]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/releng/9.3.git/blob - sys/amd64/amd64/pmap.c
Copy stable/9 to releng/9.3 as part of the 9.3-RELEASE cycle.
[FreeBSD/releng/9.3.git] / sys / amd64 / amd64 / pmap.c
1 /*-
2  * Copyright (c) 1991 Regents of the University of California.
3  * All rights reserved.
4  * Copyright (c) 1994 John S. Dyson
5  * All rights reserved.
6  * Copyright (c) 1994 David Greenman
7  * All rights reserved.
8  * Copyright (c) 2003 Peter Wemm
9  * All rights reserved.
10  * Copyright (c) 2005-2010 Alan L. Cox <alc@cs.rice.edu>
11  * All rights reserved.
12  *
13  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
14  * the Systems Programming Group of the University of Utah Computer
15  * Science Department and William Jolitz of UUNET Technologies Inc.
16  *
17  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
18  * modification, are permitted provided that the following conditions
19  * are met:
20  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
21  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
22  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
23  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
24  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
25  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
26  *    must display the following acknowledgement:
27  *      This product includes software developed by the University of
28  *      California, Berkeley and its contributors.
29  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
30  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
31  *    without specific prior written permission.
32  *
33  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
34  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
35  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
36  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
37  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
38  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
39  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
40  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
41  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
42  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
43  * SUCH DAMAGE.
44  *
45  *      from:   @(#)pmap.c      7.7 (Berkeley)  5/12/91
46  */
47 /*-
48  * Copyright (c) 2003 Networks Associates Technology, Inc.
49  * All rights reserved.
50  *
51  * This software was developed for the FreeBSD Project by Jake Burkholder,
52  * Safeport Network Services, and Network Associates Laboratories, the
53  * Security Research Division of Network Associates, Inc. under
54  * DARPA/SPAWAR contract N66001-01-C-8035 ("CBOSS"), as part of the DARPA
55  * CHATS research program.
56  *
57  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
58  * modification, are permitted provided that the following conditions
59  * are met:
60  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
61  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
62  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
63  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
64  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
65  *
66  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
67  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
68  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
69  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
70  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
71  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
72  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
73  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
74  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
75  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
76  * SUCH DAMAGE.
77  */
78
79 #include <sys/cdefs.h>
80 __FBSDID("$FreeBSD$");
81
82 /*
83  *      Manages physical address maps.
84  *
85  *      In addition to hardware address maps, this
86  *      module is called upon to provide software-use-only
87  *      maps which may or may not be stored in the same
88  *      form as hardware maps.  These pseudo-maps are
89  *      used to store intermediate results from copy
90  *      operations to and from address spaces.
91  *
92  *      Since the information managed by this module is
93  *      also stored by the logical address mapping module,
94  *      this module may throw away valid virtual-to-physical
95  *      mappings at almost any time.  However, invalidations
96  *      of virtual-to-physical mappings must be done as
97  *      requested.
98  *
99  *      In order to cope with hardware architectures which
100  *      make virtual-to-physical map invalidates expensive,
101  *      this module may delay invalidate or reduced protection
102  *      operations until such time as they are actually
103  *      necessary.  This module is given full information as
104  *      to which processors are currently using which maps,
105  *      and to when physical maps must be made correct.
106  */
107
108 #include "opt_pmap.h"
109 #include "opt_vm.h"
110
111 #include <sys/param.h>
112 #include <sys/bus.h>
113 #include <sys/systm.h>
114 #include <sys/kernel.h>
115 #include <sys/ktr.h>
116 #include <sys/lock.h>
117 #include <sys/malloc.h>
118 #include <sys/mman.h>
119 #include <sys/mutex.h>
120 #include <sys/proc.h>
121 #include <sys/rwlock.h>
122 #include <sys/sx.h>
123 #include <sys/vmmeter.h>
124 #include <sys/sched.h>
125 #include <sys/sysctl.h>
126 #ifdef SMP
127 #include <sys/smp.h>
128 #else
129 #include <sys/cpuset.h>
130 #endif
131
132 #include <vm/vm.h>
133 #include <vm/vm_param.h>
134 #include <vm/vm_kern.h>
135 #include <vm/vm_page.h>
136 #include <vm/vm_map.h>
137 #include <vm/vm_object.h>
138 #include <vm/vm_extern.h>
139 #include <vm/vm_pageout.h>
140 #include <vm/vm_pager.h>
141 #include <vm/vm_reserv.h>
142 #include <vm/uma.h>
143
144 #include <machine/intr_machdep.h>
145 #include <machine/apicvar.h>
146 #include <machine/cpu.h>
147 #include <machine/cputypes.h>
148 #include <machine/md_var.h>
149 #include <machine/pcb.h>
150 #include <machine/specialreg.h>
151 #ifdef SMP
152 #include <machine/smp.h>
153 #endif
154
155 #if !defined(DIAGNOSTIC)
156 #ifdef __GNUC_GNU_INLINE__
157 #define PMAP_INLINE     __attribute__((__gnu_inline__)) inline
158 #else
159 #define PMAP_INLINE     extern inline
160 #endif
161 #else
162 #define PMAP_INLINE
163 #endif
164
165 #ifdef PV_STATS
166 #define PV_STAT(x)      do { x ; } while (0)
167 #else
168 #define PV_STAT(x)      do { } while (0)
169 #endif
170
171 #define pa_index(pa)    ((pa) >> PDRSHIFT)
172 #define pa_to_pvh(pa)   (&pv_table[pa_index(pa)])
173
174 #define NPV_LIST_LOCKS  MAXCPU
175
176 #define PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa)        \
177                         (&pv_list_locks[pa_index(pa) % NPV_LIST_LOCKS])
178
179 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa)  do {    \
180         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
181         struct rwlock *_new_lock;                       \
182                                                         \
183         _new_lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);           \
184         if (_new_lock != *_lockp) {                     \
185                 if (*_lockp != NULL)                    \
186                         rw_wunlock(*_lockp);            \
187                 *_lockp = _new_lock;                    \
188                 rw_wlock(*_lockp);                      \
189         }                                               \
190 } while (0)
191
192 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m)        \
193                         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, VM_PAGE_TO_PHYS(m))
194
195 #define RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp)             do {    \
196         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
197                                                         \
198         if (*_lockp != NULL) {                          \
199                 rw_wunlock(*_lockp);                    \
200                 *_lockp = NULL;                         \
201         }                                               \
202 } while (0)
203
204 #define VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m)      \
205                         PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(VM_PAGE_TO_PHYS(m))
206
207 struct pmap kernel_pmap_store;
208
209 vm_offset_t virtual_avail;      /* VA of first avail page (after kernel bss) */
210 vm_offset_t virtual_end;        /* VA of last avail page (end of kernel AS) */
211
212 static int ndmpdp;
213 vm_paddr_t dmaplimit;
214 vm_offset_t kernel_vm_end = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
215 pt_entry_t pg_nx;
216
217 static SYSCTL_NODE(_vm, OID_AUTO, pmap, CTLFLAG_RD, 0, "VM/pmap parameters");
218
219 static int pat_works = 1;
220 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pat_works, CTLFLAG_RD, &pat_works, 1,
221     "Is page attribute table fully functional?");
222
223 static int pg_ps_enabled = 1;
224 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pg_ps_enabled, CTLFLAG_RDTUN, &pg_ps_enabled, 0,
225     "Are large page mappings enabled?");
226
227 #define PAT_INDEX_SIZE  8
228 static int pat_index[PAT_INDEX_SIZE];   /* cache mode to PAT index conversion */
229
230 static u_int64_t        KPTphys;        /* phys addr of kernel level 1 */
231 static u_int64_t        KPDphys;        /* phys addr of kernel level 2 */
232 u_int64_t               KPDPphys;       /* phys addr of kernel level 3 */
233 u_int64_t               KPML4phys;      /* phys addr of kernel level 4 */
234
235 static u_int64_t        DMPDphys;       /* phys addr of direct mapped level 2 */
236 static u_int64_t        DMPDPphys;      /* phys addr of direct mapped level 3 */
237
238 /*
239  * Isolate the global pv list lock from data and other locks to prevent false
240  * sharing within the cache.
241  */
242 static struct {
243         struct rwlock   lock;
244         char            padding[CACHE_LINE_SIZE - sizeof(struct rwlock)];
245 } pvh_global __aligned(CACHE_LINE_SIZE);
246
247 #define pvh_global_lock pvh_global.lock
248
249 /*
250  * Data for the pv entry allocation mechanism
251  */
252 static TAILQ_HEAD(pch, pv_chunk) pv_chunks = TAILQ_HEAD_INITIALIZER(pv_chunks);
253 static struct mtx pv_chunks_mutex;
254 static struct rwlock pv_list_locks[NPV_LIST_LOCKS];
255 static struct md_page *pv_table;
256
257 /*
258  * All those kernel PT submaps that BSD is so fond of
259  */
260 pt_entry_t *CMAP1 = 0;
261 caddr_t CADDR1 = 0;
262
263 /*
264  * Crashdump maps.
265  */
266 static caddr_t crashdumpmap;
267
268 static void     free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc);
269 static void     free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv);
270 static pv_entry_t get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp);
271 static int      popcnt_pc_map_elem(uint64_t elem);
272 static vm_page_t reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp);
273 static void     reserve_pv_entries(pmap_t pmap, int needed,
274                     struct rwlock **lockp);
275 static void     pmap_pv_demote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
276                     struct rwlock **lockp);
277 static boolean_t pmap_pv_insert_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
278                     struct rwlock **lockp);
279 static void     pmap_pv_promote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
280                     struct rwlock **lockp);
281 static void     pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va);
282 static pv_entry_t pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap,
283                     vm_offset_t va);
284 static int      pmap_pvh_wired_mappings(struct md_page *pvh, int count);
285
286 static int pmap_change_attr_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode);
287 static boolean_t pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va);
288 static boolean_t pmap_demote_pde_locked(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde,
289     vm_offset_t va, struct rwlock **lockp);
290 static boolean_t pmap_demote_pdpe(pmap_t pmap, pdp_entry_t *pdpe,
291     vm_offset_t va);
292 static boolean_t pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
293     vm_prot_t prot, struct rwlock **lockp);
294 static vm_page_t pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
295     vm_page_t m, vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp);
296 static void pmap_fill_ptp(pt_entry_t *firstpte, pt_entry_t newpte);
297 static void pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte);
298 static boolean_t pmap_is_modified_pvh(struct md_page *pvh);
299 static boolean_t pmap_is_referenced_pvh(struct md_page *pvh);
300 static void pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode);
301 static vm_page_t pmap_lookup_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
302 static void pmap_pde_attr(pd_entry_t *pde, int cache_bits);
303 static void pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
304     struct rwlock **lockp);
305 static boolean_t pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva,
306     vm_prot_t prot);
307 static void pmap_pte_attr(pt_entry_t *pte, int cache_bits);
308 static int pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
309                 vm_page_t *free, struct rwlock **lockp);
310 static int pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq,
311                 vm_offset_t sva, pd_entry_t ptepde, vm_page_t *free,
312                 struct rwlock **lockp);
313 static void pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte);
314 static void pmap_remove_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
315     vm_page_t *free);
316 static boolean_t pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
317     vm_page_t m, struct rwlock **lockp);
318 static void pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
319     pd_entry_t newpde);
320 static void pmap_update_pde_invalidate(vm_offset_t va, pd_entry_t newpde);
321
322 static vm_page_t _pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex,
323                 struct rwlock **lockp);
324 static vm_page_t pmap_allocpde(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
325                 struct rwlock **lockp);
326 static vm_page_t pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
327                 struct rwlock **lockp);
328
329 static void _pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
330                 vm_page_t *free);
331 static int pmap_unuse_pt(pmap_t, vm_offset_t, pd_entry_t, vm_page_t *);
332 static vm_offset_t pmap_kmem_choose(vm_offset_t addr);
333
334 CTASSERT(1 << PDESHIFT == sizeof(pd_entry_t));
335 CTASSERT(1 << PTESHIFT == sizeof(pt_entry_t));
336
337 /*
338  * Move the kernel virtual free pointer to the next
339  * 2MB.  This is used to help improve performance
340  * by using a large (2MB) page for much of the kernel
341  * (.text, .data, .bss)
342  */
343 static vm_offset_t
344 pmap_kmem_choose(vm_offset_t addr)
345 {
346         vm_offset_t newaddr = addr;
347
348         newaddr = (addr + (NBPDR - 1)) & ~(NBPDR - 1);
349         return (newaddr);
350 }
351
352 /********************/
353 /* Inline functions */
354 /********************/
355
356 /* Return a non-clipped PD index for a given VA */
357 static __inline vm_pindex_t
358 pmap_pde_pindex(vm_offset_t va)
359 {
360         return (va >> PDRSHIFT);
361 }
362
363
364 /* Return various clipped indexes for a given VA */
365 static __inline vm_pindex_t
366 pmap_pte_index(vm_offset_t va)
367 {
368
369         return ((va >> PAGE_SHIFT) & ((1ul << NPTEPGSHIFT) - 1));
370 }
371
372 static __inline vm_pindex_t
373 pmap_pde_index(vm_offset_t va)
374 {
375
376         return ((va >> PDRSHIFT) & ((1ul << NPDEPGSHIFT) - 1));
377 }
378
379 static __inline vm_pindex_t
380 pmap_pdpe_index(vm_offset_t va)
381 {
382
383         return ((va >> PDPSHIFT) & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1));
384 }
385
386 static __inline vm_pindex_t
387 pmap_pml4e_index(vm_offset_t va)
388 {
389
390         return ((va >> PML4SHIFT) & ((1ul << NPML4EPGSHIFT) - 1));
391 }
392
393 /* Return a pointer to the PML4 slot that corresponds to a VA */
394 static __inline pml4_entry_t *
395 pmap_pml4e(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
396 {
397
398         return (&pmap->pm_pml4[pmap_pml4e_index(va)]);
399 }
400
401 /* Return a pointer to the PDP slot that corresponds to a VA */
402 static __inline pdp_entry_t *
403 pmap_pml4e_to_pdpe(pml4_entry_t *pml4e, vm_offset_t va)
404 {
405         pdp_entry_t *pdpe;
406
407         pdpe = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4e & PG_FRAME);
408         return (&pdpe[pmap_pdpe_index(va)]);
409 }
410
411 /* Return a pointer to the PDP slot that corresponds to a VA */
412 static __inline pdp_entry_t *
413 pmap_pdpe(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
414 {
415         pml4_entry_t *pml4e;
416
417         pml4e = pmap_pml4e(pmap, va);
418         if ((*pml4e & PG_V) == 0)
419                 return (NULL);
420         return (pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, va));
421 }
422
423 /* Return a pointer to the PD slot that corresponds to a VA */
424 static __inline pd_entry_t *
425 pmap_pdpe_to_pde(pdp_entry_t *pdpe, vm_offset_t va)
426 {
427         pd_entry_t *pde;
428
429         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdpe & PG_FRAME);
430         return (&pde[pmap_pde_index(va)]);
431 }
432
433 /* Return a pointer to the PD slot that corresponds to a VA */
434 static __inline pd_entry_t *
435 pmap_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
436 {
437         pdp_entry_t *pdpe;
438
439         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
440         if (pdpe == NULL || (*pdpe & PG_V) == 0)
441                 return (NULL);
442         return (pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va));
443 }
444
445 /* Return a pointer to the PT slot that corresponds to a VA */
446 static __inline pt_entry_t *
447 pmap_pde_to_pte(pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
448 {
449         pt_entry_t *pte;
450
451         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pde & PG_FRAME);
452         return (&pte[pmap_pte_index(va)]);
453 }
454
455 /* Return a pointer to the PT slot that corresponds to a VA */
456 static __inline pt_entry_t *
457 pmap_pte(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
458 {
459         pd_entry_t *pde;
460
461         pde = pmap_pde(pmap, va);
462         if (pde == NULL || (*pde & PG_V) == 0)
463                 return (NULL);
464         if ((*pde & PG_PS) != 0)        /* compat with i386 pmap_pte() */
465                 return ((pt_entry_t *)pde);
466         return (pmap_pde_to_pte(pde, va));
467 }
468
469 static __inline void
470 pmap_resident_count_inc(pmap_t pmap, int count)
471 {
472
473         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
474         pmap->pm_stats.resident_count += count;
475 }
476
477 static __inline void
478 pmap_resident_count_dec(pmap_t pmap, int count)
479 {
480
481         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
482         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count >= count,
483             ("pmap %p resident count underflow %ld %d", pmap,
484             pmap->pm_stats.resident_count, count));
485         pmap->pm_stats.resident_count -= count;
486 }
487
488 PMAP_INLINE pt_entry_t *
489 vtopte(vm_offset_t va)
490 {
491         u_int64_t mask = ((1ul << (NPTEPGSHIFT + NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT)) - 1);
492
493         return (PTmap + ((va >> PAGE_SHIFT) & mask));
494 }
495
496 static __inline pd_entry_t *
497 vtopde(vm_offset_t va)
498 {
499         u_int64_t mask = ((1ul << (NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT)) - 1);
500
501         return (PDmap + ((va >> PDRSHIFT) & mask));
502 }
503
504 static u_int64_t
505 allocpages(vm_paddr_t *firstaddr, int n)
506 {
507         u_int64_t ret;
508
509         ret = *firstaddr;
510         bzero((void *)ret, n * PAGE_SIZE);
511         *firstaddr += n * PAGE_SIZE;
512         return (ret);
513 }
514
515 CTASSERT(powerof2(NDMPML4E));
516
517 static void
518 create_pagetables(vm_paddr_t *firstaddr)
519 {
520         int i, j, ndm1g;
521
522         /* Allocate pages */
523         KPTphys = allocpages(firstaddr, NKPT);
524         KPML4phys = allocpages(firstaddr, 1);
525         KPDPphys = allocpages(firstaddr, NKPML4E);
526         KPDphys = allocpages(firstaddr, NKPDPE);
527
528         ndmpdp = (ptoa(Maxmem) + NBPDP - 1) >> PDPSHIFT;
529         if (ndmpdp < 4)         /* Minimum 4GB of dirmap */
530                 ndmpdp = 4;
531         DMPDPphys = allocpages(firstaddr, NDMPML4E);
532         ndm1g = 0;
533         if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0)
534                 ndm1g = ptoa(Maxmem) >> PDPSHIFT;
535         if (ndm1g < ndmpdp)
536                 DMPDphys = allocpages(firstaddr, ndmpdp - ndm1g);
537         dmaplimit = (vm_paddr_t)ndmpdp << PDPSHIFT;
538
539         /* Fill in the underlying page table pages */
540         /* Read-only from zero to physfree */
541         /* XXX not fully used, underneath 2M pages */
542         for (i = 0; (i << PAGE_SHIFT) < *firstaddr; i++) {
543                 ((pt_entry_t *)KPTphys)[i] = i << PAGE_SHIFT;
544                 ((pt_entry_t *)KPTphys)[i] |= PG_RW | PG_V | PG_G;
545         }
546
547         /* Now map the page tables at their location within PTmap */
548         for (i = 0; i < NKPT; i++) {
549                 ((pd_entry_t *)KPDphys)[i] = KPTphys + (i << PAGE_SHIFT);
550                 ((pd_entry_t *)KPDphys)[i] |= PG_RW | PG_V;
551         }
552
553         /* Map from zero to end of allocations under 2M pages */
554         /* This replaces some of the KPTphys entries above */
555         for (i = 0; (i << PDRSHIFT) < *firstaddr; i++) {
556                 ((pd_entry_t *)KPDphys)[i] = i << PDRSHIFT;
557                 ((pd_entry_t *)KPDphys)[i] |= PG_RW | PG_V | PG_PS | PG_G;
558         }
559
560         /* And connect up the PD to the PDP */
561         for (i = 0; i < NKPDPE; i++) {
562                 ((pdp_entry_t *)KPDPphys)[i + KPDPI] = KPDphys +
563                     (i << PAGE_SHIFT);
564                 ((pdp_entry_t *)KPDPphys)[i + KPDPI] |= PG_RW | PG_V | PG_U;
565         }
566
567         /*
568          * Now, set up the direct map region using 2MB and/or 1GB pages.  If
569          * the end of physical memory is not aligned to a 1GB page boundary,
570          * then the residual physical memory is mapped with 2MB pages.  Later,
571          * if pmap_mapdev{_attr}() uses the direct map for non-write-back
572          * memory, pmap_change_attr() will demote any 2MB or 1GB page mappings
573          * that are partially used. 
574          */
575         for (i = NPDEPG * ndm1g, j = 0; i < NPDEPG * ndmpdp; i++, j++) {
576                 ((pd_entry_t *)DMPDphys)[j] = (vm_paddr_t)i << PDRSHIFT;
577                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
578                 ((pd_entry_t *)DMPDphys)[j] |= PG_RW | PG_V | PG_PS | PG_G |
579                     PG_M | PG_A;
580         }
581         for (i = 0; i < ndm1g; i++) {
582                 ((pdp_entry_t *)DMPDPphys)[i] = (vm_paddr_t)i << PDPSHIFT;
583                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
584                 ((pdp_entry_t *)DMPDPphys)[i] |= PG_RW | PG_V | PG_PS | PG_G |
585                     PG_M | PG_A;
586         }
587         for (j = 0; i < ndmpdp; i++, j++) {
588                 ((pdp_entry_t *)DMPDPphys)[i] = DMPDphys + (j << PAGE_SHIFT);
589                 ((pdp_entry_t *)DMPDPphys)[i] |= PG_RW | PG_V | PG_U;
590         }
591
592         /* And recursively map PML4 to itself in order to get PTmap */
593         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[PML4PML4I] = KPML4phys;
594         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[PML4PML4I] |= PG_RW | PG_V | PG_U;
595
596         /* Connect the Direct Map slot(s) up to the PML4. */
597         for (i = 0; i < NDMPML4E; i++) {
598                 ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[DMPML4I + i] = DMPDPphys +
599                     (i << PAGE_SHIFT);
600                 ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[DMPML4I + i] |= PG_RW | PG_V | PG_U;
601         }
602
603         /* Connect the KVA slot up to the PML4 */
604         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[KPML4I] = KPDPphys;
605         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[KPML4I] |= PG_RW | PG_V | PG_U;
606 }
607
608 /*
609  *      Bootstrap the system enough to run with virtual memory.
610  *
611  *      On amd64 this is called after mapping has already been enabled
612  *      and just syncs the pmap module with what has already been done.
613  *      [We can't call it easily with mapping off since the kernel is not
614  *      mapped with PA == VA, hence we would have to relocate every address
615  *      from the linked base (virtual) address "KERNBASE" to the actual
616  *      (physical) address starting relative to 0]
617  */
618 void
619 pmap_bootstrap(vm_paddr_t *firstaddr)
620 {
621         vm_offset_t va;
622         pt_entry_t *pte, *unused;
623
624         /*
625          * Create an initial set of page tables to run the kernel in.
626          */
627         create_pagetables(firstaddr);
628
629         virtual_avail = (vm_offset_t) KERNBASE + *firstaddr;
630         virtual_avail = pmap_kmem_choose(virtual_avail);
631
632         virtual_end = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS;
633
634
635         /* XXX do %cr0 as well */
636         load_cr4(rcr4() | CR4_PGE | CR4_PSE);
637         load_cr3(KPML4phys);
638         if (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_SMEP)
639                 load_cr4(rcr4() | CR4_SMEP);
640
641         /*
642          * Initialize the kernel pmap (which is statically allocated).
643          */
644         PMAP_LOCK_INIT(kernel_pmap);
645         kernel_pmap->pm_pml4 = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(KPML4phys);
646         kernel_pmap->pm_root = NULL;
647         CPU_FILL(&kernel_pmap->pm_active);      /* don't allow deactivation */
648         TAILQ_INIT(&kernel_pmap->pm_pvchunk);
649
650         /*
651          * Initialize the global pv list lock.
