDR /
6510                                     PAGE_SIZE;
6511                                 continue;
6512                         } else if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, sva))
6513                                 panic("pmap_unwire: demotion failed");
6514                 }
6515                 if (va_next > eva)
6516                         va_next = eva;
6517                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
6518                     sva += PAGE_SIZE) {
6519                         if ((*pte & PG_V) == 0)
6520                                 continue;
6521                         if ((*pte & PG_W) == 0)
6522                                 panic("pmap_unwire: pte %#jx is missing PG_W",
6523                                     (uintmax_t)*pte);
6524
6525                         /*
6526                          * PG_W must be cleared atomically.  Although the pmap
6527                          * lock synchronizes access to PG_W, another processor
6528                          * could be setting PG_M and/or PG_A concurrently.
6529                          */
6530                         atomic_clear_long(pte, PG_W);
6531                         pmap->pm_stats.wired_count--;
6532                 }
6533         }
6534         PMAP_UNLOCK(pmap);
6535 }
6536
6537 /*
6538  *      Copy the range specified by src_addr/len
6539  *      from the source map to the range dst_addr/len
6540  *      in the destination map.
6541  *
6542  *      This routine is only advisory and need not do anything.
6543  */
6544 void
6545 pmap_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap, vm_offset_t dst_addr, vm_size_t len,
6546     vm_offset_t src_addr)
6547 {
6548         struct rwlock *lock;
6549         struct spglist free;
6550         pml4_entry_t *pml4e;
6551         pdp_entry_t *pdpe;
6552         pd_entry_t *pde, srcptepaddr;
6553         pt_entry_t *dst_pte, PG_A, PG_M, PG_V, ptetemp, *src_pte;
6554         vm_offset_t addr, end_addr, va_next;
6555         vm_page_t dst_pdpg, dstmpte, srcmpte;
6556
6557         if (dst_addr != src_addr)
6558                 return;
6559
6560         if (dst_pmap->pm_type != src_pmap->pm_type)
6561                 return;
6562
6563         /*
6564          * EPT page table entries that require emulation of A/D bits are
6565          * sensitive to clearing the PG_A bit (aka EPT_PG_READ). Although
6566          * we clear PG_M (aka EPT_PG_WRITE) concomitantly, the PG_U bit
6567          * (aka EPT_PG_EXECUTE) could still be set. Since some EPT
6568          * implementations flag an EPT misconfiguration for exec-only
6569          * mappings we skip this function entirely for emulated pmaps.
6570          */
6571         if (pmap_emulate_ad_bits(dst_pmap))
6572                 return;
6573
6574         end_addr = src_addr + len;
6575         lock = NULL;
6576         if (dst_pmap < src_pmap) {
6577                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
6578                 PMAP_LOCK(src_pmap);
6579         } else {
6580                 PMAP_LOCK(src_pmap);
6581                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
6582         }
6583
6584         PG_A = pmap_accessed_bit(dst_pmap);
6585         PG_M = pmap_modified_bit(dst_pmap);
6586         PG_V = pmap_valid_bit(dst_pmap);
6587
6588         for (addr = src_addr; addr < end_addr; addr = va_next) {
6589                 KASSERT(addr < UPT_MIN_ADDRESS,
6590                     ("pmap_copy: invalid to pmap_copy page tables"));
6591
6592                 pml4e = pmap_pml4e(src_pmap, addr);
6593                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
6594                         va_next = (addr + NBPML4) & ~PML4MASK;
6595                         if (va_next < addr)
6596                                 va_next = end_addr;
6597                         continue;
6598                 }
6599
6600                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, addr);
6601                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
6602                         va_next = (addr + NBPDP) & ~PDPMASK;
6603                         if (va_next < addr)
6604                                 va_next = end_addr;
6605                         continue;
6606                 }
6607
6608                 va_next = (addr + NBPDR) & ~PDRMASK;
6609                 if (va_next < addr)
6610                         va_next = end_addr;
6611
6612                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, addr);
6613                 srcptepaddr = *pde;
6614                 if (srcptepaddr == 0)
6615                         continue;
6616                         
6617                 if (srcptepaddr & PG_PS) {
6618                         if ((addr & PDRMASK) != 0 || addr + NBPDR > end_addr)
6619                                 continue;
6620                         dst_pdpg = pmap_allocpde(dst_pmap, addr, NULL);
6621                         if (dst_pdpg == NULL)
6622                                 break;
6623                         pde = (pd_entry_t *)
6624                             PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(dst_pdpg));
6625                         pde = &pde[pmap_pde_index(addr)];
6626                         if (*pde == 0 && ((srcptepaddr & PG_MANAGED) == 0 ||
6627                             pmap_pv_insert_pde(dst_pmap, addr, srcptepaddr,
6628                             PMAP_ENTER_NORECLAIM, &lock))) {
6629                                 *pde = srcptepaddr & ~PG_W;
6630                                 pmap_resident_count_inc(dst_pmap, NBPDR /
6631                                     PAGE_SIZE);
6632                                 atomic_add_long(&pmap_pde_mappings, 1);
6633                         } else
6634                                 dst_pdpg->wire_count--;
6635                         continue;
6636                 }
6637
6638                 srcptepaddr &= PG_FRAME;
6639                 srcmpte = PHYS_TO_VM_PAGE(srcptepaddr);
6640                 KASSERT(srcmpte->wire_count > 0,
6641                     ("pmap_copy: source page table page is unused"));
6642
6643                 if (va_next > end_addr)
6644                         va_next = end_addr;
6645
6646                 src_pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(srcptepaddr);
6647                 src_pte = &src_pte[pmap_pte_index(addr)];
6648                 dstmpte = NULL;
6649                 for (; addr < va_next; addr += PAGE_SIZE, src_pte++) {
6650                         ptetemp = *src_pte;
6651
6652                         /*
6653                          * We only virtual copy managed pages.
6654                          */
6655                         if ((ptetemp & PG_MANAGED) == 0)
6656                                 continue;
6657
6658                         if (dstmpte != NULL) {
6659                                 KASSERT(dstmpte->pindex ==
6660                                     pmap_pde_pindex(addr),
6661                                     ("dstmpte pindex/addr mismatch"));
6662                                 dstmpte->wire_count++;
6663                         } else if ((dstmpte = pmap_allocpte(dst_pmap, addr,
6664                             NULL)) == NULL)
6665                                 goto out;
6666                         dst_pte = (pt_entry_t *)
6667                             PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(dstmpte));
6668                         dst_pte = &dst_pte[pmap_pte_index(addr)];
6669                         if (*dst_pte == 0 &&
6670                             pmap_try_insert_pv_entry(dst_pmap, addr,
6671                             PHYS_TO_VM_PAGE(ptetemp & PG_FRAME), &lock)) {
6672                                 /*
6673                                  * Clear the wired, modified, and accessed
6674                                  * (referenced) bits during the copy.
6675                                  */
6676                                 *dst_pte = ptetemp & ~(PG_W | PG_M | PG_A);
6677                                 pmap_resident_count_inc(dst_pmap, 1);
6678                         } else {
6679                                 SLIST_INIT(&free);
6680                                 if (pmap_unwire_ptp(dst_pmap, addr, dstmpte,
6681                                     &free)) {
6682                                         /*
6683                                          * Although "addr" is not mapped,
6684                                          * paging-structure caches could
6685                                          * nonetheless have entries that refer
6686                                          * to the freed page table pages.
6687                                          * Invalidate those entries.
6688                                          */
6689                                         pmap_invalidate_page(dst_pmap, addr);
6690                                         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
6691                                 }
6692                                 goto out;
6693                         }
6694                         /* Have we copied all of the valid mappings? */ 
6695                         if (dstmpte->wire_count >= srcmpte->wire_count)
6696                                 break;
6697                 }
6698         }
6699 out:
6700         if (lock != NULL)
6701                 rw_wunlock(lock);
6702         PMAP_UNLOCK(src_pmap);
6703         PMAP_UNLOCK(dst_pmap);
6704 }
6705
6706 int
6707 pmap_vmspace_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap)
6708 {
6709         int error;
6710
6711         if (dst_pmap->pm_type != src_pmap->pm_type ||
6712             dst_pmap->pm_type != PT_X86 ||
6713             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) == 0)
6714                 return (0);
6715         for (;;) {
6716                 if (dst_pmap < src_pmap) {
6717                         PMAP_LOCK(dst_pmap);
6718                         PMAP_LOCK(src_pmap);
6719                 } else {
6720                         PMAP_LOCK(src_pmap);
6721                         PMAP_LOCK(dst_pmap);
6722                 }
6723                 error = pmap_pkru_copy(dst_pmap, src_pmap);
6724                 /* Clean up partial copy on failure due to no memory. */
6725                 if (error == ENOMEM)
6726                         pmap_pkru_deassign_all(dst_pmap);
6727                 PMAP_UNLOCK(src_pmap);
6728                 PMAP_UNLOCK(dst_pmap);
6729                 if (error != ENOMEM)
6730                         break;
6731                 vm_wait(NULL);
6732         }
6733         return (error);
6734 }
6735
6736 /*
6737  * Zero the specified hardware page.
6738  */
6739 void
6740 pmap_zero_page(vm_page_t m)
6741 {
6742         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
6743
6744         pagezero((void *)va);
6745 }
6746
6747 /*
6748  * Zero an an area within a single hardware page.  off and size must not
6749  * cover an area beyond a single hardware page.
6750  */
6751 void
6752 pmap_zero_page_area(vm_page_t m, int off, int size)
6753 {
6754         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
6755
6756         if (off == 0 && size == PAGE_SIZE)
6757                 pagezero((void *)va);
6758         else
6759                 bzero((char *)va + off, size);
6760 }
6761
6762 /*
6763  * Copy 1 specified hardware page to another.
6764  */
6765 void
6766 pmap_copy_page(vm_page_t msrc, vm_page_t mdst)
6767 {
6768         vm_offset_t src = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(msrc));
6769         vm_offset_t dst = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mdst));
6770
6771         pagecopy((void *)src, (void *)dst);
6772 }
6773
6774 int unmapped_buf_allowed = 1;
6775
6776 void
6777 pmap_copy_pages(vm_page_t ma[], vm_offset_t a_offset, vm_page_t mb[],
6778     vm_offset_t b_offset, int xfersize)
6779 {
6780         void *a_cp, *b_cp;
6781         vm_page_t pages[2];
6782         vm_offset_t vaddr[2], a_pg_offset, b_pg_offset;
6783         int cnt;
6784         boolean_t mapped;
6785
6786         while (xfersize > 0) {
6787                 a_pg_offset = a_offset & PAGE_MASK;
6788                 pages[0] = ma[a_offset >> PAGE_SHIFT];
6789                 b_pg_offset = b_offset & PAGE_MASK;
6790                 pages[1] = mb[b_offset >> PAGE_SHIFT];
6791                 cnt = min(xfersize, PAGE_SIZE - a_pg_offset);
6792                 cnt = min(cnt, PAGE_SIZE - b_pg_offset);
6793                 mapped = pmap_map_io_transient(pages, vaddr, 2, FALSE);
6794                 a_cp = (char *)vaddr[0] + a_pg_offset;
6795                 b_cp = (char *)vaddr[1] + b_pg_offset;
6796                 bcopy(a_cp, b_cp, cnt);
6797                 if (__predict_false(mapped))
6798                         pmap_unmap_io_transient(pages, vaddr, 2, FALSE);
6799                 a_offset += cnt;
6800                 b_offset += cnt;
6801                 xfersize -= cnt;
6802         }
6803 }
6804
6805 /*
6806  * Returns true if the pmap's pv is one of the first
6807  * 16 pvs linked to from this page.  This count may
6808  * be changed upwards or downwards in the future; it
6809  * is only necessary that true be returned for a small
6810  * subset of pmaps for proper page aging.
6811  */
6812 boolean_t
6813 pmap_page_exists_quick(pmap_t pmap, vm_page_t m)
6814 {
6815         struct md_page *pvh;
6816         struct rwlock *lock;
6817         pv_entry_t pv;
6818         int loops = 0;
6819         boolean_t rv;
6820
6821         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
6822             ("pmap_page_exists_quick: page %p is not managed", m));
6823         rv = FALSE;
6824         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
6825         rw_rlock(lock);
6826         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
6827                 if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
6828                         rv = TRUE;
6829                         break;
6830                 }
6831                 loops++;
6832                 if (loops >= 16)
6833                         break;
6834         }
6835         if (!rv && loops < 16 && (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
6836                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
6837                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
6838                         if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
6839                                 rv = TRUE;
6840                                 break;
6841                         }
6842                         loops++;
6843                         if (loops >= 16)
6844                                 break;
6845                 }
6846         }
6847         rw_runlock(lock);
6848         return (rv);
6849 }
6850
6851 /*
6852  *      pmap_page_wired_mappings:
6853  *
6854  *      Return the number of managed mappings to the given physical page
6855  *      that are wired.
6856  */
6857 int
6858 pmap_page_wired_mappings(vm_page_t m)
6859 {
6860         struct rwlock *lock;
6861         struct md_page *pvh;
6862         pmap_t pmap;
6863         pt_entry_t *pte;
6864         pv_entry_t pv;
6865         int count, md_gen, pvh_gen;
6866
6867         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
6868                 return (0);
6869         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
6870         rw_rlock(lock);
6871 restart:
6872         count = 0;
6873         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
6874                 pmap = PV_PMAP(pv);
6875                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6876                         md_gen = m->md.pv_gen;
6877                         rw_runlock(lock);
6878                         PMAP_LOCK(pmap);
6879                         rw_rlock(lock);
6880                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
6881                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6882                                 goto restart;
6883                         }
6884                 }
6885                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va);
6886                 if ((*pte & PG_W) != 0)
6887                         count++;
6888                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6889         }
6890         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
6891                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
6892                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
6893                         pmap = PV_PMAP(pv);
6894                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6895                                 md_gen = m->md.pv_gen;
6896                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
6897                                 rw_runlock(lock);
6898                                 PMAP_LOCK(pmap);
6899                                 rw_rlock(lock);
6900                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
6901                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
6902                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
6903                                         goto restart;
6904                                 }
6905                         }
6906                         pte = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
6907                         if ((*pte & PG_W) != 0)
6908                                 count++;
6909                         PMAP_UNLOCK(pmap);
6910                 }
6911         }
6912         rw_runlock(lock);
6913         return (count);
6914 }
6915
6916 /*
6917  * Returns TRUE if the given page is mapped individually or as part of
6918  * a 2mpage.  Otherwise, returns FALSE.
6919  */
6920 boolean_t
6921 pmap_page_is_mapped(vm_page_t m)
6922 {
6923         struct rwlock *lock;
6924         boolean_t rv;
6925
6926         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
6927                 return (FALSE);
6928         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
6929         rw_rlock(lock);
6930         rv = !TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) ||
6931             ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
6932             !TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m))->pv_list));
6933         rw_runlock(lock);
6934         return (rv);
6935 }
6936
6937 /*
6938  * Destroy all managed, non-wired mappings in the given user-space
6939  * pmap.  This pmap cannot be active on any processor besides the
6940  * caller.
6941  *
6942  * This function cannot be applied to the kernel pmap.  Moreover, it
6943  * is not intended for general use.  It is only to be used during
6944  * process termination.  Consequently, it can be implemented in ways
6945  * that make it faster than pmap_remove().  First, it can more quickly
6946  * destroy mappings by iterating over the pmap's collection of PV
6947  * entries, rather than searching the page table.  Second, it doesn't
6948  * have to test and clear the page table entries atomically, because
6949  * no processor is currently accessing the user address space.  In
6950  * particular, a page table entry's dirty bit won't change state once
6951  * this function starts.
6952  *
6953  * Although this function destroys all of the pmap's managed,
6954  * non-wired mappings, it can delay and batch the invalidation of TLB
6955  * entries without calling pmap_delayed_invl_start() and
6956  * pmap_delayed_invl_finish().  Because the pmap is not active on
6957  * any other processor, none of these TLB entries will ever be used
6958  * before their eventual invalidation.  Consequently, there is no need
6959  * for either pmap_remove_all() or pmap_remove_write() to wait for
6960  * that eventual TLB invalidation.
6961  */
6962 void
6963 pmap_remove_pages(pmap_t pmap)
6964 {
6965         pd_entry_t ptepde;
6966         pt_entry_t *pte, tpte;
6967         pt_entry_t PG_M, PG_RW, PG_V;
6968         struct spglist free;
6969         struct pv_chunklist free_chunks;
6970         vm_page_t m, mpte, mt;
6971         pv_entry_t pv;
6972         struct md_page *pvh;
6973         struct pv_chunk *pc, *npc;
6974         struct rwlock *lock;
6975         int64_t bit;
6976         uint64_t inuse, bitmask;
6977         int allfree, field, freed, idx;
6978         boolean_t superpage;
6979         vm_paddr_t pa;
6980
6981         /*
6982          * Assert that the given pmap is only active on the current
6983          * CPU.  Unfortunately, we cannot block another CPU from
6984          * activating the pmap while this function is executing.
