]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/amd64/amd64/pmap.c
Avoid DI recursion when reclaim_pv_chunk() is called from
[FreeBSD/FreeBSD.git] / sys / amd64 / amd64 / pmap.c
1 /*-
2  * Copyright (c) 1991 Regents of the University of California.
3  * All rights reserved.
4  * Copyright (c) 1994 John S. Dyson
5  * All rights reserved.
6  * Copyright (c) 1994 David Greenman
7  * All rights reserved.
8  * Copyright (c) 2003 Peter Wemm
9  * All rights reserved.
10  * Copyright (c) 2005-2010 Alan L. Cox <alc@cs.rice.edu>
11  * All rights reserved.
12  *
13  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
14  * the Systems Programming Group of the University of Utah Computer
15  * Science Department and William Jolitz of UUNET Technologies Inc.
16  *
17  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
18  * modification, are permitted provided that the following conditions
19  * are met:
20  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
21  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
22  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
23  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
24  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
25  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
26  *    must display the following acknowledgement:
27  *      This product includes software developed by the University of
28  *      California, Berkeley and its contributors.
29  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
30  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
31  *    without specific prior written permission.
32  *
33  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
34  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
35  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
36  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
37  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
38  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
39  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
40  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
41  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
42  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
43  * SUCH DAMAGE.
44  *
45  *      from:   @(#)pmap.c      7.7 (Berkeley)  5/12/91
46  */
47 /*-
48  * Copyright (c) 2003 Networks Associates Technology, Inc.
49  * All rights reserved.
50  *
51  * This software was developed for the FreeBSD Project by Jake Burkholder,
52  * Safeport Network Services, and Network Associates Laboratories, the
53  * Security Research Division of Network Associates, Inc. under
54  * DARPA/SPAWAR contract N66001-01-C-8035 ("CBOSS"), as part of the DARPA
55  * CHATS research program.
56  *
57  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
58  * modification, are permitted provided that the following conditions
59  * are met:
60  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
61  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
62  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
63  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
64  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
65  *
66  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
67  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
68  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
69  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
70  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
71  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
72  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
73  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
74  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
75  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
76  * SUCH DAMAGE.
77  */
78
79 #define AMD64_NPT_AWARE
80
81 #include <sys/cdefs.h>
82 __FBSDID("$FreeBSD$");
83
84 /*
85  *      Manages physical address maps.
86  *
87  *      Since the information managed by this module is
88  *      also stored by the logical address mapping module,
89  *      this module may throw away valid virtual-to-physical
90  *      mappings at almost any time.  However, invalidations
91  *      of virtual-to-physical mappings must be done as
92  *      requested.
93  *
94  *      In order to cope with hardware architectures which
95  *      make virtual-to-physical map invalidates expensive,
96  *      this module may delay invalidate or reduced protection
97  *      operations until such time as they are actually
98  *      necessary.  This module is given full information as
99  *      to which processors are currently using which maps,
100  *      and to when physical maps must be made correct.
101  */
102
103 #include "opt_pmap.h"
104 #include "opt_vm.h"
105
106 #include <sys/param.h>
107 #include <sys/bitstring.h>
108 #include <sys/bus.h>
109 #include <sys/systm.h>
110 #include <sys/kernel.h>
111 #include <sys/ktr.h>
112 #include <sys/lock.h>
113 #include <sys/malloc.h>
114 #include <sys/mman.h>
115 #include <sys/mutex.h>
116 #include <sys/proc.h>
117 #include <sys/rwlock.h>
118 #include <sys/sx.h>
119 #include <sys/turnstile.h>
120 #include <sys/vmem.h>
121 #include <sys/vmmeter.h>
122 #include <sys/sched.h>
123 #include <sys/sysctl.h>
124 #include <sys/smp.h>
125
126 #include <vm/vm.h>
127 #include <vm/vm_param.h>
128 #include <vm/vm_kern.h>
129 #include <vm/vm_page.h>
130 #include <vm/vm_map.h>
131 #include <vm/vm_object.h>
132 #include <vm/vm_extern.h>
133 #include <vm/vm_pageout.h>
134 #include <vm/vm_pager.h>
135 #include <vm/vm_phys.h>
136 #include <vm/vm_radix.h>
137 #include <vm/vm_reserv.h>
138 #include <vm/uma.h>
139
140 #include <machine/intr_machdep.h>
141 #include <x86/apicvar.h>
142 #include <machine/cpu.h>
143 #include <machine/cputypes.h>
144 #include <machine/md_var.h>
145 #include <machine/pcb.h>
146 #include <machine/specialreg.h>
147 #ifdef SMP
148 #include <machine/smp.h>
149 #endif
150
151 static __inline boolean_t
152 pmap_type_guest(pmap_t pmap)
153 {
154
155         return ((pmap->pm_type == PT_EPT) || (pmap->pm_type == PT_RVI));
156 }
157
158 static __inline boolean_t
159 pmap_emulate_ad_bits(pmap_t pmap)
160 {
161
162         return ((pmap->pm_flags & PMAP_EMULATE_AD_BITS) != 0);
163 }
164
165 static __inline pt_entry_t
166 pmap_valid_bit(pmap_t pmap)
167 {
168         pt_entry_t mask;
169
170         switch (pmap->pm_type) {
171         case PT_X86:
172         case PT_RVI:
173                 mask = X86_PG_V;
174                 break;
175         case PT_EPT:
176                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
177                         mask = EPT_PG_EMUL_V;
178                 else
179                         mask = EPT_PG_READ;
180                 break;
181         default:
182                 panic("pmap_valid_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
183         }
184
185         return (mask);
186 }
187
188 static __inline pt_entry_t
189 pmap_rw_bit(pmap_t pmap)
190 {
191         pt_entry_t mask;
192
193         switch (pmap->pm_type) {
194         case PT_X86:
195         case PT_RVI:
196                 mask = X86_PG_RW;
197                 break;
198         case PT_EPT:
199                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
200                         mask = EPT_PG_EMUL_RW;
201                 else
202                         mask = EPT_PG_WRITE;
203                 break;
204         default:
205                 panic("pmap_rw_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
206         }
207
208         return (mask);
209 }
210
211 static __inline pt_entry_t
212 pmap_global_bit(pmap_t pmap)
213 {
214         pt_entry_t mask;
215
216         switch (pmap->pm_type) {
217         case PT_X86:
218                 mask = X86_PG_G;
219                 break;
220         case PT_RVI:
221         case PT_EPT:
222                 mask = 0;
223                 break;
224         default:
225                 panic("pmap_global_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
226         }
227
228         return (mask);
229 }
230
231 static __inline pt_entry_t
232 pmap_accessed_bit(pmap_t pmap)
233 {
234         pt_entry_t mask;
235
236         switch (pmap->pm_type) {
237         case PT_X86:
238         case PT_RVI:
239                 mask = X86_PG_A;
240                 break;
241         case PT_EPT:
242                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
243                         mask = EPT_PG_READ;
244                 else
245                         mask = EPT_PG_A;
246                 break;
247         default:
248                 panic("pmap_accessed_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
249         }
250
251         return (mask);
252 }
253
254 static __inline pt_entry_t
255 pmap_modified_bit(pmap_t pmap)
256 {
257         pt_entry_t mask;
258
259         switch (pmap->pm_type) {
260         case PT_X86:
261         case PT_RVI:
262                 mask = X86_PG_M;
263                 break;
264         case PT_EPT:
265                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
266                         mask = EPT_PG_WRITE;
267                 else
268                         mask = EPT_PG_M;
269                 break;
270         default:
271                 panic("pmap_modified_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
272         }
273
274         return (mask);
275 }
276
277 #if !defined(DIAGNOSTIC)
278 #ifdef __GNUC_GNU_INLINE__
279 #define PMAP_INLINE     __attribute__((__gnu_inline__)) inline
280 #else
281 #define PMAP_INLINE     extern inline
282 #endif
283 #else
284 #define PMAP_INLINE
285 #endif
286
287 #ifdef PV_STATS
288 #define PV_STAT(x)      do { x ; } while (0)
289 #else
290 #define PV_STAT(x)      do { } while (0)
291 #endif
292
293 #define pa_index(pa)    ((pa) >> PDRSHIFT)
294 #define pa_to_pvh(pa)   (&pv_table[pa_index(pa)])
295
296 #define NPV_LIST_LOCKS  MAXCPU
297
298 #define PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa)        \
299                         (&pv_list_locks[pa_index(pa) % NPV_LIST_LOCKS])
300
301 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa)  do {    \
302         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
303         struct rwlock *_new_lock;                       \
304                                                         \
305         _new_lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);           \
306         if (_new_lock != *_lockp) {                     \
307                 if (*_lockp != NULL)                    \
308                         rw_wunlock(*_lockp);            \
309                 *_lockp = _new_lock;                    \
310                 rw_wlock(*_lockp);                      \
311         }                                               \
312 } while (0)
313
314 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m)        \
315                         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, VM_PAGE_TO_PHYS(m))
316
317 #define RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp)             do {    \
318         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
319                                                         \
320         if (*_lockp != NULL) {                          \
321                 rw_wunlock(*_lockp);                    \
322                 *_lockp = NULL;                         \
323         }                                               \
324 } while (0)
325
326 #define VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m)      \
327                         PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(VM_PAGE_TO_PHYS(m))
328
329 struct pmap kernel_pmap_store;
330
331 vm_offset_t virtual_avail;      /* VA of first avail page (after kernel bss) */
332 vm_offset_t virtual_end;        /* VA of last avail page (end of kernel AS) */
333
334 int nkpt;
335 SYSCTL_INT(_machdep, OID_AUTO, nkpt, CTLFLAG_RD, &nkpt, 0,
336     "Number of kernel page table pages allocated on bootup");
337
338 static int ndmpdp;
339 vm_paddr_t dmaplimit;
340 vm_offset_t kernel_vm_end = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
341 pt_entry_t pg_nx;
342
343 static SYSCTL_NODE(_vm, OID_AUTO, pmap, CTLFLAG_RD, 0, "VM/pmap parameters");
344
345 static int pat_works = 1;
346 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pat_works, CTLFLAG_RD, &pat_works, 1,
347     "Is page attribute table fully functional?");
348
349 static int pg_ps_enabled = 1;
350 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pg_ps_enabled, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
351     &pg_ps_enabled, 0, "Are large page mappings enabled?");
352
353 #define PAT_INDEX_SIZE  8
354 static int pat_index[PAT_INDEX_SIZE];   /* cache mode to PAT index conversion */
355
356 static u_int64_t        KPTphys;        /* phys addr of kernel level 1 */
357 static u_int64_t        KPDphys;        /* phys addr of kernel level 2 */
358 u_int64_t               KPDPphys;       /* phys addr of kernel level 3 */
359 u_int64_t               KPML4phys;      /* phys addr of kernel level 4 */
360
361 static u_int64_t        DMPDphys;       /* phys addr of direct mapped level 2 */
362 static u_int64_t        DMPDPphys;      /* phys addr of direct mapped level 3 */
363 static int              ndmpdpphys;     /* number of DMPDPphys pages */
364
365 /*
366  * pmap_mapdev support pre initialization (i.e. console)
367  */
368 #define PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT      8
369 static struct pmap_preinit_mapping {
370         vm_paddr_t      pa;
371         vm_offset_t     va;
372         vm_size_t       sz;
373         int             mode;
374 } pmap_preinit_mapping[PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT];
375 static int pmap_initialized;
376
377 /*
378  * Data for the pv entry allocation mechanism.