652          */
653         rw_init(&pvh_global_lock, "pmap pv global");
654
655         /*
656          * Reserve some special page table entries/VA space for temporary
657          * mapping of pages.
658          */
659 #define SYSMAP(c, p, v, n)      \
660         v = (c)va; va += ((n)*PAGE_SIZE); p = pte; pte += (n);
661
662         va = virtual_avail;
663         pte = vtopte(va);
664
665         /*
666          * CMAP1 is only used for the memory test.
667          */
668         SYSMAP(caddr_t, CMAP1, CADDR1, 1)
669
670         /*
671          * Crashdump maps.
672          */
673         SYSMAP(caddr_t, unused, crashdumpmap, MAXDUMPPGS)
674
675         virtual_avail = va;
676
677         /* Initialize the PAT MSR. */
678         pmap_init_pat();
679 }
680
681 /*
682  * Setup the PAT MSR.
683  */
684 void
685 pmap_init_pat(void)
686 {
687         int pat_table[PAT_INDEX_SIZE];
688         uint64_t pat_msr;
689         u_long cr0, cr4;
690         int i;
691
692         /* Bail if this CPU doesn't implement PAT. */
693         if ((cpu_feature & CPUID_PAT) == 0)
694                 panic("no PAT??");
695
696         /* Set default PAT index table. */
697         for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
698                 pat_table[i] = -1;
699         pat_table[PAT_WRITE_BACK] = 0;
700         pat_table[PAT_WRITE_THROUGH] = 1;
701         pat_table[PAT_UNCACHEABLE] = 3;
702         pat_table[PAT_WRITE_COMBINING] = 3;
703         pat_table[PAT_WRITE_PROTECTED] = 3;
704         pat_table[PAT_UNCACHED] = 3;
705
706         /* Initialize default PAT entries. */
707         pat_msr = PAT_VALUE(0, PAT_WRITE_BACK) |
708             PAT_VALUE(1, PAT_WRITE_THROUGH) |
709             PAT_VALUE(2, PAT_UNCACHED) |
710             PAT_VALUE(3, PAT_UNCACHEABLE) |
711             PAT_VALUE(4, PAT_WRITE_BACK) |
712             PAT_VALUE(5, PAT_WRITE_THROUGH) |
713             PAT_VALUE(6, PAT_UNCACHED) |
714             PAT_VALUE(7, PAT_UNCACHEABLE);
715
716         if (pat_works) {
717                 /*
718                  * Leave the indices 0-3 at the default of WB, WT, UC-, and UC.
719                  * Program 5 and 6 as WP and WC.
720                  * Leave 4 and 7 as WB and UC.
721                  */
722                 pat_msr &= ~(PAT_MASK(5) | PAT_MASK(6));
723                 pat_msr |= PAT_VALUE(5, PAT_WRITE_PROTECTED) |
724                     PAT_VALUE(6, PAT_WRITE_COMBINING);
725                 pat_table[PAT_UNCACHED] = 2;
726                 pat_table[PAT_WRITE_PROTECTED] = 5;
727                 pat_table[PAT_WRITE_COMBINING] = 6;
728         } else {
729                 /*
730                  * Just replace PAT Index 2 with WC instead of UC-.
731                  */
732                 pat_msr &= ~PAT_MASK(2);
733                 pat_msr |= PAT_VALUE(2, PAT_WRITE_COMBINING);
734                 pat_table[PAT_WRITE_COMBINING] = 2;
735         }
736
737         /* Disable PGE. */
738         cr4 = rcr4();
739         load_cr4(cr4 & ~CR4_PGE);
740
741         /* Disable caches (CD = 1, NW = 0). */
742         cr0 = rcr0();
743         load_cr0((cr0 & ~CR0_NW) | CR0_CD);
744
745         /* Flushes caches and TLBs. */
746         wbinvd();
747         invltlb();
748
749         /* Update PAT and index table. */
750         wrmsr(MSR_PAT, pat_msr);
751         for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
752                 pat_index[i] = pat_table[i];
753
754         /* Flush caches and TLBs again. */
755         wbinvd();
756         invltlb();
757
758         /* Restore caches and PGE. */
759         load_cr0(cr0);
760         load_cr4(cr4);
761 }
762
763 /*
764  *      Initialize a vm_page's machine-dependent fields.
765  */
766 void
767 pmap_page_init(vm_page_t m)
768 {
769
770         TAILQ_INIT(&m->md.pv_list);
771         m->md.pat_mode = PAT_WRITE_BACK;
772 }
773
774 /*
775  *      Initialize the pmap module.
776  *      Called by vm_init, to initialize any structures that the pmap
777  *      system needs to map virtual memory.
778  */
779 void
780 pmap_init(void)
781 {
782         vm_page_t mpte;
783         vm_size_t s;
784         int i, pv_npg;
785
786         /*
787          * Initialize the vm page array entries for the kernel pmap's
788          * page table pages.
789          */ 
790         for (i = 0; i < NKPT; i++) {
791                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(KPTphys + (i << PAGE_SHIFT));
792                 KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
793                     mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
794                     ("pmap_init: page table page is out of range"));
795                 mpte->pindex = pmap_pde_pindex(KERNBASE) + i;
796                 mpte->phys_addr = KPTphys + (i << PAGE_SHIFT);
797         }
798
799         /*
800          * If the kernel is running on a virtual machine, then it must assume
801          * that MCA is enabled by the hypervisor.  Moreover, the kernel must
802          * be prepared for the hypervisor changing the vendor and family that
803          * are reported by CPUID.  Consequently, the workaround for AMD Family
804          * 10h Erratum 383 is enabled if the processor's feature set does not
805          * include at least one feature that is only supported by older Intel
806          * or newer AMD processors.
807          */
808         if (vm_guest == VM_GUEST_VM && (cpu_feature & CPUID_SS) == 0 &&
809             (cpu_feature2 & (CPUID2_SSSE3 | CPUID2_SSE41 | CPUID2_AESNI |
810             CPUID2_AVX | CPUID2_XSAVE)) == 0 && (amd_feature2 & (AMDID2_XOP |
811             AMDID2_FMA4)) == 0)
812                 workaround_erratum383 = 1;
813
814         /*
815          * Are large page mappings enabled?
816          */
817         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.pg_ps_enabled", &pg_ps_enabled);
818         if (pg_ps_enabled) {
819                 KASSERT(MAXPAGESIZES > 1 && pagesizes[1] == 0,
820                     ("pmap_init: can't assign to pagesizes[1]"));
821                 pagesizes[1] = NBPDR;
822         }
823
824         /*
825          * Initialize the pv chunk list mutex.
826          */
827         mtx_init(&pv_chunks_mutex, "pmap pv chunk list", NULL, MTX_DEF);
828
829         /*
830          * Initialize the pool of pv list locks.
831          */
832         for (i = 0; i < NPV_LIST_LOCKS; i++)
833                 rw_init(&pv_list_locks[i], "pmap pv list");
834
835         /*
836          * Calculate the size of the pv head table for superpages.
837          */
838         for (i = 0; phys_avail[i + 1]; i += 2);
839         pv_npg = round_2mpage(phys_avail[(i - 2) + 1]) / NBPDR;
840
841         /*
842          * Allocate memory for the pv head table for superpages.
843          */
844         s = (vm_size_t)(pv_npg * sizeof(struct md_page));
845         s = round_page(s);
846         pv_table = (struct md_page *)kmem_alloc(kernel_map, s);
847         for (i = 0; i < pv_npg; i++)
848                 TAILQ_INIT(&pv_table[i].pv_list);
849 }
850
851 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, pde, CTLFLAG_RD, 0,
852     "2MB page mapping counters");
853
854 static u_long pmap_pde_demotions;
855 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
856     &pmap_pde_demotions, 0, "2MB page demotions");
857
858 static u_long pmap_pde_mappings;
859 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, mappings, CTLFLAG_RD,
860     &pmap_pde_mappings, 0, "2MB page mappings");
861
862 static u_long pmap_pde_p_failures;
863 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, p_failures, CTLFLAG_RD,
864     &pmap_pde_p_failures, 0, "2MB page promotion failures");
865
866 static u_long pmap_pde_promotions;
867 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, promotions, CTLFLAG_RD,
868     &pmap_pde_promotions, 0, "2MB page promotions");
869
870 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, pdpe, CTLFLAG_RD, 0,
871     "1GB page mapping counters");
872
873 static u_long pmap_pdpe_demotions;
874 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pdpe, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
875     &pmap_pdpe_demotions, 0, "1GB page demotions");
876
877 /***************************************************
878  * Low level helper routines.....
879  ***************************************************/
880
881 /*
882  * Determine the appropriate bits to set in a PTE or PDE for a specified
883  * caching mode.
884  */
885 static int
886 pmap_cache_bits(int mode, boolean_t is_pde)
887 {
888         int cache_bits, pat_flag, pat_idx;
889
890         if (mode < 0 || mode >= PAT_INDEX_SIZE || pat_index[mode] < 0)
891                 panic("Unknown caching mode %d\n", mode);
892
893         /* The PAT bit is different for PTE's and PDE's. */
894         pat_flag = is_pde ? PG_PDE_PAT : PG_PTE_PAT;
895
896         /* Map the caching mode to a PAT index. */
897         pat_idx = pat_index[mode];
898
899         /* Map the 3-bit index value into the PAT, PCD, and PWT bits. */
900         cache_bits = 0;
901         if (pat_idx & 0x4)
902                 cache_bits |= pat_flag;
903         if (pat_idx & 0x2)
904                 cache_bits |= PG_NC_PCD;
905         if (pat_idx & 0x1)
906                 cache_bits |= PG_NC_PWT;
907         return (cache_bits);
908 }
909
910 /*
911  * After changing the page size for the specified virtual address in the page
912  * table, flush the corresponding entries from the processor's TLB.  Only the
913  * calling processor's TLB is affected.
914  *
915  * The calling thread must be pinned to a processor.
916  */
917 static void
918 pmap_update_pde_invalidate(vm_offset_t va, pd_entry_t newpde)
919 {
920         u_long cr4;
921
922         if ((newpde & PG_PS) == 0)
923                 /* Demotion: flush a specific 2MB page mapping. */
924                 invlpg(va);
925         else if ((newpde & PG_G) == 0)
926                 /*
927                  * Promotion: flush every 4KB page mapping from the TLB
928                  * because there are too many to flush individually.
929                  */
930                 invltlb();
931         else {
932                 /*
933                  * Promotion: flush every 4KB page mapping from the TLB,
934                  * including any global (PG_G) mappings.
935                  */
936                 cr4 = rcr4();
937                 load_cr4(cr4 & ~CR4_PGE);
938                 /*
939                  * Although preemption at this point could be detrimental to
940                  * performance, it would not lead to an error.  PG_G is simply
941                  * ignored if CR4.PGE is clear.  Moreover, in case this block
942                  * is re-entered, the load_cr4() either above or below will
943                  * modify CR4.PGE flushing the TLB.
944                  */
945                 load_cr4(cr4 | CR4_PGE);
946         }
947 }
948 #ifdef SMP
949 /*
950  * For SMP, these functions have to use the IPI mechanism for coherence.
951  *
952  * N.B.: Before calling any of the following TLB invalidation functions,
953  * the calling processor must ensure that all stores updating a non-
954  * kernel page table are globally performed.  Otherwise, another
955  * processor could cache an old, pre-update entry without being
956  * invalidated.  This can happen one of two ways: (1) The pmap becomes
957  * active on another processor after its pm_active field is checked by
958  * one of the following functions but before a store updating the page
959  * table is globally performed. (2) The pmap becomes active on another
960  * processor before its pm_active field is checked but due to
961  * speculative loads one of the following functions stills reads the
962  * pmap as inactive on the other processor.
963  * 
964  * The kernel page table is exempt because its pm_active field is
965  * immutable.  The kernel page table is always active on every
966  * processor.
967  */
968 void
969 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
970 {
971         cpuset_t other_cpus;
972         u_int cpuid;
973
974         sched_pin();
975         if (pmap == kernel_pmap || !CPU_CMP(&pmap->pm_active, &all_cpus)) {
976                 invlpg(va);
977                 smp_invlpg(va);
978         } else {
979                 cpuid = PCPU_GET(cpuid);
980                 other_cpus = all_cpus;
981                 CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
982                 if (CPU_ISSET(cpuid, &pmap->pm_active))
983                         invlpg(va);
984                 CPU_AND(&other_cpus, &pmap->pm_active);
985                 if (!CPU_EMPTY(&other_cpus))
986                         smp_masked_invlpg(other_cpus, va);
987         }
988         sched_unpin();
989 }
990
991 void
992 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
993 {
994         cpuset_t other_cpus;
995         vm_offset_t addr;
996         u_int cpuid;
997
998         sched_pin();
999         if (pmap == kernel_pmap || !CPU_CMP(&pmap->pm_active, &all_cpus)) {
1000                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
1001                         invlpg(addr);
1002                 smp_invlpg_range(sva, eva);
1003         } else {
1004                 cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1005                 other_cpus = all_cpus;
1006                 CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
1007                 if (CPU_ISSET(cpuid, &pmap->pm_active))
1008                         for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
1009                                 invlpg(addr);
1010                 CPU_AND(&other_cpus, &pmap->pm_active);
1011                 if (!CPU_EMPTY(&other_cpus))
1012                         smp_masked_invlpg_range(other_cpus, sva, eva);
1013         }
1014         sched_unpin();
1015 }
1016
1017 void
1018 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
1019 {
1020         cpuset_t other_cpus;
1021         u_int cpuid;
1022
1023         sched_pin();
1024         if (pmap == kernel_pmap || !CPU_CMP(&pmap->pm_active, &all_cpus)) {
1025                 invltlb();
1026                 smp_invltlb();
1027         } else {
1028                 cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1029                 other_cpus = all_cpus;
1030                 CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
1031                 if (CPU_ISSET(cpuid, &pmap->pm_active))
1032                         invltlb();
1033                 CPU_AND(&other_cpus, &pmap->pm_active);
1034                 if (!CPU_EMPTY(&other_cpus))
1035                         smp_masked_invltlb(other_cpus);
1036         }
1037         sched_unpin();
1038 }
1039
1040 void
1041 pmap_invalidate_cache(void)
1042 {
1043
1044         sched_pin();
1045         wbinvd();
1046         smp_cache_flush();
1047         sched_unpin();
1048 }
1049
1050 struct pde_action {
1051         cpuset_t invalidate;    /* processors that invalidate their TLB */
1052         vm_offset_t va;
1053         pd_entry_t *pde;
1054         pd_entry_t newpde;
1055         u_int store;            /* processor that updates the PDE */
1056 };
1057
1058 static void
1059 pmap_update_pde_action(void *arg)
1060 {
1061         struct pde_action *act = arg;
1062
1063         if (act->store == PCPU_GET(cpuid))
1064                 pde_store(act->pde, act->newpde);
1065 }
1066
1067 static void
1068 pmap_update_pde_teardown(void *arg)
1069 {
1070         struct pde_action *act = arg;
1071
1072         if (CPU_ISSET(PCPU_GET(cpuid), &act->invalidate))
1073                 pmap_update_pde_invalidate(act->va, act->newpde);
1074 }
1075
1076 /*
1077  * Change the page size for the specified virtual address in a way that
1078  * prevents any possibility of the TLB ever having two entries that map the
1079  * same virtual address using different page sizes.  This is the recommended
1080  * workaround for Erratum 383 on AMD Family 10h processors.  It prevents a
1081  * machine check exception for a TLB state that is improperly diagnosed as a
1082  * hardware error.
1083  */
1084 static void
1085 pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
1086 {
1087         struct pde_action act;
1088         cpuset_t active, other_cpus;
1089         u_int cpuid;
1090
1091         sched_pin();
1092         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1093         other_cpus = all_cpus;
1094         CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
1095         if (pmap == kernel_pmap)
1096                 active = all_cpus;
1097         else
1098                 active = pmap->pm_active;
1099         if (CPU_OVERLAP(&active, &other_cpus)) { 
1100                 act.store = cpuid;
1101                 act.invalidate = active;
1102                 act.va = va;
1103                 act.pde = pde;
1104                 act.newpde = newpde;
1105                 CPU_SET(cpuid, &active);
1106                 smp_rendezvous_cpus(active,
1107                     smp_no_rendevous_barrier, pmap_update_pde_action,
1108                     pmap_update_pde_teardown, &act);
1109         } else {
1110                 pde_store(pde, newpde);
1111                 if (CPU_ISSET(cpuid, &active))
1112                         pmap_update_pde_invalidate(va, newpde);
1113         }
1114         sched_unpin();
1115 }
1116 #else /* !SMP */
1117 /*
1118  * Normal, non-SMP, invalidation functions.
1119  * We inline these within pmap.c for speed.
1120  */
1121 PMAP_INLINE void
1122 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1123 {
1124
1125         if (pmap == kernel_pmap || !CPU_EMPTY(&pmap->pm_active))
1126                 invlpg(va);
1127 }
1128
1129 PMAP_INLINE void
1130 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
1131 {
1132         vm_offset_t addr;
1133
1134         if (pmap == kernel_pmap || !CPU_EMPTY(&pmap->pm_active))
1135                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
1136                         invlpg(addr);
1137 }
1138
1139 PMAP_INLINE void
1140 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
1141 {
1142
1143         if (pmap == kernel_pmap || !CPU_EMPTY(&pmap->pm_active))
1144                 invltlb();
1145 }
1146
1147 PMAP_INLINE void
1148 pmap_invalidate_cache(void)
1149 {
1150
1151         wbinvd();
1152 }
1153
1154 static void
1155 pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
1156 {
1157
1158         pde_store(pde, newpde);
1159         if (pmap == kernel_pmap || !CPU_EMPTY(&pmap->pm_active))
1160                 pmap_update_pde_invalidate(va, newpde);
1161 }
1162 #endif /* !SMP */
1163
1164 #define PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD   (2 * 1024 * 1024)
1165
1166 void
1167 pmap_invalidate_cache_range(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
1168 {
1169
1170         KASSERT((sva & PAGE_MASK) == 0,
1171             ("pmap_invalidate_cache_range: sva not page-aligned"));
1172         KASSERT((eva & PAGE_MASK) == 0,
1173             ("pmap_invalidate_cache_range: eva not page-aligned"));
1174
1175         if (cpu_feature & CPUID_SS)
1176                 ; /* If "Self Snoop" is supported, do nothing. */
1177         else if ((cpu_feature & CPUID_CLFSH) != 0 &&
1178             eva - sva < PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD) {
1179
1180                 /*
1181                  * XXX: Some CPUs fault, hang, or trash the local APIC
1182                  * registers if we use CLFLUSH on the local APIC
1183                  * range.  The local APIC is always uncached, so we
1184                  * don't need to flush for that range anyway.
1185                  */
1186                 if (pmap_kextract(sva) == lapic_paddr)
1187                         return;
1188
1189                 /*
1190                  * Otherwise, do per-cache line flush.  Use the mfence
1191                  * instruction to insure that previous stores are
1192                  * included in the write-back.  The processor
1193                  * propagates flush to other processors in the cache
1194                  * coherence domain.
1195                  */
1196                 mfence();
1197                 for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size)
1198                         clflush(sva);
1199                 mfence();
1200         } else {
1201
1202                 /*
1203                  * No targeted cache flush methods are supported by CPU,
1204                  * or the supplied range is bigger than 2MB.
1205                  * Globally invalidate cache.
1206                  */
1207                 pmap_invalidate_cache();
1208         }
1209 }
1210
1211 /*
1212  * Remove the specified set of pages from the data and instruction caches.
1213  *
1214  * In contrast to pmap_invalidate_cache_range(), this function does not
1215  * rely on the CPU's self-snoop feature, because it is intended for use
1216  * when moving pages into a different cache domain.
1217  */
1218 void
1219 pmap_invalidate_cache_pages(vm_page_t *pages, int count)
1220 {
1221         vm_offset_t daddr, eva;
1222         int i;
1223
1224         if (count >= PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD / PAGE_SIZE ||
1225             (cpu_feature & CPUID_CLFSH) == 0)
1226                 pmap_invalidate_cache();
1227         else {
1228                 mfence();
1229                 for (i = 0; i < count; i++) {
1230                         daddr = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pages[i]));
1231                         eva = daddr + PAGE_SIZE;
1232                         for (; daddr < eva; daddr += cpu_clflush_line_size)
1233                                 clflush(daddr);
1234                 }
1235                 mfence();
1236         }
1237 }
1238
1239 /*
1240  *      Routine:        pmap_extract
1241  *      Function:
1242  *              Extract the physical page address associated
1243  *              with the given map/virtual_address pair.
1244  */
1245 vm_paddr_t 
1246 pmap_extract(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1247 {
1248         pdp_entry_t *pdpe;
1249         pd_entry_t *pde;
1250         pt_entry_t *pte;
1251         vm_paddr_t pa;
1252
1253         pa = 0;
1254         PMAP_LOCK(pmap);
1255         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
1256         if (pdpe != NULL && (*pdpe & PG_V) != 0) {
1257                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0)
1258                         pa = (*pdpe & PG_PS_FRAME) | (va & PDPMASK);
1259                 else {
1260                         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
1261                         if ((*pde & PG_V) != 0) {
1262                                 if ((*pde & PG_PS) != 0) {
1263                                         pa = (*pde & PG_PS_FRAME) |
1264                                             (va & PDRMASK);
1265                                 } else {
1266                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
1267                                         pa = (*pte & PG_FRAME) |
1268                                             (va & PAGE_MASK);
1269                                 }
1270                         }
1271                 }
1272         }
1273         PMAP_UNLOCK(pmap);
1274         return (pa);
1275 }
1276
1277 /*
1278  *      Routine:        pmap_extract_and_hold
1279  *      Function:
1280  *              Atomically extract and hold the physical page
1281  *              with the given pmap and virtual address pair
1282  *              if that mapping permits the given protection.
1283  */
1284 vm_page_t
1285 pmap_extract_and_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_prot_t prot)
1286 {
1287         pd_entry_t pde, *pdep;
1288         pt_entry_t pte;
1289         vm_paddr_t pa;
1290         vm_page_t m;
1291
1292         pa = 0;
1293         m = NULL;
1294         PMAP_LOCK(pmap);
1295 retry:
1296         pdep = pmap_pde(pmap, va);
1297         if (pdep != NULL && (pde = *pdep)) {
1298                 if (pde & PG_PS) {
1299                         if ((pde & PG_RW) || (prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
1300                                 if (vm_page_pa_tryrelock(pmap, (pde &
1301                                     PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK), &pa))
1302                                         goto retry;
1303                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE((pde & PG_PS_FRAME) |
1304                                     (va & PDRMASK));
1305                                 vm_page_hold(m);
1306                         }
1307                 } else {
1308                         pte = *pmap_pde_to_pte(pdep, va);
1309                         if ((pte & PG_V) &&
1310                             ((pte & PG_RW) || (prot & VM_PROT_WRITE) == 0)) {
1311                                 if (vm_page_pa_tryrelock(pmap, pte & PG_FRAME,
1312                                     &pa))
1313                                         goto retry;
1314                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pte & PG_FRAME);
1315                                 vm_page_hold(m);
1316                         }
1317                 }
1318         }
1319         PA_UNLOCK_COND(pa);
1320         PMAP_UNLOCK(pmap);
1321         return (m);
1322 }
1323
1324 vm_paddr_t
1325 pmap_kextract(vm_offset_t va)
1326 {
1327         pd_entry_t pde;
1328         vm_paddr_t pa;
1329
1330         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS) {
1331                 pa = DMAP_TO_PHYS(va);
1332         } else {
1333                 pde = *vtopde(va);
1334                 if (pde & PG_PS) {
1335                         pa = (pde & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK);
1336                 } else {
1337                         /*
1338                          * Beware of a concurrent promotion that changes the
1339                          * PDE at this point!  For example, vtopte() must not
1340                          * be used to access the PTE because it would use the
1341                          * new PDE.  It is, however, safe to use the old PDE
1342                          * because the page table page is preserved by the
1343                          * promotion.