6985          */
6986         KASSERT(pmap == PCPU_GET(curpmap), ("non-current pmap %p", pmap));
6987 #ifdef INVARIANTS
6988         {
6989                 cpuset_t other_cpus;
6990
6991                 other_cpus = all_cpus;
6992                 critical_enter();
6993                 CPU_CLR(PCPU_GET(cpuid), &other_cpus);
6994                 CPU_AND(&other_cpus, &pmap->pm_active);
6995                 critical_exit();
6996                 KASSERT(CPU_EMPTY(&other_cpus), ("pmap active %p", pmap));
6997         }
6998 #endif
6999
7000         lock = NULL;
7001         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7002         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7003         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7004
7005         TAILQ_INIT(&free_chunks);
7006         SLIST_INIT(&free);
7007         PMAP_LOCK(pmap);
7008         TAILQ_FOREACH_SAFE(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list, npc) {
7009                 allfree = 1;
7010                 freed = 0;
7011                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
7012                         inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
7013                         while (inuse != 0) {
7014                                 bit = bsfq(inuse);
7015                                 bitmask = 1UL << bit;
7016                                 idx = field * 64 + bit;
7017                                 pv = &pc->pc_pventry[idx];
7018                                 inuse &= ~bitmask;
7019
7020                                 pte = pmap_pdpe(pmap, pv->pv_va);
7021                                 ptepde = *pte;
7022                                 pte = pmap_pdpe_to_pde(pte, pv->pv_va);
7023                                 tpte = *pte;
7024                                 if ((tpte & (PG_PS | PG_V)) == PG_V) {
7025                                         superpage = FALSE;
7026                                         ptepde = tpte;
7027                                         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(tpte &
7028                                             PG_FRAME);
7029                                         pte = &pte[pmap_pte_index(pv->pv_va)];
7030                                         tpte = *pte;
7031                                 } else {
7032                                         /*
7033                                          * Keep track whether 'tpte' is a
7034                                          * superpage explicitly instead of
7035                                          * relying on PG_PS being set.
7036                                          *
7037                                          * This is because PG_PS is numerically
7038                                          * identical to PG_PTE_PAT and thus a
7039                                          * regular page could be mistaken for
7040                                          * a superpage.
7041                                          */
7042                                         superpage = TRUE;
7043                                 }
7044
7045                                 if ((tpte & PG_V) == 0) {
7046                                         panic("bad pte va %lx pte %lx",
7047                                             pv->pv_va, tpte);
7048                                 }
7049
7050 /*
7051  * We cannot remove wired pages from a process' mapping at this time
7052  */
7053                                 if (tpte & PG_W) {
7054                                         allfree = 0;
7055                                         continue;
7056                                 }
7057
7058                                 if (superpage)
7059                                         pa = tpte & PG_PS_FRAME;
7060                                 else
7061                                         pa = tpte & PG_FRAME;
7062
7063                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
7064                                 KASSERT(m->phys_addr == pa,
7065                                     ("vm_page_t %p phys_addr mismatch %016jx %016jx",
7066                                     m, (uintmax_t)m->phys_addr,
7067                                     (uintmax_t)tpte));
7068
7069                                 KASSERT((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
7070                                     m < &vm_page_array[vm_page_array_size],
7071                                     ("pmap_remove_pages: bad tpte %#jx",
7072                                     (uintmax_t)tpte));
7073
7074                                 pte_clear(pte);
7075
7076                                 /*
7077                                  * Update the vm_page_t clean/reference bits.
7078                                  */
7079                                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
7080                                         if (superpage) {
7081                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
7082                                                         vm_page_dirty(mt);
7083                                         } else
7084                                                 vm_page_dirty(m);
7085                                 }
7086
7087                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(&lock, m);
7088
7089                                 /* Mark free */
7090                                 pc->pc_map[field] |= bitmask;
7091                                 if (superpage) {
7092                                         pmap_resident_count_dec(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
7093                                         pvh = pa_to_pvh(tpte & PG_PS_FRAME);
7094                                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
7095                                         pvh->pv_gen++;
7096                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
7097                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
7098                                                         if ((mt->aflags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
7099                                                             TAILQ_EMPTY(&mt->md.pv_list))
7100                                                                 vm_page_aflag_clear(mt, PGA_WRITEABLE);
7101                                         }
7102                                         mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, pv->pv_va);
7103                                         if (mpte != NULL) {
7104                                                 KASSERT(mpte->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
7105                                                     ("pmap_remove_pages: pte page not promoted"));
7106                                                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
7107                                                 KASSERT(mpte->wire_count == NPTEPG,
7108                                                     ("pmap_remove_pages: pte page wire count error"));
7109                                                 mpte->wire_count = 0;
7110                                                 pmap_add_delayed_free_list(mpte, &free, FALSE);
7111                                         }
7112                                 } else {
7113                                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
7114                                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
7115                                         m->md.pv_gen++;
7116                                         if ((m->aflags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
7117                                             TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
7118                                             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
7119                                                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
7120                                                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
7121                                                         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
7122                                         }
7123                                 }
7124                                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, ptepde, &free);
7125                                 freed++;
7126                         }
7127                 }
7128                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
7129                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
7130                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
7131                 if (allfree) {
7132                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
7133                         TAILQ_INSERT_TAIL(&free_chunks, pc, pc_list);
7134                 }
7135         }
7136         if (lock != NULL)
7137                 rw_wunlock(lock);
7138         pmap_invalidate_all(pmap);
7139         pmap_pkru_deassign_all(pmap);
7140         free_pv_chunk_batch(&free_chunks);
7141         PMAP_UNLOCK(pmap);
7142         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
7143 }
7144
7145 static boolean_t
7146 pmap_page_test_mappings(vm_page_t m, boolean_t accessed, boolean_t modified)
7147 {
7148         struct rwlock *lock;
7149         pv_entry_t pv;
7150         struct md_page *pvh;
7151         pt_entry_t *pte, mask;
7152         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
7153         pmap_t pmap;
7154         int md_gen, pvh_gen;
7155         boolean_t rv;
7156
7157         rv = FALSE;
7158         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
7159         rw_rlock(lock);
7160 restart:
7161         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
7162                 pmap = PV_PMAP(pv);
7163                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
7164                         md_gen = m->md.pv_gen;
7165                         rw_runlock(lock);
7166                         PMAP_LOCK(pmap);
7167                         rw_rlock(lock);
7168                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
7169                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7170                                 goto restart;
7171                         }
7172                 }
7173                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va);
7174                 mask = 0;
7175                 if (modified) {
7176                         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7177                         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7178                         mask |= PG_RW | PG_M;
7179                 }
7180                 if (accessed) {
7181                         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
7182                         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7183                         mask |= PG_V | PG_A;
7184                 }
7185                 rv = (*pte & mask) == mask;
7186                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7187                 if (rv)
7188                         goto out;
7189         }
7190         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
7191                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
7192                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
7193                         pmap = PV_PMAP(pv);
7194                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
7195                                 md_gen = m->md.pv_gen;
7196                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
7197                                 rw_runlock(lock);
7198                                 PMAP_LOCK(pmap);
7199                                 rw_rlock(lock);
7200                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
7201                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
7202                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
7203                                         goto restart;
7204                                 }
7205                         }
7206                         pte = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
7207                         mask = 0;
7208                         if (modified) {
7209                                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7210                                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7211                                 mask |= PG_RW | PG_M;
7212                         }
7213                         if (accessed) {
7214                                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
7215                                 PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7216                                 mask |= PG_V | PG_A;
7217                         }
7218                         rv = (*pte & mask) == mask;
7219                         PMAP_UNLOCK(pmap);
7220                         if (rv)
7221                                 goto out;
7222                 }
7223         }
7224 out:
7225         rw_runlock(lock);
7226         return (rv);
7227 }
7228
7229 /*
7230  *      pmap_is_modified:
7231  *
7232  *      Return whether or not the specified physical page was modified
7233  *      in any physical maps.
7234  */
7235 boolean_t
7236 pmap_is_modified(vm_page_t m)
7237 {
7238
7239         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
7240             ("pmap_is_modified: page %p is not managed", m));
7241
7242         /*
7243          * If the page is not exclusive busied, then PGA_WRITEABLE cannot be
7244          * concurrently set while the object is locked.  Thus, if PGA_WRITEABLE
7245          * is clear, no PTEs can have PG_M set.
7246          */
7247         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
7248         if (!vm_page_xbusied(m) && (m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
7249                 return (FALSE);
7250         return (pmap_page_test_mappings(m, FALSE, TRUE));
7251 }
7252
7253 /*
7254  *      pmap_is_prefaultable:
7255  *
7256  *      Return whether or not the specified virtual address is eligible
7257  *      for prefault.
7258  */
7259 boolean_t
7260 pmap_is_prefaultable(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
7261 {
7262         pd_entry_t *pde;
7263         pt_entry_t *pte, PG_V;
7264         boolean_t rv;
7265
7266         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7267         rv = FALSE;
7268         PMAP_LOCK(pmap);
7269         pde = pmap_pde(pmap, addr);
7270         if (pde != NULL && (*pde & (PG_PS | PG_V)) == PG_V) {
7271                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, addr);
7272                 rv = (*pte & PG_V) == 0;
7273         }
7274         PMAP_UNLOCK(pmap);
7275         return (rv);
7276 }
7277
7278 /*
7279  *      pmap_is_referenced:
7280  *
7281  *      Return whether or not the specified physical page was referenced
7282  *      in any physical maps.
7283  */
7284 boolean_t
7285 pmap_is_referenced(vm_page_t m)
7286 {
7287
7288         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
7289             ("pmap_is_referenced: page %p is not managed", m));
7290         return (pmap_page_test_mappings(m, TRUE, FALSE));
7291 }
7292
7293 /*
7294  * Clear the write and modified bits in each of the given page's mappings.
7295  */
7296 void
7297 pmap_remove_write(vm_page_t m)
7298 {
7299         struct md_page *pvh;
7300         pmap_t pmap;
7301         struct rwlock *lock;
7302         pv_entry_t next_pv, pv;
7303         pd_entry_t *pde;
7304         pt_entry_t oldpte, *pte, PG_M, PG_RW;
7305         vm_offset_t va;
7306         int pvh_gen, md_gen;
7307
7308         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
7309             ("pmap_remove_write: page %p is not managed", m));
7310
7311         /*
7312          * If the page is not exclusive busied, then PGA_WRITEABLE cannot be
7313          * set by another thread while the object is locked.  Thus,
7314          * if PGA_WRITEABLE is clear, no page table entries need updating.
7315          */
7316         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
7317         if (!vm_page_xbusied(m) && (m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
7318                 return;
7319         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
7320         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
7321             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
7322 retry_pv_loop:
7323         rw_wlock(lock);
7324         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
7325                 pmap = PV_PMAP(pv);
7326                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
7327                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
7328                         rw_wunlock(lock);
7329                         PMAP_LOCK(pmap);
7330                         rw_wlock(lock);
7331                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
7332                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7333                                 rw_wunlock(lock);
7334                                 goto retry_pv_loop;
7335                         }
7336                 }
7337                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7338                 va = pv->pv_va;
7339                 pde = pmap_pde(pmap, va);
7340                 if ((*pde & PG_RW) != 0)
7341                         (void)pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
7342                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
7343                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
7344                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
7345                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7346         }
7347         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
7348                 pmap = PV_PMAP(pv);
7349                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
7350                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
7351                         md_gen = m->md.pv_gen;
7352                         rw_wunlock(lock);
7353                         PMAP_LOCK(pmap);
7354                         rw_wlock(lock);
7355                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen ||
7356                             md_gen != m->md.pv_gen) {
7357                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7358                                 rw_wunlock(lock);
7359                                 goto retry_pv_loop;
7360                         }
7361                 }
7362                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7363                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7364                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
7365                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0,
7366                     ("pmap_remove_write: found a 2mpage in page %p's pv list",
7367                     m));
7368                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
7369 retry:
7370                 oldpte = *pte;
7371                 if (oldpte & PG_RW) {
7372                         if (!atomic_cmpset_long(pte, oldpte, oldpte &
7373                             ~(PG_RW | PG_M)))
7374                                 goto retry;
7375                         if ((oldpte & PG_M) != 0)
7376                                 vm_page_dirty(m);
7377                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
7378                 }
7379                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7380         }
7381         rw_wunlock(lock);
7382         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
7383         pmap_delayed_invl_wait(m);
7384 }
7385
7386 static __inline boolean_t
7387 safe_to_clear_referenced(pmap_t pmap, pt_entry_t pte)
7388 {
7389
7390         if (!pmap_emulate_ad_bits(pmap))
7391                 return (TRUE);
7392
7393         KASSERT(pmap->pm_type == PT_EPT, ("invalid pm_type %d", pmap->pm_type));
7394
7395         /*
7396          * XWR = 010 or 110 will cause an unconditional EPT misconfiguration
7397          * so we don't let the referenced (aka EPT_PG_READ) bit to be cleared
7398          * if the EPT_PG_WRITE bit is set.
7399          */
7400         if ((pte & EPT_PG_WRITE) != 0)
7401                 return (FALSE);
7402
7403         /*
7404          * XWR = 100 is allowed only if the PMAP_SUPPORTS_EXEC_ONLY is set.
7405          */
7406         if ((pte & EPT_PG_EXECUTE) == 0 ||
7407             ((pmap->pm_flags & PMAP_SUPPORTS_EXEC_ONLY) != 0))
7408                 return (TRUE);
7409         else
7410                 return (FALSE);
7411 }
7412
7413 /*
7414  *      pmap_ts_referenced:
7415  *
7416  *      Return a count of reference bits for a page, clearing those bits.
7417  *      It is not necessary for every reference bit to be cleared, but it
7418  *      is necessary that 0 only be returned when there are truly no
7419  *      reference bits set.
7420  *
7421  *      As an optimization, update the page's dirty field if a modified bit is
7422  *      found while counting reference bits.  This opportunistic update can be
7423  *      performed at low cost and can eliminate the need for some future calls
7424  *      to pmap_is_modified().  However, since this function stops after
7425  *      finding PMAP_TS_REFERENCED_MAX reference bits, it may not detect some
7426  *      dirty pages.  Those dirty pages will only be detected by a future call
7427  *      to pmap_is_modified().
7428  *
7429  *      A DI block is not needed within this function, because
7430  *      invalidations are performed before the PV list lock is
7431  *      released.
7432  */
7433 int
7434 pmap_ts_referenced(vm_page_t m)
7435 {
7436         struct md_page *pvh;
7437         pv_entry_t pv, pvf;
7438         pmap_t pmap;
7439         struct rwlock *lock;
7440         pd_entry_t oldpde, *pde;
7441         pt_entry_t *pte, PG_A, PG_M, PG_RW;
7442         vm_offset_t va;
7443         vm_paddr_t pa;
7444         int cleared, md_gen, not_cleared, pvh_gen;
7445         struct spglist free;
7446         boolean_t demoted;
7447
7448         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
7449             ("pmap_ts_referenced: page %p is not managed", m));
7450         SLIST_INIT(&free);
7451         cleared = 0;
7452         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
7453         lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);
7454         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy : pa_to_pvh(pa);
7455         rw_wlock(lock);
7456 retry:
7457         not_cleared = 0;
7458         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) == NULL)
7459                 goto small_mappings;
7460         pv = pvf;
7461         do {
7462                 if (pvf == NULL)
7463                         pvf = pv;
7464                 pmap = PV_PMAP(pv);
7465                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
7466                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
7467                         rw_wunlock(lock);
7468                         PMAP_LOCK(pmap);
7469                         rw_wlock(lock);
7470                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
7471                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7472                                 goto retry;
7473                         }
7474                 }
7475                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
7476                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7477                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7478                 va = pv->pv_va;
7479                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
7480                 oldpde = *pde;
7481                 if ((oldpde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
7482                         /*
7483                          * Although "oldpde" is mapping a 2MB page, because
7484                          * this function is called at a 4KB page granularity,
7485                          * we only update the 4KB page under test.
7486                          */
7487                         vm_page_dirty(m);
7488                 }
7489                 if ((oldpde & PG_A) != 0) {
7490                         /*
7491                          * Since this reference bit is shared by 512 4KB
7492                          * pages, it should not be cleared every time it is
7493                          * tested.  Apply a simple "hash" function on the
7494                          * physical page number, the virtual superpage number,
7495                          * and the pmap address to select one 4KB page out of
7496                          * the 512 on which testing the reference bit will
7497                          * result in clearing that reference bit.  This
7498                          * function is designed to avoid the selection of the
7499                          * same 4KB page for every 2MB page mapping.
7500                          *
7501                          * On demotion, a mapping that hasn't been referenced
7502                          * is simply destroyed.  To avoid the possibility of a
7503                          * subsequent page fault on a demoted wired mapping,
7504                          * always leave its reference bit set.  Moreover,
7505                          * since the superpage is wired, the current state of
7506                          * its reference bit won't affect page replacement.
7507                          */
7508                         if ((((pa >> PAGE_SHIFT) ^ (pv->pv_va >> PDRSHIFT) ^
7509                             (uintptr_t)pmap) & (NPTEPG - 1)) == 0 &&
7510                             (oldpde & PG_W) == 0) {
7511                                 if (safe_to_clear_referenced(pmap, oldpde)) {
7512                                         atomic_clear_long(pde, PG_A);
7513                                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
7514                                         demoted = FALSE;
7515                                 } else if (pmap_demote_pde_locked(pmap, pde,
7516                                     pv->pv_va, &lock)) {
7517                                         /*
7518                                          * Remove the mapping to a single page
7519                                          * so that a subsequent access may
7520                                          * repromote.  Since the underlying
7521                                          * page table page is fully populated,
7522                                          * this removal never frees a page
7523                                          * table page.
7524                                          */
7525                                         demoted = TRUE;
7526                                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde &
7527                                             PG_PS_FRAME);
7528                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
7529                                         pmap_remove_pte(pmap, pte, va, *pde,
7530                                             NULL, &lock);
7531                                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
7532                                 } else
7533                                         demoted = TRUE;
7534
7535                                 if (demoted) {
7536                                         /*
7537                                          * The superpage mapping was removed
7538                                          * entirely and therefore 'pv' is no
7539                                          * longer valid.