379  * Updates to pv_invl_gen are protected by the pv_list_locks[]
380  * elements, but reads are not.
381  */
382 static TAILQ_HEAD(pch, pv_chunk) pv_chunks = TAILQ_HEAD_INITIALIZER(pv_chunks);
383 static struct mtx pv_chunks_mutex;
384 static struct rwlock pv_list_locks[NPV_LIST_LOCKS];
385 static u_long pv_invl_gen[NPV_LIST_LOCKS];
386 static struct md_page *pv_table;
387 static struct md_page pv_dummy;
388
389 /*
390  * All those kernel PT submaps that BSD is so fond of
391  */
392 pt_entry_t *CMAP1 = NULL;
393 caddr_t CADDR1 = 0;
394 static vm_offset_t qframe = 0;
395 static struct mtx qframe_mtx;
396
397 static int pmap_flags = PMAP_PDE_SUPERPAGE;     /* flags for x86 pmaps */
398
399 int pmap_pcid_enabled = 1;
400 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pcid_enabled, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
401     &pmap_pcid_enabled, 0, "Is TLB Context ID enabled ?");
402 int invpcid_works = 0;
403 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, invpcid_works, CTLFLAG_RD, &invpcid_works, 0,
404     "Is the invpcid instruction available ?");
405
406 static int
407 pmap_pcid_save_cnt_proc(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
408 {
409         int i;
410         uint64_t res;
411
412         res = 0;
413         CPU_FOREACH(i) {
414                 res += cpuid_to_pcpu[i]->pc_pm_save_cnt;
415         }
416         return (sysctl_handle_64(oidp, &res, 0, req));
417 }
418 SYSCTL_PROC(_vm_pmap, OID_AUTO, pcid_save_cnt, CTLTYPE_U64 | CTLFLAG_RW |
419     CTLFLAG_MPSAFE, NULL, 0, pmap_pcid_save_cnt_proc, "QU",
420     "Count of saved TLB context on switch");
421
422 static LIST_HEAD(, pmap_invl_gen) pmap_invl_gen_tracker =
423     LIST_HEAD_INITIALIZER(&pmap_invl_gen_tracker);
424 static struct mtx invl_gen_mtx;
425 static u_long pmap_invl_gen = 0;
426 /* Fake lock object to satisfy turnstiles interface. */
427 static struct lock_object invl_gen_ts = {
428         .lo_name = "invlts",
429 };
430
431 static bool
432 pmap_not_in_di(void)
433 {
434
435         return (curthread->td_md.md_invl_gen.gen == 0);
436 }
437
438 #define PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI() \
439     KASSERT(pmap_not_in_di(), ("DI already started"))
440
441 /*
442  * Start a new Delayed Invalidation (DI) block of code, executed by
443  * the current thread.  Within a DI block, the current thread may
444  * destroy both the page table and PV list entries for a mapping and
445  * then release the corresponding PV list lock before ensuring that
446  * the mapping is flushed from the TLBs of any processors with the
447  * pmap active.
448  */
449 static void
450 pmap_delayed_invl_started(void)
451 {
452         struct pmap_invl_gen *invl_gen;
453         u_long currgen;
454
455         invl_gen = &curthread->td_md.md_invl_gen;
456         PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI();
457         mtx_lock(&invl_gen_mtx);
458         if (LIST_EMPTY(&pmap_invl_gen_tracker))
459                 currgen = pmap_invl_gen;
460         else
461                 currgen = LIST_FIRST(&pmap_invl_gen_tracker)->gen;
462         invl_gen->gen = currgen + 1;
463         LIST_INSERT_HEAD(&pmap_invl_gen_tracker, invl_gen, link);
464         mtx_unlock(&invl_gen_mtx);
465 }
466
467 /*
468  * Finish the DI block, previously started by the current thread.  All
469  * required TLB flushes for the pages marked by
470  * pmap_delayed_invl_page() must be finished before this function is
471  * called.
472  *
473  * This function works by bumping the global DI generation number to
474  * the generation number of the current thread's DI, unless there is a
475  * pending DI that started earlier.  In the latter case, bumping the
476  * global DI generation number would incorrectly signal that the
477  * earlier DI had finished.  Instead, this function bumps the earlier
478  * DI's generation number to match the generation number of the
479  * current thread's DI.
480  */
481 static void
482 pmap_delayed_invl_finished(void)
483 {
484         struct pmap_invl_gen *invl_gen, *next;
485         struct turnstile *ts;
486
487         invl_gen = &curthread->td_md.md_invl_gen;
488         KASSERT(invl_gen->gen != 0, ("missed invl_started"));
489         mtx_lock(&invl_gen_mtx);
490         next = LIST_NEXT(invl_gen, link);
491         if (next == NULL) {
492                 turnstile_chain_lock(&invl_gen_ts);
493                 ts = turnstile_lookup(&invl_gen_ts);
494                 pmap_invl_gen = invl_gen->gen;
495                 if (ts != NULL) {
496                         turnstile_broadcast(ts, TS_SHARED_QUEUE);
497                         turnstile_unpend(ts, TS_SHARED_LOCK);
498                 }
499                 turnstile_chain_unlock(&invl_gen_ts);
500         } else {
501                 next->gen = invl_gen->gen;
502         }
503         LIST_REMOVE(invl_gen, link);
504         mtx_unlock(&invl_gen_mtx);
505         invl_gen->gen = 0;
506 }
507
508 #ifdef PV_STATS
509 static long invl_wait;
510 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, invl_wait, CTLFLAG_RD, &invl_wait, 0,
511     "Number of times DI invalidation blocked pmap_remove_all/write");
512 #endif
513
514 static u_long *
515 pmap_delayed_invl_genp(vm_page_t m)
516 {
517
518         return (&pv_invl_gen[pa_index(VM_PAGE_TO_PHYS(m)) % NPV_LIST_LOCKS]);
519 }
520
521 /*
522  * Ensure that all currently executing DI blocks, that need to flush
523  * TLB for the given page m, actually flushed the TLB at the time the
524  * function returned.  If the page m has an empty PV list and we call
525  * pmap_delayed_invl_wait(), upon its return we know that no CPU has a
526  * valid mapping for the page m in either its page table or TLB.
527  *
528  * This function works by blocking until the global DI generation
529  * number catches up with the generation number associated with the
530  * given page m and its PV list.  Since this function's callers
531  * typically own an object lock and sometimes own a page lock, it
532  * cannot sleep.  Instead, it blocks on a turnstile to relinquish the
533  * processor.
534  */
535 static void
536 pmap_delayed_invl_wait(vm_page_t m)
537 {
538         struct thread *td;
539         struct turnstile *ts;
540         u_long *m_gen;
541 #ifdef PV_STATS
542         bool accounted = false;
543 #endif
544
545         td = curthread;
546         m_gen = pmap_delayed_invl_genp(m);
547         while (*m_gen > pmap_invl_gen) {
548 #ifdef PV_STATS
549                 if (!accounted) {
550                         atomic_add_long(&invl_wait, 1);
551                         accounted = true;
552                 }
553 #endif
554                 ts = turnstile_trywait(&invl_gen_ts);
555                 if (*m_gen > pmap_invl_gen)
556                         turnstile_wait(ts, NULL, TS_SHARED_QUEUE);
557                 else
558                         turnstile_cancel(ts);
559         }
560 }
561
562 /*
563  * Mark the page m's PV list as participating in the current thread's
564  * DI block.  Any threads concurrently using m's PV list to remove or
565  * restrict all mappings to m will wait for the current thread's DI
566  * block to complete before proceeding.
567  *
568  * The function works by setting the DI generation number for m's PV
569  * list to at least the DI generation number of the current thread.
570  * This forces a caller of pmap_delayed_invl_wait() to block until
571  * current thread calls pmap_delayed_invl_finished().
572  */
573 static void
574 pmap_delayed_invl_page(vm_page_t m)
575 {
576         u_long gen, *m_gen;
577
578         rw_assert(VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), RA_WLOCKED);
579         gen = curthread->td_md.md_invl_gen.gen;
580         if (gen == 0)
581                 return;
582         m_gen = pmap_delayed_invl_genp(m);
583         if (*m_gen < gen)
584                 *m_gen = gen;
585 }
586
587 /*
588  * Crashdump maps.
589  */
590 static caddr_t crashdumpmap;
591
592 /*
593  * Internal flags for pmap_enter()'s helper functions.