1344                          */
1345                         pa = *pmap_pde_to_pte(&pde, va);
1346                         pa = (pa & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK);
1347                 }
1348         }
1349         return (pa);
1350 }
1351
1352 /***************************************************
1353  * Low level mapping routines.....
1354  ***************************************************/
1355
1356 /*
1357  * Add a wired page to the kva.
1358  * Note: not SMP coherent.
1359  */
1360 PMAP_INLINE void 
1361 pmap_kenter(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
1362 {
1363         pt_entry_t *pte;
1364
1365         pte = vtopte(va);
1366         pte_store(pte, pa | PG_RW | PG_V | PG_G);
1367 }
1368
1369 static __inline void
1370 pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode)
1371 {
1372         pt_entry_t *pte;
1373
1374         pte = vtopte(va);
1375         pte_store(pte, pa | PG_RW | PG_V | PG_G | pmap_cache_bits(mode, 0));
1376 }
1377
1378 /*
1379  * Remove a page from the kernel pagetables.
1380  * Note: not SMP coherent.
1381  */
1382 PMAP_INLINE void
1383 pmap_kremove(vm_offset_t va)
1384 {
1385         pt_entry_t *pte;
1386
1387         pte = vtopte(va);
1388         pte_clear(pte);
1389 }
1390
1391 /*
1392  *      Used to map a range of physical addresses into kernel
1393  *      virtual address space.
1394  *
1395  *      The value passed in '*virt' is a suggested virtual address for
1396  *      the mapping. Architectures which can support a direct-mapped
1397  *      physical to virtual region can return the appropriate address
1398  *      within that region, leaving '*virt' unchanged. Other
1399  *      architectures should map the pages starting at '*virt' and
1400  *      update '*virt' with the first usable address after the mapped
1401  *      region.
1402  */
1403 vm_offset_t
1404 pmap_map(vm_offset_t *virt, vm_paddr_t start, vm_paddr_t end, int prot)
1405 {
1406         return PHYS_TO_DMAP(start);
1407 }
1408
1409
1410 /*
1411  * Add a list of wired pages to the kva
1412  * this routine is only used for temporary
1413  * kernel mappings that do not need to have
1414  * page modification or references recorded.
1415  * Note that old mappings are simply written
1416  * over.  The page *must* be wired.
1417  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
1418  */
1419 void
1420 pmap_qenter(vm_offset_t sva, vm_page_t *ma, int count)
1421 {
1422         pt_entry_t *endpte, oldpte, pa, *pte;
1423         vm_page_t m;
1424
1425         oldpte = 0;
1426         pte = vtopte(sva);
1427         endpte = pte + count;
1428         while (pte < endpte) {
1429                 m = *ma++;
1430                 pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | pmap_cache_bits(m->md.pat_mode, 0);
1431                 if ((*pte & (PG_FRAME | PG_PTE_CACHE)) != pa) {
1432                         oldpte |= *pte;
1433                         pte_store(pte, pa | PG_G | PG_RW | PG_V);
1434                 }
1435                 pte++;
1436         }
1437         if (__predict_false((oldpte & PG_V) != 0))
1438                 pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, sva + count *
1439                     PAGE_SIZE);
1440 }
1441
1442 /*
1443  * This routine tears out page mappings from the
1444  * kernel -- it is meant only for temporary mappings.
1445  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
1446  */
1447 void
1448 pmap_qremove(vm_offset_t sva, int count)
1449 {
1450         vm_offset_t va;
1451
1452         va = sva;
1453         while (count-- > 0) {
1454                 KASSERT(va >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS, ("usermode va %lx", va));
1455                 pmap_kremove(va);
1456                 va += PAGE_SIZE;
1457         }
1458         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
1459 }
1460
1461 /***************************************************
1462  * Page table page management routines.....
1463  ***************************************************/
1464 static __inline void
1465 pmap_free_zero_pages(vm_page_t free)
1466 {
1467         vm_page_t m;
1468
1469         while (free != NULL) {
1470                 m = free;
1471                 free = m->right;
1472                 /* Preserve the page's PG_ZERO setting. */
1473                 vm_page_free_toq(m);
1474         }
1475 }
1476
1477 /*
1478  * Schedule the specified unused page table page to be freed.  Specifically,
1479  * add the page to the specified list of pages that will be released to the
1480  * physical memory manager after the TLB has been updated.
1481  */
1482 static __inline void
1483 pmap_add_delayed_free_list(vm_page_t m, vm_page_t *free, boolean_t set_PG_ZERO)
1484 {
1485
1486         if (set_PG_ZERO)
1487                 m->flags |= PG_ZERO;
1488         else
1489                 m->flags &= ~PG_ZERO;
1490         m->right = *free;
1491         *free = m;
1492 }
1493         
1494 /*
1495  * Inserts the specified page table page into the specified pmap's collection
1496  * of idle page table pages.  Each of a pmap's page table pages is responsible
1497  * for mapping a distinct range of virtual addresses.  The pmap's collection is
1498  * ordered by this virtual address range.
1499  */
1500 static void
1501 pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte)
1502 {
1503         vm_page_t root;
1504
1505         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1506         root = pmap->pm_root;
1507         if (root == NULL) {
1508                 mpte->left = NULL;
1509                 mpte->right = NULL;
1510         } else {
1511                 root = vm_page_splay(mpte->pindex, root);
1512                 if (mpte->pindex < root->pindex) {
1513                         mpte->left = root->left;
1514                         mpte->right = root;
1515                         root->left = NULL;
1516                 } else if (mpte->pindex == root->pindex)
1517                         panic("pmap_insert_pt_page: pindex already inserted");
1518                 else {
1519                         mpte->right = root->right;
1520                         mpte->left = root;
1521                         root->right = NULL;
1522                 }
1523         }
1524         pmap->pm_root = mpte;
1525 }
1526
1527 /*
1528  * Looks for a page table page mapping the specified virtual address in the
1529  * specified pmap's collection of idle page table pages.  Returns NULL if there
1530  * is no page table page corresponding to the specified virtual address.
1531  */
1532 static vm_page_t
1533 pmap_lookup_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1534 {
1535         vm_page_t mpte;
1536         vm_pindex_t pindex = pmap_pde_pindex(va);
1537
1538         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1539         if ((mpte = pmap->pm_root) != NULL && mpte->pindex != pindex) {
1540                 mpte = vm_page_splay(pindex, mpte);
1541                 if ((pmap->pm_root = mpte)->pindex != pindex)
1542                         mpte = NULL;
1543         }
1544         return (mpte);
1545 }
1546
1547 /*
1548  * Removes the specified page table page from the specified pmap's collection
1549  * of idle page table pages.  The specified page table page must be a member of
1550  * the pmap's collection.
1551  */
1552 static void
1553 pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte)
1554 {
1555         vm_page_t root;
1556
1557         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1558         if (mpte != pmap->pm_root) {
1559                 root = vm_page_splay(mpte->pindex, pmap->pm_root);
1560                 KASSERT(mpte == root,
1561                     ("pmap_remove_pt_page: mpte %p is missing from pmap %p",
1562                     mpte, pmap));
1563         }
1564         if (mpte->left == NULL)
1565                 root = mpte->right;
1566         else {
1567                 root = vm_page_splay(mpte->pindex, mpte->left);
1568                 root->right = mpte->right;
1569         }
1570         pmap->pm_root = root;
1571 }
1572
1573 /*
1574  * Decrements a page table page's wire count, which is used to record the
1575  * number of valid page table entries within the page.  If the wire count
1576  * drops to zero, then the page table page is unmapped.  Returns TRUE if the
1577  * page table page was unmapped and FALSE otherwise.
1578  */
1579 static inline boolean_t
1580 pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_page_t *free)
1581 {
1582
1583         --m->wire_count;
1584         if (m->wire_count == 0) {
1585                 _pmap_unwire_ptp(pmap, va, m, free);
1586                 return (TRUE);
1587         } else
1588                 return (FALSE);
1589 }
1590
1591 static void
1592 _pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_page_t *free)
1593 {
1594
1595         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1596         /*
1597          * unmap the page table page
1598          */
1599         if (m->pindex >= (NUPDE + NUPDPE)) {
1600                 /* PDP page */
1601                 pml4_entry_t *pml4;
1602                 pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
1603                 *pml4 = 0;
1604         } else if (m->pindex >= NUPDE) {
1605                 /* PD page */
1606                 pdp_entry_t *pdp;
1607                 pdp = pmap_pdpe(pmap, va);
1608                 *pdp = 0;
1609         } else {
1610                 /* PTE page */
1611                 pd_entry_t *pd;
1612                 pd = pmap_pde(pmap, va);
1613                 *pd = 0;
1614         }
1615         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
1616         if (m->pindex < NUPDE) {
1617                 /* We just released a PT, unhold the matching PD */
1618                 vm_page_t pdpg;
1619
1620                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pdpe(pmap, va) & PG_FRAME);
1621                 pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdpg, free);
1622         }
1623         if (m->pindex >= NUPDE && m->pindex < (NUPDE + NUPDPE)) {
1624                 /* We just released a PD, unhold the matching PDP */
1625                 vm_page_t pdppg;
1626
1627                 pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pml4e(pmap, va) & PG_FRAME);
1628                 pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdppg, free);
1629         }
1630
1631         /*
1632          * This is a release store so that the ordinary store unmapping
1633          * the page table page is globally performed before TLB shoot-
1634          * down is begun.
1635          */
1636         atomic_subtract_rel_int(&cnt.v_wire_count, 1);
1637
1638         /* 
1639          * Put page on a list so that it is released after
1640          * *ALL* TLB shootdown is done
1641          */
1642         pmap_add_delayed_free_list(m, free, TRUE);
1643 }
1644
1645 /*
1646  * After removing a page table entry, this routine is used to
1647  * conditionally free the page, and manage the hold/wire counts.
1648  */
1649 static int
1650 pmap_unuse_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t ptepde, vm_page_t *free)
1651 {
1652         vm_page_t mpte;
1653
1654         if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
1655                 return (0);
1656         KASSERT(ptepde != 0, ("pmap_unuse_pt: ptepde != 0"));
1657         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(ptepde & PG_FRAME);
1658         return (pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpte, free));
1659 }
1660
1661 void
1662 pmap_pinit0(pmap_t pmap)
1663 {
1664
1665         PMAP_LOCK_INIT(pmap);
1666         pmap->pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(KPML4phys);
1667         pmap->pm_root = NULL;
1668         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
1669         PCPU_SET(curpmap, pmap);
1670         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
1671         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
1672 }
1673
1674 /*
1675  * Initialize a preallocated and zeroed pmap structure,
1676  * such as one in a vmspace structure.
1677  */
1678 int
1679 pmap_pinit(pmap_t pmap)
1680 {
1681         vm_page_t pml4pg;
1682         int i;
1683
1684         PMAP_LOCK_INIT(pmap);
1685
1686         /*
1687          * allocate the page directory page
1688          */
1689         while ((pml4pg = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL |
1690             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO)) == NULL)
1691                 VM_WAIT;
1692
1693         pmap->pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg));
1694
1695         if ((pml4pg->flags & PG_ZERO) == 0)
1696                 pagezero(pmap->pm_pml4);
1697
1698         /* Wire in kernel global address entries. */
1699         pmap->pm_pml4[KPML4I] = KPDPphys | PG_RW | PG_V | PG_U;
1700         for (i = 0; i < NDMPML4E; i++) {
1701                 pmap->pm_pml4[DMPML4I + i] = (DMPDPphys + (i << PAGE_SHIFT)) |
1702                     PG_RW | PG_V | PG_U;
1703         }
1704
1705         /* install self-referential address mapping entry(s) */
1706         pmap->pm_pml4[PML4PML4I] = VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg) | PG_V | PG_RW | PG_A | PG_M;
1707
1708         pmap->pm_root = NULL;
1709         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
1710         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
1711         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
1712
1713         return (1);
1714 }
1715
1716 /*
1717  * This routine is called if the desired page table page does not exist.
1718  *
1719  * If page table page allocation fails, this routine may sleep before
1720  * returning NULL.  It sleeps only if a lock pointer was given.
1721  *
1722  * Note: If a page allocation fails at page table level two or three,
1723  * one or two pages may be held during the wait, only to be released
1724  * afterwards.  This conservative approach is easily argued to avoid
1725  * race conditions.
1726  */
1727 static vm_page_t
1728 _pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex, struct rwlock **lockp)
1729 {
1730         vm_page_t m, pdppg, pdpg;
1731
1732         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1733
1734         /*
1735          * Allocate a page table page.
1736          */
1737         if ((m = vm_page_alloc(NULL, ptepindex, VM_ALLOC_NOOBJ |
1738             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO)) == NULL) {
1739                 if (lockp != NULL) {
1740                         RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
1741                         PMAP_UNLOCK(pmap);
1742                         rw_runlock(&pvh_global_lock);
1743                         VM_WAIT;
1744                         rw_rlock(&pvh_global_lock);
1745                         PMAP_LOCK(pmap);
1746                 }
1747
1748                 /*
1749                  * Indicate the need to retry.  While waiting, the page table
1750                  * page may have been allocated.
1751                  */
1752                 return (NULL);
1753         }
1754         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0)
1755                 pmap_zero_page(m);
1756
1757         /*
1758          * Map the pagetable page into the process address space, if
1759          * it isn't already there.
1760          */
1761
1762         if (ptepindex >= (NUPDE + NUPDPE)) {
1763                 pml4_entry_t *pml4;
1764                 vm_pindex_t pml4index;
1765
1766                 /* Wire up a new PDPE page */
1767                 pml4index = ptepindex - (NUPDE + NUPDPE);
1768                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
1769                 *pml4 = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
1770
1771         } else if (ptepindex >= NUPDE) {
1772                 vm_pindex_t pml4index;
1773                 vm_pindex_t pdpindex;
1774                 pml4_entry_t *pml4;
1775                 pdp_entry_t *pdp;
1776
1777                 /* Wire up a new PDE page */
1778                 pdpindex = ptepindex - NUPDE;
1779                 pml4index = pdpindex >> NPML4EPGSHIFT;
1780
1781                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
1782                 if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
1783                         /* Have to allocate a new pdp, recurse */
1784                         if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + NUPDPE + pml4index,
1785                             lockp) == NULL) {
1786                                 --m->wire_count;
1787                                 atomic_subtract_int(&cnt.v_wire_count, 1);
1788                                 vm_page_free_zero(m);
1789                                 return (NULL);
1790                         }
1791                 } else {
1792                         /* Add reference to pdp page */
1793                         pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pml4 & PG_FRAME);
1794                         pdppg->wire_count++;
1795                 }
1796                 pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
1797
1798                 /* Now find the pdp page */
1799                 pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
1800                 *pdp = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
1801
1802         } else {
1803                 vm_pindex_t pml4index;
1804                 vm_pindex_t pdpindex;
1805                 pml4_entry_t *pml4;
1806                 pdp_entry_t *pdp;
1807                 pd_entry_t *pd;
1808
1809                 /* Wire up a new PTE page */
1810                 pdpindex = ptepindex >> NPDPEPGSHIFT;
1811                 pml4index = pdpindex >> NPML4EPGSHIFT;
1812
1813                 /* First, find the pdp and check that its valid. */
1814                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
1815                 if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
1816                         /* Have to allocate a new pd, recurse */
1817                         if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex,
1818                             lockp) == NULL) {
1819                                 --m->wire_count;
1820                                 atomic_subtract_int(&cnt.v_wire_count, 1);
1821                                 vm_page_free_zero(m);
1822                                 return (NULL);
1823                         }
1824                         pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
1825                         pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
1826                 } else {
1827                         pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
1828                         pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
1829                         if ((*pdp & PG_V) == 0) {
1830                                 /* Have to allocate a new pd, recurse */
1831                                 if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex,
1832                                     lockp) == NULL) {
1833                                         --m->wire_count;
1834                                         atomic_subtract_int(&cnt.v_wire_count,
1835                                             1);
1836                                         vm_page_free_zero(m);
1837                                         return (NULL);
1838                                 }
1839                         } else {
1840                                 /* Add reference to the pd page */
1841                                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdp & PG_FRAME);
1842                                 pdpg->wire_count++;
1843                         }
1844                 }
1845                 pd = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdp & PG_FRAME);
1846
1847                 /* Now we know where the page directory page is */
1848                 pd = &pd[ptepindex & ((1ul << NPDEPGSHIFT) - 1)];
1849                 *pd = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
1850         }
1851
1852         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
1853
1854         return (m);
1855 }
1856
1857 static vm_page_t
1858 pmap_allocpde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct rwlock **lockp)
1859 {
1860         vm_pindex_t pdpindex, ptepindex;
1861         pdp_entry_t *pdpe;
1862         vm_page_t pdpg;
1863
1864 retry:
1865         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
1866         if (pdpe != NULL && (*pdpe & PG_V) != 0) {
1867                 /* Add a reference to the pd page. */
1868                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdpe & PG_FRAME);
1869                 pdpg->wire_count++;
1870         } else {
1871                 /* Allocate a pd page. */
1872                 ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
1873                 pdpindex = ptepindex >> NPDPEPGSHIFT;
1874                 pdpg = _pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex, lockp);
1875                 if (pdpg == NULL && lockp != NULL)
1876                         goto retry;
1877         }
1878         return (pdpg);
1879 }
1880
1881 static vm_page_t
1882 pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct rwlock **lockp)
1883 {
1884         vm_pindex_t ptepindex;
1885         pd_entry_t *pd;
1886         vm_page_t m;
1887
1888         /*
1889          * Calculate pagetable page index
1890          */
1891         ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
1892 retry:
1893         /*
1894          * Get the page directory entry
1895          */
1896         pd = pmap_pde(pmap, va);
1897
1898         /*
1899          * This supports switching from a 2MB page to a
1900          * normal 4K page.
1901          */
1902         if (pd != NULL && (*pd & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V)) {
1903                 if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pd, va, lockp)) {
1904                         /*
1905                          * Invalidation of the 2MB page mapping may have caused
1906                          * the deallocation of the underlying PD page.
1907                          */
1908                         pd = NULL;
1909                 }
1910         }
1911
1912         /*
1913          * If the page table page is mapped, we just increment the
1914          * hold count, and activate it.
1915          */
1916         if (pd != NULL && (*pd & PG_V) != 0) {
1917                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pd & PG_FRAME);
1918                 m->wire_count++;
1919         } else {
1920                 /*
1921                  * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been
1922                  * deallocated.
1923                  */
1924                 m = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex, lockp);
1925                 if (m == NULL && lockp != NULL)
1926                         goto retry;
1927         }
1928         return (m);
1929 }
1930
1931
1932 /***************************************************
1933  * Pmap allocation/deallocation routines.
1934  ***************************************************/
1935
1936 /*
1937  * Release any resources held by the given physical map.
1938  * Called when a pmap initialized by pmap_pinit is being released.
1939  * Should only be called if the map contains no valid mappings.
1940  */
1941 void
1942 pmap_release(pmap_t pmap)
1943 {
1944         vm_page_t m;
1945         int i;
1946
1947         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count == 0,
1948             ("pmap_release: pmap resident count %ld != 0",
1949             pmap->pm_stats.resident_count));
1950         KASSERT(pmap->pm_root == NULL,
1951             ("pmap_release: pmap has reserved page table page(s)"));
1952
1953         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap->pm_pml4[PML4PML4I] & PG_FRAME);
1954
1955         pmap->pm_pml4[KPML4I] = 0;      /* KVA */
1956         for (i = 0; i < NDMPML4E; i++)  /* Direct Map */
1957                 pmap->pm_pml4[DMPML4I + i] = 0;
1958         pmap->pm_pml4[PML4PML4I] = 0;   /* Recursive Mapping */
1959
1960         m->wire_count--;
1961         atomic_subtract_int(&cnt.v_wire_count, 1);
1962         vm_page_free_zero(m);
1963         PMAP_LOCK_DESTROY(pmap);
1964 }
1965 \f
1966 static int
1967 kvm_size(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
1968 {
1969         unsigned long ksize = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
1970
1971         return sysctl_handle_long(oidp, &ksize, 0, req);
1972 }
1973 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_size, CTLTYPE_LONG|CTLFLAG_RD, 
1974     0, 0, kvm_size, "LU", "Size of KVM");
1975
1976 static int
1977 kvm_free(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
1978 {
1979         unsigned long kfree = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - kernel_vm_end;
1980
1981         return sysctl_handle_long(oidp, &kfree, 0, req);
1982 }
1983 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_free, CTLTYPE_LONG|CTLFLAG_RD, 
1984     0, 0, kvm_free, "LU", "Amount of KVM free");
1985
1986 /*
1987  * grow the number of kernel page table entries, if needed
1988  */
1989 void
1990 pmap_growkernel(vm_offset_t addr)
1991 {
1992         vm_paddr_t paddr;
1993         vm_page_t nkpg;
1994         pd_entry_t *pde, newpdir;
1995         pdp_entry_t *pdpe;
1996
1997         mtx_assert(&kernel_map->system_mtx, MA_OWNED);
1998
1999         /*
2000          * Return if "addr" is within the range of kernel page table pages
2001          * that were preallocated during pmap bootstrap.  Moreover, leave
2002          * "kernel_vm_end" and the kernel page table as they were.
2003          *
2004          * The correctness of this action is based on the following
2005          * argument: vm_map_findspace() allocates contiguous ranges of the
2006          * kernel virtual address space.  It calls this function if a range
2007          * ends after "kernel_vm_end".  If the kernel is mapped between
2008          * "kernel_vm_end" and "addr", then the range cannot begin at
2009          * "kernel_vm_end".  In fact, its beginning address cannot be less
2010          * than the kernel.  Thus, there is no immediate need to allocate
2011          * any new kernel page table pages between "kernel_vm_end" and
2012          * "KERNBASE".
2013          */
2014         if (KERNBASE < addr && addr <= KERNBASE + NKPT * NBPDR)
2015                 return;
2016
2017         addr = roundup2(addr, NBPDR);
2018         if (addr - 1 >= kernel_map->max_offset)
2019                 addr = kernel_map->max_offset;
2020         while (kernel_vm_end < addr) {
2021                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, kernel_vm_end);
2022                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
2023                         /* We need a new PDP entry */
2024                         nkpg = vm_page_alloc(NULL, kernel_vm_end >> PDPSHIFT,
2025                             VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ |
2026                             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
2027                         if (nkpg == NULL)
2028                                 panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
2029                         if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
2030                                 pmap_zero_page(nkpg);
2031                         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
2032                         *pdpe = (pdp_entry_t)
2033                                 (paddr | PG_V | PG_RW | PG_A | PG_M);
2034                         continue; /* try again */
2035                 }
2036                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, kernel_vm_end);
2037                 if ((*pde & PG_V) != 0) {
2038                         kernel_vm_end = (kernel_vm_end + NBPDR) & ~PDRMASK;
2039                         if (kernel_vm_end - 1 >= kernel_map->max_offset) {
2040                                 kernel_vm_end = kernel_map->max_offset;
2041                                 break;                       
2042                         }
2043                         continue;
2044                 }
2045
2046                 nkpg = vm_page_alloc(NULL, pmap_pde_pindex(kernel_vm_end),
2047                     VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED |
2048                     VM_ALLOC_ZERO);
2049                 if (nkpg == NULL)
2050                         panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
2051                 if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
2052                         pmap_zero_page(nkpg);
2053                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
2054                 newpdir = (pd_entry_t) (paddr | PG_V | PG_RW | PG_A | PG_M);
2055                 pde_store(pde, newpdir);
2056
2057                 kernel_vm_end = (kernel_vm_end + NBPDR) & ~PDRMASK;
2058                 if (kernel_vm_end - 1 >= kernel_map->max_offset) {
2059                         kernel_vm_end = kernel_map->max_offset;
2060                         break;                       
2061                 }
2062         }
2063 }
2064
2065
2066 /***************************************************
2067  * page management routines.