7540                                          */
7541                                         if (pvf == pv)
7542                                                 pvf = NULL;
7543                                         pv = NULL;
7544                                 }
7545                                 cleared++;
7546                                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
7547                                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
7548                                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
7549                         } else
7550                                 not_cleared++;
7551                 }
7552                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7553                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
7554                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
7555                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
7556                         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
7557                         pvh->pv_gen++;
7558                 }
7559                 if (cleared + not_cleared >= PMAP_TS_REFERENCED_MAX)
7560                         goto out;
7561         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != pvf);
7562 small_mappings:
7563         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) == NULL)
7564                 goto out;
7565         pv = pvf;
7566         do {
7567                 if (pvf == NULL)
7568                         pvf = pv;
7569                 pmap = PV_PMAP(pv);
7570                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
7571                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
7572                         md_gen = m->md.pv_gen;
7573                         rw_wunlock(lock);
7574                         PMAP_LOCK(pmap);
7575                         rw_wlock(lock);
7576                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
7577                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7578                                 goto retry;
7579                         }
7580                 }
7581                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
7582                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7583                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7584                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
7585                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0,
7586                     ("pmap_ts_referenced: found a 2mpage in page %p's pv list",
7587                     m));
7588                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
7589                 if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
7590                         vm_page_dirty(m);
7591                 if ((*pte & PG_A) != 0) {
7592                         if (safe_to_clear_referenced(pmap, *pte)) {
7593                                 atomic_clear_long(pte, PG_A);
7594                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
7595                                 cleared++;
7596                         } else if ((*pte & PG_W) == 0) {
7597                                 /*
7598                                  * Wired pages cannot be paged out so
7599                                  * doing accessed bit emulation for
7600                                  * them is wasted effort. We do the
7601                                  * hard work for unwired pages only.
7602                                  */
7603                                 pmap_remove_pte(pmap, pte, pv->pv_va,
7604                                     *pde, &free, &lock);
7605                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
7606                                 cleared++;
7607                                 if (pvf == pv)
7608                                         pvf = NULL;
7609                                 pv = NULL;
7610                                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
7611                                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
7612                                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
7613                         } else
7614                                 not_cleared++;
7615                 }
7616                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7617                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
7618                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
7619                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
7620                         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
7621                         m->md.pv_gen++;
7622                 }
7623         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != pvf && cleared +
7624             not_cleared < PMAP_TS_REFERENCED_MAX);
7625 out:
7626         rw_wunlock(lock);
7627         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
7628         return (cleared + not_cleared);
7629 }
7630
7631 /*
7632  *      Apply the given advice to the specified range of addresses within the
7633  *      given pmap.  Depending on the advice, clear the referenced and/or
7634  *      modified flags in each mapping and set the mapped page's dirty field.
7635  */
7636 void
7637 pmap_advise(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, int advice)
7638 {
7639         struct rwlock *lock;
7640         pml4_entry_t *pml4e;
7641         pdp_entry_t *pdpe;
7642         pd_entry_t oldpde, *pde;
7643         pt_entry_t *pte, PG_A, PG_G, PG_M, PG_RW, PG_V;
7644         vm_offset_t va, va_next;
7645         vm_page_t m;
7646         bool anychanged;
7647
7648         if (advice != MADV_DONTNEED && advice != MADV_FREE)
7649                 return;
7650
7651         /*
7652          * A/D bit emulation requires an alternate code path when clearing
7653          * the modified and accessed bits below. Since this function is
7654          * advisory in nature we skip it entirely for pmaps that require
7655          * A/D bit emulation.
7656          */
7657         if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
7658                 return;
7659
7660         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
7661         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
7662         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7663         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7664         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7665         anychanged = false;
7666         pmap_delayed_invl_start();
7667         PMAP_LOCK(pmap);
7668         for (; sva < eva; sva = va_next) {
7669                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
7670                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
7671                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
7672                         if (va_next < sva)
7673                                 va_next = eva;
7674                         continue;
7675                 }
7676                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
7677                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
7678                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
7679                         if (va_next < sva)
7680                                 va_next = eva;
7681                         continue;
7682                 }
7683                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
7684                 if (va_next < sva)
7685                         va_next = eva;
7686                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
7687                 oldpde = *pde;
7688                 if ((oldpde & PG_V) == 0)
7689                         continue;
7690                 else if ((oldpde & PG_PS) != 0) {
7691                         if ((oldpde & PG_MANAGED) == 0)
7692                                 continue;
7693                         lock = NULL;
7694                         if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, sva, &lock)) {
7695                                 if (lock != NULL)
7696                                         rw_wunlock(lock);
7697
7698                                 /*
7699                                  * The large page mapping was destroyed.
7700                                  */
7701                                 continue;
7702                         }
7703
7704                         /*
7705                          * Unless the page mappings are wired, remove the
7706                          * mapping to a single page so that a subsequent
7707                          * access may repromote.  Choosing the last page
7708                          * within the address range [sva, min(va_next, eva))
7709                          * generally results in more repromotions.  Since the
7710                          * underlying page table page is fully populated, this
7711                          * removal never frees a page table page.
7712                          */
7713                         if ((oldpde & PG_W) == 0) {
7714                                 va = eva;
7715                                 if (va > va_next)
7716                                         va = va_next;
7717                                 va -= PAGE_SIZE;
7718                                 KASSERT(va >= sva,
7719                                     ("pmap_advise: no address gap"));
7720                                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
7721                                 KASSERT((*pte & PG_V) != 0,
7722                                     ("pmap_advise: invalid PTE"));
7723                                 pmap_remove_pte(pmap, pte, va, *pde, NULL,
7724                                     &lock);
7725                                 anychanged = true;
7726                         }
7727                         if (lock != NULL)
7728                                 rw_wunlock(lock);
7729                 }
7730                 if (va_next > eva)
7731                         va_next = eva;
7732                 va = va_next;
7733                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
7734                     sva += PAGE_SIZE) {
7735                         if ((*pte & (PG_MANAGED | PG_V)) != (PG_MANAGED | PG_V))
7736                                 goto maybe_invlrng;
7737                         else if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
7738                                 if (advice == MADV_DONTNEED) {
7739                                         /*
7740                                          * Future calls to pmap_is_modified()
7741                                          * can be avoided by making the page
7742                                          * dirty now.
7743                                          */
7744                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pte & PG_FRAME);
7745                                         vm_page_dirty(m);
7746                                 }
7747                                 atomic_clear_long(pte, PG_M | PG_A);
7748                         } else if ((*pte & PG_A) != 0)
7749                                 atomic_clear_long(pte, PG_A);
7750                         else
7751                                 goto maybe_invlrng;
7752
7753                         if ((*pte & PG_G) != 0) {
7754                                 if (va == va_next)
7755                                         va = sva;
7756                         } else
7757                                 anychanged = true;
7758                         continue;
7759 maybe_invlrng:
7760                         if (va != va_next) {
7761                                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
7762                                 va = va_next;
7763                         }
7764                 }
7765                 if (va != va_next)
7766                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
7767         }
7768         if (anychanged)
7769                 pmap_invalidate_all(pmap);
7770         PMAP_UNLOCK(pmap);
7771         pmap_delayed_invl_finish();
7772 }
7773
7774 /*
7775  *      Clear the modify bits on the specified physical page.
7776  */
7777 void
7778 pmap_clear_modify(vm_page_t m)
7779 {
7780         struct md_page *pvh;
7781         pmap_t pmap;
7782         pv_entry_t next_pv, pv;
7783         pd_entry_t oldpde, *pde;
7784         pt_entry_t *pte, PG_M, PG_RW;
7785         struct rwlock *lock;
7786         vm_offset_t va;
7787         int md_gen, pvh_gen;
7788
7789         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
7790             ("pmap_clear_modify: page %p is not managed", m));
7791         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
7792         KASSERT(!vm_page_xbusied(m),
7793             ("pmap_clear_modify: page %p is exclusive busied", m));
7794
7795         /*
7796          * If the page is not PGA_WRITEABLE, then no PTEs can have PG_M set.
7797          * If the object containing the page is locked and the page is not
7798          * exclusive busied, then PGA_WRITEABLE cannot be concurrently set.
7799          */
7800         if ((m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
7801                 return;
7802         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
7803             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
7804         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
7805         rw_wlock(lock);
7806 restart:
7807         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
7808                 pmap = PV_PMAP(pv);
7809                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
7810                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
7811                         rw_wunlock(lock);
7812                         PMAP_LOCK(pmap);
7813                         rw_wlock(lock);
7814                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
7815                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7816                                 goto restart;
7817                         }
7818                 }
7819                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7820                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7821                 va = pv->pv_va;
7822                 pde = pmap_pde(pmap, va);
7823                 oldpde = *pde;
7824                 /* If oldpde has PG_RW set, then it also has PG_M set. */
7825                 if ((oldpde & PG_RW) != 0 &&
7826                     pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock) &&
7827                     (oldpde & PG_W) == 0) {
7828                         /*
7829                          * Write protect the mapping to a single page so that
7830                          * a subsequent write access may repromote.
7831                          */
7832                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde & PG_PS_FRAME);
7833                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
7834                         atomic_clear_long(pte, PG_M | PG_RW);
7835                         vm_page_dirty(m);
7836                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
7837                 }
7838                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7839         }
7840         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
7841                 pmap = PV_PMAP(pv);
7842                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
7843                         md_gen = m->md.pv_gen;
7844                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
7845                         rw_wunlock(lock);
7846                         PMAP_LOCK(pmap);
7847                         rw_wlock(lock);
7848                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
7849                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7850                                 goto restart;
7851                         }
7852                 }
7853                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7854                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7855                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
7856                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_clear_modify: found"
7857                     " a 2mpage in page %p's pv list", m));
7858                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
7859                 if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
7860                         atomic_clear_long(pte, PG_M);
7861                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
7862                 }
7863                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7864         }
7865         rw_wunlock(lock);
7866 }
7867
7868 /*
7869  * Miscellaneous support routines follow
7870  */
7871
7872 /* Adjust the properties for a leaf page table entry. */
7873 static __inline void
7874 pmap_pte_props(pt_entry_t *pte, u_long bits, u_long mask)
7875 {
7876         u_long opte, npte;
7877
7878         opte = *(u_long *)pte;
7879         do {
7880                 npte = opte & ~mask;
7881                 npte |= bits;
7882         } while (npte != opte && !atomic_fcmpset_long((u_long *)pte, &opte,
7883             npte));
7884 }
7885
7886 /*
7887  * Map a set of physical memory pages into the kernel virtual
7888  * address space. Return a pointer to where it is mapped. This
7889  * routine is intended to be used for mapping device memory,
7890  * NOT real memory.
7891  */
7892 static void *
7893 pmap_mapdev_internal(vm_paddr_t pa, vm_size_t size, int mode, int flags)
7894 {
7895         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
7896         vm_offset_t va, offset;
7897         vm_size_t tmpsize;
7898         int i;
7899
7900         offset = pa & PAGE_MASK;
7901         size = round_page(offset + size);
7902         pa = trunc_page(pa);
7903
7904         if (!pmap_initialized) {
7905                 va = 0;
7906                 for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
7907                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
7908                         if (ppim->va == 0) {
7909                                 ppim->pa = pa;
7910                                 ppim->sz = size;
7911                                 ppim->mode = mode;
7912                                 ppim->va = virtual_avail;
7913                                 virtual_avail += size;
7914                                 va = ppim->va;
7915                                 break;
7916                         }
7917                 }
7918                 if (va == 0)
7919                         panic("%s: too many preinit mappings", __func__);
7920         } else {
7921                 /*
7922                  * If we have a preinit mapping, re-use it.
7923                  */
7924                 for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
7925                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
7926                         if (ppim->pa == pa && ppim->sz == size &&
7927                             (ppim->mode == mode ||
7928                             (flags & MAPDEV_SETATTR) == 0))
7929                                 return ((void *)(ppim->va + offset));
7930                 }
7931                 /*
7932                  * If the specified range of physical addresses fits within
7933                  * the direct map window, use the direct map.
7934                  */
7935                 if (pa < dmaplimit && pa + size <= dmaplimit) {
7936                         va = PHYS_TO_DMAP(pa);
7937                         if ((flags & MAPDEV_SETATTR) != 0) {
7938                                 PMAP_LOCK(kernel_pmap);
7939                                 i = pmap_change_props_locked(va, size,
7940                                     PROT_NONE, mode, flags);
7941                                 PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
7942                         } else
7943                                 i = 0;
7944                         if (!i)
7945                                 return ((void *)(va + offset));
7946                 }
7947                 va = kva_alloc(size);
7948                 if (va == 0)
7949                         panic("%s: Couldn't allocate KVA", __func__);
7950         }
7951         for (tmpsize = 0; tmpsize < size; tmpsize += PAGE_SIZE)
7952                 pmap_kenter_attr(va + tmpsize, pa + tmpsize, mode);
7953         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, va, va + tmpsize);
7954         if ((flags & MAPDEV_FLUSHCACHE) != 0)
7955                 pmap_invalidate_cache_range(va, va + tmpsize);
7956         return ((void *)(va + offset));
7957 }
7958
7959 void *
7960 pmap_mapdev_attr(vm_paddr_t pa, vm_size_t size, int mode)
7961 {
7962
7963         return (pmap_mapdev_internal(pa, size, mode, MAPDEV_FLUSHCACHE |
7964             MAPDEV_SETATTR));
7965 }
7966
7967 void *
7968 pmap_mapdev(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
7969 {
7970
7971         return (pmap_mapdev_attr(pa, size, PAT_UNCACHEABLE));
7972 }
7973
7974 void *
7975 pmap_mapdev_pciecfg(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
7976 {
7977
7978         return (pmap_mapdev_internal(pa, size, PAT_UNCACHEABLE,
7979             MAPDEV_SETATTR));
7980 }
7981
7982 void *
7983 pmap_mapbios(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
7984 {
7985
7986         return (pmap_mapdev_internal(pa, size, PAT_WRITE_BACK,
7987             MAPDEV_FLUSHCACHE));
7988 }
7989
7990 void
7991 pmap_unmapdev(vm_offset_t va, vm_size_t size)
7992 {
7993         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
7994         vm_offset_t offset;
7995         int i;
7996
7997         /* If we gave a direct map region in pmap_mapdev, do nothing */
7998         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS)
7999                 return;
8000         offset = va & PAGE_MASK;
8001         size = round_page(offset + size);
8002         va = trunc_page(va);
8003         for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
8004                 ppim = pmap_preinit_mapping + i;
8005                 if (ppim->va == va && ppim->sz == size) {
8006                         if (pmap_initialized)
8007                                 return;
8008                         ppim->pa = 0;
8009                         ppim->va = 0;
8010                         ppim->sz = 0;
8011                         ppim->mode = 0;
8012                         if (va + size == virtual_avail)
8013                                 virtual_avail = va;
8014                         return;
8015                 }
8016         }
8017         if (pmap_initialized) {
8018                 pmap_qremove(va, atop(size));
8019                 kva_free(va, size);
8020         }
8021 }
8022
8023 /*
8024  * Tries to demote a 1GB page mapping.
8025  */
8026 static boolean_t
8027 pmap_demote_pdpe(pmap_t pmap, pdp_entry_t *pdpe, vm_offset_t va)
8028 {
8029         pdp_entry_t newpdpe, oldpdpe;
8030         pd_entry_t *firstpde, newpde, *pde;
8031         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
8032         vm_paddr_t pdpgpa;
8033         vm_page_t pdpg;
8034
8035         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
8036         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
8037         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
8038         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8039
8040         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
8041         oldpdpe = *pdpe;
8042         KASSERT((oldpdpe & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V),
8043             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_PS and/or PG_V"));
8044         if ((pdpg = vm_page_alloc(NULL, va >> PDPSHIFT, VM_ALLOC_INTERRUPT |
8045             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED)) == NULL) {
8046                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pdpe: failure for va %#lx"
8047                     " in pmap %p", va, pmap);
8048                 return (FALSE);
8049         }
8050         pdpgpa = VM_PAGE_TO_PHYS(pdpg);
8051         firstpde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pdpgpa);
8052         newpdpe = pdpgpa | PG_M | PG_A | (oldpdpe & PG_U) | PG_RW | PG_V;
8053         KASSERT((oldpdpe & PG_A) != 0,
8054             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_A"));
8055         KASSERT((oldpdpe & (PG_M | PG_RW)) != PG_RW,
8056             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_M"));
8057         newpde = oldpdpe;
8058
8059         /*
8060          * Initialize the page directory page.
8061          */
8062         for (pde = firstpde; pde < firstpde + NPDEPG; pde++) {
8063                 *pde = newpde;
8064                 newpde += NBPDR;
8065         }
8066
8067         /*
8068          * Demote the mapping.
8069          */
8070         *pdpe = newpdpe;
8071
8072         /*
8073          * Invalidate a stale recursive mapping of the page directory page.
8074          */
8075         pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopde(va));
8076
8077         pmap_pdpe_demotions++;
8078         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pdpe: success for va %#lx"
8079             " in pmap %p", va, pmap);
8080         return (TRUE);
8081 }
8082
8083 /*
8084  * Sets the memory attribute for the specified page.
8085  */
8086 void
8087 pmap_page_set_memattr(vm_page_t m, vm_memattr_t ma)
8088 {
8089
8090         m->md.pat_mode = ma;
8091
8092         /*
8093          * If "m" is a normal page, update its direct mapping.  This update
8094          * can be relied upon to perform any cache operations that are
8095          * required for data coherence.
8096          */
8097         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
8098             pmap_change_attr(PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m)), PAGE_SIZE,
8099             m->md.pat_mode))
8100                 panic("memory attribute change on the direct map failed");
8101 }
8102
8103 /*
8104  * Changes the specified virtual address range's memory type to that given by
8105  * the parameter "mode".  The specified virtual address range must be
8106  * completely contained within either the direct map or the kernel map.  If
8107  * the virtual address range is contained within the kernel map, then the
8108  * memory type for each of the corresponding ranges of the direct map is also
8109  * changed.  (The corresponding ranges of the direct map are those ranges that
8110  * map the same physical pages as the specified virtual address range.)  These
8111  * changes to the direct map are necessary because Intel describes the
8112  * behavior of their processors as "undefined" if two or more mappings to the
8113  * same physical page have different memory types.