594  */
595 #define PMAP_ENTER_NORECLAIM    0x1000000       /* Don't reclaim PV entries. */
596 #define PMAP_ENTER_NOREPLACE    0x2000000       /* Don't replace mappings. */
597
598 static void     free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc);
599 static void     free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv);
600 static pv_entry_t get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp);
601 static int      popcnt_pc_map_pq(uint64_t *map);
602 static vm_page_t reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp);
603 static void     reserve_pv_entries(pmap_t pmap, int needed,
604                     struct rwlock **lockp);
605 static void     pmap_pv_demote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
606                     struct rwlock **lockp);
607 static bool     pmap_pv_insert_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde,
608                     u_int flags, struct rwlock **lockp);
609 static void     pmap_pv_promote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
610                     struct rwlock **lockp);
611 static void     pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va);
612 static pv_entry_t pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap,
613                     vm_offset_t va);
614
615 static int pmap_change_attr_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode);
616 static boolean_t pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va);
617 static boolean_t pmap_demote_pde_locked(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde,
618     vm_offset_t va, struct rwlock **lockp);
619 static boolean_t pmap_demote_pdpe(pmap_t pmap, pdp_entry_t *pdpe,
620     vm_offset_t va);
621 static bool     pmap_enter_2mpage(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
622                     vm_prot_t prot, struct rwlock **lockp);
623 static int      pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t newpde,
624                     u_int flags, vm_page_t m, struct rwlock **lockp);
625 static vm_page_t pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
626     vm_page_t m, vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp);
627 static void pmap_fill_ptp(pt_entry_t *firstpte, pt_entry_t newpte);
628 static int pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte);
629 static void pmap_invalidate_pde_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
630                     pd_entry_t pde);
631 static void pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode);
632 static void pmap_pde_attr(pd_entry_t *pde, int cache_bits, int mask);
633 static void pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
634     struct rwlock **lockp);
635 static boolean_t pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva,
636     vm_prot_t prot);
637 static void pmap_pte_attr(pt_entry_t *pte, int cache_bits, int mask);
638 static int pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
639     struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
640 static int pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t sva,
641     pd_entry_t ptepde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
642 static vm_page_t pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
643 static void pmap_remove_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
644     struct spglist *free);
645 static bool     pmap_remove_ptes(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
646                     pd_entry_t *pde, struct spglist *free,
647                     struct rwlock **lockp);
648 static boolean_t pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
649     vm_page_t m, struct rwlock **lockp);
650 static void pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
651     pd_entry_t newpde);
652 static void pmap_update_pde_invalidate(pmap_t, vm_offset_t va, pd_entry_t pde);
653
654 static vm_page_t _pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex,
655                 struct rwlock **lockp);
656 static vm_page_t pmap_allocpde(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
657                 struct rwlock **lockp);
658 static vm_page_t pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
659                 struct rwlock **lockp);
660
661 static void _pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
662     struct spglist *free);
663 static int pmap_unuse_pt(pmap_t, vm_offset_t, pd_entry_t, struct spglist *);
664 static vm_offset_t pmap_kmem_choose(vm_offset_t addr);
665
666 /*
667  * Move the kernel virtual free pointer to the next
668  * 2MB.  This is used to help improve performance
669  * by using a large (2MB) page for much of the kernel
670  * (.text, .data, .bss)
671  */
672 static vm_offset_t
673 pmap_kmem_choose(vm_offset_t addr)
674 {
675         vm_offset_t newaddr = addr;
676
677         newaddr = roundup2(addr, NBPDR);
678         return (newaddr);
679 }
680
681 /********************/
682 /* Inline functions */
683 /********************/
684
685 /* Return a non-clipped PD index for a given VA */
686 static __inline vm_pindex_t
687 pmap_pde_pindex(vm_offset_t va)
688 {
689         return (va >> PDRSHIFT);
690 }
691
692
693 /* Return a pointer to the PML4 slot that corresponds to a VA */
694 static __inline pml4_entry_t *
695 pmap_pml4e(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
696 {
697
698         return (&pmap->pm_pml4[pmap_pml4e_index(va)]);
699 }
700
701 /* Return a pointer to the PDP slot that corresponds to a VA */
702 static __inline pdp_entry_t *
703 pmap_pml4e_to_pdpe(pml4_entry_t *pml4e, vm_offset_t va)
704 {
705         pdp_entry_t *pdpe;
706
707         pdpe = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4e & PG_FRAME);
708         return (&pdpe[pmap_pdpe_index(va)]);
709 }
710
711 /* Return a pointer to the PDP slot that corresponds to a VA */
712 static __inline pdp_entry_t *
713 pmap_pdpe(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
714 {
715         pml4_entry_t *pml4e;
716         pt_entry_t PG_V;
717
718         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
719         pml4e = pmap_pml4e(pmap, va);
720         if ((*pml4e & PG_V) == 0)
721                 return (NULL);
722         return (pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, va));
723 }
724
725 /* Return a pointer to the PD slot that corresponds to a VA */
726 static __inline pd_entry_t *
727 pmap_pdpe_to_pde(pdp_entry_t *pdpe, vm_offset_t va)
728 {
729         pd_entry_t *pde;
730
731         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdpe & PG_FRAME);
732         return (&pde[pmap_pde_index(va)]);
733 }
734
735 /* Return a pointer to the PD slot that corresponds to a VA */
736 static __inline pd_entry_t *
737 pmap_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
738 {
739         pdp_entry_t *pdpe;
740         pt_entry_t PG_V;
741
742         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
743         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
744         if (pdpe == NULL || (*pdpe & PG_V) == 0)
745                 return (NULL);
746         return (pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va));
747 }
748
749 /* Return a pointer to the PT slot that corresponds to a VA */
750 static __inline pt_entry_t *
751 pmap_pde_to_pte(pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
752 {
753         pt_entry_t *pte;
754
755         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pde & PG_FRAME);
756         return (&pte[pmap_pte_index(va)]);
757 }
758
759 /* Return a pointer to the PT slot that corresponds to a VA */
760 static __inline pt_entry_t *
761 pmap_pte(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
762 {
763         pd_entry_t *pde;
764         pt_entry_t PG_V;
765
766         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
767         pde = pmap_pde(pmap, va);
768         if (pde == NULL || (*pde & PG_V) == 0)
769                 return (NULL);
770         if ((*pde & PG_PS) != 0)        /* compat with i386 pmap_pte() */
771                 return ((pt_entry_t *)pde);
772         return (pmap_pde_to_pte(pde, va));
773 }
774
775 static __inline void
776 pmap_resident_count_inc(pmap_t pmap, int count)
777 {
778
779         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
780         pmap->pm_stats.resident_count += count;
781 }
782
783 static __inline void
784 pmap_resident_count_dec(pmap_t pmap, int count)
785 {
786
787         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
788         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count >= count,
789             ("pmap %p resident count underflow %ld %d", pmap,
790             pmap->pm_stats.resident_count, count));
791         pmap->pm_stats.resident_count -= count;
792 }
793
794 PMAP_INLINE pt_entry_t *
795 vtopte(vm_offset_t va)
796 {
797         u_int64_t mask = ((1ul << (NPTEPGSHIFT + NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT)) - 1);
798
799         KASSERT(va >= VM_MAXUSER_ADDRESS, ("vtopte on a uva/gpa 0x%0lx", va));
800
801         return (PTmap + ((va >> PAGE_SHIFT) & mask));
802 }
803
804 static __inline pd_entry_t *
805 vtopde(vm_offset_t va)
806 {
807         u_int64_t mask = ((1ul << (NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT)) - 1);
808
809         KASSERT(va >= VM_MAXUSER_ADDRESS, ("vtopde on a uva/gpa 0x%0lx", va));
810
811         return (PDmap + ((va >> PDRSHIFT) & mask));
812 }
813
814 static u_int64_t
815 allocpages(vm_paddr_t *firstaddr, int n)
816 {
817         u_int64_t ret;
818
819         ret = *firstaddr;
820         bzero((void *)ret, n * PAGE_SIZE);
821         *firstaddr += n * PAGE_SIZE;
822         return (ret);
823 }
824
825 CTASSERT(powerof2(NDMPML4E));
826
827 /* number of kernel PDP slots */
828 #define NKPDPE(ptpgs)           howmany(ptpgs, NPDEPG)
829
830 static void
831 nkpt_init(vm_paddr_t addr)
832 {
833         int pt_pages;
834         
835 #ifdef NKPT
836         pt_pages = NKPT;
837 #else
838         pt_pages = howmany(addr, 1 << PDRSHIFT);
839         pt_pages += NKPDPE(pt_pages);
840
841         /*
842          * Add some slop beyond the bare minimum required for bootstrapping
843          * the kernel.
844          *
845          * This is quite important when allocating KVA for kernel modules.
846          * The modules are required to be linked in the negative 2GB of
847          * the address space.  If we run out of KVA in this region then
848          * pmap_growkernel() will need to allocate page table pages to map
849          * the entire 512GB of KVA space which is an unnecessary tax on
850          * physical memory.
851          *
852          * Secondly, device memory mapped as part of setting up the low-
853          * level console(s) is taken from KVA, starting at virtual_avail.
854          * This is because cninit() is called after pmap_bootstrap() but
855          * before vm_init() and pmap_init(). 20MB for a frame buffer is
856          * not uncommon.
857          */
858         pt_pages += 32;         /* 64MB additional slop. */
859 #endif
860         nkpt = pt_pages;
861 }
862
863 static void
864 create_pagetables(vm_paddr_t *firstaddr)
865 {
866         int i, j, ndm1g, nkpdpe;
867         pt_entry_t *pt_p;
868         pd_entry_t *pd_p;
869         pdp_entry_t *pdp_p;
870         pml4_entry_t *p4_p;
871
872         /* Allocate page table pages for the direct map */
873         ndmpdp = howmany(ptoa(Maxmem), NBPDP);
874         if (ndmpdp < 4)         /* Minimum 4GB of dirmap */
875                 ndmpdp = 4;
876         ndmpdpphys = howmany(ndmpdp, NPDPEPG);
877         if (ndmpdpphys > NDMPML4E) {
878                 /*
879                  * Each NDMPML4E allows 512 GB, so limit to that,
880                  * and then readjust ndmpdp and ndmpdpphys.
881                  */
882                 printf("NDMPML4E limits system to %d GB\n", NDMPML4E * 512);
883                 Maxmem = atop(NDMPML4E * NBPML4);
884                 ndmpdpphys = NDMPML4E;
885                 ndmpdp = NDMPML4E * NPDEPG;
886         }
887         DMPDPphys = allocpages(firstaddr, ndmpdpphys);
888         ndm1g = 0;
889         if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0)
890                 ndm1g = ptoa(Maxmem) >> PDPSHIFT;
891         if (ndm1g < ndmpdp)
892                 DMPDphys = allocpages(firstaddr, ndmpdp - ndm1g);
893         dmaplimit = (vm_paddr_t)ndmpdp << PDPSHIFT;
894
895         /* Allocate pages */
896         KPML4phys = allocpages(firstaddr, 1);
897         KPDPphys = allocpages(firstaddr, NKPML4E);
898
899         /*
900          * Allocate the initial number of kernel page table pages required to
901          * bootstrap.  We defer this until after all memory-size dependent
902          * allocations are done (e.g. direct map), so that we don't have to
903          * build in too much slop in our estimate.
904          *
905          * Note that when NKPML4E > 1, we have an empty page underneath
906          * all but the KPML4I'th one, so we need NKPML4E-1 extra (zeroed)
907          * pages.  (pmap_enter requires a PD page to exist for each KPML4E.)