2068  ***************************************************/
2069
2070 CTASSERT(sizeof(struct pv_chunk) == PAGE_SIZE);
2071 CTASSERT(_NPCM == 3);
2072 CTASSERT(_NPCPV == 168);
2073
2074 static __inline struct pv_chunk *
2075 pv_to_chunk(pv_entry_t pv)
2076 {
2077
2078         return ((struct pv_chunk *)((uintptr_t)pv & ~(uintptr_t)PAGE_MASK));
2079 }
2080
2081 #define PV_PMAP(pv) (pv_to_chunk(pv)->pc_pmap)
2082
2083 #define PC_FREE0        0xfffffffffffffffful
2084 #define PC_FREE1        0xfffffffffffffffful
2085 #define PC_FREE2        0x000000fffffffffful
2086
2087 static const uint64_t pc_freemask[_NPCM] = { PC_FREE0, PC_FREE1, PC_FREE2 };
2088
2089 #ifdef PV_STATS
2090 static int pc_chunk_count, pc_chunk_allocs, pc_chunk_frees, pc_chunk_tryfail;
2091
2092 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_count, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_count, 0,
2093         "Current number of pv entry chunks");
2094 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_allocs, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_allocs, 0,
2095         "Current number of pv entry chunks allocated");
2096 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_frees, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_frees, 0,
2097         "Current number of pv entry chunks frees");
2098 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_tryfail, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_tryfail, 0,
2099         "Number of times tried to get a chunk page but failed.");
2100
2101 static long pv_entry_frees, pv_entry_allocs, pv_entry_count;
2102 static int pv_entry_spare;
2103
2104 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_frees, CTLFLAG_RD, &pv_entry_frees, 0,
2105         "Current number of pv entry frees");
2106 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_allocs, CTLFLAG_RD, &pv_entry_allocs, 0,
2107         "Current number of pv entry allocs");
2108 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_count, CTLFLAG_RD, &pv_entry_count, 0,
2109         "Current number of pv entries");
2110 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_spare, CTLFLAG_RD, &pv_entry_spare, 0,
2111         "Current number of spare pv entries");
2112 #endif
2113
2114 /*
2115  * We are in a serious low memory condition.  Resort to
2116  * drastic measures to free some pages so we can allocate
2117  * another pv entry chunk.
2118  *
2119  * Returns NULL if PV entries were reclaimed from the specified pmap.
2120  *
2121  * We do not, however, unmap 2mpages because subsequent accesses will
2122  * allocate per-page pv entries until repromotion occurs, thereby
2123  * exacerbating the shortage of free pv entries.
2124  */
2125 static vm_page_t
2126 reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp)
2127 {
2128         struct pch new_tail;
2129         struct pv_chunk *pc;
2130         struct md_page *pvh;
2131         pd_entry_t *pde;
2132         pmap_t pmap;
2133         pt_entry_t *pte, tpte;
2134         pv_entry_t pv;
2135         vm_offset_t va;
2136         vm_page_t free, m, m_pc;
2137         uint64_t inuse;
2138         int bit, field, freed;
2139         
2140         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
2141         PMAP_LOCK_ASSERT(locked_pmap, MA_OWNED);
2142         KASSERT(lockp != NULL, ("reclaim_pv_chunk: lockp is NULL"));
2143         pmap = NULL;
2144         free = m_pc = NULL;
2145         TAILQ_INIT(&new_tail);
2146         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2147         while ((pc = TAILQ_FIRST(&pv_chunks)) != NULL && free == NULL) {
2148                 TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2149                 mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
2150                 if (pmap != pc->pc_pmap) {
2151                         if (pmap != NULL) {
2152                                 pmap_invalidate_all(pmap);
2153                                 if (pmap != locked_pmap)
2154                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
2155                         }
2156                         pmap = pc->pc_pmap;
2157                         /* Avoid deadlock and lock recursion. */
2158                         if (pmap > locked_pmap) {
2159                                 RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
2160                                 PMAP_LOCK(pmap);
2161                         } else if (pmap != locked_pmap &&
2162                             !PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
2163                                 pmap = NULL;
2164                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail, pc, pc_lru);
2165                                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2166                                 continue;
2167                         }
2168                 }
2169
2170                 /*
2171                  * Destroy every non-wired, 4 KB page mapping in the chunk.
2172                  */
2173                 freed = 0;
2174                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
2175                         for (inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
2176                             inuse != 0; inuse &= ~(1UL << bit)) {
2177                                 bit = bsfq(inuse);
2178                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
2179                                 va = pv->pv_va;
2180                                 pde = pmap_pde(pmap, va);
2181                                 if ((*pde & PG_PS) != 0)
2182                                         continue;
2183                                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
2184                                 if ((*pte & PG_W) != 0)
2185                                         continue;
2186                                 tpte = pte_load_clear(pte);
2187                                 if ((tpte & PG_G) != 0)
2188                                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
2189                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpte & PG_FRAME);
2190                                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
2191                                         vm_page_dirty(m);
2192                                 if ((tpte & PG_A) != 0)
2193                                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2194                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
2195                                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
2196                                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
2197                                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
2198                                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2199                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
2200                                                 vm_page_aflag_clear(m,
2201                                                     PGA_WRITEABLE);
2202                                         }
2203                                 }
2204                                 pc->pc_map[field] |= 1UL << bit;
2205                                 pmap_unuse_pt(pmap, va, *pde, &free);   
2206                                 freed++;
2207                         }
2208                 }
2209                 if (freed == 0) {
2210                         TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail, pc, pc_lru);
2211                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2212                         continue;
2213                 }
2214                 /* Every freed mapping is for a 4 KB page. */
2215                 pmap_resident_count_dec(pmap, freed);
2216                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
2217                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
2218                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
2219                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2220                 if (pc->pc_map[0] == PC_FREE0 && pc->pc_map[1] == PC_FREE1 &&
2221                     pc->pc_map[2] == PC_FREE2) {
2222                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
2223                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
2224                         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
2225                         /* Entire chunk is free; return it. */
2226                         m_pc = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
2227                         dump_drop_page(m_pc->phys_addr);
2228                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2229                         break;
2230                 }
2231                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2232                 TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail, pc, pc_lru);
2233                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2234                 /* One freed pv entry in locked_pmap is sufficient. */
2235                 if (pmap == locked_pmap)
2236                         break;
2237         }
2238         TAILQ_CONCAT(&pv_chunks, &new_tail, pc_lru);
2239         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
2240         if (pmap != NULL) {
2241                 pmap_invalidate_all(pmap);
2242                 if (pmap != locked_pmap)
2243                         PMAP_UNLOCK(pmap);
2244         }
2245         if (m_pc == NULL && free != NULL) {
2246                 m_pc = free;
2247                 free = m_pc->right;
2248                 /* Recycle a freed page table page. */
2249                 m_pc->wire_count = 1;
2250                 atomic_add_int(&cnt.v_wire_count, 1);
2251         }
2252         pmap_free_zero_pages(free);
2253         return (m_pc);
2254 }
2255
2256 /*
2257  * free the pv_entry back to the free list
2258  */
2259 static void
2260 free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv)
2261 {
2262         struct pv_chunk *pc;
2263         int idx, field, bit;
2264
2265         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
2266         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2267         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, 1));
2268         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, 1));
2269         PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, 1));
2270         pc = pv_to_chunk(pv);
2271         idx = pv - &pc->pc_pventry[0];
2272         field = idx / 64;
2273         bit = idx % 64;
2274         pc->pc_map[field] |= 1ul << bit;
2275         if (pc->pc_map[0] != PC_FREE0 || pc->pc_map[1] != PC_FREE1 ||
2276             pc->pc_map[2] != PC_FREE2) {
2277                 /* 98% of the time, pc is already at the head of the list. */
2278                 if (__predict_false(pc != TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk))) {
2279                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2280                         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2281                 }
2282                 return;
2283         }
2284         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2285         free_pv_chunk(pc);
2286 }
2287
2288 static void
2289 free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc)
2290 {
2291         vm_page_t m;
2292
2293         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2294         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2295         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
2296         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
2297         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
2298         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
2299         /* entire chunk is free, return it */
2300         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
2301         dump_drop_page(m->phys_addr);
2302         vm_page_unwire(m, 0);
2303         vm_page_free(m);
2304 }
2305
2306 /*
2307  * Returns a new PV entry, allocating a new PV chunk from the system when
2308  * needed.  If this PV chunk allocation fails and a PV list lock pointer was
2309  * given, a PV chunk is reclaimed from an arbitrary pmap.  Otherwise, NULL is
2310  * returned.
2311  *
2312  * The given PV list lock may be released.
2313  */
2314 static pv_entry_t
2315 get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp)
2316 {
2317         int bit, field;
2318         pv_entry_t pv;
2319         struct pv_chunk *pc;
2320         vm_page_t m;
2321
2322         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
2323         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2324         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, 1));
2325 retry:
2326         pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
2327         if (pc != NULL) {
2328                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
2329                         if (pc->pc_map[field]) {
2330                                 bit = bsfq(pc->pc_map[field]);
2331                                 break;
2332                         }
2333                 }
2334                 if (field < _NPCM) {
2335                         pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
2336                         pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
2337                         /* If this was the last item, move it to tail */
2338                         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 &&
2339                             pc->pc_map[2] == 0) {
2340                                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2341                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc,
2342                                     pc_list);
2343                         }
2344                         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
2345                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, 1));
2346                         return (pv);
2347                 }
2348         }
2349         /* No free items, allocate another chunk */
2350         m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
2351             VM_ALLOC_WIRED);
2352         if (m == NULL) {
2353                 if (lockp == NULL) {
2354                         PV_STAT(pc_chunk_tryfail++);
2355                         return (NULL);
2356                 }
2357                 m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
2358                 if (m == NULL)
2359                         goto retry;
2360         }
2361         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
2362         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
2363         dump_add_page(m->phys_addr);
2364         pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
2365         pc->pc_pmap = pmap;
2366         pc->pc_map[0] = PC_FREE0 & ~1ul;        /* preallocated bit 0 */
2367         pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
2368         pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
2369         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2370         TAILQ_INSERT_TAIL(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2371         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
2372         pv = &pc->pc_pventry[0];
2373         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2374         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
2375         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV - 1));
2376         return (pv);
2377 }
2378
2379 /*
2380  * Returns the number of one bits within the given PV chunk map element.
2381  */
2382 static int
2383 popcnt_pc_map_elem(uint64_t elem)
2384 {
2385         int count;
2386
2387         /*
2388          * This simple method of counting the one bits performs well because
2389          * the given element typically contains more zero bits than one bits.
2390          */
2391         count = 0;
2392         for (; elem != 0; elem &= elem - 1)
2393                 count++;
2394         return (count);
2395 }
2396
2397 /*
2398  * Ensure that the number of spare PV entries in the specified pmap meets or
2399  * exceeds the given count, "needed".
2400  *
2401  * The given PV list lock may be released.
2402  */
2403 static void
2404 reserve_pv_entries(pmap_t pmap, int needed, struct rwlock **lockp)
2405 {
2406         struct pch new_tail;
2407         struct pv_chunk *pc;
2408         int avail, free;
2409         vm_page_t m;
2410
2411         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
2412         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2413         KASSERT(lockp != NULL, ("reserve_pv_entries: lockp is NULL"));
2414
2415         /*
2416          * Newly allocated PV chunks must be stored in a private list until
2417          * the required number of PV chunks have been allocated.  Otherwise,
2418          * reclaim_pv_chunk() could recycle one of these chunks.  In
2419          * contrast, these chunks must be added to the pmap upon allocation.
2420          */
2421         TAILQ_INIT(&new_tail);
2422 retry:
2423         avail = 0;
2424         TAILQ_FOREACH(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list) {
2425                 if ((cpu_feature2 & CPUID2_POPCNT) == 0) {
2426                         free = popcnt_pc_map_elem(pc->pc_map[0]);
2427                         free += popcnt_pc_map_elem(pc->pc_map[1]);
2428                         free += popcnt_pc_map_elem(pc->pc_map[2]);
2429                 } else {
2430                         free = popcntq(pc->pc_map[0]);
2431                         free += popcntq(pc->pc_map[1]);
2432                         free += popcntq(pc->pc_map[2]);
2433                 }
2434                 if (free == 0)
2435                         break;
2436                 avail += free;
2437                 if (avail >= needed)
2438                         break;
2439         }
2440         for (; avail < needed; avail += _NPCPV) {
2441                 m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
2442                     VM_ALLOC_WIRED);
2443                 if (m == NULL) {
2444                         m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
2445                         if (m == NULL)
2446                                 goto retry;
2447                 }
2448                 PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
2449                 PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
2450                 dump_add_page(m->phys_addr);
2451                 pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
2452                 pc->pc_pmap = pmap;
2453                 pc->pc_map[0] = PC_FREE0;
2454                 pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
2455                 pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
2456                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2457                 TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail, pc, pc_lru);
2458                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
2459         }
2460         if (!TAILQ_EMPTY(&new_tail)) {
2461                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2462                 TAILQ_CONCAT(&pv_chunks, &new_tail, pc_lru);
2463                 mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
2464         }
2465 }
2466
2467 /*
2468  * First find and then remove the pv entry for the specified pmap and virtual
2469  * address from the specified pv list.  Returns the pv entry if found and NULL
2470  * otherwise.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or
2471  * 2MB page mappings.
2472  */
2473 static __inline pv_entry_t
2474 pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2475 {
2476         pv_entry_t pv;
2477
2478         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
2479         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_list) {
2480                 if (pmap == PV_PMAP(pv) && va == pv->pv_va) {
2481                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_list);
2482                         break;
2483                 }
2484         }
2485         return (pv);
2486 }
2487
2488 /*
2489  * After demotion from a 2MB page mapping to 512 4KB page mappings,
2490  * destroy the pv entry for the 2MB page mapping and reinstantiate the pv
2491  * entries for each of the 4KB page mappings.
2492  */
2493 static void
2494 pmap_pv_demote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
2495     struct rwlock **lockp)
2496 {
2497         struct md_page *pvh;
2498         struct pv_chunk *pc;
2499         pv_entry_t pv;
2500         vm_offset_t va_last;
2501         vm_page_t m;
2502         int bit, field;
2503
2504         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
2505         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2506         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
2507             ("pmap_pv_demote_pde: pa is not 2mpage aligned"));
2508         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
2509
2510         /*
2511          * Transfer the 2mpage's pv entry for this mapping to the first
2512          * page's pv list.  Once this transfer begins, the pv list lock
2513          * must not be released until the last pv entry is reinstantiated.
2514          */
2515         pvh = pa_to_pvh(pa);
2516         va = trunc_2mpage(va);
2517         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
2518         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_demote_pde: pv not found"));
2519         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
2520         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
2521         /* Instantiate the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
2522         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, NPTEPG - 1));
2523         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
2524         for (;;) {
2525                 pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
2526                 KASSERT(pc->pc_map[0] != 0 || pc->pc_map[1] != 0 ||
2527                     pc->pc_map[2] != 0, ("pmap_pv_demote_pde: missing spare"));
2528                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
2529                         while (pc->pc_map[field]) {
2530                                 bit = bsfq(pc->pc_map[field]);
2531                                 pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
2532                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
2533                                 va += PAGE_SIZE;
2534                                 pv->pv_va = va;
2535                                 m++;
2536                                 KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
2537                             ("pmap_pv_demote_pde: page %p is not managed", m));
2538                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
2539                                 if (va == va_last)
2540                                         goto out;
2541                         }
2542                 }
2543                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2544                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2545         }
2546 out:
2547         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 && pc->pc_map[2] == 0) {
2548                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2549                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2550         }
2551         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, NPTEPG - 1));
2552         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, NPTEPG - 1));
2553 }
2554
2555 /*
2556  * After promotion from 512 4KB page mappings to a single 2MB page mapping,
2557  * replace the many pv entries for the 4KB page mappings by a single pv entry
2558  * for the 2MB page mapping.
2559  */
2560 static void
2561 pmap_pv_promote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
2562     struct rwlock **lockp)
2563 {
2564         struct md_page *pvh;
2565         pv_entry_t pv;
2566         vm_offset_t va_last;
2567         vm_page_t m;
2568
2569         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
2570         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
2571             ("pmap_pv_promote_pde: pa is not 2mpage aligned"));
2572         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
2573
2574         /*
2575          * Transfer the first page's pv entry for this mapping to the 2mpage's
2576          * pv list.  Aside from avoiding the cost of a call to get_pv_entry(),
2577          * a transfer avoids the possibility that get_pv_entry() calls
2578          * reclaim_pv_chunk() and that reclaim_pv_chunk() removes one of the
2579          * mappings that is being promoted.
2580          */
2581         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
2582         va = trunc_2mpage(va);
2583         pv = pmap_pvh_remove(&m->md, pmap, va);
2584         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_promote_pde: pv not found"));
2585         pvh = pa_to_pvh(pa);
2586         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_list);
2587         /* Free the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
2588         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
2589         do {
2590                 m++;
2591                 va += PAGE_SIZE;
2592                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
2593         } while (va < va_last);
2594 }
2595
2596 /*
2597  * First find and then destroy the pv entry for the specified pmap and virtual
2598  * address.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or 2MB
2599  * page mappings.
2600  */
2601 static void
2602 pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2603 {
2604         pv_entry_t pv;
2605
2606         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
2607         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pvh_free: pv not found"));
2608         free_pv_entry(pmap, pv);
2609 }
2610
2611 /*
2612  * Conditionally create the PV entry for a 4KB page mapping if the required
2613  * memory can be allocated without resorting to reclamation.
2614  */
2615 static boolean_t
2616 pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
2617     struct rwlock **lockp)
2618 {
2619         pv_entry_t pv;
2620
2621         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
2622         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2623         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
2624         if ((pv = get_pv_entry(pmap, NULL)) != NULL) {
2625                 pv->pv_va = va;
2626                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
2627                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
2628                 return (TRUE);
2629         } else
2630                 return (FALSE);
2631 }
2632
2633 /*
2634  * Conditionally create the PV entry for a 2MB page mapping if the required
2635  * memory can be allocated without resorting to reclamation.
2636  */
2637 static boolean_t
2638 pmap_pv_insert_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
2639     struct rwlock **lockp)
2640 {
2641         struct md_page *pvh;
2642         pv_entry_t pv;
2643
2644         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
2645         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2646         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
2647         if ((pv = get_pv_entry(pmap, NULL)) != NULL) {
2648                 pv->pv_va = va;
2649                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
2650                 pvh = pa_to_pvh(pa);
2651                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_list);
2652                 return (TRUE);
2653         } else
2654                 return (FALSE);
2655 }
2656
2657 /*
2658  * Fills a page table page with mappings to consecutive physical pages.
2659  */
2660 static void
2661 pmap_fill_ptp(pt_entry_t *firstpte, pt_entry_t newpte)
2662 {
2663         pt_entry_t *pte;
2664
2665         for (pte = firstpte; pte < firstpte + NPTEPG; pte++) {
2666                 *pte = newpte;
2667                 newpte += PAGE_SIZE;
2668         }
2669 }
2670
2671 /*
2672  * Tries to demote a 2MB page mapping.  If demotion fails, the 2MB page
2673  * mapping is invalidated.
2674  */
2675 static boolean_t
2676 pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
2677 {
2678         struct rwlock *lock;
2679         boolean_t rv;
2680
2681         lock = NULL;
2682         rv = pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
2683         if (lock != NULL)
2684                 rw_wunlock(lock);
2685         return (rv);
2686 }
2687
2688 static boolean_t
2689 pmap_demote_pde_locked(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
2690     struct rwlock **lockp)
2691 {
2692         pd_entry_t newpde, oldpde;
2693         pt_entry_t *firstpte, newpte;
2694         vm_paddr_t mptepa;
2695         vm_page_t free, mpte;
2696
2697         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2698         oldpde = *pde;
2699         KASSERT((oldpde & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V),
2700             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_PS and/or PG_V"));
2701         mpte = pmap_lookup_pt_page(pmap, va);
2702         if (mpte != NULL)
2703                 pmap_remove_pt_page(pmap, mpte);
2704         else {
2705                 KASSERT((oldpde & PG_W) == 0,
2706                     ("pmap_demote_pde: page table page for a wired mapping"
2707                     " is missing"));
2708
2709                 /*
2710                  * Invalidate the 2MB page mapping and return "failure" if the
2711                  * mapping was never accessed or the allocation of the new
2712                  * page table page fails.  If the 2MB page mapping belongs to
2713                  * the direct map region of the kernel's address space, then
2714                  * the page allocation request specifies the highest possible
2715                  * priority (VM_ALLOC_INTERRUPT).  Otherwise, the priority is
2716                  * normal.  Page table pages are preallocated for every other
2717                  * part of the kernel address space, so the direct map region
2718                  * is the only part of the kernel address space that must be
2719                  * handled here.
2720                  */
2721                 if ((oldpde & PG_A) == 0 || (mpte = vm_page_alloc(NULL,
2722                     pmap_pde_pindex(va), (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va <
2723                     DMAP_MAX_ADDRESS ? VM_ALLOC_INTERRUPT : VM_ALLOC_NORMAL) |
2724                     VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED)) == NULL) {
2725                         free = NULL;
2726                         pmap_remove_pde(pmap, pde, trunc_2mpage(va), &free,
2727                             lockp);
2728                         pmap_invalidate_page(pmap, trunc_2mpage(va));
2729                         pmap_free_zero_pages(free);
2730                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: failure for va %#lx"
2731                             " in pmap %p", va, pmap);
2732                         return (FALSE);
2733                 }
2734                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
2735                         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
2736         }
2737         mptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpte);
2738         firstpte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mptepa);
2739         newpde = mptepa | PG_M | PG_A | (oldpde & PG_U) | PG_RW | PG_V;
2740         KASSERT((oldpde & PG_A) != 0,
2741             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_A"));
2742         KASSERT((oldpde & (PG_M | PG_RW)) != PG_RW,
2743             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_M"));
2744         newpte = oldpde & ~PG_PS;
2745         if ((newpte & PG_PDE_PAT) != 0)
2746                 newpte ^= PG_PDE_PAT | PG_PTE_PAT;
2747
2748         /*
2749          * If the page table page is new, initialize it.
2750          */
2751         if (mpte->wire_count == 1) {
2752                 mpte->wire_count = NPTEPG;
2753                 pmap_fill_ptp(firstpte, newpte);
2754         }
2755         KASSERT((*firstpte & PG_FRAME) == (newpte & PG_FRAME),
2756             ("pmap_demote_pde: firstpte and newpte map different physical"
2757             " addresses"));
2758
2759         /*
2760          * If the mapping has changed attributes, update the page table
2761          * entries.
2762          */
2763         if ((*firstpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpte & PG_PTE_PROMOTE))
2764                 pmap_fill_ptp(firstpte, newpte);
2765
2766         /*
2767          * The spare PV entries must be reserved prior to demoting the
2768          * mapping, that is, prior to changing the PDE.  Otherwise, the state
2769          * of the PDE and the PV lists will be inconsistent, which can result
2770          * in reclaim_pv_chunk() attempting to remove a PV entry from the
2771          * wrong PV list and pmap_pv_demote_pde() failing to find the expected
2772          * PV entry for the 2MB page mapping that is being demoted.
2773          */
2774         if ((oldpde & PG_MANAGED) != 0)
2775                 reserve_pv_entries(pmap, NPTEPG - 1, lockp);
2776
2777         /*
2778          * Demote the mapping.  This pmap is locked.  The old PDE has
2779          * PG_A set.  If the old PDE has PG_RW set, it also has PG_M
2780          * set.  Thus, there is no danger of a race with another
2781          * processor changing the setting of PG_A and/or PG_M between
2782          * the read above and the store below. 