8114  *
8115  * Returns zero if the change completed successfully, and either EINVAL or
8116  * ENOMEM if the change failed.  Specifically, EINVAL is returned if some part
8117  * of the virtual address range was not mapped, and ENOMEM is returned if
8118  * there was insufficient memory available to complete the change.  In the
8119  * latter case, the memory type may have been changed on some part of the
8120  * virtual address range or the direct map.
8121  */
8122 int
8123 pmap_change_attr(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
8124 {
8125         int error;
8126
8127         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
8128         error = pmap_change_props_locked(va, size, PROT_NONE, mode,
8129             MAPDEV_FLUSHCACHE);
8130         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
8131         return (error);
8132 }
8133
8134 /*
8135  * Changes the specified virtual address range's protections to those
8136  * specified by "prot".  Like pmap_change_attr(), protections for aliases
8137  * in the direct map are updated as well.  Protections on aliasing mappings may
8138  * be a subset of the requested protections; for example, mappings in the direct
8139  * map are never executable.
8140  */
8141 int
8142 pmap_change_prot(vm_offset_t va, vm_size_t size, vm_prot_t prot)
8143 {
8144         int error;
8145
8146         /* Only supported within the kernel map. */
8147         if (va < VM_MIN_KERNEL_ADDRESS)
8148                 return (EINVAL);
8149
8150         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
8151         error = pmap_change_props_locked(va, size, prot, -1,
8152             MAPDEV_ASSERTVALID);
8153         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
8154         return (error);
8155 }
8156
8157 static int
8158 pmap_change_props_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size, vm_prot_t prot,
8159     int mode, int flags)
8160 {
8161         vm_offset_t base, offset, tmpva;
8162         vm_paddr_t pa_start, pa_end, pa_end1;
8163         pdp_entry_t *pdpe;
8164         pd_entry_t *pde, pde_bits, pde_mask;
8165         pt_entry_t *pte, pte_bits, pte_mask;
8166         int error;
8167         bool changed;
8168
8169         PMAP_LOCK_ASSERT(kernel_pmap, MA_OWNED);
8170         base = trunc_page(va);
8171         offset = va & PAGE_MASK;
8172         size = round_page(offset + size);
8173
8174         /*
8175          * Only supported on kernel virtual addresses, including the direct
8176          * map but excluding the recursive map.
8177          */
8178         if (base < DMAP_MIN_ADDRESS)
8179                 return (EINVAL);
8180
8181         /*
8182          * Construct our flag sets and masks.  "bits" is the subset of
8183          * "mask" that will be set in each modified PTE.
8184          *
8185          * Mappings in the direct map are never allowed to be executable.
8186          */
8187         pde_bits = pte_bits = 0;
8188         pde_mask = pte_mask = 0;
8189         if (mode != -1) {
8190                 pde_bits |= pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, true);
8191                 pde_mask |= X86_PG_PDE_CACHE;
8192                 pte_bits |= pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, false);
8193                 pte_mask |= X86_PG_PTE_CACHE;
8194         }
8195         if (prot != VM_PROT_NONE) {
8196                 if ((prot & VM_PROT_WRITE) != 0) {
8197                         pde_bits |= X86_PG_RW;
8198                         pte_bits |= X86_PG_RW;
8199                 }
8200                 if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0 ||
8201                     va < VM_MIN_KERNEL_ADDRESS) {
8202                         pde_bits |= pg_nx;
8203                         pte_bits |= pg_nx;
8204                 }
8205                 pde_mask |= X86_PG_RW | pg_nx;
8206                 pte_mask |= X86_PG_RW | pg_nx;
8207         }
8208
8209         /*
8210          * Pages that aren't mapped aren't supported.  Also break down 2MB pages
8211          * into 4KB pages if required.
8212          */
8213         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
8214                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, tmpva);
8215                 if (pdpe == NULL || *pdpe == 0) {
8216                         KASSERT((flags & MAPDEV_ASSERTVALID) == 0,
8217                             ("%s: addr %#lx is not mapped", __func__, tmpva));
8218                         return (EINVAL);
8219                 }
8220                 if (*pdpe & PG_PS) {
8221                         /*
8222                          * If the current 1GB page already has the required
8223                          * properties, then we need not demote this page.  Just
8224                          * increment tmpva to the next 1GB page frame.
8225                          */
8226                         if ((*pdpe & pde_mask) == pde_bits) {
8227                                 tmpva = trunc_1gpage(tmpva) + NBPDP;
8228                                 continue;
8229                         }
8230
8231                         /*
8232                          * If the current offset aligns with a 1GB page frame
8233                          * and there is at least 1GB left within the range, then
8234                          * we need not break down this page into 2MB pages.
8235                          */
8236                         if ((tmpva & PDPMASK) == 0 &&
8237                             tmpva + PDPMASK < base + size) {
8238                                 tmpva += NBPDP;
8239                                 continue;
8240                         }
8241                         if (!pmap_demote_pdpe(kernel_pmap, pdpe, tmpva))
8242                                 return (ENOMEM);
8243                 }
8244                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, tmpva);
8245                 if (*pde == 0) {
8246                         KASSERT((flags & MAPDEV_ASSERTVALID) == 0,
8247                             ("%s: addr %#lx is not mapped", __func__, tmpva));
8248                         return (EINVAL);
8249                 }
8250                 if (*pde & PG_PS) {
8251                         /*
8252                          * If the current 2MB page already has the required
8253                          * properties, then we need not demote this page.  Just
8254                          * increment tmpva to the next 2MB page frame.
8255                          */
8256                         if ((*pde & pde_mask) == pde_bits) {
8257                                 tmpva = trunc_2mpage(tmpva) + NBPDR;
8258                                 continue;
8259                         }
8260
8261                         /*
8262                          * If the current offset aligns with a 2MB page frame
8263                          * and there is at least 2MB left within the range, then
8264                          * we need not break down this page into 4KB pages.
8265                          */
8266                         if ((tmpva & PDRMASK) == 0 &&
8267                             tmpva + PDRMASK < base + size) {
8268                                 tmpva += NBPDR;
8269                                 continue;
8270                         }
8271                         if (!pmap_demote_pde(kernel_pmap, pde, tmpva))
8272                                 return (ENOMEM);
8273                 }
8274                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, tmpva);
8275                 if (*pte == 0) {
8276                         KASSERT((flags & MAPDEV_ASSERTVALID) == 0,
8277                             ("%s: addr %#lx is not mapped", __func__, tmpva));
8278                         return (EINVAL);
8279                 }
8280                 tmpva += PAGE_SIZE;
8281         }
8282         error = 0;
8283
8284         /*
8285          * Ok, all the pages exist, so run through them updating their
8286          * properties if required.
8287          */
8288         changed = false;
8289         pa_start = pa_end = 0;
8290         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
8291                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, tmpva);
8292                 if (*pdpe & PG_PS) {
8293                         if ((*pdpe & pde_mask) != pde_bits) {
8294                                 pmap_pte_props(pdpe, pde_bits, pde_mask);
8295                                 changed = true;
8296                         }
8297                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS &&
8298                             (*pdpe & PG_PS_FRAME) < dmaplimit) {
8299                                 if (pa_start == pa_end) {
8300                                         /* Start physical address run. */
8301                                         pa_start = *pdpe & PG_PS_FRAME;
8302                                         pa_end = pa_start + NBPDP;
8303                                 } else if (pa_end == (*pdpe & PG_PS_FRAME))
8304                                         pa_end += NBPDP;
8305                                 else {
8306                                         /* Run ended, update direct map. */
8307                                         error = pmap_change_props_locked(
8308                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
8309                                             pa_end - pa_start, prot, mode,
8310                                             flags);
8311                                         if (error != 0)
8312                                                 break;
8313                                         /* Start physical address run. */
8314                                         pa_start = *pdpe & PG_PS_FRAME;
8315                                         pa_end = pa_start + NBPDP;
8316                                 }
8317                         }
8318                         tmpva = trunc_1gpage(tmpva) + NBPDP;
8319                         continue;
8320                 }
8321                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, tmpva);
8322                 if (*pde & PG_PS) {
8323                         if ((*pde & pde_mask) != pde_bits) {
8324                                 pmap_pte_props(pde, pde_bits, pde_mask);
8325                                 changed = true;
8326                         }
8327                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS &&
8328                             (*pde & PG_PS_FRAME) < dmaplimit) {
8329                                 if (pa_start == pa_end) {
8330                                         /* Start physical address run. */
8331                                         pa_start = *pde & PG_PS_FRAME;
8332                                         pa_end = pa_start + NBPDR;
8333                                 } else if (pa_end == (*pde & PG_PS_FRAME))
8334                                         pa_end += NBPDR;
8335                                 else {
8336                                         /* Run ended, update direct map. */
8337                                         error = pmap_change_props_locked(
8338                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
8339                                             pa_end - pa_start, prot, mode,
8340                                             flags);
8341                                         if (error != 0)
8342                                                 break;
8343                                         /* Start physical address run. */
8344                                         pa_start = *pde & PG_PS_FRAME;
8345                                         pa_end = pa_start + NBPDR;
8346                                 }
8347                         }
8348                         tmpva = trunc_2mpage(tmpva) + NBPDR;
8349                 } else {
8350                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, tmpva);
8351                         if ((*pte & pte_mask) != pte_bits) {
8352                                 pmap_pte_props(pte, pte_bits, pte_mask);
8353                                 changed = true;
8354                         }
8355                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS &&
8356                             (*pte & PG_FRAME) < dmaplimit) {
8357                                 if (pa_start == pa_end) {
8358                                         /* Start physical address run. */
8359                                         pa_start = *pte & PG_FRAME;
8360                                         pa_end = pa_start + PAGE_SIZE;
8361                                 } else if (pa_end == (*pte & PG_FRAME))
8362                                         pa_end += PAGE_SIZE;
8363                                 else {
8364                                         /* Run ended, update direct map. */
8365                                         error = pmap_change_props_locked(
8366                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
8367                                             pa_end - pa_start, prot, mode,
8368                                             flags);
8369                                         if (error != 0)
8370                                                 break;
8371                                         /* Start physical address run. */
8372                                         pa_start = *pte & PG_FRAME;
8373                                         pa_end = pa_start + PAGE_SIZE;
8374                                 }
8375                         }
8376                         tmpva += PAGE_SIZE;
8377                 }
8378         }
8379         if (error == 0 && pa_start != pa_end && pa_start < dmaplimit) {
8380                 pa_end1 = MIN(pa_end, dmaplimit);
8381                 if (pa_start != pa_end1)
8382                         error = pmap_change_props_locked(PHYS_TO_DMAP(pa_start),
8383                             pa_end1 - pa_start, prot, mode, flags);
8384         }
8385
8386         /*
8387          * Flush CPU caches if required to make sure any data isn't cached that
8388          * shouldn't be, etc.
8389          */
8390         if (changed) {
8391                 pmap_invalidate_range(kernel_pmap, base, tmpva);
8392                 if ((flags & MAPDEV_FLUSHCACHE) != 0)
8393                         pmap_invalidate_cache_range(base, tmpva);
8394         }
8395         return (error);
8396 }
8397
8398 /*
8399  * Demotes any mapping within the direct map region that covers more than the
8400  * specified range of physical addresses.  This range's size must be a power
8401  * of two and its starting address must be a multiple of its size.  Since the
8402  * demotion does not change any attributes of the mapping, a TLB invalidation
8403  * is not mandatory.  The caller may, however, request a TLB invalidation.
8404  */
8405 void
8406 pmap_demote_DMAP(vm_paddr_t base, vm_size_t len, boolean_t invalidate)
8407 {
8408         pdp_entry_t *pdpe;
8409         pd_entry_t *pde;
8410         vm_offset_t va;
8411         boolean_t changed;
8412
8413         if (len == 0)
8414                 return;
8415         KASSERT(powerof2(len), ("pmap_demote_DMAP: len is not a power of 2"));
8416         KASSERT((base & (len - 1)) == 0,
8417             ("pmap_demote_DMAP: base is not a multiple of len"));
8418         if (len < NBPDP && base < dmaplimit) {
8419                 va = PHYS_TO_DMAP(base);
8420                 changed = FALSE;
8421                 PMAP_LOCK(kernel_pmap);
8422                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, va);
8423                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0)
8424                         panic("pmap_demote_DMAP: invalid PDPE");
8425                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0) {
8426                         if (!pmap_demote_pdpe(kernel_pmap, pdpe, va))
8427                                 panic("pmap_demote_DMAP: PDPE failed");
8428                         changed = TRUE;
8429                 }
8430                 if (len < NBPDR) {
8431                         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
8432                         if ((*pde & X86_PG_V) == 0)
8433                                 panic("pmap_demote_DMAP: invalid PDE");
8434                         if ((*pde & PG_PS) != 0) {
8435                                 if (!pmap_demote_pde(kernel_pmap, pde, va))
8436                                         panic("pmap_demote_DMAP: PDE failed");
8437                                 changed = TRUE;
8438                         }
8439                 }
8440                 if (changed && invalidate)
8441                         pmap_invalidate_page(kernel_pmap, va);
8442                 PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
8443         }
8444 }
8445
8446 /*
8447  * perform the pmap work for mincore
8448  */
8449 int
8450 pmap_mincore(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_paddr_t *locked_pa)
8451 {
8452         pd_entry_t *pdep;
8453         pt_entry_t pte, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
8454         vm_paddr_t pa;
8455         int val;
8456
8457         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
8458         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
8459         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
8460         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8461
8462         PMAP_LOCK(pmap);
8463 retry:
8464         pdep = pmap_pde(pmap, addr);
8465         if (pdep != NULL && (*pdep & PG_V)) {
8466                 if (*pdep & PG_PS) {
8467                         pte = *pdep;
8468                         /* Compute the physical address of the 4KB page. */
8469                         pa = ((*pdep & PG_PS_FRAME) | (addr & PDRMASK)) &
8470                             PG_FRAME;
8471                         val = MINCORE_SUPER;
8472                 } else {
8473                         pte = *pmap_pde_to_pte(pdep, addr);
8474                         pa = pte & PG_FRAME;
8475                         val = 0;
8476                 }
8477         } else {
8478                 pte = 0;
8479                 pa = 0;
8480                 val = 0;
8481         }
8482         if ((pte & PG_V) != 0) {
8483                 val |= MINCORE_INCORE;
8484                 if ((pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
8485                         val |= MINCORE_MODIFIED | MINCORE_MODIFIED_OTHER;
8486                 if ((pte & PG_A) != 0)
8487                         val |= MINCORE_REFERENCED | MINCORE_REFERENCED_OTHER;
8488         }
8489         if ((val & (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER)) !=
8490             (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER) &&
8491             (pte & (PG_MANAGED | PG_V)) == (PG_MANAGED | PG_V)) {
8492                 /* Ensure that "PHYS_TO_VM_PAGE(pa)->object" doesn't change. */
8493                 if (vm_page_pa_tryrelock(pmap, pa, locked_pa))
8494                         goto retry;
8495         } else
8496                 PA_UNLOCK_COND(*locked_pa);
8497         PMAP_UNLOCK(pmap);
8498         return (val);
8499 }
8500
8501 static uint64_t
8502 pmap_pcid_alloc(pmap_t pmap, u_int cpuid)
8503 {
8504         uint32_t gen, new_gen, pcid_next;
8505
8506         CRITICAL_ASSERT(curthread);
8507         gen = PCPU_GET(pcid_gen);
8508         if (pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid == PMAP_PCID_KERN)
8509                 return (pti ? 0 : CR3_PCID_SAVE);
8510         if (pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen == gen)
8511                 return (CR3_PCID_SAVE);
8512         pcid_next = PCPU_GET(pcid_next);
8513         KASSERT((!pti && pcid_next <= PMAP_PCID_OVERMAX) ||
8514             (pti && pcid_next <= PMAP_PCID_OVERMAX_KERN),
8515             ("cpu %d pcid_next %#x", cpuid, pcid_next));
8516         if ((!pti && pcid_next == PMAP_PCID_OVERMAX) ||
8517             (pti && pcid_next == PMAP_PCID_OVERMAX_KERN)) {
8518                 new_gen = gen + 1;
8519                 if (new_gen == 0)
8520                         new_gen = 1;
8521                 PCPU_SET(pcid_gen, new_gen);
8522                 pcid_next = PMAP_PCID_KERN + 1;
8523         } else {
8524                 new_gen = gen;
8525         }
8526         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid = pcid_next;
8527         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = new_gen;
8528         PCPU_SET(pcid_next, pcid_next + 1);
8529         return (0);
8530 }
8531
8532 static uint64_t
8533 pmap_pcid_alloc_checked(pmap_t pmap, u_int cpuid)
8534 {
8535         uint64_t cached;
8536
8537         cached = pmap_pcid_alloc(pmap, cpuid);
8538         KASSERT(pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid < PMAP_PCID_OVERMAX,
8539             ("pmap %p cpu %d pcid %#x", pmap, cpuid,
8540             pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid));
8541         KASSERT(pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid != PMAP_PCID_KERN ||
8542             pmap == kernel_pmap,
8543             ("non-kernel pmap pmap %p cpu %d pcid %#x",
8544             pmap, cpuid, pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid));
8545         return (cached);
8546 }
8547
8548 static void
8549 pmap_activate_sw_pti_post(struct thread *td, pmap_t pmap)
8550 {
8551
8552         PCPU_GET(tssp)->tss_rsp0 = pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3 ?
8553             PCPU_GET(pti_rsp0) : (uintptr_t)td->td_md.md_stack_base;
8554 }
8555
8556 static void inline
8557 pmap_activate_sw_pcid_pti(pmap_t pmap, u_int cpuid, const bool invpcid_works1)
8558 {
8559         struct invpcid_descr d;
8560         uint64_t cached, cr3, kcr3, ucr3;
8561
8562         cached = pmap_pcid_alloc_checked(pmap, cpuid);
8563         cr3 = rcr3();
8564         if ((cr3 & ~CR3_PCID_MASK) != pmap->pm_cr3)
8565                 load_cr3(pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid);
8566         PCPU_SET(curpmap, pmap);
8567         kcr3 = pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
8568         ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid |
8569             PMAP_PCID_USER_PT;
8570
8571         if (!cached && pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
8572                 /*
8573                  * Explicitly invalidate translations cached from the
8574                  * user page table.  They are not automatically
8575                  * flushed by reload of cr3 with the kernel page table
8576                  * pointer above.