908          */
909         nkpt_init(*firstaddr);
910         nkpdpe = NKPDPE(nkpt);
911
912         KPTphys = allocpages(firstaddr, nkpt);
913         KPDphys = allocpages(firstaddr, nkpdpe);
914
915         /* Fill in the underlying page table pages */
916         /* Nominally read-only (but really R/W) from zero to physfree */
917         /* XXX not fully used, underneath 2M pages */
918         pt_p = (pt_entry_t *)KPTphys;
919         for (i = 0; ptoa(i) < *firstaddr; i++)
920                 pt_p[i] = ptoa(i) | X86_PG_RW | X86_PG_V | X86_PG_G;
921
922         /* Now map the page tables at their location within PTmap */
923         pd_p = (pd_entry_t *)KPDphys;
924         for (i = 0; i < nkpt; i++)
925                 pd_p[i] = (KPTphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW | X86_PG_V;
926
927         /* Map from zero to end of allocations under 2M pages */
928         /* This replaces some of the KPTphys entries above */
929         for (i = 0; (i << PDRSHIFT) < *firstaddr; i++)
930                 pd_p[i] = (i << PDRSHIFT) | X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_PS |
931                     X86_PG_G;
932
933         /* And connect up the PD to the PDP (leaving room for L4 pages) */
934         pdp_p = (pdp_entry_t *)(KPDPphys + ptoa(KPML4I - KPML4BASE));
935         for (i = 0; i < nkpdpe; i++)
936                 pdp_p[i + KPDPI] = (KPDphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW | X86_PG_V |
937                     PG_U;
938
939         /*
940          * Now, set up the direct map region using 2MB and/or 1GB pages.  If
941          * the end of physical memory is not aligned to a 1GB page boundary,
942          * then the residual physical memory is mapped with 2MB pages.  Later,
943          * if pmap_mapdev{_attr}() uses the direct map for non-write-back
944          * memory, pmap_change_attr() will demote any 2MB or 1GB page mappings
945          * that are partially used. 
946          */
947         pd_p = (pd_entry_t *)DMPDphys;
948         for (i = NPDEPG * ndm1g, j = 0; i < NPDEPG * ndmpdp; i++, j++) {
949                 pd_p[j] = (vm_paddr_t)i << PDRSHIFT;
950                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
951                 pd_p[j] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_PS | X86_PG_G |
952                     X86_PG_M | X86_PG_A | pg_nx;
953         }
954         pdp_p = (pdp_entry_t *)DMPDPphys;
955         for (i = 0; i < ndm1g; i++) {
956                 pdp_p[i] = (vm_paddr_t)i << PDPSHIFT;
957                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
958                 pdp_p[i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_PS | X86_PG_G |
959                     X86_PG_M | X86_PG_A | pg_nx;
960         }
961         for (j = 0; i < ndmpdp; i++, j++) {
962                 pdp_p[i] = DMPDphys + ptoa(j);
963                 pdp_p[i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_U;
964         }
965
966         /* And recursively map PML4 to itself in order to get PTmap */
967         p4_p = (pml4_entry_t *)KPML4phys;
968         p4_p[PML4PML4I] = KPML4phys;
969         p4_p[PML4PML4I] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_U;
970
971         /* Connect the Direct Map slot(s) up to the PML4. */
972         for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++) {
973                 p4_p[DMPML4I + i] = DMPDPphys + ptoa(i);
974                 p4_p[DMPML4I + i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_U;
975         }
976
977         /* Connect the KVA slots up to the PML4 */
978         for (i = 0; i < NKPML4E; i++) {
979                 p4_p[KPML4BASE + i] = KPDPphys + ptoa(i);
980                 p4_p[KPML4BASE + i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_U;
981         }
982 }
983
984 /*
985  *      Bootstrap the system enough to run with virtual memory.
986  *
987  *      On amd64 this is called after mapping has already been enabled
988  *      and just syncs the pmap module with what has already been done.
989  *      [We can't call it easily with mapping off since the kernel is not
990  *      mapped with PA == VA, hence we would have to relocate every address
991  *      from the linked base (virtual) address "KERNBASE" to the actual
992  *      (physical) address starting relative to 0]
993  */
994 void
995 pmap_bootstrap(vm_paddr_t *firstaddr)
996 {
997         vm_offset_t va;
998         pt_entry_t *pte;
999         int i;
1000
1001         /*
1002          * Create an initial set of page tables to run the kernel in.
1003          */
1004         create_pagetables(firstaddr);
1005
1006         /*
1007          * Add a physical memory segment (vm_phys_seg) corresponding to the
1008          * preallocated kernel page table pages so that vm_page structures
1009          * representing these pages will be created.  The vm_page structures
1010          * are required for promotion of the corresponding kernel virtual
1011          * addresses to superpage mappings.
1012          */
1013         vm_phys_add_seg(KPTphys, KPTphys + ptoa(nkpt));
1014
1015         virtual_avail = (vm_offset_t) KERNBASE + *firstaddr;
1016         virtual_avail = pmap_kmem_choose(virtual_avail);
1017
1018         virtual_end = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS;
1019
1020
1021         /* XXX do %cr0 as well */
1022         load_cr4(rcr4() | CR4_PGE);
1023         load_cr3(KPML4phys);
1024         if (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_SMEP)
1025                 load_cr4(rcr4() | CR4_SMEP);
1026
1027         /*
1028          * Initialize the kernel pmap (which is statically allocated).
1029          */
1030         PMAP_LOCK_INIT(kernel_pmap);
1031         kernel_pmap->pm_pml4 = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(KPML4phys);
1032         kernel_pmap->pm_cr3 = KPML4phys;
1033         CPU_FILL(&kernel_pmap->pm_active);      /* don't allow deactivation */
1034         TAILQ_INIT(&kernel_pmap->pm_pvchunk);
1035         kernel_pmap->pm_flags = pmap_flags;
1036
1037         /*
1038          * Initialize the TLB invalidations generation number lock.
1039          */
1040         mtx_init(&invl_gen_mtx, "invlgn", NULL, MTX_DEF);
1041
1042         /*
1043          * Reserve some special page table entries/VA space for temporary
1044          * mapping of pages.
1045          */
1046 #define SYSMAP(c, p, v, n)      \
1047         v = (c)va; va += ((n)*PAGE_SIZE); p = pte; pte += (n);
1048
1049         va = virtual_avail;
1050         pte = vtopte(va);
1051
1052         /*
1053          * Crashdump maps.  The first page is reused as CMAP1 for the
1054          * memory test.
1055          */
1056         SYSMAP(caddr_t, CMAP1, crashdumpmap, MAXDUMPPGS)
1057         CADDR1 = crashdumpmap;
1058
1059         virtual_avail = va;
1060
1061         /*
1062          * Initialize the PAT MSR.
1063          * pmap_init_pat() clears and sets CR4_PGE, which, as a
1064          * side-effect, invalidates stale PG_G TLB entries that might
1065          * have been created in our pre-boot environment.
1066          */
1067         pmap_init_pat();
1068
1069         /* Initialize TLB Context Id. */
1070         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.pcid_enabled", &pmap_pcid_enabled);
1071         if ((cpu_feature2 & CPUID2_PCID) != 0 && pmap_pcid_enabled) {
1072                 /* Check for INVPCID support */
1073                 invpcid_works = (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_INVPCID)
1074                     != 0;
1075                 for (i = 0; i < MAXCPU; i++) {
1076                         kernel_pmap->pm_pcids[i].pm_pcid = PMAP_PCID_KERN;
1077                         kernel_pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 1;
1078                 }
1079                 PCPU_SET(pcid_next, PMAP_PCID_KERN + 1);
1080                 PCPU_SET(pcid_gen, 1);
1081                 /*
1082                  * pcpu area for APs is zeroed during AP startup.
1083                  * pc_pcid_next and pc_pcid_gen are initialized by AP
1084                  * during pcpu setup.
1085                  */
1086                 load_cr4(rcr4() | CR4_PCIDE);
1087         } else {
1088                 pmap_pcid_enabled = 0;
1089         }
1090 }
1091
1092 /*
1093  * Setup the PAT MSR.
1094  */
1095 void
1096 pmap_init_pat(void)
1097 {
1098         int pat_table[PAT_INDEX_SIZE];
1099         uint64_t pat_msr;
1100         u_long cr0, cr4;
1101         int i;
1102
1103         /* Bail if this CPU doesn't implement PAT. */
1104         if ((cpu_feature & CPUID_PAT) == 0)
1105                 panic("no PAT??");
1106
1107         /* Set default PAT index table. */
1108         for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
1109                 pat_table[i] = -1;
1110         pat_table[PAT_WRITE_BACK] = 0;
1111         pat_table[PAT_WRITE_THROUGH] = 1;
1112         pat_table[PAT_UNCACHEABLE] = 3;
1113         pat_table[PAT_WRITE_COMBINING] = 3;
1114         pat_table[PAT_WRITE_PROTECTED] = 3;
1115         pat_table[PAT_UNCACHED] = 3;
1116
1117         /* Initialize default PAT entries. */
1118         pat_msr = PAT_VALUE(0, PAT_WRITE_BACK) |
1119             PAT_VALUE(1, PAT_WRITE_THROUGH) |
1120             PAT_VALUE(2, PAT_UNCACHED) |
1121             PAT_VALUE(3, PAT_UNCACHEABLE) |
1122             PAT_VALUE(4, PAT_WRITE_BACK) |
1123             PAT_VALUE(5, PAT_WRITE_THROUGH) |
1124             PAT_VALUE(6, PAT_UNCACHED) |
1125             PAT_VALUE(7, PAT_UNCACHEABLE);
1126
1127         if (pat_works) {
1128                 /*
1129                  * Leave the indices 0-3 at the default of WB, WT, UC-, and UC.
1130                  * Program 5 and 6 as WP and WC.
1131                  * Leave 4 and 7 as WB and UC.
1132                  */
1133                 pat_msr &= ~(PAT_MASK(5) | PAT_MASK(6));
1134                 pat_msr |= PAT_VALUE(5, PAT_WRITE_PROTECTED) |
1135                     PAT_VALUE(6, PAT_WRITE_COMBINING);
1136                 pat_table[PAT_UNCACHED] = 2;
1137                 pat_table[PAT_WRITE_PROTECTED] = 5;
1138                 pat_table[PAT_WRITE_COMBINING] = 6;
1139         } else {
1140                 /*
1141                  * Just replace PAT Index 2 with WC instead of UC-.