2783          */
2784         if (workaround_erratum383)
2785                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, newpde);
2786         else
2787                 pde_store(pde, newpde);
2788
2789         /*
2790          * Invalidate a stale recursive mapping of the page table page.
2791          */
2792         if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
2793                 pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopte(va));
2794
2795         /*
2796          * Demote the PV entry.
2797          */
2798         if ((oldpde & PG_MANAGED) != 0)
2799                 pmap_pv_demote_pde(pmap, va, oldpde & PG_PS_FRAME, lockp);
2800
2801         atomic_add_long(&pmap_pde_demotions, 1);
2802         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: success for va %#lx"
2803             " in pmap %p", va, pmap);
2804         return (TRUE);
2805 }
2806
2807 /*
2808  * pmap_remove_pde: do the things to unmap a superpage in a process
2809  */
2810 static int
2811 pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
2812     vm_page_t *free, struct rwlock **lockp)
2813 {
2814         struct md_page *pvh;
2815         pd_entry_t oldpde;
2816         vm_offset_t eva, va;
2817         vm_page_t m, mpte;
2818
2819         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2820         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
2821             ("pmap_remove_pde: sva is not 2mpage aligned"));
2822         oldpde = pte_load_clear(pdq);
2823         if (oldpde & PG_W)
2824                 pmap->pm_stats.wired_count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
2825
2826         /*
2827          * Machines that don't support invlpg, also don't support
2828          * PG_G.
2829          */
2830         if (oldpde & PG_G)
2831                 pmap_invalidate_page(kernel_pmap, sva);
2832         pmap_resident_count_dec(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
2833         if (oldpde & PG_MANAGED) {
2834                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, oldpde & PG_PS_FRAME);
2835                 pvh = pa_to_pvh(oldpde & PG_PS_FRAME);
2836                 pmap_pvh_free(pvh, pmap, sva);
2837                 eva = sva + NBPDR;
2838                 for (va = sva, m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
2839                     va < eva; va += PAGE_SIZE, m++) {
2840                         if ((oldpde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
2841                                 vm_page_dirty(m);
2842                         if (oldpde & PG_A)
2843                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2844                         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
2845                             TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
2846                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
2847                 }
2848         }
2849         if (pmap == kernel_pmap) {
2850                 if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pdq, sva, lockp))
2851                         panic("pmap_remove_pde: failed demotion");
2852         } else {
2853                 mpte = pmap_lookup_pt_page(pmap, sva);
2854                 if (mpte != NULL) {
2855                         pmap_remove_pt_page(pmap, mpte);
2856                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
2857                         KASSERT(mpte->wire_count == NPTEPG,
2858                             ("pmap_remove_pde: pte page wire count error"));
2859                         mpte->wire_count = 0;
2860                         pmap_add_delayed_free_list(mpte, free, FALSE);
2861                         atomic_subtract_int(&cnt.v_wire_count, 1);
2862                 }
2863         }
2864         return (pmap_unuse_pt(pmap, sva, *pmap_pdpe(pmap, sva), free));
2865 }
2866
2867 /*
2868  * pmap_remove_pte: do the things to unmap a page in a process
2869  */
2870 static int
2871 pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t va, 
2872     pd_entry_t ptepde, vm_page_t *free, struct rwlock **lockp)
2873 {
2874         struct md_page *pvh;
2875         pt_entry_t oldpte;
2876         vm_page_t m;
2877
2878         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2879         oldpte = pte_load_clear(ptq);
2880         if (oldpte & PG_W)
2881                 pmap->pm_stats.wired_count -= 1;
2882         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
2883         if (oldpte & PG_MANAGED) {
2884                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpte & PG_FRAME);
2885                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
2886                         vm_page_dirty(m);
2887                 if (oldpte & PG_A)
2888                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2889                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
2890                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
2891                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
2892                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
2893                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2894                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
2895                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
2896                 }
2897         }
2898         return (pmap_unuse_pt(pmap, va, ptepde, free));
2899 }
2900
2901 /*
2902  * Remove a single page from a process address space
2903  */
2904 static void
2905 pmap_remove_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, vm_page_t *free)
2906 {
2907         struct rwlock *lock;
2908         pt_entry_t *pte;
2909
2910         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2911         if ((*pde & PG_V) == 0)
2912                 return;
2913         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
2914         if ((*pte & PG_V) == 0)
2915                 return;
2916         lock = NULL;
2917         pmap_remove_pte(pmap, pte, va, *pde, free, &lock);
2918         if (lock != NULL)
2919                 rw_wunlock(lock);
2920         pmap_invalidate_page(pmap, va);
2921 }
2922
2923 /*
2924  *      Remove the given range of addresses from the specified map.
2925  *
2926  *      It is assumed that the start and end are properly
2927  *      rounded to the page size.
2928  */
2929 void
2930 pmap_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2931 {
2932         struct rwlock *lock;
2933         vm_offset_t va, va_next;
2934         pml4_entry_t *pml4e;
2935         pdp_entry_t *pdpe;
2936         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
2937         pt_entry_t *pte;
2938         vm_page_t free = NULL;
2939         int anyvalid;
2940
2941         /*
2942          * Perform an unsynchronized read.  This is, however, safe.
2943          */
2944         if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
2945                 return;
2946
2947         anyvalid = 0;
2948
2949         rw_rlock(&pvh_global_lock);
2950         PMAP_LOCK(pmap);
2951
2952         /*
2953          * special handling of removing one page.  a very
2954          * common operation and easy to short circuit some
2955          * code.
2956          */
2957         if (sva + PAGE_SIZE == eva) {
2958                 pde = pmap_pde(pmap, sva);
2959                 if (pde && (*pde & PG_PS) == 0) {
2960                         pmap_remove_page(pmap, sva, pde, &free);
2961                         goto out;
2962                 }
2963         }
2964
2965         lock = NULL;
2966         for (; sva < eva; sva = va_next) {
2967
2968                 if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
2969                         break;
2970
2971                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
2972                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
2973                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
2974                         if (va_next < sva)
2975                                 va_next = eva;
2976                         continue;
2977                 }
2978
2979                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
2980                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
2981                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
2982                         if (va_next < sva)
2983                                 va_next = eva;
2984                         continue;
2985                 }
2986
2987                 /*
2988                  * Calculate index for next page table.
2989                  */
2990                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
2991                 if (va_next < sva)
2992                         va_next = eva;
2993
2994                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
2995                 ptpaddr = *pde;
2996
2997                 /*
2998                  * Weed out invalid mappings.
2999                  */
3000                 if (ptpaddr == 0)
3001                         continue;
3002
3003                 /*
3004                  * Check for large page.
3005                  */
3006                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
3007                         /*
3008                          * Are we removing the entire large page?  If not,
3009                          * demote the mapping and fall through.
3010                          */
3011                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
3012                                 /*
3013                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
3014                                  * invalidated by pmap_remove_pde().
3015                                  */
3016                                 if ((ptpaddr & PG_G) == 0)
3017                                         anyvalid = 1;
3018                                 pmap_remove_pde(pmap, pde, sva, &free, &lock);
3019                                 continue;
3020                         } else if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, sva,
3021                             &lock)) {
3022                                 /* The large page mapping was destroyed. */
3023                                 continue;
3024                         } else
3025                                 ptpaddr = *pde;
3026                 }
3027
3028                 /*
3029                  * Limit our scan to either the end of the va represented
3030                  * by the current page table page, or to the end of the
3031                  * range being removed.
3032                  */
3033                 if (va_next > eva)
3034                         va_next = eva;
3035
3036                 va = va_next;
3037                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
3038                     sva += PAGE_SIZE) {
3039                         if (*pte == 0) {
3040                                 if (va != va_next) {
3041                                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
3042                                         va = va_next;
3043                                 }
3044                                 continue;
3045                         }
3046                         if ((*pte & PG_G) == 0)
3047                                 anyvalid = 1;
3048                         else if (va == va_next)
3049                                 va = sva;
3050                         if (pmap_remove_pte(pmap, pte, sva, ptpaddr, &free,
3051                             &lock)) {
3052                                 sva += PAGE_SIZE;
3053                                 break;
3054                         }
3055                 }
3056                 if (va != va_next)
3057                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
3058         }
3059         if (lock != NULL)
3060                 rw_wunlock(lock);
3061 out:
3062         if (anyvalid)
3063                 pmap_invalidate_all(pmap);
3064         rw_runlock(&pvh_global_lock);   
3065         PMAP_UNLOCK(pmap);
3066         pmap_free_zero_pages(free);
3067 }
3068
3069 /*
3070  *      Routine:        pmap_remove_all
3071  *      Function:
3072  *              Removes this physical page from
3073  *              all physical maps in which it resides.
3074  *              Reflects back modify bits to the pager.
3075  *
3076  *      Notes:
3077  *              Original versions of this routine were very
3078  *              inefficient because they iteratively called
3079  *              pmap_remove (slow...)
3080  */
3081
3082 void
3083 pmap_remove_all(vm_page_t m)
3084 {
3085         struct md_page *pvh;
3086         pv_entry_t pv;
3087         pmap_t pmap;
3088         pt_entry_t *pte, tpte;
3089         pd_entry_t *pde;
3090         vm_offset_t va;
3091         vm_page_t free;
3092
3093         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
3094             ("pmap_remove_all: page %p is not managed", m));
3095         free = NULL;
3096         rw_wlock(&pvh_global_lock);
3097         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0)
3098                 goto small_mappings;
3099         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3100         while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != NULL) {
3101                 pmap = PV_PMAP(pv);
3102                 PMAP_LOCK(pmap);
3103                 va = pv->pv_va;
3104                 pde = pmap_pde(pmap, va);
3105                 (void)pmap_demote_pde(pmap, pde, va);
3106                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3107         }
3108 small_mappings:
3109         while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
3110                 pmap = PV_PMAP(pv);
3111                 PMAP_LOCK(pmap);
3112                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3113                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
3114                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_remove_all: found"
3115                     " a 2mpage in page %p's pv list", m));
3116                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
3117                 tpte = pte_load_clear(pte);
3118                 if (tpte & PG_W)
3119                         pmap->pm_stats.wired_count--;
3120                 if (tpte & PG_A)
3121                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
3122
3123                 /*
3124                  * Update the vm_page_t clean and reference bits.
3125                  */
3126                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
3127                         vm_page_dirty(m);
3128                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, *pde, &free);
3129                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
3130                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
3131                 free_pv_entry(pmap, pv);
3132                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3133         }
3134         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
3135         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
3136         pmap_free_zero_pages(free);
3137 }
3138
3139 /*
3140  * pmap_protect_pde: do the things to protect a 2mpage in a process
3141  */
3142 static boolean_t
3143 pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva, vm_prot_t prot)
3144 {
3145         pd_entry_t newpde, oldpde;
3146         vm_offset_t eva, va;
3147         vm_page_t m;
3148         boolean_t anychanged;
3149
3150         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3151         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
3152             ("pmap_protect_pde: sva is not 2mpage aligned"));
3153         anychanged = FALSE;
3154 retry:
3155         oldpde = newpde = *pde;
3156         if (oldpde & PG_MANAGED) {
3157                 eva = sva + NBPDR;
3158                 for (va = sva, m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
3159                     va < eva; va += PAGE_SIZE, m++)
3160                         if ((oldpde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
3161                                 vm_page_dirty(m);
3162         }
3163         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0)
3164                 newpde &= ~(PG_RW | PG_M);
3165         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
3166                 newpde |= pg_nx;
3167         if (newpde != oldpde) {
3168                 if (!atomic_cmpset_long(pde, oldpde, newpde))
3169                         goto retry;
3170                 if (oldpde & PG_G)
3171                         pmap_invalidate_page(pmap, sva);
3172                 else
3173                         anychanged = TRUE;
3174         }
3175         return (anychanged);
3176 }
3177
3178 /*
3179  *      Set the physical protection on the
3180  *      specified range of this map as requested.
3181  */
3182 void
3183 pmap_protect(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, vm_prot_t prot)
3184 {
3185         vm_offset_t va_next;
3186         pml4_entry_t *pml4e;
3187         pdp_entry_t *pdpe;
3188         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
3189         pt_entry_t *pte;
3190         boolean_t anychanged, pv_lists_locked;
3191
3192         if ((prot & VM_PROT_READ) == VM_PROT_NONE) {
3193                 pmap_remove(pmap, sva, eva);
3194                 return;
3195         }
3196
3197         if ((prot & (VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE)) ==
3198             (VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE))
3199                 return;
3200
3201         pv_lists_locked = FALSE;
3202 resume:
3203         anychanged = FALSE;
3204
3205         PMAP_LOCK(pmap);
3206         for (; sva < eva; sva = va_next) {
3207
3208                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
3209                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
3210                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
3211                         if (va_next < sva)
3212                                 va_next = eva;
3213                         continue;
3214                 }
3215
3216                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
3217                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
3218                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
3219                         if (va_next < sva)
3220                                 va_next = eva;
3221                         continue;
3222                 }
3223
3224                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
3225                 if (va_next < sva)
3226                         va_next = eva;
3227
3228                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
3229                 ptpaddr = *pde;
3230
3231                 /*
3232                  * Weed out invalid mappings.
3233                  */
3234                 if (ptpaddr == 0)
3235                         continue;
3236
3237                 /*
3238                  * Check for large page.
3239                  */
3240                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
3241                         /*
3242                          * Are we protecting the entire large page?  If not,
3243                          * demote the mapping and fall through.
3244                          */
3245                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
3246                                 /*
3247                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
3248                                  * invalidated by pmap_protect_pde().
3249                                  */
3250                                 if (pmap_protect_pde(pmap, pde, sva, prot))
3251                                         anychanged = TRUE;
3252                                 continue;
3253                         } else {
3254                                 if (!pv_lists_locked) {
3255                                         pv_lists_locked = TRUE;
3256                                         if (!rw_try_rlock(&pvh_global_lock)) {
3257                                                 if (anychanged)
3258                                                         pmap_invalidate_all(
3259                                                             pmap);
3260                                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3261                                                 rw_rlock(&pvh_global_lock);
3262                                                 goto resume;
3263                                         }
3264                                 }
3265                                 if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, sva)) {
3266                                         /*
3267                                          * The large page mapping was
3268                                          * destroyed.
3269                                          */
3270                                         continue;
3271                                 }
3272                         }
3273                 }
3274
3275                 if (va_next > eva)
3276                         va_next = eva;
3277
3278                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
3279                     sva += PAGE_SIZE) {
3280                         pt_entry_t obits, pbits;
3281                         vm_page_t m;
3282
3283 retry:
3284                         obits = pbits = *pte;
3285                         if ((pbits & PG_V) == 0)
3286                                 continue;
3287
3288                         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
3289                                 if ((pbits & (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) ==
3290                                     (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) {
3291                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pbits & PG_FRAME);
3292                                         vm_page_dirty(m);
3293                                 }
3294                                 pbits &= ~(PG_RW | PG_M);
3295                         }
3296                         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
3297                                 pbits |= pg_nx;
3298
3299                         if (pbits != obits) {
3300                                 if (!atomic_cmpset_long(pte, obits, pbits))
3301                                         goto retry;
3302                                 if (obits & PG_G)
3303                                         pmap_invalidate_page(pmap, sva);
3304                                 else
3305                                         anychanged = TRUE;
3306                         }
3307                 }
3308         }
3309         if (anychanged)
3310                 pmap_invalidate_all(pmap);
3311         if (pv_lists_locked)
3312                 rw_runlock(&pvh_global_lock);
3313         PMAP_UNLOCK(pmap);
3314 }
3315
3316 /*
3317  * Tries to promote the 512, contiguous 4KB page mappings that are within a
3318  * single page table page (PTP) to a single 2MB page mapping.  For promotion
3319  * to occur, two conditions must be met: (1) the 4KB page mappings must map
3320  * aligned, contiguous physical memory and (2) the 4KB page mappings must have
3321  * identical characteristics. 
3322  */
3323 static void
3324 pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
3325     struct rwlock **lockp)
3326 {
3327         pd_entry_t newpde;
3328         pt_entry_t *firstpte, oldpte, pa, *pte;
3329         vm_offset_t oldpteva;
3330         vm_page_t mpte;
3331
3332         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3333
3334         /*
3335          * Examine the first PTE in the specified PTP.  Abort if this PTE is
3336          * either invalid, unused, or does not map the first 4KB physical page
3337          * within a 2MB page. 
3338          */
3339         firstpte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pde & PG_FRAME);
3340 setpde:
3341         newpde = *firstpte;
3342         if ((newpde & ((PG_FRAME & PDRMASK) | PG_A | PG_V)) != (PG_A | PG_V)) {
3343                 atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
3344                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
3345                     " in pmap %p", va, pmap);
3346                 return;
3347         }
3348         if ((newpde & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
3349                 /*
3350                  * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared without
3351                  * a TLB invalidation.
3352                  */
3353                 if (!atomic_cmpset_long(firstpte, newpde, newpde & ~PG_RW))
3354                         goto setpde;
3355                 newpde &= ~PG_RW;
3356         }
3357
3358         /*
3359          * Examine each of the other PTEs in the specified PTP.  Abort if this
3360          * PTE maps an unexpected 4KB physical page or does not have identical
3361          * characteristics to the first PTE.
3362          */
3363         pa = (newpde & (PG_PS_FRAME | PG_A | PG_V)) + NBPDR - PAGE_SIZE;
3364         for (pte = firstpte + NPTEPG - 1; pte > firstpte; pte--) {
3365 setpte:
3366                 oldpte = *pte;
3367                 if ((oldpte & (PG_FRAME | PG_A | PG_V)) != pa) {
3368                         atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
3369                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
3370                             " in pmap %p", va, pmap);
3371                         return;
3372                 }
3373                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
3374                         /*
3375                          * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared
3376                          * without a TLB invalidation.
3377                          */
3378                         if (!atomic_cmpset_long(pte, oldpte, oldpte & ~PG_RW))
3379                                 goto setpte;
3380                         oldpte &= ~PG_RW;
3381                         oldpteva = (oldpte & PG_FRAME & PDRMASK) |
3382                             (va & ~PDRMASK);
3383                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: protect for va %#lx"
3384                             " in pmap %p", oldpteva, pmap);
3385                 }
3386                 if ((oldpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpde & PG_PTE_PROMOTE)) {
3387                         atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
3388                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
3389                             " in pmap %p", va, pmap);
3390                         return;
3391                 }
3392                 pa -= PAGE_SIZE;
3393         }
3394
3395         /*
3396          * Save the page table page in its current state until the PDE
3397          * mapping the superpage is demoted by pmap_demote_pde() or
3398          * destroyed by pmap_remove_pde(). 
3399          */
3400         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
3401         KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
3402             mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
3403             ("pmap_promote_pde: page table page is out of range"));
3404         KASSERT(mpte->pindex == pmap_pde_pindex(va),
3405             ("pmap_promote_pde: page table page's pindex is wrong"));
3406         pmap_insert_pt_page(pmap, mpte);
3407
3408         /*
3409          * Promote the pv entries.
3410          */
3411         if ((newpde & PG_MANAGED) != 0)
3412                 pmap_pv_promote_pde(pmap, va, newpde & PG_PS_FRAME, lockp);
3413
3414         /*
3415          * Propagate the PAT index to its proper position.
3416          */
3417         if ((newpde & PG_PTE_PAT) != 0)
3418                 newpde ^= PG_PDE_PAT | PG_PTE_PAT;
3419
3420         /*
3421          * Map the superpage.
3422          */
3423         if (workaround_erratum383)
3424                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, PG_PS | newpde);
3425         else
3426                 pde_store(pde, PG_PS | newpde);
3427
3428         atomic_add_long(&pmap_pde_promotions, 1);
3429         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: success for va %#lx"
3430             " in pmap %p", va, pmap);
3431 }
3432
3433 /*
3434  *      Insert the given physical page (p) at
3435  *      the specified virtual address (v) in the
3436  *      target physical map with the protection requested.
3437  *
3438  *      If specified, the page will be wired down, meaning
3439  *      that the related pte can not be reclaimed.
3440  *
3441  *      NB:  This is the only routine which MAY NOT lazy-evaluate
3442  *      or lose information.  That is, this routine must actually
3443  *      insert this page into the given map NOW.
3444  */
3445 void
3446 pmap_enter(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_prot_t access, vm_page_t m,
3447     vm_prot_t prot, boolean_t wired)
3448 {
3449         struct rwlock *lock;
3450         pd_entry_t *pde;
3451         pt_entry_t *pte;
3452         pt_entry_t newpte, origpte;
3453         pv_entry_t pv;
3454         vm_paddr_t opa, pa;
3455         vm_page_t mpte, om;
3456
3457         va = trunc_page(va);
3458         KASSERT(va <= VM_MAX_KERNEL_ADDRESS, ("pmap_enter: toobig"));
3459         KASSERT(va < UPT_MIN_ADDRESS || va >= UPT_MAX_ADDRESS,
3460             ("pmap_enter: invalid to pmap_enter page table pages (va: 0x%lx)",
3461             va));
3462         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0 || va < kmi.clean_sva ||
3463             va >= kmi.clean_eva,
3464             ("pmap_enter: managed mapping within the clean submap"));
3465         KASSERT((m->oflags & (VPO_UNMANAGED | VPO_BUSY)) != 0 ||
3466             VM_OBJECT_LOCKED(m->object),
3467             ("pmap_enter: page %p is not busy", m));
3468         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
3469         newpte = (pt_entry_t)(pa | PG_A | PG_V);
3470         if ((access & VM_PROT_WRITE) != 0)
3471                 newpte |= PG_M;
3472         if ((prot & VM_PROT_WRITE) != 0)
3473                 newpte |= PG_RW;
3474         KASSERT((newpte & (PG_M | PG_RW)) != PG_M,
3475             ("pmap_enter: access includes VM_PROT_WRITE but prot doesn't"));
3476         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
3477                 newpte |= pg_nx;
3478         if (wired)
3479                 newpte |= PG_W;
3480         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
3481                 newpte |= PG_U;
3482         if (pmap == kernel_pmap)
3483                 newpte |= PG_G;
3484         newpte |= pmap_cache_bits(m->md.pat_mode, 0);
3485
3486         mpte = NULL;
3487
3488         lock = NULL;
3489         rw_rlock(&pvh_global_lock);
3490         PMAP_LOCK(pmap);
3491
3492         /*
3493          * In the case that a page table page is not
3494          * resident, we are creating it here.
3495          */
3496 retry:
3497         pde = pmap_pde(pmap, va);
3498         if (pde != NULL && (*pde & PG_V) != 0 && ((*pde & PG_PS) == 0 ||
3499             pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock))) {
3500                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
3501                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS && mpte == NULL) {
3502                         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
3503                         mpte->wire_count++;
3504                 }
3505         } else if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
3506                 /*
3507                  * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been
3508                  * deallocated.
3509                  */
3510                 mpte = _pmap_allocpte(pmap, pmap_pde_pindex(va), &lock);
3511                 goto retry;
3512         } else
3513                 panic("pmap_enter: invalid page directory va=%#lx", va);
3514
3515         origpte = *pte;
3516
3517         /*
3518          * Is the specified virtual address already mapped?
3519          */
3520         if ((origpte & PG_V) != 0) {
3521                 /*
3522                  * Wiring change, just update stats. We don't worry about
3523                  * wiring PT pages as they remain resident as long as there
3524                  * are valid mappings in them. Hence, if a user page is wired,
3525                  * the PT page will be also.
3526                  */
3527                 if ((newpte & PG_W) != 0 && (origpte & PG_W) == 0)
3528                         pmap->pm_stats.wired_count++;
3529                 else if ((newpte & PG_W) == 0 && (origpte & PG_W) != 0)
3530                         pmap->pm_stats.wired_count--;
3531
3532                 /*
3533                  * Remove the extra PT page reference.