8577                  *
8578                  * Note that the if() condition is resolved statically
8579                  * by using the function argument instead of
8580                  * runtime-evaluated invpcid_works value.
8581                  */
8582                 if (invpcid_works1) {
8583                         d.pcid = PMAP_PCID_USER_PT |
8584                             pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
8585                         d.pad = 0;
8586                         d.addr = 0;
8587                         invpcid(&d, INVPCID_CTX);
8588                 } else {
8589                         pmap_pti_pcid_invalidate(ucr3, kcr3);
8590                 }
8591         }
8592
8593         PCPU_SET(kcr3, kcr3 | CR3_PCID_SAVE);
8594         PCPU_SET(ucr3, ucr3 | CR3_PCID_SAVE);
8595         if (cached)
8596                 PCPU_INC(pm_save_cnt);
8597 }
8598
8599 static void
8600 pmap_activate_sw_pcid_invpcid_pti(struct thread *td, pmap_t pmap, u_int cpuid)
8601 {
8602
8603         pmap_activate_sw_pcid_pti(pmap, cpuid, true);
8604         pmap_activate_sw_pti_post(td, pmap);
8605 }
8606
8607 static void
8608 pmap_activate_sw_pcid_noinvpcid_pti(struct thread *td, pmap_t pmap,
8609     u_int cpuid)
8610 {
8611         register_t rflags;
8612
8613         /*
8614          * If the INVPCID instruction is not available,
8615          * invltlb_pcid_handler() is used to handle an invalidate_all
8616          * IPI, which checks for curpmap == smp_tlb_pmap.  The below
8617          * sequence of operations has a window where %CR3 is loaded
8618          * with the new pmap's PML4 address, but the curpmap value has
8619          * not yet been updated.  This causes the invltlb IPI handler,
8620          * which is called between the updates, to execute as a NOP,
8621          * which leaves stale TLB entries.
8622          *
8623          * Note that the most typical use of pmap_activate_sw(), from
8624          * the context switch, is immune to this race, because
8625          * interrupts are disabled (while the thread lock is owned),
8626          * and the IPI happens after curpmap is updated.  Protect
8627          * other callers in a similar way, by disabling interrupts
8628          * around the %cr3 register reload and curpmap assignment.
8629          */
8630         rflags = intr_disable();
8631         pmap_activate_sw_pcid_pti(pmap, cpuid, false);
8632         intr_restore(rflags);
8633         pmap_activate_sw_pti_post(td, pmap);
8634 }
8635
8636 static void
8637 pmap_activate_sw_pcid_nopti(struct thread *td __unused, pmap_t pmap,
8638     u_int cpuid)
8639 {
8640         uint64_t cached, cr3;
8641
8642         cached = pmap_pcid_alloc_checked(pmap, cpuid);
8643         cr3 = rcr3();
8644         if (!cached || (cr3 & ~CR3_PCID_MASK) != pmap->pm_cr3)
8645                 load_cr3(pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid |
8646                     cached);
8647         PCPU_SET(curpmap, pmap);
8648         if (cached)
8649                 PCPU_INC(pm_save_cnt);
8650 }
8651
8652 static void
8653 pmap_activate_sw_pcid_noinvpcid_nopti(struct thread *td __unused, pmap_t pmap,
8654     u_int cpuid)
8655 {
8656         register_t rflags;
8657
8658         rflags = intr_disable();
8659         pmap_activate_sw_pcid_nopti(td, pmap, cpuid);
8660         intr_restore(rflags);
8661 }
8662
8663 static void
8664 pmap_activate_sw_nopcid_nopti(struct thread *td __unused, pmap_t pmap,
8665     u_int cpuid __unused)
8666 {
8667
8668         load_cr3(pmap->pm_cr3);
8669         PCPU_SET(curpmap, pmap);
8670 }
8671
8672 static void
8673 pmap_activate_sw_nopcid_pti(struct thread *td, pmap_t pmap,
8674     u_int cpuid __unused)
8675 {
8676
8677         pmap_activate_sw_nopcid_nopti(td, pmap, cpuid);
8678         PCPU_SET(kcr3, pmap->pm_cr3);
8679         PCPU_SET(ucr3, pmap->pm_ucr3);
8680         pmap_activate_sw_pti_post(td, pmap);
8681 }
8682
8683 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_activate_sw_mode, (struct thread *, pmap_t,
8684     u_int), static)
8685 {
8686
8687         if (pmap_pcid_enabled && pti && invpcid_works)
8688                 return (pmap_activate_sw_pcid_invpcid_pti);
8689         else if (pmap_pcid_enabled && pti && !invpcid_works)
8690                 return (pmap_activate_sw_pcid_noinvpcid_pti);
8691         else if (pmap_pcid_enabled && !pti && invpcid_works)
8692                 return (pmap_activate_sw_pcid_nopti);
8693         else if (pmap_pcid_enabled && !pti && !invpcid_works)
8694                 return (pmap_activate_sw_pcid_noinvpcid_nopti);
8695         else if (!pmap_pcid_enabled && pti)
8696                 return (pmap_activate_sw_nopcid_pti);
8697         else /* if (!pmap_pcid_enabled && !pti) */
8698                 return (pmap_activate_sw_nopcid_nopti);
8699 }
8700
8701 void
8702 pmap_activate_sw(struct thread *td)
8703 {
8704         pmap_t oldpmap, pmap;
8705         u_int cpuid;
8706
8707         oldpmap = PCPU_GET(curpmap);
8708         pmap = vmspace_pmap(td->td_proc->p_vmspace);
8709         if (oldpmap == pmap) {
8710                 if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
8711                         mfence();
8712                 return;
8713         }
8714         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
8715 #ifdef SMP
8716         CPU_SET_ATOMIC(cpuid, &pmap->pm_active);
8717 #else
8718         CPU_SET(cpuid, &pmap->pm_active);
8719 #endif
8720         pmap_activate_sw_mode(td, pmap, cpuid);
8721 #ifdef SMP
8722         CPU_CLR_ATOMIC(cpuid, &oldpmap->pm_active);
8723 #else
8724         CPU_CLR(cpuid, &oldpmap->pm_active);
8725 #endif
8726 }
8727
8728 void
8729 pmap_activate(struct thread *td)
8730 {
8731
8732         critical_enter();
8733         pmap_activate_sw(td);
8734         critical_exit();
8735 }
8736
8737 void
8738 pmap_activate_boot(pmap_t pmap)
8739 {
8740         uint64_t kcr3;
8741         u_int cpuid;
8742
8743         /*
8744          * kernel_pmap must be never deactivated, and we ensure that
8745          * by never activating it at all.
8746          */
8747         MPASS(pmap != kernel_pmap);
8748
8749         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
8750 #ifdef SMP
8751         CPU_SET_ATOMIC(cpuid, &pmap->pm_active);
8752 #else
8753         CPU_SET(cpuid, &pmap->pm_active);
8754 #endif
8755         PCPU_SET(curpmap, pmap);
8756         if (pti) {
8757                 kcr3 = pmap->pm_cr3;
8758                 if (pmap_pcid_enabled)
8759                         kcr3 |= pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid | CR3_PCID_SAVE;
8760         } else {
8761                 kcr3 = PMAP_NO_CR3;
8762         }
8763         PCPU_SET(kcr3, kcr3);
8764         PCPU_SET(ucr3, PMAP_NO_CR3);
8765 }
8766
8767 void
8768 pmap_sync_icache(pmap_t pm, vm_offset_t va, vm_size_t sz)
8769 {
8770 }
8771
8772 /*
8773  *      Increase the starting virtual address of the given mapping if a
8774  *      different alignment might result in more superpage mappings.
8775  */
8776 void
8777 pmap_align_superpage(vm_object_t object, vm_ooffset_t offset,
8778     vm_offset_t *addr, vm_size_t size)
8779 {
8780         vm_offset_t superpage_offset;
8781
8782         if (size < NBPDR)
8783                 return;
8784         if (object != NULL && (object->flags & OBJ_COLORED) != 0)
8785                 offset += ptoa(object->pg_color);
8786         superpage_offset = offset & PDRMASK;
8787         if (size - ((NBPDR - superpage_offset) & PDRMASK) < NBPDR ||
8788             (*addr & PDRMASK) == superpage_offset)
8789                 return;
8790         if ((*addr & PDRMASK) < superpage_offset)
8791                 *addr = (*addr & ~PDRMASK) + superpage_offset;
8792         else
8793                 *addr = ((*addr + PDRMASK) & ~PDRMASK) + superpage_offset;
8794 }
8795
8796 #ifdef INVARIANTS
8797 static unsigned long num_dirty_emulations;
8798 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_dirty_emulations, CTLFLAG_RW,
8799              &num_dirty_emulations, 0, NULL);
8800
8801 static unsigned long num_accessed_emulations;
8802 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_accessed_emulations, CTLFLAG_RW,
8803              &num_accessed_emulations, 0, NULL);
8804
8805 static unsigned long num_superpage_accessed_emulations;
8806 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_superpage_accessed_emulations, CTLFLAG_RW,
8807              &num_superpage_accessed_emulations, 0, NULL);
8808
8809 static unsigned long ad_emulation_superpage_promotions;
8810 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, ad_emulation_superpage_promotions, CTLFLAG_RW,
8811              &ad_emulation_superpage_promotions, 0, NULL);
8812 #endif  /* INVARIANTS */
8813
8814 int
8815 pmap_emulate_accessed_dirty(pmap_t pmap, vm_offset_t va, int ftype)
8816 {
8817         int rv;
8818         struct rwlock *lock;
8819 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
8820         vm_page_t m, mpte;
8821 #endif
8822         pd_entry_t *pde;
8823         pt_entry_t *pte, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
8824
8825         KASSERT(ftype == VM_PROT_READ || ftype == VM_PROT_WRITE,
8826             ("pmap_emulate_accessed_dirty: invalid fault type %d", ftype));
8827
8828         if (!pmap_emulate_ad_bits(pmap))
8829                 return (-1);
8830
8831         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
8832         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
8833         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
8834         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8835
8836         rv = -1;
8837         lock = NULL;
8838         PMAP_LOCK(pmap);
8839
8840         pde = pmap_pde(pmap, va);
8841         if (pde == NULL || (*pde & PG_V) == 0)
8842                 goto done;
8843
8844         if ((*pde & PG_PS) != 0) {
8845                 if (ftype == VM_PROT_READ) {
8846 #ifdef INVARIANTS
8847                         atomic_add_long(&num_superpage_accessed_emulations, 1);
8848 #endif
8849                         *pde |= PG_A;
8850                         rv = 0;
8851                 }
8852                 goto done;
8853         }
8854
8855         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
8856         if ((*pte & PG_V) == 0)
8857                 goto done;
8858
8859         if (ftype == VM_PROT_WRITE) {
8860                 if ((*pte & PG_RW) == 0)
8861                         goto done;
8862                 /*
8863                  * Set the modified and accessed bits simultaneously.
8864                  *
8865                  * Intel EPT PTEs that do software emulation of A/D bits map
8866                  * PG_A and PG_M to EPT_PG_READ and EPT_PG_WRITE respectively.
8867                  * An EPT misconfiguration is triggered if the PTE is writable
8868                  * but not readable (WR=10). This is avoided by setting PG_A
8869                  * and PG_M simultaneously.
8870                  */
8871                 *pte |= PG_M | PG_A;
8872         } else {
8873                 *pte |= PG_A;
8874         }
8875
8876 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
8877         /* try to promote the mapping */
8878         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
8879                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
8880         else
8881                 mpte = NULL;
8882
8883         m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pte & PG_FRAME);
8884
8885         if ((mpte == NULL || mpte->wire_count == NPTEPG) &&
8886             pmap_ps_enabled(pmap) &&
8887             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
8888             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0) {
8889                 pmap_promote_pde(pmap, pde, va, &lock);
8890 #ifdef INVARIANTS
8891                 atomic_add_long(&ad_emulation_superpage_promotions, 1);
8892 #endif
8893         }
8894 #endif
8895
8896 #ifdef INVARIANTS
8897         if (ftype == VM_PROT_WRITE)
8898                 atomic_add_long(&num_dirty_emulations, 1);
8899         else
8900                 atomic_add_long(&num_accessed_emulations, 1);
8901 #endif
8902         rv = 0;         /* success */
8903 done:
8904         if (lock != NULL)
8905                 rw_wunlock(lock);
8906         PMAP_UNLOCK(pmap);
8907         return (rv);
8908 }
8909
8910 void
8911 pmap_get_mapping(pmap_t pmap, vm_offset_t va, uint64_t *ptr, int *num)
8912 {
8913         pml4_entry_t *pml4;
8914         pdp_entry_t *pdp;
8915         pd_entry_t *pde;
8916         pt_entry_t *pte, PG_V;
8917         int idx;
8918
8919         idx = 0;
8920         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
8921         PMAP_LOCK(pmap);
8922
8923         pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
8924         ptr[idx++] = *pml4;
8925         if ((*pml4 & PG_V) == 0)
8926                 goto done;
8927
8928         pdp = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4, va);
8929         ptr[idx++] = *pdp;
8930         if ((*pdp & PG_V) == 0 || (*pdp & PG_PS) != 0)
8931                 goto done;
8932
8933         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdp, va);
8934         ptr[idx++] = *pde;
8935         if ((*pde & PG_V) == 0 || (*pde & PG_PS) != 0)
8936                 goto done;
8937
8938         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
8939         ptr[idx++] = *pte;
8940
8941 done:
8942         PMAP_UNLOCK(pmap);
8943         *num = idx;
8944 }
8945
8946 /**
8947  * Get the kernel virtual address of a set of physical pages. If there are
8948  * physical addresses not covered by the DMAP perform a transient mapping
8949  * that will be removed when calling pmap_unmap_io_transient.
8950  *
8951  * \param page        The pages the caller wishes to obtain the virtual
8952  *                    address on the kernel memory map.
8953  * \param vaddr       On return contains the kernel virtual memory address
8954  *                    of the pages passed in the page parameter.
8955  * \param count       Number of pages passed in.
8956  * \param can_fault   TRUE if the thread using the mapped pages can take
8957  *                    page faults, FALSE otherwise.
8958  *
8959  * \returns TRUE if the caller must call pmap_unmap_io_transient when
8960  *          finished or FALSE otherwise.
8961  *
8962  */
8963 boolean_t
8964 pmap_map_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
8965     boolean_t can_fault)
8966 {
8967         vm_paddr_t paddr;
8968         boolean_t needs_mapping;
8969         pt_entry_t *pte;
8970         int cache_bits, error __unused, i;
8971
8972         /*
8973          * Allocate any KVA space that we need, this is done in a separate
8974          * loop to prevent calling vmem_alloc while pinned.
8975          */
8976         needs_mapping = FALSE;
8977         for (i = 0; i < count; i++) {
8978                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
8979                 if (__predict_false(paddr >= dmaplimit)) {
8980                         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE,
8981                             M_BESTFIT | M_WAITOK, &vaddr[i]);
8982                         KASSERT(error == 0, ("vmem_alloc failed: %d", error));
8983                         needs_mapping = TRUE;
8984                 } else {
8985                         vaddr[i] = PHYS_TO_DMAP(paddr);
8986                 }
8987         }
8988
8989         /* Exit early if everything is covered by the DMAP */
8990         if (!needs_mapping)
8991                 return (FALSE);
8992
8993         /*
8994          * NB:  The sequence of updating a page table followed by accesses
8995          * to the corresponding pages used in the !DMAP case is subject to
8996          * the situation described in the "AMD64 Architecture Programmer's
8997          * Manual Volume 2: System Programming" rev. 3.23, "7.3.1 Special
8998          * Coherency Considerations".  Therefore, issuing the INVLPG right
8999          * after modifying the PTE bits is crucial.
9000          */
9001         if (!can_fault)
9002                 sched_pin();
9003         for (i = 0; i < count; i++) {
9004                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
9005                 if (paddr >= dmaplimit) {
9006                         if (can_fault) {
9007                                 /*
9008                                  * Slow path, since we can get page faults
9009                                  * while mappings are active don't pin the
9010                                  * thread to the CPU and instead add a global
9011                                  * mapping visible to all CPUs.
9012                                  */
9013                                 pmap_qenter(vaddr[i], &page[i], 1);
9014                         } else {
9015                                 pte = vtopte(vaddr[i]);
9016                                 cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap,
9017                                     page[i]->md.pat_mode, 0);
9018                                 pte_store(pte, paddr | X86_PG_RW | X86_PG_V |
9019                                     cache_bits);
9020                                 invlpg(vaddr[i]);
9021                         }
9022                 }
9023         }
9024
9025         return (needs_mapping);
9026 }
9027
9028 void
9029 pmap_unmap_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
9030     boolean_t can_fault)
9031 {
9032         vm_paddr_t paddr;
9033         int i;
9034
9035         if (!can_fault)
9036                 sched_unpin();
9037         for (i = 0; i < count; i++) {
9038                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
9039                 if (paddr >= dmaplimit) {
9040                         if (can_fault)
9041                                 pmap_qremove(vaddr[i], 1);
9042                         vmem_free(kernel_arena, vaddr[i], PAGE_SIZE);
9043                 }
9044         }
9045 }
9046
9047 vm_offset_t
9048 pmap_quick_enter_page(vm_page_t m)
9049 {
9050         vm_paddr_t paddr;
9051
9052         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
9053         if (paddr < dmaplimit)
9054                 return (PHYS_TO_DMAP(paddr));
9055         mtx_lock_spin(&qframe_mtx);
9056         KASSERT(*vtopte(qframe) == 0, ("qframe busy"));
9057         pte_store(vtopte(qframe), paddr | X86_PG_RW | X86_PG_V | X86_PG_A |
9058             X86_PG_M | pmap_cache_bits(kernel_pmap, m->md.pat_mode, 0));
9059         return (qframe);
9060 }
9061
9062 void
9063 pmap_quick_remove_page(vm_offset_t addr)
9064 {
9065
9066         if (addr != qframe)
9067                 return;
9068         pte_store(vtopte(qframe), 0);
9069         invlpg(qframe);
9070         mtx_unlock_spin(&qframe_mtx);
9071 }
9072
9073 /*
9074  * Pdp pages from the large map are managed differently from either
9075  * kernel or user page table pages.  They are permanently allocated at
9076  * initialization time, and their wire count is permanently set to
9077  * zero.  The pml4 entries pointing to those pages are copied into
9078  * each allocated pmap.