1142                  */
1143                 pat_msr &= ~PAT_MASK(2);
1144                 pat_msr |= PAT_VALUE(2, PAT_WRITE_COMBINING);
1145                 pat_table[PAT_WRITE_COMBINING] = 2;
1146         }
1147
1148         /* Disable PGE. */
1149         cr4 = rcr4();
1150         load_cr4(cr4 & ~CR4_PGE);
1151
1152         /* Disable caches (CD = 1, NW = 0). */
1153         cr0 = rcr0();
1154         load_cr0((cr0 & ~CR0_NW) | CR0_CD);
1155
1156         /* Flushes caches and TLBs. */
1157         wbinvd();
1158         invltlb();
1159
1160         /* Update PAT and index table. */
1161         wrmsr(MSR_PAT, pat_msr);
1162         for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
1163                 pat_index[i] = pat_table[i];
1164
1165         /* Flush caches and TLBs again. */
1166         wbinvd();
1167         invltlb();
1168
1169         /* Restore caches and PGE. */
1170         load_cr0(cr0);
1171         load_cr4(cr4);
1172 }
1173
1174 /*
1175  *      Initialize a vm_page's machine-dependent fields.
1176  */
1177 void
1178 pmap_page_init(vm_page_t m)
1179 {
1180
1181         TAILQ_INIT(&m->md.pv_list);
1182         m->md.pat_mode = PAT_WRITE_BACK;
1183 }
1184
1185 /*
1186  *      Initialize the pmap module.
1187  *      Called by vm_init, to initialize any structures that the pmap
1188  *      system needs to map virtual memory.
1189  */
1190 void
1191 pmap_init(void)
1192 {
1193         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
1194         vm_page_t mpte;
1195         vm_size_t s;
1196         int error, i, pv_npg;
1197
1198         /*
1199          * Initialize the vm page array entries for the kernel pmap's
1200          * page table pages.
1201          */ 
1202         for (i = 0; i < nkpt; i++) {
1203                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(KPTphys + (i << PAGE_SHIFT));
1204                 KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
1205                     mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
1206                     ("pmap_init: page table page is out of range"));
1207                 mpte->pindex = pmap_pde_pindex(KERNBASE) + i;
1208                 mpte->phys_addr = KPTphys + (i << PAGE_SHIFT);
1209         }
1210
1211         /*
1212          * If the kernel is running on a virtual machine, then it must assume
1213          * that MCA is enabled by the hypervisor.  Moreover, the kernel must
1214          * be prepared for the hypervisor changing the vendor and family that
1215          * are reported by CPUID.  Consequently, the workaround for AMD Family
1216          * 10h Erratum 383 is enabled if the processor's feature set does not
1217          * include at least one feature that is only supported by older Intel
1218          * or newer AMD processors.
1219          */
1220         if (vm_guest != VM_GUEST_NO && (cpu_feature & CPUID_SS) == 0 &&
1221             (cpu_feature2 & (CPUID2_SSSE3 | CPUID2_SSE41 | CPUID2_AESNI |
1222             CPUID2_AVX | CPUID2_XSAVE)) == 0 && (amd_feature2 & (AMDID2_XOP |
1223             AMDID2_FMA4)) == 0)
1224                 workaround_erratum383 = 1;
1225
1226         /*
1227          * Are large page mappings enabled?
1228          */
1229         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.pg_ps_enabled", &pg_ps_enabled);
1230         if (pg_ps_enabled) {
1231                 KASSERT(MAXPAGESIZES > 1 && pagesizes[1] == 0,
1232                     ("pmap_init: can't assign to pagesizes[1]"));
1233                 pagesizes[1] = NBPDR;
1234         }
1235
1236         /*
1237          * Initialize the pv chunk list mutex.
1238          */
1239         mtx_init(&pv_chunks_mutex, "pmap pv chunk list", NULL, MTX_DEF);
1240
1241         /*
1242          * Initialize the pool of pv list locks.
1243          */
1244         for (i = 0; i < NPV_LIST_LOCKS; i++)
1245                 rw_init(&pv_list_locks[i], "pmap pv list");
1246
1247         /*
1248          * Calculate the size of the pv head table for superpages.
1249          */
1250         pv_npg = howmany(vm_phys_segs[vm_phys_nsegs - 1].end, NBPDR);
1251
1252         /*
1253          * Allocate memory for the pv head table for superpages.
1254          */
1255         s = (vm_size_t)(pv_npg * sizeof(struct md_page));
1256         s = round_page(s);
1257         pv_table = (struct md_page *)kmem_malloc(kernel_arena, s,
1258             M_WAITOK | M_ZERO);
1259         for (i = 0; i < pv_npg; i++)
1260                 TAILQ_INIT(&pv_table[i].pv_list);
1261         TAILQ_INIT(&pv_dummy.pv_list);
1262
1263         pmap_initialized = 1;
1264         for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
1265                 ppim = pmap_preinit_mapping + i;
1266                 if (ppim->va == 0)
1267                         continue;
1268                 /* Make the direct map consistent */
1269                 if (ppim->pa < dmaplimit && ppim->pa + ppim->sz < dmaplimit) {
1270                         (void)pmap_change_attr(PHYS_TO_DMAP(ppim->pa),
1271                             ppim->sz, ppim->mode);
1272                 }
1273                 if (!bootverbose)
1274                         continue;
1275                 printf("PPIM %u: PA=%#lx, VA=%#lx, size=%#lx, mode=%#x\n", i,
1276                     ppim->pa, ppim->va, ppim->sz, ppim->mode);
1277         }
1278
1279         mtx_init(&qframe_mtx, "qfrmlk", NULL, MTX_SPIN);
1280         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE, M_BESTFIT | M_WAITOK,
1281             (vmem_addr_t *)&qframe);
1282         if (error != 0)
1283                 panic("qframe allocation failed");
1284 }
1285
1286 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, pde, CTLFLAG_RD, 0,
1287     "2MB page mapping counters");
1288
1289 static u_long pmap_pde_demotions;
1290 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
1291     &pmap_pde_demotions, 0, "2MB page demotions");
1292
1293 static u_long pmap_pde_mappings;
1294 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, mappings, CTLFLAG_RD,
1295     &pmap_pde_mappings, 0, "2MB page mappings");
1296
1297 static u_long pmap_pde_p_failures;
1298 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, p_failures, CTLFLAG_RD,
1299     &pmap_pde_p_failures, 0, "2MB page promotion failures");
1300
1301 static u_long pmap_pde_promotions;
1302 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, promotions, CTLFLAG_RD,
1303     &pmap_pde_promotions, 0, "2MB page promotions");
1304
1305 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, pdpe, CTLFLAG_RD, 0,
1306     "1GB page mapping counters");
1307
1308 static u_long pmap_pdpe_demotions;
1309 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pdpe, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
1310     &pmap_pdpe_demotions, 0, "1GB page demotions");
1311
1312 /***************************************************
1313  * Low level helper routines.....
1314  ***************************************************/
1315
1316 static pt_entry_t
1317 pmap_swap_pat(pmap_t pmap, pt_entry_t entry)
1318 {
1319         int x86_pat_bits = X86_PG_PTE_PAT | X86_PG_PDE_PAT;
1320
1321         switch (pmap->pm_type) {
1322         case PT_X86:
1323         case PT_RVI:
1324                 /* Verify that both PAT bits are not set at the same time */
1325                 KASSERT((entry & x86_pat_bits) != x86_pat_bits,
1326                     ("Invalid PAT bits in entry %#lx", entry));
1327
1328                 /* Swap the PAT bits if one of them is set */
1329                 if ((entry & x86_pat_bits) != 0)
1330                         entry ^= x86_pat_bits;
1331                 break;
1332         case PT_EPT:
1333                 /*
1334                  * Nothing to do - the memory attributes are represented
1335                  * the same way for regular pages and superpages.
1336                  */
1337                 break;
1338         default:
1339                 panic("pmap_switch_pat_bits: bad pm_type %d", pmap->pm_type);
1340         }
1341
1342         return (entry);
1343 }
1344
1345 /*
1346  * Determine the appropriate bits to set in a PTE or PDE for a specified
1347  * caching mode.
1348  */
1349 int
1350 pmap_cache_bits(pmap_t pmap, int mode, boolean_t is_pde)
1351 {
1352         int cache_bits, pat_flag, pat_idx;
1353
1354         if (mode < 0 || mode >= PAT_INDEX_SIZE || pat_index[mode] < 0)
1355                 panic("Unknown caching mode %d\n", mode);
1356
1357         switch (pmap->pm_type) {
1358         case PT_X86:
1359         case PT_RVI:
1360                 /* The PAT bit is different for PTE's and PDE's. */
1361                 pat_flag = is_pde ? X86_PG_PDE_PAT : X86_PG_PTE_PAT;
1362
1363                 /* Map the caching mode to a PAT index. */
1364                 pat_idx = pat_index[mode];
1365
1366                 /* Map the 3-bit index value into the PAT, PCD, and PWT bits. */
1367                 cache_bits = 0;
1368                 if (pat_idx & 0x4)
1369                         cache_bits |= pat_flag;
1370                 if (pat_idx & 0x2)
1371                         cache_bits |= PG_NC_PCD;
1372                 if (pat_idx & 0x1)
1373                         cache_bits |= PG_NC_PWT;
1374                 break;
1375
1376         case PT_EPT:
1377                 cache_bits = EPT_PG_IGNORE_PAT | EPT_PG_MEMORY_TYPE(mode);
1378                 break;
1379
1380         default:
1381                 panic("unsupported pmap type %d", pmap->pm_type);
1382         }
1383
1384         return (cache_bits);
1385 }
1386
1387 static int
1388 pmap_cache_mask(pmap_t pmap, boolean_t is_pde)
1389 {
1390         int mask;
1391
1392         switch (pmap->pm_type) {
1393         case PT_X86:
1394         case PT_RVI:
1395                 mask = is_pde ? X86_PG_PDE_CACHE : X86_PG_PTE_CACHE;
1396                 break;
1397         case PT_EPT:
1398                 mask = EPT_PG_IGNORE_PAT | EPT_PG_MEMORY_TYPE(0x7);
1399                 break;
1400         default:
1401                 panic("pmap_cache_mask: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
1402         }
1403
1404         return (mask);
1405 }
1406
1407 bool
1408 pmap_ps_enabled(pmap_t pmap)
1409 {
1410
1411         return (pg_ps_enabled && (pmap->pm_flags & PMAP_PDE_SUPERPAGE) != 0);
1412 }
1413
1414 static void
1415 pmap_update_pde_store(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
1416 {
1417
1418         switch (pmap->pm_type) {
1419         case PT_X86:
1420                 break;
1421         case PT_RVI:
1422         case PT_EPT:
1423                 /*
1424                  * XXX
1425                  * This is a little bogus since the generation number is
1426                  * supposed to be bumped up when a region of the address
1427                  * space is invalidated in the page tables.