3534                  */
3535                 if (mpte != NULL) {
3536                         mpte->wire_count--;
3537                         KASSERT(mpte->wire_count > 0,
3538                             ("pmap_enter: missing reference to page table page,"
3539                              " va: 0x%lx", va));
3540                 }
3541
3542                 /*
3543                  * Has the physical page changed?
3544                  */
3545                 opa = origpte & PG_FRAME;
3546                 if (opa == pa) {
3547                         /*
3548                          * No, might be a protection or wiring change.
3549                          */
3550                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0) {
3551                                 newpte |= PG_MANAGED;
3552                                 if ((newpte & PG_RW) != 0)
3553                                         vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
3554                         }
3555                         if (((origpte ^ newpte) & ~(PG_M | PG_A)) == 0)
3556                                 goto unchanged;
3557                         goto validate;
3558                 }
3559         } else {
3560                 /*
3561                  * Increment the counters.
3562                  */
3563                 if ((newpte & PG_W) != 0)
3564                         pmap->pm_stats.wired_count++;
3565                 pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
3566         }
3567
3568         /*
3569          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
3570          */
3571         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
3572                 newpte |= PG_MANAGED;
3573                 pv = get_pv_entry(pmap, &lock);
3574                 pv->pv_va = va;
3575                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, pa);
3576                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
3577                 if ((newpte & PG_RW) != 0)
3578                         vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
3579         }
3580
3581         /*
3582          * Update the PTE.
3583          */
3584         if ((origpte & PG_V) != 0) {
3585 validate:
3586                 origpte = pte_load_store(pte, newpte);
3587                 opa = origpte & PG_FRAME;
3588                 if (opa != pa) {
3589                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0) {
3590                                 om = PHYS_TO_VM_PAGE(opa);
3591                                 if ((origpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M |
3592                                     PG_RW))
3593                                         vm_page_dirty(om);
3594                                 if ((origpte & PG_A) != 0)
3595                                         vm_page_aflag_set(om, PGA_REFERENCED);
3596                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, opa);
3597                                 pmap_pvh_free(&om->md, pmap, va);
3598                                 if ((om->aflags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
3599                                     TAILQ_EMPTY(&om->md.pv_list) &&
3600                                     ((om->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
3601                                     TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(opa)->pv_list)))
3602                                         vm_page_aflag_clear(om, PGA_WRITEABLE);
3603                         }
3604                 } else if ((newpte & PG_M) == 0 && (origpte & (PG_M |
3605                     PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
3606                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0)
3607                                 vm_page_dirty(m);
3608
3609                         /*
3610                          * Although the PTE may still have PG_RW set, TLB
3611                          * invalidation may nonetheless be required because
3612                          * the PTE no longer has PG_M set.
3613                          */
3614                 } else if ((origpte & PG_NX) != 0 || (newpte & PG_NX) == 0) {
3615                         /*
3616                          * This PTE change does not require TLB invalidation.
3617                          */
3618                         goto unchanged;
3619                 }
3620                 if ((origpte & PG_A) != 0)
3621                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
3622         } else
3623                 pte_store(pte, newpte);
3624
3625 unchanged:
3626
3627         /*
3628          * If both the page table page and the reservation are fully
3629          * populated, then attempt promotion.
3630          */
3631         if ((mpte == NULL || mpte->wire_count == NPTEPG) &&
3632             pg_ps_enabled && (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
3633             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0)
3634                 pmap_promote_pde(pmap, pde, va, &lock);
3635
3636         if (lock != NULL)
3637                 rw_wunlock(lock);
3638         rw_runlock(&pvh_global_lock);
3639         PMAP_UNLOCK(pmap);
3640 }
3641
3642 /*
3643  * Tries to create a 2MB page mapping.  Returns TRUE if successful and FALSE
3644  * otherwise.  Fails if (1) a page table page cannot be allocated without
3645  * blocking, (2) a mapping already exists at the specified virtual address, or
3646  * (3) a pv entry cannot be allocated without reclaiming another pv entry. 
3647  */
3648 static boolean_t
3649 pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
3650     struct rwlock **lockp)
3651 {
3652         pd_entry_t *pde, newpde;
3653         vm_page_t free, mpde;
3654
3655         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
3656         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3657         if ((mpde = pmap_allocpde(pmap, va, NULL)) == NULL) {
3658                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
3659                     " in pmap %p", va, pmap);
3660                 return (FALSE);
3661         }
3662         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mpde));
3663         pde = &pde[pmap_pde_index(va)];
3664         if ((*pde & PG_V) != 0) {
3665                 KASSERT(mpde->wire_count > 1,
3666                     ("pmap_enter_pde: mpde's wire count is too low"));
3667                 mpde->wire_count--;
3668                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
3669                     " in pmap %p", va, pmap);
3670                 return (FALSE);
3671         }
3672         newpde = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | pmap_cache_bits(m->md.pat_mode, 1) |
3673             PG_PS | PG_V;
3674         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
3675                 newpde |= PG_MANAGED;
3676
3677                 /*
3678                  * Abort this mapping if its PV entry could not be created.
3679                  */
3680                 if (!pmap_pv_insert_pde(pmap, va, VM_PAGE_TO_PHYS(m),
3681                     lockp)) {
3682                         free = NULL;
3683                         if (pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpde, &free)) {
3684                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
3685                                 pmap_free_zero_pages(free);
3686                         }
3687                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
3688                             " in pmap %p", va, pmap);
3689                         return (FALSE);
3690                 }
3691         }
3692         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
3693                 newpde |= pg_nx;
3694         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
3695                 newpde |= PG_U;
3696
3697         /*
3698          * Increment counters.
3699          */
3700         pmap_resident_count_inc(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
3701
3702         /*
3703          * Map the superpage.
3704          */
3705         pde_store(pde, newpde);
3706
3707         atomic_add_long(&pmap_pde_mappings, 1);
3708         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: success for va %#lx"
3709             " in pmap %p", va, pmap);
3710         return (TRUE);
3711 }
3712
3713 /*
3714  * Maps a sequence of resident pages belonging to the same object.
3715  * The sequence begins with the given page m_start.  This page is
3716  * mapped at the given virtual address start.  Each subsequent page is
3717  * mapped at a virtual address that is offset from start by the same
3718  * amount as the page is offset from m_start within the object.  The
3719  * last page in the sequence is the page with the largest offset from
3720  * m_start that can be mapped at a virtual address less than the given
3721  * virtual address end.  Not every virtual page between start and end
3722  * is mapped; only those for which a resident page exists with the
3723  * corresponding offset from m_start are mapped.
3724  */
3725 void
3726 pmap_enter_object(pmap_t pmap, vm_offset_t start, vm_offset_t end,
3727     vm_page_t m_start, vm_prot_t prot)
3728 {
3729         struct rwlock *lock;
3730         vm_offset_t va;
3731         vm_page_t m, mpte;
3732         vm_pindex_t diff, psize;
3733
3734         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(m_start->object, MA_OWNED);
3735         psize = atop(end - start);
3736         mpte = NULL;
3737         m = m_start;
3738         lock = NULL;
3739         rw_rlock(&pvh_global_lock);
3740         PMAP_LOCK(pmap);
3741         while (m != NULL && (diff = m->pindex - m_start->pindex) < psize) {
3742                 va = start + ptoa(diff);
3743                 if ((va & PDRMASK) == 0 && va + NBPDR <= end &&
3744                     (VM_PAGE_TO_PHYS(m) & PDRMASK) == 0 &&
3745                     pg_ps_enabled && vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0 &&
3746                     pmap_enter_pde(pmap, va, m, prot, &lock))
3747                         m = &m[NBPDR / PAGE_SIZE - 1];
3748                 else
3749                         mpte = pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot,
3750                             mpte, &lock);
3751                 m = TAILQ_NEXT(m, listq);
3752         }
3753         if (lock != NULL)
3754                 rw_wunlock(lock);
3755         rw_runlock(&pvh_global_lock);
3756         PMAP_UNLOCK(pmap);
3757 }
3758
3759 /*
3760  * this code makes some *MAJOR* assumptions:
3761  * 1. Current pmap & pmap exists.
3762  * 2. Not wired.
3763  * 3. Read access.
3764  * 4. No page table pages.
3765  * but is *MUCH* faster than pmap_enter...
3766  */
3767
3768 void
3769 pmap_enter_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot)
3770 {
3771         struct rwlock *lock;
3772
3773         lock = NULL;
3774         rw_rlock(&pvh_global_lock);
3775         PMAP_LOCK(pmap);
3776         (void)pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot, NULL, &lock);
3777         if (lock != NULL)
3778                 rw_wunlock(lock);
3779         rw_runlock(&pvh_global_lock);
3780         PMAP_UNLOCK(pmap);
3781 }
3782
3783 static vm_page_t
3784 pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
3785     vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp)
3786 {
3787         vm_page_t free;
3788         pt_entry_t *pte;
3789         vm_paddr_t pa;
3790
3791         KASSERT(va < kmi.clean_sva || va >= kmi.clean_eva ||
3792             (m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0,
3793             ("pmap_enter_quick_locked: managed mapping within the clean submap"));
3794         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
3795         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3796
3797         /*
3798          * In the case that a page table page is not
3799          * resident, we are creating it here.
3800          */
3801         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
3802                 vm_pindex_t ptepindex;
3803                 pd_entry_t *ptepa;
3804
3805                 /*
3806                  * Calculate pagetable page index
3807                  */
3808                 ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
3809                 if (mpte && (mpte->pindex == ptepindex)) {
3810                         mpte->wire_count++;
3811                 } else {
3812                         /*
3813                          * Get the page directory entry
3814                          */
3815                         ptepa = pmap_pde(pmap, va);
3816
3817                         /*
3818                          * If the page table page is mapped, we just increment
3819                          * the hold count, and activate it.  Otherwise, we
3820                          * attempt to allocate a page table page.  If this
3821                          * attempt fails, we don't retry.  Instead, we give up.
3822                          */
3823                         if (ptepa && (*ptepa & PG_V) != 0) {
3824                                 if (*ptepa & PG_PS)
3825                                         return (NULL);
3826                                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*ptepa & PG_FRAME);
3827                                 mpte->wire_count++;
3828                         } else {
3829                                 /*
3830                                  * Pass NULL instead of the PV list lock
3831                                  * pointer, because we don't intend to sleep.
3832                                  */
3833                                 mpte = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex, NULL);
3834                                 if (mpte == NULL)
3835                                         return (mpte);
3836                         }
3837                 }
3838                 pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mpte));
3839                 pte = &pte[pmap_pte_index(va)];
3840         } else {
3841                 mpte = NULL;
3842                 pte = vtopte(va);
3843         }
3844         if (*pte) {
3845                 if (mpte != NULL) {
3846                         mpte->wire_count--;
3847                         mpte = NULL;
3848                 }
3849                 return (mpte);
3850         }
3851
3852         /*
3853          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
3854          */
3855         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 &&
3856             !pmap_try_insert_pv_entry(pmap, va, m, lockp)) {
3857                 if (mpte != NULL) {
3858                         free = NULL;
3859                         if (pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpte, &free)) {
3860                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
3861                                 pmap_free_zero_pages(free);
3862                         }
3863                         mpte = NULL;
3864                 }
3865                 return (mpte);
3866         }
3867
3868         /*
3869          * Increment counters
3870          */
3871         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
3872
3873         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | pmap_cache_bits(m->md.pat_mode, 0);
3874         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
3875                 pa |= pg_nx;
3876
3877         /*
3878          * Now validate mapping with RO protection
3879          */
3880         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
3881                 pte_store(pte, pa | PG_V | PG_U);
3882         else
3883                 pte_store(pte, pa | PG_V | PG_U | PG_MANAGED);
3884         return (mpte);
3885 }
3886
3887 /*
3888  * Make a temporary mapping for a physical address.  This is only intended
3889  * to be used for panic dumps.
3890  */
3891 void *
3892 pmap_kenter_temporary(vm_paddr_t pa, int i)
3893 {
3894         vm_offset_t va;
3895
3896         va = (vm_offset_t)crashdumpmap + (i * PAGE_SIZE);
3897         pmap_kenter(va, pa);
3898         invlpg(va);
3899         return ((void *)crashdumpmap);
3900 }
3901
3902 /*
3903  * This code maps large physical mmap regions into the
3904  * processor address space.  Note that some shortcuts
3905  * are taken, but the code works.
3906  */
3907 void
3908 pmap_object_init_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_object_t object,
3909     vm_pindex_t pindex, vm_size_t size)
3910 {
3911         pd_entry_t *pde;
3912         vm_paddr_t pa, ptepa;
3913         vm_page_t p, pdpg;
3914         int pat_mode;
3915
3916         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(object, MA_OWNED);
3917         KASSERT(object->type == OBJT_DEVICE || object->type == OBJT_SG,
3918             ("pmap_object_init_pt: non-device object"));
3919         if ((addr & (NBPDR - 1)) == 0 && (size & (NBPDR - 1)) == 0) {
3920                 if (!vm_object_populate(object, pindex, pindex + atop(size)))
3921                         return;
3922                 p = vm_page_lookup(object, pindex);
3923                 KASSERT(p->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
3924                     ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
3925                 pat_mode = p->md.pat_mode;
3926
3927                 /*
3928                  * Abort the mapping if the first page is not physically
3929                  * aligned to a 2MB page boundary.
3930                  */
3931                 ptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(p);
3932                 if (ptepa & (NBPDR - 1))
3933                         return;
3934
3935                 /*
3936                  * Skip the first page.  Abort the mapping if the rest of
3937                  * the pages are not physically contiguous or have differing
3938                  * memory attributes.
3939                  */
3940                 p = TAILQ_NEXT(p, listq);
3941                 for (pa = ptepa + PAGE_SIZE; pa < ptepa + size;
3942                     pa += PAGE_SIZE) {
3943                         KASSERT(p->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
3944                             ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
3945                         if (pa != VM_PAGE_TO_PHYS(p) ||
3946                             pat_mode != p->md.pat_mode)
3947                                 return;
3948                         p = TAILQ_NEXT(p, listq);
3949                 }
3950
3951                 /*
3952                  * Map using 2MB pages.  Since "ptepa" is 2M aligned and
3953                  * "size" is a multiple of 2M, adding the PAT setting to "pa"
3954                  * will not affect the termination of this loop.
3955                  */ 
3956                 PMAP_LOCK(pmap);
3957                 for (pa = ptepa | pmap_cache_bits(pat_mode, 1); pa < ptepa +
3958                     size; pa += NBPDR) {
3959                         pdpg = pmap_allocpde(pmap, addr, NULL);
3960                         if (pdpg == NULL) {
3961                                 /*
3962                                  * The creation of mappings below is only an
3963                                  * optimization.  If a page directory page
3964                                  * cannot be allocated without blocking,
3965                                  * continue on to the next mapping rather than
3966                                  * blocking.
3967                                  */
3968                                 addr += NBPDR;
3969                                 continue;
3970                         }
3971                         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pdpg));
3972                         pde = &pde[pmap_pde_index(addr)];
3973                         if ((*pde & PG_V) == 0) {
3974                                 pde_store(pde, pa | PG_PS | PG_M | PG_A |
3975                                     PG_U | PG_RW | PG_V);
3976                                 pmap_resident_count_inc(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
3977                                 atomic_add_long(&pmap_pde_mappings, 1);
3978                         } else {
3979                                 /* Continue on if the PDE is already valid. */
3980                                 pdpg->wire_count--;
3981                                 KASSERT(pdpg->wire_count > 0,
3982                                     ("pmap_object_init_pt: missing reference "
3983                                     "to page directory page, va: 0x%lx", addr));
3984                         }
3985                         addr += NBPDR;
3986                 }
3987                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3988         }
3989 }
3990
3991 /*
3992  *      Routine:        pmap_change_wiring
3993  *      Function:       Change the wiring attribute for a map/virtual-address
3994  *                      pair.
3995  *      In/out conditions:
3996  *                      The mapping must already exist in the pmap.
3997  */
3998 void
3999 pmap_change_wiring(pmap_t pmap, vm_offset_t va, boolean_t wired)
4000 {
4001         pd_entry_t *pde;
4002         pt_entry_t *pte;
4003         boolean_t pv_lists_locked;
4004
4005         pv_lists_locked = FALSE;
4006
4007         /*
4008          * Wiring is not a hardware characteristic so there is no need to
4009          * invalidate TLB.
4010          */
4011 retry:
4012         PMAP_LOCK(pmap);
4013         pde = pmap_pde(pmap, va);
4014         if ((*pde & PG_PS) != 0) {
4015                 if (!wired != ((*pde & PG_W) == 0)) {
4016                         if (!pv_lists_locked) {
4017                                 pv_lists_locked = TRUE;
4018                                 if (!rw_try_rlock(&pvh_global_lock)) {
4019                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
4020                                         rw_rlock(&pvh_global_lock);
4021                                         goto retry;
4022                                 }
4023                         }
4024                         if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, va))
4025                                 panic("pmap_change_wiring: demotion failed");
4026                 } else
4027                         goto out;
4028         }
4029         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
4030         if (wired && (*pte & PG_W) == 0) {
4031                 pmap->pm_stats.wired_count++;
4032                 atomic_set_long(pte, PG_W);
4033         } else if (!wired && (*pte & PG_W) != 0) {
4034                 pmap->pm_stats.wired_count--;
4035                 atomic_clear_long(pte, PG_W);
4036         }
4037 out:
4038         if (pv_lists_locked)
4039                 rw_runlock(&pvh_global_lock);
4040         PMAP_UNLOCK(pmap);
4041 }
4042
4043 /*
4044  *      Copy the range specified by src_addr/len
4045  *      from the source map to the range dst_addr/len
4046  *      in the destination map.
4047  *
4048  *      This routine is only advisory and need not do anything.
4049  */
4050
4051 void
4052 pmap_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap, vm_offset_t dst_addr, vm_size_t len,
4053     vm_offset_t src_addr)
4054 {
4055         struct rwlock *lock;
4056         vm_page_t   free;
4057         vm_offset_t addr;
4058         vm_offset_t end_addr = src_addr + len;
4059         vm_offset_t va_next;
4060
4061         if (dst_addr != src_addr)
4062                 return;
4063
4064         lock = NULL;
4065         rw_rlock(&pvh_global_lock);
4066         if (dst_pmap < src_pmap) {
4067                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
4068                 PMAP_LOCK(src_pmap);
4069         } else {
4070                 PMAP_LOCK(src_pmap);
4071                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
4072         }
4073         for (addr = src_addr; addr < end_addr; addr = va_next) {
4074                 pt_entry_t *src_pte, *dst_pte;
4075                 vm_page_t dstmpde, dstmpte, srcmpte;
4076                 pml4_entry_t *pml4e;
4077                 pdp_entry_t *pdpe;
4078                 pd_entry_t srcptepaddr, *pde;
4079
4080                 KASSERT(addr < UPT_MIN_ADDRESS,
4081                     ("pmap_copy: invalid to pmap_copy page tables"));
4082
4083                 pml4e = pmap_pml4e(src_pmap, addr);
4084                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
4085                         va_next = (addr + NBPML4) & ~PML4MASK;
4086                         if (va_next < addr)
4087                                 va_next = end_addr;
4088                         continue;
4089                 }
4090
4091                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, addr);
4092                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
4093                         va_next = (addr + NBPDP) & ~PDPMASK;
4094                         if (va_next < addr)
4095                                 va_next = end_addr;
4096                         continue;
4097                 }
4098
4099                 va_next = (addr + NBPDR) & ~PDRMASK;
4100                 if (va_next < addr)
4101                         va_next = end_addr;
4102
4103                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, addr);
4104                 srcptepaddr = *pde;
4105                 if (srcptepaddr == 0)
4106                         continue;
4107                         
4108                 if (srcptepaddr & PG_PS) {
4109                         if ((addr & PDRMASK) != 0 || addr + NBPDR > end_addr)
4110                                 continue;
4111                         dstmpde = pmap_allocpde(dst_pmap, addr, NULL);
4112                         if (dstmpde == NULL)
4113                                 break;
4114                         pde = (pd_entry_t *)
4115                             PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(dstmpde));
4116                         pde = &pde[pmap_pde_index(addr)];
4117                         if (*pde == 0 && ((srcptepaddr & PG_MANAGED) == 0 ||
4118                             pmap_pv_insert_pde(dst_pmap, addr, srcptepaddr &
4119                             PG_PS_FRAME, &lock))) {
4120                                 *pde = srcptepaddr & ~PG_W;
4121                                 pmap_resident_count_inc(dst_pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
4122                         } else
4123                                 dstmpde->wire_count--;
4124                         continue;
4125                 }
4126
4127                 srcptepaddr &= PG_FRAME;
4128                 srcmpte = PHYS_TO_VM_PAGE(srcptepaddr);
4129                 KASSERT(srcmpte->wire_count > 0,
4130                     ("pmap_copy: source page table page is unused"));
4131
4132                 if (va_next > end_addr)
4133                         va_next = end_addr;
4134
4135                 src_pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(srcptepaddr);
4136                 src_pte = &src_pte[pmap_pte_index(addr)];
4137                 dstmpte = NULL;
4138                 while (addr < va_next) {
4139                         pt_entry_t ptetemp;
4140                         ptetemp = *src_pte;
4141                         /*
4142                          * we only virtual copy managed pages
4143                          */
4144                         if ((ptetemp & PG_MANAGED) != 0) {
4145                                 if (dstmpte != NULL &&
4146                                     dstmpte->pindex == pmap_pde_pindex(addr))
4147                                         dstmpte->wire_count++;
4148                                 else if ((dstmpte = pmap_allocpte(dst_pmap,
4149                                     addr, NULL)) == NULL)
4150                                         goto out;
4151                                 dst_pte = (pt_entry_t *)
4152                                     PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(dstmpte));
4153                                 dst_pte = &dst_pte[pmap_pte_index(addr)];
4154                                 if (*dst_pte == 0 &&
4155                                     pmap_try_insert_pv_entry(dst_pmap, addr,
4156                                     PHYS_TO_VM_PAGE(ptetemp & PG_FRAME),
4157                                     &lock)) {
4158                                         /*
4159                                          * Clear the wired, modified, and
4160                                          * accessed (referenced) bits
4161                                          * during the copy.
4162                                          */
4163                                         *dst_pte = ptetemp & ~(PG_W | PG_M |
4164                                             PG_A);
4165                                         pmap_resident_count_inc(dst_pmap, 1);
4166                                 } else {
4167                                         free = NULL;
4168                                         if (pmap_unwire_ptp(dst_pmap, addr,
4169                                             dstmpte, &free)) {
4170                                                 pmap_invalidate_page(dst_pmap,
4171                                                     addr);
4172                                                 pmap_free_zero_pages(free);
4173                                         }
4174                                         goto out;
4175                                 }
4176                                 if (dstmpte->wire_count >= srcmpte->wire_count)
4177                                         break;
4178                         }
4179                         addr += PAGE_SIZE;
4180                         src_pte++;
4181                 }
4182         }
4183 out:
4184         if (lock != NULL)
4185                 rw_wunlock(lock);
4186         rw_runlock(&pvh_global_lock);
4187         PMAP_UNLOCK(src_pmap);
4188         PMAP_UNLOCK(dst_pmap);
4189 }       
4190
4191 /*
4192  *      pmap_zero_page zeros the specified hardware page by mapping 
4193  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.
4194  */
4195 void
4196 pmap_zero_page(vm_page_t m)
4197 {
4198         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4199
4200         pagezero((void *)va);
4201 }
4202
4203 /*
4204  *      pmap_zero_page_area zeros the specified hardware page by mapping 
4205  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.
4206  *
4207  *      off and size may not cover an area beyond a single hardware page.