9079  *
9080  * In contrast, pd and pt pages are managed like user page table
9081  * pages.  They are dynamically allocated, and their wire count
9082  * represents the number of valid entries within the page.
9083  */
9084 static vm_page_t
9085 pmap_large_map_getptp_unlocked(void)
9086 {
9087         vm_page_t m;
9088
9089         m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
9090             VM_ALLOC_ZERO);
9091         if (m != NULL && (m->flags & PG_ZERO) == 0)
9092                 pmap_zero_page(m);
9093         return (m);
9094 }
9095
9096 static vm_page_t
9097 pmap_large_map_getptp(void)
9098 {
9099         vm_page_t m;
9100
9101         PMAP_LOCK_ASSERT(kernel_pmap, MA_OWNED);
9102         m = pmap_large_map_getptp_unlocked();
9103         if (m == NULL) {
9104                 PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
9105                 vm_wait(NULL);
9106                 PMAP_LOCK(kernel_pmap);
9107                 /* Callers retry. */
9108         }
9109         return (m);
9110 }
9111
9112 static pdp_entry_t *
9113 pmap_large_map_pdpe(vm_offset_t va)
9114 {
9115         vm_pindex_t pml4_idx;
9116         vm_paddr_t mphys;
9117
9118         pml4_idx = pmap_pml4e_index(va);
9119         KASSERT(LMSPML4I <= pml4_idx && pml4_idx < LMSPML4I + lm_ents,
9120             ("pmap_large_map_pdpe: va %#jx out of range idx %#jx LMSPML4I "
9121             "%#jx lm_ents %d",
9122             (uintmax_t)va, (uintmax_t)pml4_idx, LMSPML4I, lm_ents));
9123         KASSERT((kernel_pmap->pm_pml4[pml4_idx] & X86_PG_V) != 0,
9124             ("pmap_large_map_pdpe: invalid pml4 for va %#jx idx %#jx "
9125             "LMSPML4I %#jx lm_ents %d",
9126             (uintmax_t)va, (uintmax_t)pml4_idx, LMSPML4I, lm_ents));
9127         mphys = kernel_pmap->pm_pml4[pml4_idx] & PG_FRAME;
9128         return ((pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys) + pmap_pdpe_index(va));
9129 }
9130
9131 static pd_entry_t *
9132 pmap_large_map_pde(vm_offset_t va)
9133 {
9134         pdp_entry_t *pdpe;
9135         vm_page_t m;
9136         vm_paddr_t mphys;
9137
9138 retry:
9139         pdpe = pmap_large_map_pdpe(va);
9140         if (*pdpe == 0) {
9141                 m = pmap_large_map_getptp();
9142                 if (m == NULL)
9143                         goto retry;
9144                 mphys = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
9145                 *pdpe = mphys | X86_PG_A | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
9146         } else {
9147                 MPASS((*pdpe & X86_PG_PS) == 0);
9148                 mphys = *pdpe & PG_FRAME;
9149         }
9150         return ((pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys) + pmap_pde_index(va));
9151 }
9152
9153 static pt_entry_t *
9154 pmap_large_map_pte(vm_offset_t va)
9155 {
9156         pd_entry_t *pde;
9157         vm_page_t m;
9158         vm_paddr_t mphys;
9159
9160 retry:
9161         pde = pmap_large_map_pde(va);
9162         if (*pde == 0) {
9163                 m = pmap_large_map_getptp();
9164                 if (m == NULL)
9165                         goto retry;
9166                 mphys = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
9167                 *pde = mphys | X86_PG_A | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
9168                 PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pde))->wire_count++;
9169         } else {
9170                 MPASS((*pde & X86_PG_PS) == 0);
9171                 mphys = *pde & PG_FRAME;
9172         }
9173         return ((pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys) + pmap_pte_index(va));
9174 }
9175
9176 static vm_paddr_t
9177 pmap_large_map_kextract(vm_offset_t va)
9178 {
9179         pdp_entry_t *pdpe, pdp;
9180         pd_entry_t *pde, pd;
9181         pt_entry_t *pte, pt;
9182
9183         KASSERT(PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(va),
9184             ("not largemap range %#lx", (u_long)va));
9185         pdpe = pmap_large_map_pdpe(va);
9186         pdp = *pdpe;
9187         KASSERT((pdp & X86_PG_V) != 0,
9188             ("invalid pdp va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
9189             (u_long)pdpe, pdp));
9190         if ((pdp & X86_PG_PS) != 0) {
9191                 KASSERT((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0,
9192                     ("no 1G pages, va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
9193                     (u_long)pdpe, pdp));
9194                 return ((pdp & PG_PS_PDP_FRAME) | (va & PDPMASK));
9195         }
9196         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
9197         pd = *pde;
9198         KASSERT((pd & X86_PG_V) != 0,
9199             ("invalid pd va %#lx pde %#lx pd %#lx", va, (u_long)pde, pd));
9200         if ((pd & X86_PG_PS) != 0)
9201                 return ((pd & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK));
9202         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
9203         pt = *pte;
9204         KASSERT((pt & X86_PG_V) != 0,
9205             ("invalid pte va %#lx pte %#lx pt %#lx", va, (u_long)pte, pt));
9206         return ((pt & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK));
9207 }
9208
9209 static int
9210 pmap_large_map_getva(vm_size_t len, vm_offset_t align, vm_offset_t phase,
9211     vmem_addr_t *vmem_res)
9212 {
9213
9214         /*
9215          * Large mappings are all but static.  Consequently, there
9216          * is no point in waiting for an earlier allocation to be
9217          * freed.
9218          */
9219         return (vmem_xalloc(large_vmem, len, align, phase, 0, VMEM_ADDR_MIN,
9220             VMEM_ADDR_MAX, M_NOWAIT | M_BESTFIT, vmem_res));
9221 }
9222
9223 int
9224 pmap_large_map(vm_paddr_t spa, vm_size_t len, void **addr,
9225     vm_memattr_t mattr)
9226 {
9227         pdp_entry_t *pdpe;
9228         pd_entry_t *pde;
9229         pt_entry_t *pte;
9230         vm_offset_t va, inc;
9231         vmem_addr_t vmem_res;
9232         vm_paddr_t pa;
9233         int error;
9234
9235         if (len == 0 || spa + len < spa)
9236                 return (EINVAL);
9237
9238         /* See if DMAP can serve. */
9239         if (spa + len <= dmaplimit) {
9240                 va = PHYS_TO_DMAP(spa);
9241                 *addr = (void *)va;
9242                 return (pmap_change_attr(va, len, mattr));
9243         }
9244
9245         /*
9246          * No, allocate KVA.  Fit the address with best possible
9247          * alignment for superpages.  Fall back to worse align if
9248          * failed.
9249          */
9250         error = ENOMEM;
9251         if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0 && rounddown2(spa + len,
9252             NBPDP) >= roundup2(spa, NBPDP) + NBPDP)
9253                 error = pmap_large_map_getva(len, NBPDP, spa & PDPMASK,
9254                     &vmem_res);
9255         if (error != 0 && rounddown2(spa + len, NBPDR) >= roundup2(spa,
9256             NBPDR) + NBPDR)
9257                 error = pmap_large_map_getva(len, NBPDR, spa & PDRMASK,
9258                     &vmem_res);
9259         if (error != 0)
9260                 error = pmap_large_map_getva(len, PAGE_SIZE, 0, &vmem_res);
9261         if (error != 0)
9262                 return (error);
9263
9264         /*
9265          * Fill pagetable.  PG_M is not pre-set, we scan modified bits
9266          * in the pagetable to minimize flushing.  No need to
9267          * invalidate TLB, since we only update invalid entries.
9268          */
9269         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
9270         for (pa = spa, va = vmem_res; len > 0; pa += inc, va += inc,
9271             len -= inc) {
9272                 if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0 && len >= NBPDP &&
9273                     (pa & PDPMASK) == 0 && (va & PDPMASK) == 0) {
9274                         pdpe = pmap_large_map_pdpe(va);
9275                         MPASS(*pdpe == 0);
9276                         *pdpe = pa | pg_g | X86_PG_PS | X86_PG_RW |
9277                             X86_PG_V | X86_PG_A | pg_nx |
9278                             pmap_cache_bits(kernel_pmap, mattr, TRUE);
9279                         inc = NBPDP;
9280                 } else if (len >= NBPDR && (pa & PDRMASK) == 0 &&
9281                     (va & PDRMASK) == 0) {
9282                         pde = pmap_large_map_pde(va);
9283                         MPASS(*pde == 0);
9284                         *pde = pa | pg_g | X86_PG_PS | X86_PG_RW |
9285                             X86_PG_V | X86_PG_A | pg_nx |
9286                             pmap_cache_bits(kernel_pmap, mattr, TRUE);
9287                         PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pde))->
9288                             wire_count++;
9289                         inc = NBPDR;
9290                 } else {
9291                         pte = pmap_large_map_pte(va);
9292                         MPASS(*pte == 0);
9293                         *pte = pa | pg_g | X86_PG_RW | X86_PG_V |
9294                             X86_PG_A | pg_nx | pmap_cache_bits(kernel_pmap,
9295                             mattr, FALSE);
9296                         PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pte))->
9297                             wire_count++;
9298                         inc = PAGE_SIZE;
9299                 }
9300         }
9301         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
9302         MPASS(len == 0);
9303
9304         *addr = (void *)vmem_res;
9305         return (0);
9306 }
9307
9308 void
9309 pmap_large_unmap(void *svaa, vm_size_t len)
9310 {
9311         vm_offset_t sva, va;
9312         vm_size_t inc;
9313         pdp_entry_t *pdpe, pdp;
9314         pd_entry_t *pde, pd;
9315         pt_entry_t *pte;
9316         vm_page_t m;
9317         struct spglist spgf;
9318
9319         sva = (vm_offset_t)svaa;
9320         if (len == 0 || sva + len < sva || (sva >= DMAP_MIN_ADDRESS &&
9321             sva + len <= DMAP_MIN_ADDRESS + dmaplimit))
9322                 return;
9323
9324         SLIST_INIT(&spgf);
9325         KASSERT(PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(sva) &&
9326             PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(sva + len - 1),
9327             ("not largemap range %#lx %#lx", (u_long)svaa, (u_long)svaa + len));
9328         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
9329         for (va = sva; va < sva + len; va += inc) {
9330                 pdpe = pmap_large_map_pdpe(va);
9331                 pdp = *pdpe;
9332                 KASSERT((pdp & X86_PG_V) != 0,
9333                     ("invalid pdp va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
9334                     (u_long)pdpe, pdp));
9335                 if ((pdp & X86_PG_PS) != 0) {
9336                         KASSERT((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0,
9337                             ("no 1G pages, va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
9338                             (u_long)pdpe, pdp));
9339                         KASSERT((va & PDPMASK) == 0,
9340                             ("PDPMASK bit set, va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
9341                             (u_long)pdpe, pdp));
9342                         KASSERT(va + NBPDP <= sva + len,
9343                             ("unmap covers partial 1GB page, sva %#lx va %#lx "
9344                             "pdpe %#lx pdp %#lx len %#lx", sva, va,
9345                             (u_long)pdpe, pdp, len));
9346                         *pdpe = 0;
9347                         inc = NBPDP;
9348                         continue;
9349                 }
9350                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
9351                 pd = *pde;
9352                 KASSERT((pd & X86_PG_V) != 0,
9353                     ("invalid pd va %#lx pde %#lx pd %#lx", va,
9354                     (u_long)pde, pd));
9355                 if ((pd & X86_PG_PS) != 0) {
9356                         KASSERT((va & PDRMASK) == 0,
9357                             ("PDRMASK bit set, va %#lx pde %#lx pd %#lx", va,
9358                             (u_long)pde, pd));
9359                         KASSERT(va + NBPDR <= sva + len,
9360                             ("unmap covers partial 2MB page, sva %#lx va %#lx "
9361                             "pde %#lx pd %#lx len %#lx", sva, va, (u_long)pde,
9362                             pd, len));
9363                         pde_store(pde, 0);
9364                         inc = NBPDR;
9365                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pde));
9366                         m->wire_count--;
9367                         if (m->wire_count == 0) {
9368                                 *pdpe = 0;
9369                                 SLIST_INSERT_HEAD(&spgf, m, plinks.s.ss);
9370                         }
9371                         continue;
9372                 }
9373                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
9374                 KASSERT((*pte & X86_PG_V) != 0,
9375                     ("invalid pte va %#lx pte %#lx pt %#lx", va,
9376                     (u_long)pte, *pte));
9377                 pte_clear(pte);
9378                 inc = PAGE_SIZE;
9379                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pte));
9380                 m->wire_count--;
9381                 if (m->wire_count == 0) {
9382                         *pde = 0;
9383                         SLIST_INSERT_HEAD(&spgf, m, plinks.s.ss);
9384                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pde));
9385                         m->wire_count--;
9386                         if (m->wire_count == 0) {
9387                                 *pdpe = 0;
9388                                 SLIST_INSERT_HEAD(&spgf, m, plinks.s.ss);
9389                         }
9390                 }
9391         }
9392         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, sva + len);
9393         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
9394         vm_page_free_pages_toq(&spgf, false);
9395         vmem_free(large_vmem, sva, len);
9396 }
9397
9398 static void
9399 pmap_large_map_wb_fence_mfence(void)
9400 {
9401
9402         mfence();
9403 }
9404
9405 static void
9406 pmap_large_map_wb_fence_atomic(void)
9407 {
9408
9409         atomic_thread_fence_seq_cst();
9410 }
9411
9412 static void
9413 pmap_large_map_wb_fence_nop(void)
9414 {
9415 }
9416
9417 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_large_map_wb_fence, (void), static)
9418 {
9419
9420         if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
9421                 return (pmap_large_map_wb_fence_mfence);
9422         else if ((cpu_stdext_feature & (CPUID_STDEXT_CLWB |
9423             CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT)) == 0)
9424                 return (pmap_large_map_wb_fence_atomic);
9425         else
9426                 /* clflush is strongly enough ordered */
9427                 return (pmap_large_map_wb_fence_nop);
9428 }
9429
9430 static void
9431 pmap_large_map_flush_range_clwb(vm_offset_t va, vm_size_t len)
9432 {
9433
9434         for (; len > 0; len -= cpu_clflush_line_size,
9435             va += cpu_clflush_line_size)
9436                 clwb(va);
9437 }
9438
9439 static void
9440 pmap_large_map_flush_range_clflushopt(vm_offset_t va, vm_size_t len)
9441 {
9442
9443         for (; len > 0; len -= cpu_clflush_line_size,
9444             va += cpu_clflush_line_size)
9445                 clflushopt(va);
9446 }
9447
9448 static void
9449 pmap_large_map_flush_range_clflush(vm_offset_t va, vm_size_t len)
9450 {
9451
9452         for (; len > 0; len -= cpu_clflush_line_size,
9453             va += cpu_clflush_line_size)
9454                 clflush(va);
9455 }
9456
9457 static void
9458 pmap_large_map_flush_range_nop(vm_offset_t sva __unused, vm_size_t len __unused)
9459 {
9460 }
9461
9462 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_large_map_flush_range, (vm_offset_t, vm_size_t),
9463     static)
9464 {
9465
9466         if ((cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLWB) != 0)
9467                 return (pmap_large_map_flush_range_clwb);
9468         else if ((cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT) != 0)
9469                 return (pmap_large_map_flush_range_clflushopt);
9470         else if ((cpu_feature & CPUID_CLFSH) != 0)
9471                 return (pmap_large_map_flush_range_clflush);
9472         else
9473                 return (pmap_large_map_flush_range_nop);
9474 }
9475
9476 static void
9477 pmap_large_map_wb_large(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
9478 {
9479         volatile u_long *pe;
9480         u_long p;
9481         vm_offset_t va;
9482         vm_size_t inc;
9483         bool seen_other;
9484
9485         for (va = sva; va < eva; va += inc) {
9486                 inc = 0;
9487                 if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0) {
9488                         pe = (volatile u_long *)pmap_large_map_pdpe(va);
9489                         p = *pe;
9490                         if ((p & X86_PG_PS) != 0)
9491                                 inc = NBPDP;
9492                 }
9493                 if (inc == 0) {
9494                         pe = (volatile u_long *)pmap_large_map_pde(va);
9495                         p = *pe;
9496                         if ((p & X86_PG_PS) != 0)
9497                                 inc = NBPDR;
9498                 }
9499                 if (inc == 0) {
9500                         pe = (volatile u_long *)pmap_large_map_pte(va);
9501                         p = *pe;
9502                         inc = PAGE_SIZE;
9503                 }
9504                 seen_other = false;
9505                 for (;;) {
9506                         if ((p & X86_PG_AVAIL1) != 0) {
9507                                 /*
9508                                  * Spin-wait for the end of a parallel
9509                                  * write-back.