1428                  *
1429                  * In this case the old PDE entry is valid but yet we want
1430                  * to make sure that any mappings using the old entry are
1431                  * invalidated in the TLB.
1432                  *
1433                  * The reason this works as expected is because we rendezvous
1434                  * "all" host cpus and force any vcpu context to exit as a
1435                  * side-effect.
1436                  */
1437                 atomic_add_acq_long(&pmap->pm_eptgen, 1);
1438                 break;
1439         default:
1440                 panic("pmap_update_pde_store: bad pm_type %d", pmap->pm_type);
1441         }
1442         pde_store(pde, newpde);
1443 }
1444
1445 /*
1446  * After changing the page size for the specified virtual address in the page
1447  * table, flush the corresponding entries from the processor's TLB.  Only the
1448  * calling processor's TLB is affected.
1449  *
1450  * The calling thread must be pinned to a processor.
1451  */
1452 static void
1453 pmap_update_pde_invalidate(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t newpde)
1454 {
1455         pt_entry_t PG_G;
1456
1457         if (pmap_type_guest(pmap))
1458                 return;
1459
1460         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
1461             ("pmap_update_pde_invalidate: invalid type %d", pmap->pm_type));
1462
1463         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
1464
1465         if ((newpde & PG_PS) == 0)
1466                 /* Demotion: flush a specific 2MB page mapping. */
1467                 invlpg(va);
1468         else if ((newpde & PG_G) == 0)
1469                 /*
1470                  * Promotion: flush every 4KB page mapping from the TLB
1471                  * because there are too many to flush individually.
1472                  */
1473                 invltlb();
1474         else {
1475                 /*
1476                  * Promotion: flush every 4KB page mapping from the TLB,
1477                  * including any global (PG_G) mappings.
1478                  */
1479                 invltlb_glob();
1480         }
1481 }
1482 #ifdef SMP
1483
1484 /*
1485  * For SMP, these functions have to use the IPI mechanism for coherence.
1486  *
1487  * N.B.: Before calling any of the following TLB invalidation functions,
1488  * the calling processor must ensure that all stores updating a non-
1489  * kernel page table are globally performed.  Otherwise, another
1490  * processor could cache an old, pre-update entry without being
1491  * invalidated.  This can happen one of two ways: (1) The pmap becomes
1492  * active on another processor after its pm_active field is checked by
1493  * one of the following functions but before a store updating the page
1494  * table is globally performed. (2) The pmap becomes active on another
1495  * processor before its pm_active field is checked but due to
1496  * speculative loads one of the following functions stills reads the
1497  * pmap as inactive on the other processor.
1498  * 
1499  * The kernel page table is exempt because its pm_active field is
1500  * immutable.  The kernel page table is always active on every
1501  * processor.
1502  */
1503
1504 /*
1505  * Interrupt the cpus that are executing in the guest context.
1506  * This will force the vcpu to exit and the cached EPT mappings
1507  * will be invalidated by the host before the next vmresume.
1508  */
1509 static __inline void
1510 pmap_invalidate_ept(pmap_t pmap)
1511 {
1512         int ipinum;
1513
1514         sched_pin();
1515         KASSERT(!CPU_ISSET(curcpu, &pmap->pm_active),
1516             ("pmap_invalidate_ept: absurd pm_active"));
1517
1518         /*
1519          * The TLB mappings associated with a vcpu context are not
1520          * flushed each time a different vcpu is chosen to execute.
1521          *
1522          * This is in contrast with a process's vtop mappings that
1523          * are flushed from the TLB on each context switch.
1524          *
1525          * Therefore we need to do more than just a TLB shootdown on
1526          * the active cpus in 'pmap->pm_active'. To do this we keep
1527          * track of the number of invalidations performed on this pmap.
1528          *
1529          * Each vcpu keeps a cache of this counter and compares it
1530          * just before a vmresume. If the counter is out-of-date an
1531          * invept will be done to flush stale mappings from the TLB.
1532          */
1533         atomic_add_acq_long(&pmap->pm_eptgen, 1);
1534
1535         /*
1536          * Force the vcpu to exit and trap back into the hypervisor.
1537          */
1538         ipinum = pmap->pm_flags & PMAP_NESTED_IPIMASK;
1539         ipi_selected(pmap->pm_active, ipinum);
1540         sched_unpin();
1541 }
1542
1543 void
1544 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1545 {
1546         cpuset_t *mask;
1547         u_int cpuid, i;
1548
1549         if (pmap_type_guest(pmap)) {
1550                 pmap_invalidate_ept(pmap);
1551                 return;
1552         }
1553
1554         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
1555             ("pmap_invalidate_page: invalid type %d", pmap->pm_type));
1556
1557         sched_pin();
1558         if (pmap == kernel_pmap) {
1559                 invlpg(va);
1560                 mask = &all_cpus;
1561         } else {
1562                 cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1563                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap))
1564                         invlpg(va);
1565                 else if (pmap_pcid_enabled)
1566                         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = 0;
1567                 if (pmap_pcid_enabled) {
1568                         CPU_FOREACH(i) {
1569                                 if (cpuid != i)
1570                                         pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
1571                         }
1572                 }
1573                 mask = &pmap->pm_active;
1574         }
1575         smp_masked_invlpg(*mask, va);
1576         sched_unpin();
1577 }
1578
1579 /* 4k PTEs -- Chosen to exceed the total size of Broadwell L2 TLB */
1580 #define PMAP_INVLPG_THRESHOLD   (4 * 1024 * PAGE_SIZE)
1581
1582 void
1583 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
1584 {
1585         cpuset_t *mask;
1586         vm_offset_t addr;
1587         u_int cpuid, i;
1588
1589         if (eva - sva >= PMAP_INVLPG_THRESHOLD) {
1590                 pmap_invalidate_all(pmap);
1591                 return;
1592         }
1593
1594         if (pmap_type_guest(pmap)) {
1595                 pmap_invalidate_ept(pmap);
1596                 return;
1597         }
1598
1599         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
1600             ("pmap_invalidate_range: invalid type %d", pmap->pm_type));
1601
1602         sched_pin();
1603         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1604         if (pmap == kernel_pmap) {
1605                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
1606                         invlpg(addr);
1607                 mask = &all_cpus;
1608         } else {
1609                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
1610                         for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
1611                                 invlpg(addr);
1612                 } else if (pmap_pcid_enabled) {
1613                         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = 0;
1614                 }
1615                 if (pmap_pcid_enabled) {
1616                         CPU_FOREACH(i) {
1617                                 if (cpuid != i)
1618                                         pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
1619                         }
1620                 }
1621                 mask = &pmap->pm_active;
1622         }
1623         smp_masked_invlpg_range(*mask, sva, eva);
1624         sched_unpin();
1625 }
1626
1627 void
1628 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
1629 {
1630         cpuset_t *mask;
1631         struct invpcid_descr d;
1632         u_int cpuid, i;
1633
1634         if (pmap_type_guest(pmap)) {
1635                 pmap_invalidate_ept(pmap);
1636                 return;
1637         }
1638
1639         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
1640             ("pmap_invalidate_all: invalid type %d", pmap->pm_type));
1641
1642         sched_pin();
1643         if (pmap == kernel_pmap) {
1644                 if (pmap_pcid_enabled && invpcid_works) {
1645                         bzero(&d, sizeof(d));
1646                         invpcid(&d, INVPCID_CTXGLOB);
1647                 } else {
1648                         invltlb_glob();
1649                 }
1650                 mask = &all_cpus;
1651         } else {
1652                 cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1653                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
1654                         if (pmap_pcid_enabled) {
1655                                 if (invpcid_works) {
1656                                         d.pcid = pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
1657                                         d.pad = 0;
1658                                         d.addr = 0;
1659                                         invpcid(&d, INVPCID_CTX);
1660                                 } else {
1661                                         load_cr3(pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids
1662                                             [PCPU_GET(cpuid)].pm_pcid);
1663                                 }
1664                         } else {
1665                                 invltlb();
1666                         }
1667                 } else if (pmap_pcid_enabled) {
1668                         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = 0;
1669                 }
1670                 if (pmap_pcid_enabled) {
1671                         CPU_FOREACH(i) {
1672                                 if (cpuid != i)
1673                                         pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
1674                         }
1675                 }
1676                 mask = &pmap->pm_active;
1677         }
1678         smp_masked_invltlb(*mask, pmap);
1679         sched_unpin();
1680 }
1681
1682 void
1683 pmap_invalidate_cache(void)
1684 {
1685
1686         sched_pin();
1687         wbinvd();
1688         smp_cache_flush();
1689         sched_unpin();
1690 }
1691
1692 struct pde_action {
1693         cpuset_t invalidate;    /* processors that invalidate their TLB */
1694         pmap_t pmap;
1695         vm_offset_t va;
1696         pd_entry_t *pde;
1697         pd_entry_t newpde;
1698         u_int store;            /* processor that updates the PDE */
1699 };
1700
1701 static void
1702 pmap_update_pde_action(void *arg)
1703 {
1704         struct pde_action *act = arg;
1705
1706         if (act->store == PCPU_GET(cpuid))
1707                 pmap_update_pde_store(act->pmap, act->pde, act->newpde);
1708 }
1709
1710 static void
1711 pmap_update_pde_teardown(void *arg)
1712 {
1713         struct pde_action *act = arg;
1714
1715         if (CPU_ISSET(PCPU_GET(cpuid), &act->invalidate))
1716                 pmap_update_pde_invalidate(act->pmap, act->va, act->newpde);
1717 }
1718
1719 /*
1720  * Change the page size for the specified virtual address in a way that
1721  * prevents any possibility of the TLB ever having two entries that map the
1722  * same virtual address using different page sizes.  This is the recommended
1723  * workaround for Erratum 383 on AMD Family 10h processors.  It prevents a
1724  * machine check exception for a TLB state that is improperly diagnosed as a
1725  * hardware error.