4208  */
4209 void
4210 pmap_zero_page_area(vm_page_t m, int off, int size)
4211 {
4212         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4213
4214         if (off == 0 && size == PAGE_SIZE)
4215                 pagezero((void *)va);
4216         else
4217                 bzero((char *)va + off, size);
4218 }
4219
4220 /*
4221  *      pmap_zero_page_idle zeros the specified hardware page by mapping 
4222  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.  This
4223  *      is intended to be called from the vm_pagezero process only and
4224  *      outside of Giant.
4225  */
4226 void
4227 pmap_zero_page_idle(vm_page_t m)
4228 {
4229         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4230
4231         pagezero((void *)va);
4232 }
4233
4234 /*
4235  *      pmap_copy_page copies the specified (machine independent)
4236  *      page by mapping the page into virtual memory and using
4237  *      bcopy to copy the page, one machine dependent page at a
4238  *      time.
4239  */
4240 void
4241 pmap_copy_page(vm_page_t msrc, vm_page_t mdst)
4242 {
4243         vm_offset_t src = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(msrc));
4244         vm_offset_t dst = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mdst));
4245
4246         pagecopy((void *)src, (void *)dst);
4247 }
4248
4249 int unmapped_buf_allowed = 1;
4250
4251 void
4252 pmap_copy_pages(vm_page_t ma[], vm_offset_t a_offset, vm_page_t mb[],
4253     vm_offset_t b_offset, int xfersize)
4254 {
4255         void *a_cp, *b_cp;
4256         vm_offset_t a_pg_offset, b_pg_offset;
4257         int cnt;
4258
4259         while (xfersize > 0) {
4260                 a_pg_offset = a_offset & PAGE_MASK;
4261                 cnt = min(xfersize, PAGE_SIZE - a_pg_offset);
4262                 a_cp = (char *)PHYS_TO_DMAP(ma[a_offset >> PAGE_SHIFT]->
4263                     phys_addr) + a_pg_offset;
4264                 b_pg_offset = b_offset & PAGE_MASK;
4265                 cnt = min(cnt, PAGE_SIZE - b_pg_offset);
4266                 b_cp = (char *)PHYS_TO_DMAP(mb[b_offset >> PAGE_SHIFT]->
4267                     phys_addr) + b_pg_offset;
4268                 bcopy(a_cp, b_cp, cnt);
4269                 a_offset += cnt;
4270                 b_offset += cnt;
4271                 xfersize -= cnt;
4272         }
4273 }
4274
4275 /*
4276  * Returns true if the pmap's pv is one of the first
4277  * 16 pvs linked to from this page.  This count may
4278  * be changed upwards or downwards in the future; it
4279  * is only necessary that true be returned for a small
4280  * subset of pmaps for proper page aging.
4281  */
4282 boolean_t
4283 pmap_page_exists_quick(pmap_t pmap, vm_page_t m)
4284 {
4285         struct md_page *pvh;
4286         struct rwlock *lock;
4287         pv_entry_t pv;
4288         int loops = 0;
4289         boolean_t rv;
4290
4291         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4292             ("pmap_page_exists_quick: page %p is not managed", m));
4293         rv = FALSE;
4294         rw_rlock(&pvh_global_lock);
4295         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
4296         rw_rlock(lock);
4297         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
4298                 if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
4299                         rv = TRUE;
4300                         break;
4301                 }
4302                 loops++;
4303                 if (loops >= 16)
4304                         break;
4305         }
4306         if (!rv && loops < 16 && (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
4307                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4308                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_list) {
4309                         if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
4310                                 rv = TRUE;
4311                                 break;
4312                         }
4313                         loops++;
4314                         if (loops >= 16)
4315                                 break;
4316                 }
4317         }
4318         rw_runlock(lock);
4319         rw_runlock(&pvh_global_lock);
4320         return (rv);
4321 }
4322
4323 /*
4324  *      pmap_page_wired_mappings:
4325  *
4326  *      Return the number of managed mappings to the given physical page
4327  *      that are wired.
4328  */
4329 int
4330 pmap_page_wired_mappings(vm_page_t m)
4331 {
4332         int count;
4333
4334         count = 0;
4335         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
4336                 return (count);
4337         rw_wlock(&pvh_global_lock);
4338         count = pmap_pvh_wired_mappings(&m->md, count);
4339         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
4340             count = pmap_pvh_wired_mappings(pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m)),
4341                 count);
4342         }
4343         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4344         return (count);
4345 }
4346
4347 /*
4348  *      pmap_pvh_wired_mappings:
4349  *
4350  *      Return the updated number "count" of managed mappings that are wired.
4351  */
4352 static int
4353 pmap_pvh_wired_mappings(struct md_page *pvh, int count)
4354 {
4355         pmap_t pmap;
4356         pt_entry_t *pte;
4357         pv_entry_t pv;
4358
4359         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
4360         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_list) {
4361                 pmap = PV_PMAP(pv);
4362                 PMAP_LOCK(pmap);
4363                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va);
4364                 if ((*pte & PG_W) != 0)
4365                         count++;
4366                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4367         }
4368         return (count);
4369 }
4370
4371 /*
4372  * Returns TRUE if the given page is mapped individually or as part of
4373  * a 2mpage.  Otherwise, returns FALSE.
4374  */
4375 boolean_t
4376 pmap_page_is_mapped(vm_page_t m)
4377 {
4378         struct rwlock *lock;
4379         boolean_t rv;
4380
4381         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
4382                 return (FALSE);
4383         rw_rlock(&pvh_global_lock);
4384         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
4385         rw_rlock(lock);
4386         rv = !TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) ||
4387             ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
4388             !TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m))->pv_list));
4389         rw_runlock(lock);
4390         rw_runlock(&pvh_global_lock);
4391         return (rv);
4392 }
4393
4394 /*
4395  * Destroy all managed, non-wired mappings in the given user-space
4396  * pmap.  This pmap cannot be active on any processor besides the
4397  * caller.
4398  *                                                                                
4399  * This function cannot be applied to the kernel pmap.  Moreover, it
4400  * is not intended for general use.  It is only to be used during
4401  * process termination.  Consequently, it can be implemented in ways
4402  * that make it faster than pmap_remove().  First, it can more quickly
4403  * destroy mappings by iterating over the pmap's collection of PV
4404  * entries, rather than searching the page table.  Second, it doesn't
4405  * have to test and clear the page table entries atomically, because
4406  * no processor is currently accessing the user address space.  In
4407  * particular, a page table entry's dirty bit won't change state once
4408  * this function starts.
4409  */
4410 void
4411 pmap_remove_pages(pmap_t pmap)
4412 {
4413         pd_entry_t ptepde;
4414         pt_entry_t *pte, tpte;
4415         vm_page_t free = NULL;
4416         vm_page_t m, mpte, mt;
4417         pv_entry_t pv;
4418         struct md_page *pvh;
4419         struct pv_chunk *pc, *npc;
4420         struct rwlock *lock;
4421         int64_t bit;
4422         uint64_t inuse, bitmask;
4423         int allfree, field, freed, idx;
4424
4425         /*
4426          * Assert that the given pmap is only active on the current
4427          * CPU.  Unfortunately, we cannot block another CPU from
4428          * activating the pmap while this function is executing.
4429          */
4430         KASSERT(pmap == PCPU_GET(curpmap), ("non-current pmap %p", pmap));
4431 #ifdef INVARIANTS
4432         {
4433                 cpuset_t other_cpus;
4434
4435                 other_cpus = all_cpus;
4436                 critical_enter();
4437                 CPU_CLR(PCPU_GET(cpuid), &other_cpus);
4438                 CPU_AND(&other_cpus, &pmap->pm_active);
4439                 critical_exit();
4440                 KASSERT(CPU_EMPTY(&other_cpus), ("pmap active %p", pmap));
4441         }
4442 #endif
4443
4444         lock = NULL;
4445         rw_rlock(&pvh_global_lock);
4446         PMAP_LOCK(pmap);
4447         TAILQ_FOREACH_SAFE(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list, npc) {
4448                 allfree = 1;
4449                 freed = 0;
4450                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
4451                         inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
4452                         while (inuse != 0) {
4453                                 bit = bsfq(inuse);
4454                                 bitmask = 1UL << bit;
4455                                 idx = field * 64 + bit;
4456                                 pv = &pc->pc_pventry[idx];
4457                                 inuse &= ~bitmask;
4458
4459                                 pte = pmap_pdpe(pmap, pv->pv_va);
4460                                 ptepde = *pte;
4461                                 pte = pmap_pdpe_to_pde(pte, pv->pv_va);
4462                                 tpte = *pte;
4463                                 if ((tpte & (PG_PS | PG_V)) == PG_V) {
4464                                         ptepde = tpte;
4465                                         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(tpte &
4466                                             PG_FRAME);
4467                                         pte = &pte[pmap_pte_index(pv->pv_va)];
4468                                         tpte = *pte & ~PG_PTE_PAT;
4469                                 }
4470                                 if ((tpte & PG_V) == 0) {
4471                                         panic("bad pte va %lx pte %lx",
4472                                             pv->pv_va, tpte);
4473                                 }
4474
4475 /*
4476  * We cannot remove wired pages from a process' mapping at this time
4477  */
4478                                 if (tpte & PG_W) {
4479                                         allfree = 0;
4480                                         continue;
4481                                 }
4482
4483                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpte & PG_FRAME);
4484                                 KASSERT(m->phys_addr == (tpte & PG_FRAME),
4485                                     ("vm_page_t %p phys_addr mismatch %016jx %016jx",
4486                                     m, (uintmax_t)m->phys_addr,
4487                                     (uintmax_t)tpte));
4488
4489                                 KASSERT((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
4490                                     m < &vm_page_array[vm_page_array_size],
4491                                     ("pmap_remove_pages: bad tpte %#jx",
4492                                     (uintmax_t)tpte));
4493
4494                                 pte_clear(pte);
4495
4496                                 /*
4497                                  * Update the vm_page_t clean/reference bits.
4498                                  */
4499                                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
4500                                         if ((tpte & PG_PS) != 0) {
4501                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
4502                                                         vm_page_dirty(mt);
4503                                         } else
4504                                                 vm_page_dirty(m);
4505                                 }
4506
4507                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(&lock, m);
4508
4509                                 /* Mark free */
4510                                 pc->pc_map[field] |= bitmask;
4511                                 if ((tpte & PG_PS) != 0) {
4512                                         pmap_resident_count_dec(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
4513                                         pvh = pa_to_pvh(tpte & PG_PS_FRAME);
4514                                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_list);
4515                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
4516                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
4517                                                         if ((mt->aflags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
4518                                                             TAILQ_EMPTY(&mt->md.pv_list))
4519                                                                 vm_page_aflag_clear(mt, PGA_WRITEABLE);
4520                                         }
4521                                         mpte = pmap_lookup_pt_page(pmap, pv->pv_va);
4522                                         if (mpte != NULL) {
4523                                                 pmap_remove_pt_page(pmap, mpte);
4524                                                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
4525                                                 KASSERT(mpte->wire_count == NPTEPG,
4526                                                     ("pmap_remove_pages: pte page wire count error"));
4527                                                 mpte->wire_count = 0;
4528                                                 pmap_add_delayed_free_list(mpte, &free, FALSE);
4529                                                 atomic_subtract_int(&cnt.v_wire_count, 1);
4530                                         }
4531                                 } else {
4532                                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
4533                                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
4534                                         if ((m->aflags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
4535                                             TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
4536                                             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
4537                                                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4538                                                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
4539                                                         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
4540                                         }
4541                                 }
4542                                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, ptepde, &free);
4543                                 freed++;
4544                         }
4545                 }
4546                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
4547                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
4548                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
4549                 if (allfree) {
4550                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4551                         free_pv_chunk(pc);
4552                 }
4553         }
4554         if (lock != NULL)
4555                 rw_wunlock(lock);
4556         pmap_invalidate_all(pmap);
4557         rw_runlock(&pvh_global_lock);
4558         PMAP_UNLOCK(pmap);
4559         pmap_free_zero_pages(free);
4560 }
4561
4562 /*
4563  *      pmap_is_modified:
4564  *
4565  *      Return whether or not the specified physical page was modified
4566  *      in any physical maps.
4567  */
4568 boolean_t
4569 pmap_is_modified(vm_page_t m)
4570 {
4571         boolean_t rv;
4572
4573         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4574             ("pmap_is_modified: page %p is not managed", m));
4575
4576         /*
4577          * If the page is not VPO_BUSY, then PGA_WRITEABLE cannot be
4578          * concurrently set while the object is locked.  Thus, if PGA_WRITEABLE
4579          * is clear, no PTEs can have PG_M set.
4580          */
4581         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(m->object, MA_OWNED);
4582         if ((m->oflags & VPO_BUSY) == 0 &&
4583             (m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
4584                 return (FALSE);
4585         rw_wlock(&pvh_global_lock);
4586         rv = pmap_is_modified_pvh(&m->md) ||
4587             ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
4588             pmap_is_modified_pvh(pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m))));
4589         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4590         return (rv);
4591 }
4592
4593 /*
4594  * Returns TRUE if any of the given mappings were used to modify
4595  * physical memory.  Otherwise, returns FALSE.  Both page and 2mpage
4596  * mappings are supported.
4597  */
4598 static boolean_t
4599 pmap_is_modified_pvh(struct md_page *pvh)
4600 {
4601         pv_entry_t pv;
4602         pt_entry_t *pte;
4603         pmap_t pmap;
4604         boolean_t rv;
4605
4606         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
4607         rv = FALSE;
4608         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_list) {
4609                 pmap = PV_PMAP(pv);
4610                 PMAP_LOCK(pmap);
4611                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va);
4612                 rv = (*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW);
4613                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4614                 if (rv)
4615                         break;
4616         }
4617         return (rv);
4618 }
4619
4620 /*
4621  *      pmap_is_prefaultable:
4622  *
4623  *      Return whether or not the specified virtual address is elgible
4624  *      for prefault.
4625  */
4626 boolean_t
4627 pmap_is_prefaultable(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
4628 {
4629         pd_entry_t *pde;
4630         pt_entry_t *pte;
4631         boolean_t rv;
4632
4633         rv = FALSE;
4634         PMAP_LOCK(pmap);
4635         pde = pmap_pde(pmap, addr);
4636         if (pde != NULL && (*pde & (PG_PS | PG_V)) == PG_V) {
4637                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, addr);
4638                 rv = (*pte & PG_V) == 0;
4639         }
4640         PMAP_UNLOCK(pmap);
4641         return (rv);
4642 }
4643
4644 /*
4645  *      pmap_is_referenced:
4646  *
4647  *      Return whether or not the specified physical page was referenced
4648  *      in any physical maps.
4649  */
4650 boolean_t
4651 pmap_is_referenced(vm_page_t m)
4652 {
4653         boolean_t rv;
4654
4655         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4656             ("pmap_is_referenced: page %p is not managed", m));
4657         rw_wlock(&pvh_global_lock);
4658         rv = pmap_is_referenced_pvh(&m->md) ||
4659             ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
4660             pmap_is_referenced_pvh(pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m))));
4661         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4662         return (rv);
4663 }
4664
4665 /*
4666  * Returns TRUE if any of the given mappings were referenced and FALSE
4667  * otherwise.  Both page and 2mpage mappings are supported.
4668  */
4669 static boolean_t
4670 pmap_is_referenced_pvh(struct md_page *pvh)
4671 {
4672         pv_entry_t pv;
4673         pt_entry_t *pte;
4674         pmap_t pmap;
4675         boolean_t rv;
4676
4677         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
4678         rv = FALSE;
4679         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_list) {
4680                 pmap = PV_PMAP(pv);
4681                 PMAP_LOCK(pmap);
4682                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va);
4683                 rv = (*pte & (PG_A | PG_V)) == (PG_A | PG_V);
4684                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4685                 if (rv)
4686                         break;
4687         }
4688         return (rv);
4689 }
4690
4691 /*
4692  * Clear the write and modified bits in each of the given page's mappings.
4693  */
4694 void
4695 pmap_remove_write(vm_page_t m)
4696 {
4697         struct md_page *pvh;
4698         pmap_t pmap;
4699         pv_entry_t next_pv, pv;
4700         pd_entry_t *pde;
4701         pt_entry_t oldpte, *pte;
4702         vm_offset_t va;
4703
4704         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4705             ("pmap_remove_write: page %p is not managed", m));
4706
4707         /*
4708          * If the page is not VPO_BUSY, then PGA_WRITEABLE cannot be set by
4709          * another thread while the object is locked.  Thus, if PGA_WRITEABLE
4710          * is clear, no page table entries need updating.
4711          */
4712         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(m->object, MA_OWNED);
4713         if ((m->oflags & VPO_BUSY) == 0 &&
4714             (m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
4715                 return;
4716         rw_wlock(&pvh_global_lock);
4717         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0)
4718                 goto small_mappings;
4719         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4720         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_list, next_pv) {
4721                 pmap = PV_PMAP(pv);
4722                 PMAP_LOCK(pmap);
4723                 va = pv->pv_va;
4724                 pde = pmap_pde(pmap, va);
4725                 if ((*pde & PG_RW) != 0)
4726                         (void)pmap_demote_pde(pmap, pde, va);
4727                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4728         }
4729 small_mappings:
4730         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
4731                 pmap = PV_PMAP(pv);
4732                 PMAP_LOCK(pmap);
4733                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
4734                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0,
4735                     ("pmap_remove_write: found a 2mpage in page %p's pv list",
4736                     m));
4737                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
4738 retry:
4739                 oldpte = *pte;
4740                 if (oldpte & PG_RW) {
4741                         if (!atomic_cmpset_long(pte, oldpte, oldpte &
4742                             ~(PG_RW | PG_M)))
4743                                 goto retry;
4744                         if ((oldpte & PG_M) != 0)
4745                                 vm_page_dirty(m);
4746                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
4747                 }
4748                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4749         }
4750         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
4751         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4752 }
4753
4754 /*
4755  *      pmap_ts_referenced:
4756  *
4757  *      Return a count of reference bits for a page, clearing those bits.
4758  *      It is not necessary for every reference bit to be cleared, but it
4759  *      is necessary that 0 only be returned when there are truly no
4760  *      reference bits set.
4761  *
4762  *      XXX: The exact number of bits to check and clear is a matter that
4763  *      should be tested and standardized at some point in the future for
4764  *      optimal aging of shared pages.
4765  */
4766 int
4767 pmap_ts_referenced(vm_page_t m)
4768 {
4769         struct md_page *pvh;
4770         pv_entry_t pv, pvf, pvn;
4771         pmap_t pmap;
4772         pd_entry_t oldpde, *pde;
4773         pt_entry_t *pte;
4774         vm_offset_t va;
4775         int rtval = 0;
4776
4777         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4778             ("pmap_ts_referenced: page %p is not managed", m));
4779         rw_wlock(&pvh_global_lock);
4780         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0)
4781                 goto small_mappings;
4782         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4783         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_list, pvn) {
4784                 pmap = PV_PMAP(pv);
4785                 PMAP_LOCK(pmap);
4786                 va = pv->pv_va;
4787                 pde = pmap_pde(pmap, va);
4788                 oldpde = *pde;
4789                 if ((oldpde & PG_A) != 0) {
4790                         if (pmap_demote_pde(pmap, pde, va)) {
4791                                 if ((oldpde & PG_W) == 0) {
4792                                         /*
4793                                          * Remove the mapping to a single page
4794                                          * so that a subsequent access may
4795                                          * repromote.  Since the underlying
4796                                          * page table page is fully populated,
4797                                          * this removal never frees a page
4798                                          * table page.
4799                                          */
4800                                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde &
4801                                             PG_PS_FRAME);
4802                                         pmap_remove_page(pmap, va, pde, NULL);
4803                                         rtval++;
4804                                         if (rtval > 4) {
4805                                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4806                                                 goto out;
4807                                         }
4808                                 }
4809                         }
4810                 }
4811                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4812         }
4813 small_mappings:
4814         if ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
4815                 pvf = pv;
4816                 do {
4817                         pvn = TAILQ_NEXT(pv, pv_list);
4818                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
4819                         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
4820                         pmap = PV_PMAP(pv);
4821                         PMAP_LOCK(pmap);
4822                         pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
4823                         KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_ts_referenced:"
4824                             " found a 2mpage in page %p's pv list", m));
4825                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
4826                         if ((*pte & PG_A) != 0) {
4827                                 atomic_clear_long(pte, PG_A);
4828                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
4829                                 rtval++;
4830                                 if (rtval > 4)
4831                                         pvn = NULL;
4832                         }
4833                         PMAP_UNLOCK(pmap);
4834                 } while ((pv = pvn) != NULL && pv != pvf);
4835         }
4836 out:
4837         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4838         return (rtval);
4839 }
4840
4841 /*
4842  *      Clear the modify bits on the specified physical page.
4843  */
4844 void
4845 pmap_clear_modify(vm_page_t m)
4846 {
4847         struct md_page *pvh;
4848         pmap_t pmap;
4849         pv_entry_t next_pv, pv;
4850         pd_entry_t oldpde, *pde;
4851         pt_entry_t oldpte, *pte;
4852         vm_offset_t va;
4853
4854         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4855             ("pmap_clear_modify: page %p is not managed", m));
4856         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(m->object, MA_OWNED);
4857         KASSERT((m->oflags & VPO_BUSY) == 0,
4858             ("pmap_clear_modify: page %p is busy", m));
4859
4860         /*
4861          * If the page is not PGA_WRITEABLE, then no PTEs can have PG_M set.
4862          * If the object containing the page is locked and the page is not
4863          * VPO_BUSY, then PGA_WRITEABLE cannot be concurrently set.
4864          */
4865         if ((m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
4866                 return;
4867         rw_wlock(&pvh_global_lock);
4868         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0)
4869                 goto small_mappings;
4870         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4871         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_list, next_pv) {
4872                 pmap = PV_PMAP(pv);
4873                 PMAP_LOCK(pmap);
4874                 va = pv->pv_va;
4875                 pde = pmap_pde(pmap, va);
4876                 oldpde = *pde;
4877                 if ((oldpde & PG_RW) != 0) {
4878                         if (pmap_demote_pde(pmap, pde, va)) {
4879                                 if ((oldpde & PG_W) == 0) {
4880                                         /*
4881                                          * Write protect the mapping to a
4882                                          * single page so that a subsequent
4883                                          * write access may repromote.
4884                                          */
4885                                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde &
4886                                             PG_PS_FRAME);
4887                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
4888                                         oldpte = *pte;
4889                                         if ((oldpte & PG_V) != 0) {
4890                                                 while (!atomic_cmpset_long(pte,
4891                                                     oldpte,
4892                                                     oldpte & ~(PG_M | PG_RW)))
4893                                                         oldpte = *pte;
4894                                                 vm_page_dirty(m);
4895                                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
4896                                         }
4897                                 }
4898                         }
4899                 }
4900                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4901         }
4902 small_mappings:
4903         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
4904                 pmap = PV_PMAP(pv);
4905                 PMAP_LOCK(pmap);
4906                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
4907                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_clear_modify: found"
4908                     " a 2mpage in page %p's pv list", m));
4909                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
4910                 if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
4911                         atomic_clear_long(pte, PG_M);
4912                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
4913                 }
4914                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4915         }
4916         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4917 }
4918
4919 /*
4920  *      pmap_clear_reference:
4921  *
4922  *      Clear the reference bit on the specified physical page.
4923  */
4924 void
4925 pmap_clear_reference(vm_page_t m)
4926 {
4927         struct md_page *pvh;
4928         pmap_t pmap;
4929         pv_entry_t next_pv, pv;
4930         pd_entry_t oldpde, *pde;
4931         pt_entry_t *pte;
4932         vm_offset_t va;
4933
4934         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4935             ("pmap_clear_reference: page %p is not managed", m));
4936         rw_wlock(&pvh_global_lock);
4937         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0)
4938                 goto small_mappings;
4939         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4940         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_list, next_pv) {
4941                 pmap = PV_PMAP(pv);
4942                 PMAP_LOCK(pmap);
4943                 va = pv->pv_va;
4944                 pde = pmap_pde(pmap, va);
4945                 oldpde = *pde;
4946                 if ((oldpde & PG_A) != 0) {
4947                         if (pmap_demote_pde(pmap, pde, va)) {
4948                                 /*
4949                                  * Remove the mapping to a single page so
4950                                  * that a subsequent access may repromote.