9510                                  */
9511                                 cpu_spinwait();
9512                                 p = *pe;
9513
9514                                 /*
9515                                  * If we saw other write-back
9516                                  * occuring, we cannot rely on PG_M to
9517                                  * indicate state of the cache.  The
9518                                  * PG_M bit is cleared before the
9519                                  * flush to avoid ignoring new writes,
9520                                  * and writes which are relevant for
9521                                  * us might happen after.
9522                                  */
9523                                 seen_other = true;
9524                                 continue;
9525                         }
9526
9527                         if ((p & X86_PG_M) != 0 || seen_other) {
9528                                 if (!atomic_fcmpset_long(pe, &p,
9529                                     (p & ~X86_PG_M) | X86_PG_AVAIL1))
9530                                         /*
9531                                          * If we saw PG_M without
9532                                          * PG_AVAIL1, and then on the
9533                                          * next attempt we do not
9534                                          * observe either PG_M or
9535                                          * PG_AVAIL1, the other
9536                                          * write-back started after us
9537                                          * and finished before us.  We
9538                                          * can rely on it doing our
9539                                          * work.
9540                                          */
9541                                         continue;
9542                                 pmap_large_map_flush_range(va, inc);
9543                                 atomic_clear_long(pe, X86_PG_AVAIL1);
9544                         }
9545                         break;
9546                 }
9547                 maybe_yield();
9548         }
9549 }
9550
9551 /*
9552  * Write-back cache lines for the given address range.
9553  *
9554  * Must be called only on the range or sub-range returned from
9555  * pmap_large_map().  Must not be called on the coalesced ranges.
9556  *
9557  * Does nothing on CPUs without CLWB, CLFLUSHOPT, or CLFLUSH
9558  * instructions support.
9559  */
9560 void
9561 pmap_large_map_wb(void *svap, vm_size_t len)
9562 {
9563         vm_offset_t eva, sva;
9564
9565         sva = (vm_offset_t)svap;
9566         eva = sva + len;
9567         pmap_large_map_wb_fence();
9568         if (sva >= DMAP_MIN_ADDRESS && eva <= DMAP_MIN_ADDRESS + dmaplimit) {
9569                 pmap_large_map_flush_range(sva, len);
9570         } else {
9571                 KASSERT(sva >= LARGEMAP_MIN_ADDRESS &&
9572                     eva <= LARGEMAP_MIN_ADDRESS + lm_ents * NBPML4,
9573                     ("pmap_large_map_wb: not largemap %#lx %#lx", sva, len));
9574                 pmap_large_map_wb_large(sva, eva);
9575         }
9576         pmap_large_map_wb_fence();
9577 }
9578
9579 static vm_page_t
9580 pmap_pti_alloc_page(void)
9581 {
9582         vm_page_t m;
9583
9584         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
9585         m = vm_page_grab(pti_obj, pti_pg_idx++, VM_ALLOC_NOBUSY |
9586             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
9587         return (m);
9588 }
9589
9590 static bool
9591 pmap_pti_free_page(vm_page_t m)
9592 {
9593
9594         KASSERT(m->wire_count > 0, ("page %p not wired", m));
9595         if (!vm_page_unwire_noq(m))
9596                 return (false);
9597         vm_page_free_zero(m);
9598         return (true);
9599 }
9600
9601 static void
9602 pmap_pti_init(void)
9603 {
9604         vm_page_t pml4_pg;
9605         pdp_entry_t *pdpe;
9606         vm_offset_t va;
9607         int i;
9608
9609         if (!pti)
9610                 return;
9611         pti_obj = vm_pager_allocate(OBJT_PHYS, NULL, 0, VM_PROT_ALL, 0, NULL);
9612         VM_OBJECT_WLOCK(pti_obj);
9613         pml4_pg = pmap_pti_alloc_page();
9614         pti_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml4_pg));
9615         for (va = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS; va <= VM_MAX_KERNEL_ADDRESS &&
9616             va >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS && va > NBPML4; va += NBPML4) {
9617                 pdpe = pmap_pti_pdpe(va);
9618                 pmap_pti_wire_pte(pdpe);
9619         }
9620         pmap_pti_add_kva_locked((vm_offset_t)&__pcpu[0],
9621             (vm_offset_t)&__pcpu[0] + sizeof(__pcpu[0]) * MAXCPU, false);
9622         pmap_pti_add_kva_locked((vm_offset_t)gdt, (vm_offset_t)gdt +
9623             sizeof(struct user_segment_descriptor) * NGDT * MAXCPU, false);
9624         pmap_pti_add_kva_locked((vm_offset_t)idt, (vm_offset_t)idt +
9625             sizeof(struct gate_descriptor) * NIDT, false);
9626         pmap_pti_add_kva_locked((vm_offset_t)common_tss,
9627             (vm_offset_t)common_tss + sizeof(struct amd64tss) * MAXCPU, false);
9628         CPU_FOREACH(i) {
9629                 /* Doublefault stack IST 1 */
9630                 va = common_tss[i].tss_ist1;
9631                 pmap_pti_add_kva_locked(va - PAGE_SIZE, va, false);
9632                 /* NMI stack IST 2 */
9633                 va = common_tss[i].tss_ist2 + sizeof(struct nmi_pcpu);
9634                 pmap_pti_add_kva_locked(va - PAGE_SIZE, va, false);
9635                 /* MC# stack IST 3 */
9636                 va = common_tss[i].tss_ist3 + sizeof(struct nmi_pcpu);
9637                 pmap_pti_add_kva_locked(va - PAGE_SIZE, va, false);
9638                 /* DB# stack IST 4 */
9639                 va = common_tss[i].tss_ist4 + sizeof(struct nmi_pcpu);
9640                 pmap_pti_add_kva_locked(va - PAGE_SIZE, va, false);
9641         }
9642         pmap_pti_add_kva_locked((vm_offset_t)kernphys + KERNBASE,
9643             (vm_offset_t)etext, true);
9644         pti_finalized = true;
9645         VM_OBJECT_WUNLOCK(pti_obj);
9646 }
9647 SYSINIT(pmap_pti, SI_SUB_CPU + 1, SI_ORDER_ANY, pmap_pti_init, NULL);
9648
9649 static pdp_entry_t *
9650 pmap_pti_pdpe(vm_offset_t va)
9651 {
9652         pml4_entry_t *pml4e;
9653         pdp_entry_t *pdpe;
9654         vm_page_t m;
9655         vm_pindex_t pml4_idx;
9656         vm_paddr_t mphys;
9657
9658         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
9659
9660         pml4_idx = pmap_pml4e_index(va);
9661         pml4e = &pti_pml4[pml4_idx];
9662         m = NULL;
9663         if (*pml4e == 0) {
9664                 if (pti_finalized)
9665                         panic("pml4 alloc after finalization\n");
9666                 m = pmap_pti_alloc_page();
9667                 if (*pml4e != 0) {
9668                         pmap_pti_free_page(m);
9669                         mphys = *pml4e & ~PAGE_MASK;
9670                 } else {
9671                         mphys = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
9672                         *pml4e = mphys | X86_PG_RW | X86_PG_V;
9673                 }
9674         } else {
9675                 mphys = *pml4e & ~PAGE_MASK;
9676         }
9677         pdpe = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys) + pmap_pdpe_index(va);
9678         return (pdpe);
9679 }
9680
9681 static void
9682 pmap_pti_wire_pte(void *pte)
9683 {
9684         vm_page_t m;
9685
9686         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
9687         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pte));
9688         m->wire_count++;
9689 }
9690
9691 static void
9692 pmap_pti_unwire_pde(void *pde, bool only_ref)
9693 {
9694         vm_page_t m;
9695
9696         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
9697         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pde));
9698         MPASS(m->wire_count > 0);
9699         MPASS(only_ref || m->wire_count > 1);
9700         pmap_pti_free_page(m);
9701 }
9702
9703 static void
9704 pmap_pti_unwire_pte(void *pte, vm_offset_t va)
9705 {
9706         vm_page_t m;
9707         pd_entry_t *pde;
9708
9709         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
9710         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pte));
9711         MPASS(m->wire_count > 0);
9712         if (pmap_pti_free_page(m)) {
9713                 pde = pmap_pti_pde(va);
9714                 MPASS((*pde & (X86_PG_PS | X86_PG_V)) == X86_PG_V);
9715                 *pde = 0;
9716                 pmap_pti_unwire_pde(pde, false);
9717         }
9718 }
9719
9720 static pd_entry_t *
9721 pmap_pti_pde(vm_offset_t va)
9722 {
9723         pdp_entry_t *pdpe;
9724         pd_entry_t *pde;
9725         vm_page_t m;
9726         vm_pindex_t pd_idx;
9727         vm_paddr_t mphys;
9728
9729         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
9730
9731         pdpe = pmap_pti_pdpe(va);
9732         if (*pdpe == 0) {
9733                 m = pmap_pti_alloc_page();
9734                 if (*pdpe != 0) {
9735                         pmap_pti_free_page(m);
9736                         MPASS((*pdpe & X86_PG_PS) == 0);
9737                         mphys = *pdpe & ~PAGE_MASK;
9738                 } else {
9739                         mphys =  VM_PAGE_TO_PHYS(m);
9740                         *pdpe = mphys | X86_PG_RW | X86_PG_V;
9741                 }
9742         } else {
9743                 MPASS((*pdpe & X86_PG_PS) == 0);
9744                 mphys = *pdpe & ~PAGE_MASK;
9745         }
9746
9747         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys);
9748         pd_idx = pmap_pde_index(va);
9749         pde += pd_idx;
9750         return (pde);
9751 }
9752
9753 static pt_entry_t *
9754 pmap_pti_pte(vm_offset_t va, bool *unwire_pde)
9755 {
9756         pd_entry_t *pde;
9757         pt_entry_t *pte;
9758         vm_page_t m;
9759         vm_paddr_t mphys;
9760
9761         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
9762
9763         pde = pmap_pti_pde(va);
9764         if (unwire_pde != NULL) {
9765                 *unwire_pde = true;
9766                 pmap_pti_wire_pte(pde);
9767         }
9768         if (*pde == 0) {
9769                 m = pmap_pti_alloc_page();
9770                 if (*pde != 0) {
9771                         pmap_pti_free_page(m);
9772                         MPASS((*pde & X86_PG_PS) == 0);
9773                         mphys = *pde & ~(PAGE_MASK | pg_nx);
9774                 } else {
9775                         mphys = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
9776                         *pde = mphys | X86_PG_RW | X86_PG_V;
9777                         if (unwire_pde != NULL)
9778                                 *unwire_pde = false;
9779                 }
9780         } else {
9781                 MPASS((*pde & X86_PG_PS) == 0);
9782                 mphys = *pde & ~(PAGE_MASK | pg_nx);
9783         }
9784
9785         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys);
9786         pte += pmap_pte_index(va);
9787
9788         return (pte);
9789 }
9790
9791 static void
9792 pmap_pti_add_kva_locked(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, bool exec)
9793 {
9794         vm_paddr_t pa;
9795         pd_entry_t *pde;
9796         pt_entry_t *pte, ptev;
9797         bool unwire_pde;
9798
9799         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
9800
9801         sva = trunc_page(sva);
9802         MPASS(sva > VM_MAXUSER_ADDRESS);
9803         eva = round_page(eva);
9804         MPASS(sva < eva);
9805         for (; sva < eva; sva += PAGE_SIZE) {
9806                 pte = pmap_pti_pte(sva, &unwire_pde);
9807                 pa = pmap_kextract(sva);
9808                 ptev = pa | X86_PG_RW | X86_PG_V | X86_PG_A | X86_PG_G |
9809                     (exec ? 0 : pg_nx) | pmap_cache_bits(kernel_pmap,
9810                     VM_MEMATTR_DEFAULT, FALSE);
9811                 if (*pte == 0) {
9812                         pte_store(pte, ptev);
9813                         pmap_pti_wire_pte(pte);
9814                 } else {
9815                         KASSERT(!pti_finalized,
9816                             ("pti overlap after fin %#lx %#lx %#lx",
9817                             sva, *pte, ptev));
9818                         KASSERT(*pte == ptev,
9819                             ("pti non-identical pte after fin %#lx %#lx %#lx",
9820                             sva, *pte, ptev));
9821                 }
9822                 if (unwire_pde) {
9823                         pde = pmap_pti_pde(sva);
9824                         pmap_pti_unwire_pde(pde, true);
9825                 }
9826         }
9827 }
9828
9829 void
9830 pmap_pti_add_kva(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, bool exec)
9831 {
9832
9833         if (!pti)
9834                 return;
9835         VM_OBJECT_WLOCK(pti_obj);
9836         pmap_pti_add_kva_locked(sva, eva, exec);
9837         VM_OBJECT_WUNLOCK(pti_obj);
9838 }
9839
9840 void
9841 pmap_pti_remove_kva(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
9842 {
9843         pt_entry_t *pte;
9844         vm_offset_t va;
9845
9846         if (!pti)
9847                 return;
9848         sva = rounddown2(sva, PAGE_SIZE);
9849         MPASS(sva > VM_MAXUSER_ADDRESS);
9850         eva = roundup2(eva, PAGE_SIZE);
9851         MPASS(sva < eva);
9852         VM_OBJECT_WLOCK(pti_obj);
9853         for (va = sva; va < eva; va += PAGE_SIZE) {
9854                 pte = pmap_pti_pte(va, NULL);
9855                 KASSERT((*pte & X86_PG_V) != 0,
9856                     ("invalid pte va %#lx pte %#lx pt %#lx", va,
9857                     (u_long)pte, *pte));
9858                 pte_clear(pte);
9859                 pmap_pti_unwire_pte(pte, va);
9860         }
9861         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, eva);
9862         VM_OBJECT_WUNLOCK(pti_obj);
9863 }
9864
9865 static void *
9866 pkru_dup_range(void *ctx __unused, void *data)
9867 {
9868         struct pmap_pkru_range *node, *new_node;
9869
9870         new_node = uma_zalloc(pmap_pkru_ranges_zone, M_NOWAIT);
9871         if (new_node == NULL)
9872                 return (NULL);
9873         node = data;
9874         memcpy(new_node, node, sizeof(*node));
9875         return (new_node);
9876 }
9877
9878 static void
9879 pkru_free_range(void *ctx __unused, void *node)
9880 {
9881
9882         uma_zfree(pmap_pkru_ranges_zone, node);
9883 }
9884
9885 static int
9886 pmap_pkru_assign(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, u_int keyidx,
9887     int flags)
9888 {
9889         struct pmap_pkru_range *ppr;
9890         int error;
9891
9892         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
9893         MPASS(pmap->pm_type == PT_X86);
9894         MPASS((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0);
9895         if ((flags & AMD64_PKRU_EXCL) != 0 &&
9896             !rangeset_check_empty(&pmap->pm_pkru, sva, eva))
9897                 return (EBUSY);
9898         ppr = uma_zalloc(pmap_pkru_ranges_zone, M_NOWAIT);
9899         if (ppr == NULL)
9900                 return (ENOMEM);
9901         ppr->pkru_keyidx = keyidx;
9902         ppr->pkru_flags = flags & AMD64_PKRU_PERSIST;
9903         error = rangeset_insert(&pmap->pm_pkru, sva, eva, ppr);
9904         if (error != 0)
9905                 uma_zfree(pmap_pkru_ranges_zone, ppr);
9906         return (error);
9907 }
9908
9909 static int
9910 pmap_pkru_deassign(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
9911 {
9912
9913         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
9914         MPASS(pmap->pm_type == PT_X86);
9915         MPASS((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0);
9916         return (rangeset_remove(&pmap->pm_pkru, sva, eva));
9917 }
9918
9919 static void
9920 pmap_pkru_deassign_all(pmap_t pmap)
9921 {
9922
9923         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
9924         if (pmap->pm_type == PT_X86 &&
9925             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0)
9926                 rangeset_remove_all(&pmap->pm_pkru);
9927 }
9928
9929 static bool
9930 pmap_pkru_same(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
9931 {
9932         struct pmap_pkru_range *ppr, *prev_ppr;
9933         vm_offset_t va;
9934
9935         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
9936         if (pmap->pm_type != PT_X86 ||
9937             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) == 0 ||
9938             sva >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
9939                 return (true);
9940         MPASS(eva <= VM_MAXUSER_ADDRESS);
9941         for (va = sva, prev_ppr = NULL; va < eva;) {
9942                 ppr = rangeset_lookup(&pmap->pm_pkru, va);
9943                 if ((ppr == NULL) ^ (prev_ppr == NULL))
9944                         return (false);
9945                 if (ppr == NULL) {
9946                         va += PAGE_SIZE;
9947                         continue;
9948                 }
9949                 if (prev_ppr->pkru_keyidx != ppr->pkru_keyidx)
9950                         return (false);
9951                 va = ppr->pkru_rs_el.re_end;
9952         }
9953         return (true);
9954 }
9955
9956 static pt_entry_t
9957 pmap_pkru_get(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
9958 {
9959         struct pmap_pkru_range *ppr;
9960
9961         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
9962         if (pmap->pm_type != PT_X86 ||
9963             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) == 0 ||
9964             va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
9965                 return (0);
9966         ppr = rangeset_lookup(&pmap->pm_pkru, va);
9967         if (ppr != NULL)
9968                 return (X86_PG_PKU(ppr->pkru_keyidx));
9969         return (0);
9970 }
9971
9972 static bool
9973 pred_pkru_on_remove(void *ctx __unused, void *r)
9974 {
9975         struct pmap_pkru_range *ppr;
9976
9977         ppr = r;
9978         return ((ppr->pkru_flags & AMD64_PKRU_PERSIST) == 0);
9979 }
9980
9981 static void
9982 pmap_pkru_on_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
9983 {
9984
9985         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
9986         if (pmap->pm_type == PT_X86 &&
9987             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0) {
9988                 rangeset_remove_pred(&pmap->pm_pkru, sva, eva,
9989                     pred_pkru_on_remove);
9990         }
9991 }
9992
9993 static int
9994 pmap_pkru_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap)
9995 {
9996
9997         PMAP_LOCK_ASSERT(dst_pmap, MA_OWNED);
9998         PMAP_LOCK_ASSERT(src_pmap, MA_OWNED);
9999         MPASS(dst_pmap->pm_type == PT_X86);
10000         MPASS(src_pmap->pm_type == PT_X86);
10001         MPASS((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0);
10002         if (src_pmap->pm_pkru.rs_data_ctx == NULL)
10003                 return (0);
10004         return (rangeset_copy(&dst_pmap->pm_pkru, &src_pmap->pm_pkru));
10005 }
10006
10007 static void