1726  */
1727 static void
1728 pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
1729 {
1730         struct pde_action act;
1731         cpuset_t active, other_cpus;
1732         u_int cpuid;
1733
1734         sched_pin();
1735         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1736         other_cpus = all_cpus;
1737         CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
1738         if (pmap == kernel_pmap || pmap_type_guest(pmap)) 
1739                 active = all_cpus;
1740         else {
1741                 active = pmap->pm_active;
1742         }
1743         if (CPU_OVERLAP(&active, &other_cpus)) { 
1744                 act.store = cpuid;
1745                 act.invalidate = active;
1746                 act.va = va;
1747                 act.pmap = pmap;
1748                 act.pde = pde;
1749                 act.newpde = newpde;
1750                 CPU_SET(cpuid, &active);
1751                 smp_rendezvous_cpus(active,
1752                     smp_no_rendezvous_barrier, pmap_update_pde_action,
1753                     pmap_update_pde_teardown, &act);
1754         } else {
1755                 pmap_update_pde_store(pmap, pde, newpde);
1756                 if (CPU_ISSET(cpuid, &active))
1757                         pmap_update_pde_invalidate(pmap, va, newpde);
1758         }
1759         sched_unpin();
1760 }
1761 #else /* !SMP */
1762 /*
1763  * Normal, non-SMP, invalidation functions.
1764  */
1765 void
1766 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1767 {
1768
1769         if (pmap->pm_type == PT_RVI || pmap->pm_type == PT_EPT) {
1770                 pmap->pm_eptgen++;
1771                 return;
1772         }
1773         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
1774             ("pmap_invalidate_range: unknown type %d", pmap->pm_type));
1775
1776         if (pmap == kernel_pmap || pmap == PCPU_GET(curpmap))
1777                 invlpg(va);
1778         else if (pmap_pcid_enabled)
1779                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
1780 }
1781
1782 void
1783 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
1784 {
1785         vm_offset_t addr;
1786
1787         if (pmap->pm_type == PT_RVI || pmap->pm_type == PT_EPT) {
1788                 pmap->pm_eptgen++;
1789                 return;
1790         }
1791         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
1792             ("pmap_invalidate_range: unknown type %d", pmap->pm_type));
1793
1794         if (pmap == kernel_pmap || pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
1795                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
1796                         invlpg(addr);
1797         } else if (pmap_pcid_enabled) {
1798                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
1799         }
1800 }
1801
1802 void
1803 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
1804 {
1805         struct invpcid_descr d;
1806
1807         if (pmap->pm_type == PT_RVI || pmap->pm_type == PT_EPT) {
1808                 pmap->pm_eptgen++;
1809                 return;
1810         }
1811         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
1812             ("pmap_invalidate_all: unknown type %d", pmap->pm_type));
1813
1814         if (pmap == kernel_pmap) {
1815                 if (pmap_pcid_enabled && invpcid_works) {
1816                         bzero(&d, sizeof(d));
1817                         invpcid(&d, INVPCID_CTXGLOB);
1818                 } else {
1819                         invltlb_glob();
1820                 }
1821         } else if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
1822                 if (pmap_pcid_enabled) {
1823                         if (invpcid_works) {
1824                                 d.pcid = pmap->pm_pcids[0].pm_pcid;
1825                                 d.pad = 0;
1826                                 d.addr = 0;
1827                                 invpcid(&d, INVPCID_CTX);
1828                         } else {
1829                                 load_cr3(pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[0].
1830                                     pm_pcid);
1831                         }
1832                 } else {
1833                         invltlb();
1834                 }
1835         } else if (pmap_pcid_enabled) {
1836                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
1837         }
1838 }
1839
1840 PMAP_INLINE void
1841 pmap_invalidate_cache(void)
1842 {
1843
1844         wbinvd();
1845 }
1846
1847 static void
1848 pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
1849 {
1850
1851         pmap_update_pde_store(pmap, pde, newpde);
1852         if (pmap == kernel_pmap || pmap == PCPU_GET(curpmap))
1853                 pmap_update_pde_invalidate(pmap, va, newpde);
1854         else
1855                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
1856 }
1857 #endif /* !SMP */
1858
1859 static void
1860 pmap_invalidate_pde_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde)
1861 {
1862
1863         /*
1864          * When the PDE has PG_PROMOTED set, the 2MB page mapping was created
1865          * by a promotion that did not invalidate the 512 4KB page mappings
1866          * that might exist in the TLB.  Consequently, at this point, the TLB
1867          * may hold both 4KB and 2MB page mappings for the address range [va,
1868          * va + NBPDR).  Therefore, the entire range must be invalidated here.
1869          * In contrast, when PG_PROMOTED is clear, the TLB will not hold any
1870          * 4KB page mappings for the address range [va, va + NBPDR), and so a
1871          * single INVLPG suffices to invalidate the 2MB page mapping from the
1872          * TLB.
1873          */
1874         if ((pde & PG_PROMOTED) != 0)
1875                 pmap_invalidate_range(pmap, va, va + NBPDR - 1);
1876         else
1877                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
1878 }
1879
1880 #define PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD   (2 * 1024 * 1024)
1881
1882 void
1883 pmap_invalidate_cache_range(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, boolean_t force)
1884 {
1885
1886         if (force) {
1887                 sva &= ~(vm_offset_t)(cpu_clflush_line_size - 1);
1888         } else {
1889                 KASSERT((sva & PAGE_MASK) == 0,
1890                     ("pmap_invalidate_cache_range: sva not page-aligned"));
1891                 KASSERT((eva & PAGE_MASK) == 0,
1892                     ("pmap_invalidate_cache_range: eva not page-aligned"));
1893         }
1894
1895         if ((cpu_feature & CPUID_SS) != 0 && !force)
1896                 ; /* If "Self Snoop" is supported and allowed, do nothing. */
1897         else if ((cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT) != 0 &&
1898             eva - sva < PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD) {
1899                 /*
1900                  * XXX: Some CPUs fault, hang, or trash the local APIC
1901                  * registers if we use CLFLUSH on the local APIC
1902                  * range.  The local APIC is always uncached, so we
1903                  * don't need to flush for that range anyway.
1904                  */
1905                 if (pmap_kextract(sva) == lapic_paddr)
1906                         return;
1907
1908                 /*
1909                  * Otherwise, do per-cache line flush.  Use the sfence
1910                  * instruction to insure that previous stores are
1911                  * included in the write-back.  The processor
1912                  * propagates flush to other processors in the cache
1913                  * coherence domain.
1914                  */
1915                 sfence();
1916                 for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size)
1917                         clflushopt(sva);
1918                 sfence();
1919         } else if ((cpu_feature & CPUID_CLFSH) != 0 &&
1920             eva - sva < PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD) {
1921                 if (pmap_kextract(sva) == lapic_paddr)
1922                         return;
1923                 /*
1924                  * Writes are ordered by CLFLUSH on Intel CPUs.
1925                  */
1926                 if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
1927                         mfence();
1928                 for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size)
1929                         clflush(sva);
1930                 if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
1931                         mfence();
1932         } else {
1933
1934                 /*
1935                  * No targeted cache flush methods are supported by CPU,
1936                  * or the supplied range is bigger than 2MB.
1937                  * Globally invalidate cache.
1938                  */
1939                 pmap_invalidate_cache();
1940         }
1941 }
1942
1943 /*
1944  * Remove the specified set of pages from the data and instruction caches.
1945  *
1946  * In contrast to pmap_invalidate_cache_range(), this function does not
1947  * rely on the CPU's self-snoop feature, because it is intended for use
1948  * when moving pages into a different cache domain.
1949  */
1950 void
1951 pmap_invalidate_cache_pages(vm_page_t *pages, int count)
1952 {
1953         vm_offset_t daddr, eva;
1954         int i;
1955         bool useclflushopt;
1956
1957         useclflushopt = (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT) != 0;
1958         if (count >= PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD / PAGE_SIZE ||
1959             ((cpu_feature & CPUID_CLFSH) == 0 && !useclflushopt))
1960                 pmap_invalidate_cache();
1961         else {
1962                 if (useclflushopt)
1963                         sfence();
1964                 else if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
1965                         mfence();
1966                 for (i = 0; i < count; i++) {
1967                         daddr = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pages[i]));
1968                         eva = daddr + PAGE_SIZE;
1969                         for (; daddr < eva; daddr += cpu_clflush_line_size) {
1970                                 if (useclflushopt)
1971                                         clflushopt(daddr);
1972                                 else
1973                                         clflush(daddr);
1974                         }
1975                 }
1976                 if (useclflushopt)
1977                         sfence();
1978                 else if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
1979                         mfence();
1980         }
1981 }
1982
1983 /*
1984  *      Routine:        pmap_extract
1985  *      Function:
1986  *              Extract the physical page address associated
1987  *              with the given map/virtual_address pair.
1988  */
1989 vm_paddr_t 
1990 pmap_extract(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1991 {
1992         pdp_entry_t *pdpe;
1993         pd_entry_t *pde;
1994         pt_entry_t *pte, PG_V;
1995         vm_paddr_t pa;
1996
1997         pa = 0;
1998         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
1999         PMAP_LOCK(pmap);
2000         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
2001         if (pdpe != NULL && (*pdpe & PG_V) != 0) {
2002                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0)
2003                         pa = (*pdpe & PG_PS_FRAME) | (va & PDPMASK);
2004                 else {
2005                         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
2006                         if ((*pde & PG_V) != 0) {
2007                                 if ((*pde & PG_PS) != 0) {
2008                                         pa = (*pde & PG_PS_FRAME) |
2009                                             (va & PDRMASK);
2010                                 } else {
2011                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
2012                                         pa = (*pte & PG_FRAME) |
2013                                             (va & PAGE_MASK);
2014                                 }
2015                         }
2016                 }
2017         }
2018         PMAP_UNLOCK(pmap);
2019         return (pa);
2020 }
2021
2022 /*
2023  *      Routine:        pmap_extract_and_hold
2024  *      Function:
2025  *              Atomically extract and hold the physical page
2026  *              with the given pmap and virtual address pair
2027  *              if that mapping permits the given protection.