4951                                  * Since the underlying page table page is
4952                                  * fully populated, this removal never frees
4953                                  * a page table page.
4954                                  */
4955                                 va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde &
4956                                     PG_PS_FRAME);
4957                                 pmap_remove_page(pmap, va, pde, NULL);
4958                         }
4959                 }
4960                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4961         }
4962 small_mappings:
4963         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
4964                 pmap = PV_PMAP(pv);
4965                 PMAP_LOCK(pmap);
4966                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
4967                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_clear_reference: found"
4968                     " a 2mpage in page %p's pv list", m));
4969                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
4970                 if (*pte & PG_A) {
4971                         atomic_clear_long(pte, PG_A);
4972                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
4973                 }
4974                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4975         }
4976         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4977 }
4978
4979 /*
4980  * Miscellaneous support routines follow
4981  */
4982
4983 /* Adjust the cache mode for a 4KB page mapped via a PTE. */
4984 static __inline void
4985 pmap_pte_attr(pt_entry_t *pte, int cache_bits)
4986 {
4987         u_int opte, npte;
4988
4989         /*
4990          * The cache mode bits are all in the low 32-bits of the
4991          * PTE, so we can just spin on updating the low 32-bits.
4992          */
4993         do {
4994                 opte = *(u_int *)pte;
4995                 npte = opte & ~PG_PTE_CACHE;
4996                 npte |= cache_bits;
4997         } while (npte != opte && !atomic_cmpset_int((u_int *)pte, opte, npte));
4998 }
4999
5000 /* Adjust the cache mode for a 2MB page mapped via a PDE. */
5001 static __inline void
5002 pmap_pde_attr(pd_entry_t *pde, int cache_bits)
5003 {
5004         u_int opde, npde;
5005
5006         /*
5007          * The cache mode bits are all in the low 32-bits of the
5008          * PDE, so we can just spin on updating the low 32-bits.
5009          */
5010         do {
5011                 opde = *(u_int *)pde;
5012                 npde = opde & ~PG_PDE_CACHE;
5013                 npde |= cache_bits;
5014         } while (npde != opde && !atomic_cmpset_int((u_int *)pde, opde, npde));
5015 }
5016
5017 /*
5018  * Map a set of physical memory pages into the kernel virtual
5019  * address space. Return a pointer to where it is mapped. This
5020  * routine is intended to be used for mapping device memory,
5021  * NOT real memory.
5022  */
5023 void *
5024 pmap_mapdev_attr(vm_paddr_t pa, vm_size_t size, int mode)
5025 {
5026         vm_offset_t va, offset;
5027         vm_size_t tmpsize;
5028
5029         /*
5030          * If the specified range of physical addresses fits within the direct
5031          * map window, use the direct map. 
5032          */
5033         if (pa < dmaplimit && pa + size < dmaplimit) {
5034                 va = PHYS_TO_DMAP(pa);
5035                 if (!pmap_change_attr(va, size, mode))
5036                         return ((void *)va);
5037         }
5038         offset = pa & PAGE_MASK;
5039         size = roundup(offset + size, PAGE_SIZE);
5040         va = kmem_alloc_nofault(kernel_map, size);
5041         if (!va)
5042                 panic("pmap_mapdev: Couldn't alloc kernel virtual memory");
5043         pa = trunc_page(pa);
5044         for (tmpsize = 0; tmpsize < size; tmpsize += PAGE_SIZE)
5045                 pmap_kenter_attr(va + tmpsize, pa + tmpsize, mode);
5046         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, va, va + tmpsize);
5047         pmap_invalidate_cache_range(va, va + tmpsize);
5048         return ((void *)(va + offset));
5049 }
5050
5051 void *
5052 pmap_mapdev(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
5053 {
5054
5055         return (pmap_mapdev_attr(pa, size, PAT_UNCACHEABLE));
5056 }
5057
5058 void *
5059 pmap_mapbios(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
5060 {
5061
5062         return (pmap_mapdev_attr(pa, size, PAT_WRITE_BACK));
5063 }
5064
5065 void
5066 pmap_unmapdev(vm_offset_t va, vm_size_t size)
5067 {
5068         vm_offset_t base, offset;
5069
5070         /* If we gave a direct map region in pmap_mapdev, do nothing */
5071         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS)
5072                 return;
5073         base = trunc_page(va);
5074         offset = va & PAGE_MASK;
5075         size = roundup(offset + size, PAGE_SIZE);
5076         kmem_free(kernel_map, base, size);
5077 }
5078
5079 /*
5080  * Tries to demote a 1GB page mapping.
5081  */
5082 static boolean_t
5083 pmap_demote_pdpe(pmap_t pmap, pdp_entry_t *pdpe, vm_offset_t va)
5084 {
5085         pdp_entry_t newpdpe, oldpdpe;
5086         pd_entry_t *firstpde, newpde, *pde;
5087         vm_paddr_t mpdepa;
5088         vm_page_t mpde;
5089
5090         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5091         oldpdpe = *pdpe;
5092         KASSERT((oldpdpe & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V),
5093             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_PS and/or PG_V"));
5094         if ((mpde = vm_page_alloc(NULL, va >> PDPSHIFT, VM_ALLOC_INTERRUPT |
5095             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED)) == NULL) {
5096                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pdpe: failure for va %#lx"
5097                     " in pmap %p", va, pmap);
5098                 return (FALSE);
5099         }
5100         mpdepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpde);
5101         firstpde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mpdepa);
5102         newpdpe = mpdepa | PG_M | PG_A | (oldpdpe & PG_U) | PG_RW | PG_V;
5103         KASSERT((oldpdpe & PG_A) != 0,
5104             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_A"));
5105         KASSERT((oldpdpe & (PG_M | PG_RW)) != PG_RW,
5106             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_M"));
5107         newpde = oldpdpe;
5108
5109         /*
5110          * Initialize the page directory page.
5111          */
5112         for (pde = firstpde; pde < firstpde + NPDEPG; pde++) {
5113                 *pde = newpde;
5114                 newpde += NBPDR;
5115         }
5116
5117         /*
5118          * Demote the mapping.
5119          */
5120         *pdpe = newpdpe;
5121
5122         /*
5123          * Invalidate a stale recursive mapping of the page directory page.
5124          */
5125         pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopde(va));
5126
5127         pmap_pdpe_demotions++;
5128         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pdpe: success for va %#lx"
5129             " in pmap %p", va, pmap);
5130         return (TRUE);
5131 }
5132
5133 /*
5134  * Sets the memory attribute for the specified page.
5135  */
5136 void
5137 pmap_page_set_memattr(vm_page_t m, vm_memattr_t ma)
5138 {
5139
5140         m->md.pat_mode = ma;
5141
5142         /*
5143          * If "m" is a normal page, update its direct mapping.  This update
5144          * can be relied upon to perform any cache operations that are
5145          * required for data coherence.
5146          */
5147         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
5148             pmap_change_attr(PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m)), PAGE_SIZE,
5149             m->md.pat_mode))
5150                 panic("memory attribute change on the direct map failed");
5151 }
5152
5153 /*
5154  * Changes the specified virtual address range's memory type to that given by
5155  * the parameter "mode".  The specified virtual address range must be
5156  * completely contained within either the direct map or the kernel map.  If
5157  * the virtual address range is contained within the kernel map, then the
5158  * memory type for each of the corresponding ranges of the direct map is also
5159  * changed.  (The corresponding ranges of the direct map are those ranges that
5160  * map the same physical pages as the specified virtual address range.)  These
5161  * changes to the direct map are necessary because Intel describes the
5162  * behavior of their processors as "undefined" if two or more mappings to the
5163  * same physical page have different memory types.
5164  *
5165  * Returns zero if the change completed successfully, and either EINVAL or
5166  * ENOMEM if the change failed.  Specifically, EINVAL is returned if some part
5167  * of the virtual address range was not mapped, and ENOMEM is returned if
5168  * there was insufficient memory available to complete the change.  In the
5169  * latter case, the memory type may have been changed on some part of the
5170  * virtual address range or the direct map.
5171  */
5172 int
5173 pmap_change_attr(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
5174 {
5175         int error;
5176
5177         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
5178         error = pmap_change_attr_locked(va, size, mode);
5179         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
5180         return (error);
5181 }
5182
5183 static int
5184 pmap_change_attr_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
5185 {
5186         vm_offset_t base, offset, tmpva;
5187         vm_paddr_t pa_start, pa_end;
5188         pdp_entry_t *pdpe;
5189         pd_entry_t *pde;
5190         pt_entry_t *pte;
5191         int cache_bits_pte, cache_bits_pde, error;
5192         boolean_t changed;
5193
5194         PMAP_LOCK_ASSERT(kernel_pmap, MA_OWNED);
5195         base = trunc_page(va);
5196         offset = va & PAGE_MASK;
5197         size = roundup(offset + size, PAGE_SIZE);
5198
5199         /*
5200          * Only supported on kernel virtual addresses, including the direct
5201          * map but excluding the recursive map.
5202          */
5203         if (base < DMAP_MIN_ADDRESS)
5204                 return (EINVAL);
5205
5206         cache_bits_pde = pmap_cache_bits(mode, 1);
5207         cache_bits_pte = pmap_cache_bits(mode, 0);
5208         changed = FALSE;
5209
5210         /*
5211          * Pages that aren't mapped aren't supported.  Also break down 2MB pages
5212          * into 4KB pages if required.
5213          */
5214         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
5215                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, tmpva);
5216                 if (*pdpe == 0)
5217                         return (EINVAL);
5218                 if (*pdpe & PG_PS) {
5219                         /*
5220                          * If the current 1GB page already has the required
5221                          * memory type, then we need not demote this page. Just
5222                          * increment tmpva to the next 1GB page frame.
5223                          */
5224                         if ((*pdpe & PG_PDE_CACHE) == cache_bits_pde) {
5225                                 tmpva = trunc_1gpage(tmpva) + NBPDP;
5226                                 continue;
5227                         }
5228
5229                         /*
5230                          * If the current offset aligns with a 1GB page frame
5231                          * and there is at least 1GB left within the range, then
5232                          * we need not break down this page into 2MB pages.
5233                          */
5234                         if ((tmpva & PDPMASK) == 0 &&
5235                             tmpva + PDPMASK < base + size) {
5236                                 tmpva += NBPDP;
5237                                 continue;
5238                         }
5239                         if (!pmap_demote_pdpe(kernel_pmap, pdpe, tmpva))
5240                                 return (ENOMEM);
5241                 }
5242                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, tmpva);
5243                 if (*pde == 0)
5244                         return (EINVAL);
5245                 if (*pde & PG_PS) {
5246                         /*
5247                          * If the current 2MB page already has the required
5248                          * memory type, then we need not demote this page. Just
5249                          * increment tmpva to the next 2MB page frame.
5250                          */
5251                         if ((*pde & PG_PDE_CACHE) == cache_bits_pde) {
5252                                 tmpva = trunc_2mpage(tmpva) + NBPDR;
5253                                 continue;
5254                         }
5255
5256                         /*
5257                          * If the current offset aligns with a 2MB page frame
5258                          * and there is at least 2MB left within the range, then
5259                          * we need not break down this page into 4KB pages.
5260                          */
5261                         if ((tmpva & PDRMASK) == 0 &&
5262                             tmpva + PDRMASK < base + size) {
5263                                 tmpva += NBPDR;
5264                                 continue;
5265                         }
5266                         if (!pmap_demote_pde(kernel_pmap, pde, tmpva))
5267                                 return (ENOMEM);
5268                 }
5269                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, tmpva);
5270                 if (*pte == 0)
5271                         return (EINVAL);
5272                 tmpva += PAGE_SIZE;
5273         }
5274         error = 0;
5275
5276         /*
5277          * Ok, all the pages exist, so run through them updating their
5278          * cache mode if required.
5279          */
5280         pa_start = pa_end = 0;
5281         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
5282                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, tmpva);
5283                 if (*pdpe & PG_PS) {
5284                         if ((*pdpe & PG_PDE_CACHE) != cache_bits_pde) {
5285                                 pmap_pde_attr(pdpe, cache_bits_pde);
5286                                 changed = TRUE;
5287                         }
5288                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS) {
5289                                 if (pa_start == pa_end) {
5290                                         /* Start physical address run. */
5291                                         pa_start = *pdpe & PG_PS_FRAME;
5292                                         pa_end = pa_start + NBPDP;
5293                                 } else if (pa_end == (*pdpe & PG_PS_FRAME))
5294                                         pa_end += NBPDP;
5295                                 else {
5296                                         /* Run ended, update direct map. */
5297                                         error = pmap_change_attr_locked(
5298                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
5299                                             pa_end - pa_start, mode);
5300                                         if (error != 0)
5301                                                 break;
5302                                         /* Start physical address run. */
5303                                         pa_start = *pdpe & PG_PS_FRAME;
5304                                         pa_end = pa_start + NBPDP;
5305                                 }
5306                         }
5307                         tmpva = trunc_1gpage(tmpva) + NBPDP;
5308                         continue;
5309                 }
5310                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, tmpva);
5311                 if (*pde & PG_PS) {
5312                         if ((*pde & PG_PDE_CACHE) != cache_bits_pde) {
5313                                 pmap_pde_attr(pde, cache_bits_pde);
5314                                 changed = TRUE;
5315                         }
5316                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS) {
5317                                 if (pa_start == pa_end) {
5318                                         /* Start physical address run. */
5319                                         pa_start = *pde & PG_PS_FRAME;
5320                                         pa_end = pa_start + NBPDR;
5321                                 } else if (pa_end == (*pde & PG_PS_FRAME))
5322                                         pa_end += NBPDR;
5323                                 else {
5324                                         /* Run ended, update direct map. */
5325                                         error = pmap_change_attr_locked(
5326                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
5327                                             pa_end - pa_start, mode);
5328                                         if (error != 0)
5329                                                 break;
5330                                         /* Start physical address run. */
5331                                         pa_start = *pde & PG_PS_FRAME;
5332                                         pa_end = pa_start + NBPDR;
5333                                 }
5334                         }
5335                         tmpva = trunc_2mpage(tmpva) + NBPDR;
5336                 } else {
5337                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, tmpva);
5338                         if ((*pte & PG_PTE_CACHE) != cache_bits_pte) {
5339                                 pmap_pte_attr(pte, cache_bits_pte);
5340                                 changed = TRUE;
5341                         }
5342                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS) {
5343                                 if (pa_start == pa_end) {
5344                                         /* Start physical address run. */
5345                                         pa_start = *pte & PG_FRAME;
5346                                         pa_end = pa_start + PAGE_SIZE;
5347                                 } else if (pa_end == (*pte & PG_FRAME))
5348                                         pa_end += PAGE_SIZE;
5349                                 else {
5350                                         /* Run ended, update direct map. */
5351                                         error = pmap_change_attr_locked(
5352                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
5353                                             pa_end - pa_start, mode);
5354                                         if (error != 0)
5355                                                 break;
5356                                         /* Start physical address run. */
5357                                         pa_start = *pte & PG_FRAME;
5358                                         pa_end = pa_start + PAGE_SIZE;
5359                                 }
5360                         }
5361                         tmpva += PAGE_SIZE;
5362                 }
5363         }
5364         if (error == 0 && pa_start != pa_end)
5365                 error = pmap_change_attr_locked(PHYS_TO_DMAP(pa_start),
5366                     pa_end - pa_start, mode);
5367
5368         /*
5369          * Flush CPU caches if required to make sure any data isn't cached that
5370          * shouldn't be, etc.
5371          */
5372         if (changed) {
5373                 pmap_invalidate_range(kernel_pmap, base, tmpva);
5374                 pmap_invalidate_cache_range(base, tmpva);
5375         }
5376         return (error);
5377 }
5378
5379 /*
5380  * Demotes any mapping within the direct map region that covers more than the
5381  * specified range of physical addresses.  This range's size must be a power
5382  * of two and its starting address must be a multiple of its size.  Since the
5383  * demotion does not change any attributes of the mapping, a TLB invalidation
5384  * is not mandatory.  The caller may, however, request a TLB invalidation.
5385  */
5386 void
5387 pmap_demote_DMAP(vm_paddr_t base, vm_size_t len, boolean_t invalidate)
5388 {
5389         pdp_entry_t *pdpe;
5390         pd_entry_t *pde;
5391         vm_offset_t va;
5392         boolean_t changed;
5393
5394         if (len == 0)
5395                 return;
5396         KASSERT(powerof2(len), ("pmap_demote_DMAP: len is not a power of 2"));
5397         KASSERT((base & (len - 1)) == 0,
5398             ("pmap_demote_DMAP: base is not a multiple of len"));
5399         if (len < NBPDP && base < dmaplimit) {
5400                 va = PHYS_TO_DMAP(base);
5401                 changed = FALSE;
5402                 PMAP_LOCK(kernel_pmap);
5403                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, va);
5404                 if ((*pdpe & PG_V) == 0)
5405                         panic("pmap_demote_DMAP: invalid PDPE");
5406                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0) {
5407                         if (!pmap_demote_pdpe(kernel_pmap, pdpe, va))
5408                                 panic("pmap_demote_DMAP: PDPE failed");
5409                         changed = TRUE;
5410                 }
5411                 if (len < NBPDR) {
5412                         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
5413                         if ((*pde & PG_V) == 0)
5414                                 panic("pmap_demote_DMAP: invalid PDE");
5415                         if ((*pde & PG_PS) != 0) {
5416                                 if (!pmap_demote_pde(kernel_pmap, pde, va))
5417                                         panic("pmap_demote_DMAP: PDE failed");
5418                                 changed = TRUE;
5419                         }
5420                 }
5421                 if (changed && invalidate)
5422                         pmap_invalidate_page(kernel_pmap, va);
5423                 PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
5424         }
5425 }
5426
5427 /*
5428  * perform the pmap work for mincore
5429  */
5430 int
5431 pmap_mincore(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_paddr_t *locked_pa)
5432 {
5433         pd_entry_t *pdep;
5434         pt_entry_t pte;
5435         vm_paddr_t pa;
5436         int val;
5437
5438         PMAP_LOCK(pmap);
5439 retry:
5440         pdep = pmap_pde(pmap, addr);
5441         if (pdep != NULL && (*pdep & PG_V)) {
5442                 if (*pdep & PG_PS) {
5443                         pte = *pdep;
5444                         /* Compute the physical address of the 4KB page. */
5445                         pa = ((*pdep & PG_PS_FRAME) | (addr & PDRMASK)) &
5446                             PG_FRAME;
5447                         val = MINCORE_SUPER;
5448                 } else {
5449                         pte = *pmap_pde_to_pte(pdep, addr);
5450                         pa = pte & PG_FRAME;
5451                         val = 0;
5452                 }
5453         } else {
5454                 pte = 0;
5455                 pa = 0;
5456                 val = 0;
5457         }
5458         if ((pte & PG_V) != 0) {
5459                 val |= MINCORE_INCORE;
5460                 if ((pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
5461                         val |= MINCORE_MODIFIED | MINCORE_MODIFIED_OTHER;
5462                 if ((pte & PG_A) != 0)
5463                         val |= MINCORE_REFERENCED | MINCORE_REFERENCED_OTHER;
5464         }
5465         if ((val & (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER)) !=
5466             (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER) &&
5467             (pte & (PG_MANAGED | PG_V)) == (PG_MANAGED | PG_V)) {
5468                 /* Ensure that "PHYS_TO_VM_PAGE(pa)->object" doesn't change. */
5469                 if (vm_page_pa_tryrelock(pmap, pa, locked_pa))
5470                         goto retry;
5471         } else
5472                 PA_UNLOCK_COND(*locked_pa);
5473         PMAP_UNLOCK(pmap);
5474         return (val);
5475 }
5476
5477 void
5478 pmap_activate(struct thread *td)
5479 {
5480         pmap_t  pmap, oldpmap;
5481         u_int   cpuid;
5482         u_int64_t  cr3;
5483
5484         critical_enter();
5485         pmap = vmspace_pmap(td->td_proc->p_vmspace);
5486         oldpmap = PCPU_GET(curpmap);
5487         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
5488 #ifdef SMP
5489         CPU_CLR_ATOMIC(cpuid, &oldpmap->pm_active);
5490         CPU_SET_ATOMIC(cpuid, &pmap->pm_active);
5491 #else
5492         CPU_CLR(cpuid, &oldpmap->pm_active);
5493         CPU_SET(cpuid, &pmap->pm_active);
5494 #endif
5495         cr3 = DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pmap->pm_pml4);
5496         td->td_pcb->pcb_cr3 = cr3;
5497         load_cr3(cr3);
5498         PCPU_SET(curpmap, pmap);
5499         critical_exit();
5500 }
5501
5502 void
5503 pmap_sync_icache(pmap_t pm, vm_offset_t va, vm_size_t sz)
5504 {
5505 }
5506
5507 /*
5508  *      Increase the starting virtual address of the given mapping if a
5509  *      different alignment might result in more superpage mappings.
5510  */
5511 void
5512 pmap_align_superpage(vm_object_t object, vm_ooffset_t offset,
5513     vm_offset_t *addr, vm_size_t size)
5514 {
5515         vm_offset_t superpage_offset;
5516
5517         if (size < NBPDR)
5518                 return;
5519         if (object != NULL && (object->flags & OBJ_COLORED) != 0)
5520                 offset += ptoa(object->pg_color);
5521         superpage_offset = offset & PDRMASK;
5522         if (size - ((NBPDR - superpage_offset) & PDRMASK) < NBPDR ||
5523             (*addr & PDRMASK) == superpage_offset)
5524                 return;
5525         if ((*addr & PDRMASK) < superpage_offset)
5526                 *addr = (*addr & ~PDRMASK) + superpage_offset;
5527         else
5528                 *addr = ((*addr + PDRMASK) & ~PDRMASK) + superpage_offset;
5529 }
5530
5531 #include "opt_ddb.h"
5532 #ifdef DDB
5533 #include <ddb/ddb.h>
5534
5535 DB_SHOW_COMMAND(pte, pmap_print_pte)
5536 {
5537         pmap_t pmap;
5538         pml4_entry_t *pml4;
5539         pdp_entry_t *pdp;
5540         pd_entry_t *pde;
5541         pt_entry_t *pte;
5542         vm_offset_t va;
5543
5544         if (have_addr) {
5545                 va = (vm_offset_t)addr;
5546                 pmap = PCPU_GET(curpmap); /* XXX */
5547         } else {
5548                 db_printf("show pte addr\n");
5549                 return;
5550         }
5551         pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
5552         db_printf("VA %#016lx pml4e %#016lx", va, *pml4);
5553         if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
5554                 db_printf("\n");
5555                 return;
5556         }
5557         pdp = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4, va);
5558         db_printf(" pdpe %#016lx", *pdp);
5559         if ((*pdp & PG_V) == 0 || (*pdp & PG_PS) != 0) {
5560                 db_printf("\n");
5561                 return;
5562         }
5563         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdp, va);
5564         db_printf(" pde %#016lx", *pde);
5565         if ((*pde & PG_V) == 0 || (*pde & PG_PS) != 0) {
5566                 db_printf("\n");
5567                 return;
5568         }
5569         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
5570         db_printf(" pte %#016lx\n", *pte);
5571 }
5572
5573 DB_SHOW_COMMAND(phys2dmap, pmap_phys2dmap)
5574 {
5575         vm_paddr_t a;
5576
5577         if (have_addr) {
5578                 a = (vm_paddr_t)addr;
5579                 db_printf("0x%jx\n", (uintmax_t)PHYS_TO_DMAP(a));
5580         } else {
5581                 db_printf("show phys2dmap addr\n");
5582         }
5583 }
5584 #endif