10008 pmap_pkru_update_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
10009     u_int keyidx)
10010 {
10011         pml4_entry_t *pml4e;
10012         pdp_entry_t *pdpe;
10013         pd_entry_t newpde, ptpaddr, *pde;
10014         pt_entry_t newpte, *ptep, pte;
10015         vm_offset_t va, va_next;
10016         bool changed;
10017
10018         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
10019         MPASS(pmap->pm_type == PT_X86);
10020         MPASS(keyidx <= PMAP_MAX_PKRU_IDX);
10021
10022         for (changed = false, va = sva; va < eva; va = va_next) {
10023                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, va);
10024                 if ((*pml4e & X86_PG_V) == 0) {
10025                         va_next = (va + NBPML4) & ~PML4MASK;
10026                         if (va_next < va)
10027                                 va_next = eva;
10028                         continue;
10029                 }
10030
10031                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, va);
10032                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0) {
10033                         va_next = (va + NBPDP) & ~PDPMASK;
10034                         if (va_next < va)
10035                                 va_next = eva;
10036                         continue;
10037                 }
10038
10039                 va_next = (va + NBPDR) & ~PDRMASK;
10040                 if (va_next < va)
10041                         va_next = eva;
10042
10043                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
10044                 ptpaddr = *pde;
10045                 if (ptpaddr == 0)
10046                         continue;
10047
10048                 MPASS((ptpaddr & X86_PG_V) != 0);
10049                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
10050                         if (va + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
10051                                 newpde = (ptpaddr & ~X86_PG_PKU_MASK) |
10052                                     X86_PG_PKU(keyidx);
10053                                 if (newpde != ptpaddr) {
10054                                         *pde = newpde;
10055                                         changed = true;
10056                                 }
10057                                 continue;
10058                         } else if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, va)) {
10059                                 continue;
10060                         }
10061                 }
10062
10063                 if (va_next > eva)
10064                         va_next = eva;
10065
10066                 for (ptep = pmap_pde_to_pte(pde, va); va != va_next;
10067                     ptep++, va += PAGE_SIZE) {
10068                         pte = *ptep;
10069                         if ((pte & X86_PG_V) == 0)
10070                                 continue;
10071                         newpte = (pte & ~X86_PG_PKU_MASK) | X86_PG_PKU(keyidx);
10072                         if (newpte != pte) {
10073                                 *ptep = newpte;
10074                                 changed = true;
10075                         }
10076                 }
10077         }
10078         if (changed)
10079                 pmap_invalidate_range(pmap, sva, eva);
10080 }
10081
10082 static int
10083 pmap_pkru_check_uargs(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
10084     u_int keyidx, int flags)
10085 {
10086
10087         if (pmap->pm_type != PT_X86 || keyidx > PMAP_MAX_PKRU_IDX ||
10088             (flags & ~(AMD64_PKRU_PERSIST | AMD64_PKRU_EXCL)) != 0)
10089                 return (EINVAL);
10090         if (eva <= sva || eva > VM_MAXUSER_ADDRESS)
10091                 return (EFAULT);
10092         if ((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) == 0)
10093                 return (ENOTSUP);
10094         return (0);
10095 }
10096
10097 int
10098 pmap_pkru_set(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, u_int keyidx,
10099     int flags)
10100 {
10101         int error;
10102
10103         sva = trunc_page(sva);
10104         eva = round_page(eva);
10105         error = pmap_pkru_check_uargs(pmap, sva, eva, keyidx, flags);
10106         if (error != 0)
10107                 return (error);
10108         for (;;) {
10109                 PMAP_LOCK(pmap);
10110                 error = pmap_pkru_assign(pmap, sva, eva, keyidx, flags);
10111                 if (error == 0)
10112                         pmap_pkru_update_range(pmap, sva, eva, keyidx);
10113                 PMAP_UNLOCK(pmap);
10114                 if (error != ENOMEM)
10115                         break;
10116                 vm_wait(NULL);
10117         }
10118         return (error);
10119 }
10120
10121 int
10122 pmap_pkru_clear(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
10123 {
10124         int error;
10125
10126         sva = trunc_page(sva);
10127         eva = round_page(eva);
10128         error = pmap_pkru_check_uargs(pmap, sva, eva, 0, 0);
10129         if (error != 0)
10130                 return (error);
10131         for (;;) {
10132                 PMAP_LOCK(pmap);
10133                 error = pmap_pkru_deassign(pmap, sva, eva);
10134                 if (error == 0)
10135                         pmap_pkru_update_range(pmap, sva, eva, 0);
10136                 PMAP_UNLOCK(pmap);
10137                 if (error != ENOMEM)
10138                         break;
10139                 vm_wait(NULL);
10140         }
10141         return (error);
10142 }
10143
10144 /*
10145  * Track a range of the kernel's virtual address space that is contiguous
10146  * in various mapping attributes.
10147  */
10148 struct pmap_kernel_map_range {
10149         vm_offset_t sva;
10150         pt_entry_t attrs;
10151         int ptes;
10152         int pdes;
10153         int pdpes;
10154 };
10155
10156 static void
10157 sysctl_kmaps_dump(struct sbuf *sb, struct pmap_kernel_map_range *range,
10158     vm_offset_t eva)
10159 {
10160         const char *mode;
10161         int i, pat_idx;
10162
10163         if (eva <= range->sva)
10164                 return;
10165
10166         pat_idx = pmap_pat_index(kernel_pmap, range->attrs, true);
10167         for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
10168                 if (pat_index[i] == pat_idx)
10169                         break;
10170
10171         switch (i) {
10172         case PAT_WRITE_BACK:
10173                 mode = "WB";
10174                 break;
10175         case PAT_WRITE_THROUGH:
10176                 mode = "WT";
10177                 break;
10178         case PAT_UNCACHEABLE:
10179                 mode = "UC";
10180                 break;
10181         case PAT_UNCACHED:
10182                 mode = "U-";
10183                 break;
10184         case PAT_WRITE_PROTECTED:
10185                 mode = "WP";
10186                 break;
10187         case PAT_WRITE_COMBINING:
10188                 mode = "WC";
10189                 break;
10190         default:
10191                 printf("%s: unknown PAT mode %#x for range 0x%016lx-0x%016lx\n",
10192                     __func__, pat_idx, range->sva, eva);
10193                 mode = "??";
10194                 break;
10195         }
10196
10197         sbuf_printf(sb, "0x%016lx-0x%016lx r%c%c%c%c %s %d %d %d\n",
10198             range->sva, eva,
10199             (range->attrs & X86_PG_RW) != 0 ? 'w' : '-',
10200             (range->attrs & pg_nx) != 0 ? '-' : 'x',
10201             (range->attrs & X86_PG_U) != 0 ? 'u' : 's',
10202             (range->attrs & X86_PG_G) != 0 ? 'g' : '-',
10203             mode, range->pdpes, range->pdes, range->ptes);
10204
10205         /* Reset to sentinel value. */
10206         range->sva = KVADDR(NPML4EPG - 1, NPDPEPG - 1, NPDEPG - 1, NPTEPG - 1);
10207 }
10208
10209 /*
10210  * Determine whether the attributes specified by a page table entry match those
10211  * being tracked by the current range.  This is not quite as simple as a direct
10212  * flag comparison since some PAT modes have multiple representations.
10213  */
10214 static bool
10215 sysctl_kmaps_match(struct pmap_kernel_map_range *range, pt_entry_t attrs)
10216 {
10217         pt_entry_t diff, mask;
10218
10219         mask = X86_PG_G | X86_PG_RW | X86_PG_U | X86_PG_PDE_CACHE | pg_nx;
10220         diff = (range->attrs ^ attrs) & mask;
10221         if (diff == 0)
10222                 return (true);
10223         if ((diff & ~X86_PG_PDE_PAT) == 0 &&
10224             pmap_pat_index(kernel_pmap, range->attrs, true) ==
10225             pmap_pat_index(kernel_pmap, attrs, true))
10226                 return (true);
10227         return (false);
10228 }
10229
10230 static void
10231 sysctl_kmaps_reinit(struct pmap_kernel_map_range *range, vm_offset_t va,
10232     pt_entry_t attrs)
10233 {
10234
10235         memset(range, 0, sizeof(*range));
10236         range->sva = va;
10237         range->attrs = attrs;
10238 }
10239
10240 /*
10241  * Given a leaf PTE, derive the mapping's attributes.  If they do not match
10242  * those of the current run, dump the address range and its attributes, and
10243  * begin a new run.
10244  */
10245 static void
10246 sysctl_kmaps_check(struct sbuf *sb, struct pmap_kernel_map_range *range,
10247     vm_offset_t va, pml4_entry_t pml4e, pdp_entry_t pdpe, pd_entry_t pde,
10248     pt_entry_t pte)
10249 {
10250         pt_entry_t attrs;
10251
10252         attrs = pml4e & (X86_PG_RW | X86_PG_U | pg_nx);
10253
10254         attrs |= pdpe & pg_nx;
10255         attrs &= pg_nx | (pdpe & (X86_PG_RW | X86_PG_U));
10256         if ((pdpe & PG_PS) != 0) {
10257                 attrs |= pdpe & (X86_PG_G | X86_PG_PDE_CACHE);
10258         } else if (pde != 0) {
10259                 attrs |= pde & pg_nx;
10260                 attrs &= pg_nx | (pde & (X86_PG_RW | X86_PG_U));
10261         }
10262         if ((pde & PG_PS) != 0) {
10263                 attrs |= pde & (X86_PG_G | X86_PG_PDE_CACHE);
10264         } else if (pte != 0) {
10265                 attrs |= pte & pg_nx;
10266                 attrs &= pg_nx | (pte & (X86_PG_RW | X86_PG_U));
10267                 attrs |= pte & (X86_PG_G | X86_PG_PTE_CACHE);
10268
10269                 /* Canonicalize by always using the PDE PAT bit. */
10270                 if ((attrs & X86_PG_PTE_PAT) != 0)
10271                         attrs ^= X86_PG_PDE_PAT | X86_PG_PTE_PAT;
10272         }
10273
10274         if (range->sva > va || !sysctl_kmaps_match(range, attrs)) {
10275                 sysctl_kmaps_dump(sb, range, va);
10276                 sysctl_kmaps_reinit(range, va, attrs);
10277         }
10278 }
10279
10280 static int
10281 sysctl_kmaps(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
10282 {
10283         struct pmap_kernel_map_range range;
10284         struct sbuf sbuf, *sb;
10285         pml4_entry_t pml4e;
10286         pdp_entry_t *pdp, pdpe;
10287         pd_entry_t *pd, pde;
10288         pt_entry_t *pt, pte;
10289         vm_offset_t sva;
10290         vm_paddr_t pa;
10291         int error, i, j, k, l;
10292
10293         error = sysctl_wire_old_buffer(req, 0);
10294         if (error != 0)
10295                 return (error);
10296         sb = &sbuf;
10297         sbuf_new_for_sysctl(sb, NULL, PAGE_SIZE, req);
10298
10299         /* Sentinel value. */
10300         range.sva = KVADDR(NPML4EPG - 1, NPDPEPG - 1, NPDEPG - 1, NPTEPG - 1);
10301
10302         /*
10303          * Iterate over the kernel page tables without holding the kernel pmap
10304          * lock.  Outside of the large map, kernel page table pages are never
10305          * freed, so at worst we will observe inconsistencies in the output.
10306          * Within the large map, ensure that PDP and PD page addresses are
10307          * valid before descending.
10308          */
10309         for (sva = 0, i = pmap_pml4e_index(sva); i < NPML4EPG; i++) {
10310                 switch (i) {
10311                 case PML4PML4I:
10312                         sbuf_printf(sb, "\nRecursive map:\n");
10313                         break;
10314                 case DMPML4I:
10315                         sbuf_printf(sb, "\nDirect map:\n");
10316                         break;
10317                 case KPML4BASE:
10318                         sbuf_printf(sb, "\nKernel map:\n");
10319                         break;
10320                 case LMSPML4I:
10321                         sbuf_printf(sb, "\nLarge map:\n");
10322                         break;
10323                 }
10324
10325                 /* Convert to canonical form. */
10326                 if (sva == 1ul << 47)
10327                         sva |= -1ul << 48;
10328
10329 restart:
10330                 pml4e = kernel_pmap->pm_pml4[i];
10331                 if ((pml4e & X86_PG_V) == 0) {
10332                         sva = rounddown2(sva, NBPML4);
10333                         sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
10334                         sva += NBPML4;
10335                         continue;
10336                 }
10337                 pa = pml4e & PG_FRAME;
10338                 pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
10339
10340                 for (j = pmap_pdpe_index(sva); j < NPDPEPG; j++) {
10341                         pdpe = pdp[j];
10342                         if ((pdpe & X86_PG_V) == 0) {
10343                                 sva = rounddown2(sva, NBPDP);
10344                                 sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
10345                                 sva += NBPDP;
10346                                 continue;
10347                         }
10348                         pa = pdpe & PG_FRAME;
10349                         if (PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(sva) &&
10350                             vm_phys_paddr_to_vm_page(pa) == NULL)
10351                                 goto restart;
10352                         if ((pdpe & PG_PS) != 0) {
10353                                 sva = rounddown2(sva, NBPDP);
10354                                 sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva, pml4e, pdpe,
10355                                     0, 0);
10356                                 range.pdpes++;
10357                                 sva += NBPDP;
10358                                 continue;
10359                         }
10360                         pd = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
10361
10362                         for (k = pmap_pde_index(sva); k < NPDEPG; k++) {
10363                                 pde = pd[k];
10364                                 if ((pde & X86_PG_V) == 0) {
10365                                         sva = rounddown2(sva, NBPDR);
10366                                         sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
10367                                         sva += NBPDR;
10368                                         continue;
10369                                 }
10370                                 pa = pde & PG_FRAME;
10371                                 if (PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(sva) &&
10372                                     vm_phys_paddr_to_vm_page(pa) == NULL)
10373                                         goto restart;
10374                                 if ((pde & PG_PS) != 0) {
10375                                         sva = rounddown2(sva, NBPDR);
10376                                         sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva,
10377                                             pml4e, pdpe, pde, 0);
10378                                         range.pdes++;
10379                                         sva += NBPDR;
10380                                         continue;
10381                                 }
10382                                 pt = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
10383
10384                                 for (l = pmap_pte_index(sva); l < NPTEPG; l++,
10385                                     sva += PAGE_SIZE) {
10386                                         pte = pt[l];
10387                                         if ((pte & X86_PG_V) == 0) {
10388                                                 sysctl_kmaps_dump(sb, &range,
10389                                                     sva);
10390                                                 continue;
10391                                         }
10392                                         sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva,
10393                                             pml4e, pdpe, pde, pte);
10394                                         range.ptes++;
10395                                 }
10396                         }
10397                 }
10398         }
10399
10400         error = sbuf_finish(sb);
10401         sbuf_delete(sb);
10402         return (error);
10403 }
10404 SYSCTL_OID(_vm_pmap, OID_AUTO, kernel_maps,
10405     CTLTYPE_STRING | CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE,
10406     NULL, 0, sysctl_kmaps, "A",
10407     "Dump kernel address layout");
10408
10409 #ifdef DDB
10410 DB_SHOW_COMMAND(pte, pmap_print_pte)
10411 {
10412         pmap_t pmap;
10413         pml4_entry_t *pml4;
10414         pdp_entry_t *pdp;
10415         pd_entry_t *pde;
10416         pt_entry_t *pte, PG_V;
10417         vm_offset_t va;
10418
10419         if (!have_addr) {
10420                 db_printf("show pte addr\n");
10421                 return;
10422         }
10423         va = (vm_offset_t)addr;
10424
10425         if (kdb_thread != NULL)
10426                 pmap = vmspace_pmap(kdb_thread->td_proc->p_vmspace);
10427         else
10428                 pmap = PCPU_GET(curpmap);
10429
10430         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
10431         pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
10432         db_printf("VA 0x%016lx pml4e 0x%016lx", va, *pml4);
10433         if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
10434                 db_printf("\n");
10435                 return;
10436         }
10437         pdp = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4, va);
10438         db_printf(" pdpe 0x%016lx", *pdp);
10439         if ((*pdp & PG_V) == 0 || (*pdp & PG_PS) != 0) {
10440                 db_printf("\n");
10441                 return;
10442         }
10443         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdp, va);
10444         db_printf(" pde 0x%016lx", *pde);
10445         if ((*pde & PG_V) == 0 || (*pde & PG_PS) != 0) {
10446                 db_printf("\n");
10447                 return;
10448         }
10449         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
10450         db_printf(" pte 0x%016lx\n", *pte);
10451 }
10452
10453 DB_SHOW_COMMAND(phys2dmap, pmap_phys2dmap)
10454 {
10455         vm_paddr_t a;
10456
10457         if (have_addr) {
10458                 a = (vm_paddr_t)addr;
10459                 db_printf("0x%jx\n", (uintmax_t)PHYS_TO_DMAP(a));
10460         } else {
10461                 db_printf("show phys2dmap addr\n");
10462         }
10463 }
10464 #endif