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