2028  */
2029 vm_page_t
2030 pmap_extract_and_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_prot_t prot)
2031 {
2032         pd_entry_t pde, *pdep;
2033         pt_entry_t pte, PG_RW, PG_V;
2034         vm_paddr_t pa;
2035         vm_page_t m;
2036
2037         pa = 0;
2038         m = NULL;
2039         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
2040         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
2041         PMAP_LOCK(pmap);
2042 retry:
2043         pdep = pmap_pde(pmap, va);
2044         if (pdep != NULL && (pde = *pdep)) {
2045                 if (pde & PG_PS) {
2046                         if ((pde & PG_RW) || (prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
2047                                 if (vm_page_pa_tryrelock(pmap, (pde &
2048                                     PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK), &pa))
2049                                         goto retry;
2050                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE((pde & PG_PS_FRAME) |
2051                                     (va & PDRMASK));
2052                                 vm_page_hold(m);
2053                         }
2054                 } else {
2055                         pte = *pmap_pde_to_pte(pdep, va);
2056                         if ((pte & PG_V) &&
2057                             ((pte & PG_RW) || (prot & VM_PROT_WRITE) == 0)) {
2058                                 if (vm_page_pa_tryrelock(pmap, pte & PG_FRAME,
2059                                     &pa))
2060                                         goto retry;
2061                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pte & PG_FRAME);
2062                                 vm_page_hold(m);
2063                         }
2064                 }
2065         }
2066         PA_UNLOCK_COND(pa);
2067         PMAP_UNLOCK(pmap);
2068         return (m);
2069 }
2070
2071 vm_paddr_t
2072 pmap_kextract(vm_offset_t va)
2073 {
2074         pd_entry_t pde;
2075         vm_paddr_t pa;
2076
2077         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS) {
2078                 pa = DMAP_TO_PHYS(va);
2079         } else {
2080                 pde = *vtopde(va);
2081                 if (pde & PG_PS) {
2082                         pa = (pde & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK);
2083                 } else {
2084                         /*
2085                          * Beware of a concurrent promotion that changes the
2086                          * PDE at this point!  For example, vtopte() must not
2087                          * be used to access the PTE because it would use the
2088                          * new PDE.  It is, however, safe to use the old PDE
2089                          * because the page table page is preserved by the
2090                          * promotion.
2091                          */
2092                         pa = *pmap_pde_to_pte(&pde, va);
2093                         pa = (pa & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK);
2094                 }
2095         }
2096         return (pa);
2097 }
2098
2099 /***************************************************
2100  * Low level mapping routines.....
2101  ***************************************************/
2102
2103 /*
2104  * Add a wired page to the kva.
2105  * Note: not SMP coherent.
2106  */
2107 PMAP_INLINE void 
2108 pmap_kenter(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
2109 {
2110         pt_entry_t *pte;
2111
2112         pte = vtopte(va);
2113         pte_store(pte, pa | X86_PG_RW | X86_PG_V | X86_PG_G);
2114 }
2115
2116 static __inline void
2117 pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode)
2118 {
2119         pt_entry_t *pte;
2120         int cache_bits;
2121
2122         pte = vtopte(va);
2123         cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, 0);
2124         pte_store(pte, pa | X86_PG_RW | X86_PG_V | X86_PG_G | cache_bits);
2125 }
2126
2127 /*
2128  * Remove a page from the kernel pagetables.
2129  * Note: not SMP coherent.
2130  */
2131 PMAP_INLINE void
2132 pmap_kremove(vm_offset_t va)
2133 {
2134         pt_entry_t *pte;
2135
2136         pte = vtopte(va);
2137         pte_clear(pte);
2138 }
2139
2140 /*
2141  *      Used to map a range of physical addresses into kernel
2142  *      virtual address space.
2143  *
2144  *      The value passed in '*virt' is a suggested virtual address for
2145  *      the mapping. Architectures which can support a direct-mapped
2146  *      physical to virtual region can return the appropriate address
2147  *      within that region, leaving '*virt' unchanged. Other
2148  *      architectures should map the pages starting at '*virt' and
2149  *      update '*virt' with the first usable address after the mapped
2150  *      region.
2151  */
2152 vm_offset_t
2153 pmap_map(vm_offset_t *virt, vm_paddr_t start, vm_paddr_t end, int prot)
2154 {
2155         return PHYS_TO_DMAP(start);
2156 }
2157
2158
2159 /*
2160  * Add a list of wired pages to the kva
2161  * this routine is only used for temporary
2162  * kernel mappings that do not need to have
2163  * page modification or references recorded.
2164  * Note that old mappings are simply written
2165  * over.  The page *must* be wired.
2166  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
2167  */
2168 void
2169 pmap_qenter(vm_offset_t sva, vm_page_t *ma, int count)
2170 {
2171         pt_entry_t *endpte, oldpte, pa, *pte;
2172         vm_page_t m;
2173         int cache_bits;
2174
2175         oldpte = 0;
2176         pte = vtopte(sva);
2177         endpte = pte + count;
2178         while (pte < endpte) {
2179                 m = *ma++;
2180                 cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap, m->md.pat_mode, 0);
2181                 pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | cache_bits;
2182                 if ((*pte & (PG_FRAME | X86_PG_PTE_CACHE)) != pa) {
2183                         oldpte |= *pte;
2184                         pte_store(pte, pa | X86_PG_G | X86_PG_RW | X86_PG_V);
2185                 }
2186                 pte++;
2187         }
2188         if (__predict_false((oldpte & X86_PG_V) != 0))
2189                 pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, sva + count *
2190                     PAGE_SIZE);
2191 }
2192
2193 /*
2194  * This routine tears out page mappings from the
2195  * kernel -- it is meant only for temporary mappings.
2196  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
2197  */
2198 void
2199 pmap_qremove(vm_offset_t sva, int count)
2200 {
2201         vm_offset_t va;
2202
2203         va = sva;
2204         while (count-- > 0) {
2205                 KASSERT(va >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS, ("usermode va %lx", va));
2206                 pmap_kremove(va);
2207                 va += PAGE_SIZE;
2208         }
2209         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
2210 }
2211
2212 /***************************************************
2213  * Page table page management routines.....
2214  ***************************************************/
2215 static __inline void
2216 pmap_free_zero_pages(struct spglist *free)
2217 {
2218         vm_page_t m;
2219         int count;
2220
2221         for (count = 0; (m = SLIST_FIRST(free)) != NULL; count++) {
2222                 SLIST_REMOVE_HEAD(free, plinks.s.ss);
2223                 /* Preserve the page's PG_ZERO setting. */
2224                 vm_page_free_toq(m);
2225         }
2226         atomic_subtract_int(&vm_cnt.v_wire_count, count);
2227 }
2228
2229 /*
2230  * Schedule the specified unused page table page to be freed.  Specifically,
2231  * add the page to the specified list of pages that will be released to the
2232  * physical memory manager after the TLB has been updated.
2233  */
2234 static __inline void
2235 pmap_add_delayed_free_list(vm_page_t m, struct spglist *free,
2236     boolean_t set_PG_ZERO)
2237 {
2238
2239         if (set_PG_ZERO)
2240                 m->flags |= PG_ZERO;
2241         else
2242                 m->flags &= ~PG_ZERO;
2243         SLIST_INSERT_HEAD(free, m, plinks.s.ss);
2244 }
2245         
2246 /*
2247  * Inserts the specified page table page into the specified pmap's collection
2248  * of idle page table pages.  Each of a pmap's page table pages is responsible
2249  * for mapping a distinct range of virtual addresses.  The pmap's collection is
2250  * ordered by this virtual address range.
2251  */
2252 static __inline int
2253 pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte)
2254 {
2255
2256         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2257         return (vm_radix_insert(&pmap->pm_root, mpte));
2258 }
2259
2260 /*
2261  * Removes the page table page mapping the specified virtual address from the
2262  * specified pmap's collection of idle page table pages, and returns it.
2263  * Otherwise, returns NULL if there is no page table page corresponding to the
2264  * specified virtual address.
2265  */
2266 static __inline vm_page_t
2267 pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2268 {
2269
2270         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2271         return (vm_radix_remove(&pmap->pm_root, pmap_pde_pindex(va)));
2272 }
2273
2274 /*
2275  * Decrements a page table page's wire count, which is used to record the
2276  * number of valid page table entries within the page.  If the wire count
2277  * drops to zero, then the page table page is unmapped.  Returns TRUE if the
2278  * page table page was unmapped and FALSE otherwise.
2279  */
2280 static inline boolean_t
2281 pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
2282 {
2283
2284         --m->wire_count;
2285         if (m->wire_count == 0) {
2286                 _pmap_unwire_ptp(pmap, va, m, free);
2287                 return (TRUE);
2288         } else
2289                 return (FALSE);
2290 }
2291
2292 static void
2293 _pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
2294 {
2295
2296         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2297         /*
2298          * unmap the page table page
2299          */
2300         if (m->pindex >= (NUPDE + NUPDPE)) {
2301                 /* PDP page */
2302                 pml4_entry_t *pml4;
2303                 pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
2304                 *pml4 = 0;
2305         } else if (m->pindex >= NUPDE) {
2306                 /* PD page */
2307                 pdp_entry_t *pdp;
2308                 pdp = pmap_pdpe(pmap, va);
2309                 *pdp = 0;
2310         } else {
2311                 /* PTE page */
2312                 pd_entry_t *pd;
2313                 pd = pmap_pde(pmap, va);
2314                 *pd = 0;
2315         }
2316         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
2317         if (m->pindex < NUPDE) {
2318                 /* We just released a PT, unhold the matching PD */
2319                 vm_page_t pdpg;
2320
2321                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pdpe(pmap, va) & PG_FRAME);
2322                 pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdpg, free);
2323         }
2324         if (m->pindex >= NUPDE && m->pindex < (NUPDE + NUPDPE)) {
2325                 /* We just released a PD, unhold the matching PDP */
2326                 vm_page_t pdppg;
2327
2328                 pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pml4e(pmap, va) & PG_FRAME);
2329                 pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdppg, free);
2330         }
2331
2332         /* 
2333          * Put page on a list so that it is released after
2334          * *ALL* TLB shootdown is done
2335          */
2336         pmap_add_delayed_free_list(m, free, TRUE);
2337 }
2338
2339 /*
2340  * After removing a page table entry, this routine is used to
2341  * conditionally free the page, and manage the hold/wire counts.
2342  */
2343 static int
2344 pmap_unuse_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t ptepde,
2345     struct spglist *free)
2346 {
2347         vm_page_t mpte;
2348
2349         if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
2350                 return (0);
2351         KASSERT(ptepde != 0, ("pmap_unuse_pt: ptepde != 0"));
2352         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(ptepde & PG_FRAME);
2353         return (pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpte, free));
2354 }
2355
2356 void
2357 pmap_pinit0(pmap_t pmap)
2358 {
2359         int i;
2360
2361         PMAP_LOCK_INIT(pmap);
2362         pmap->pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(KPML4phys);
2363         pmap->pm_cr3 = KPML4phys;
2364         pmap->pm_root.rt_root = 0;
2365         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
2366         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
2367         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
2368         pmap->pm_flags = pmap_flags;
2369         CPU_FOREACH(i) {
2370                 pmap->pm_pcids[i].pm_pcid = PMAP_PCID_NONE;
2371                 pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
2372         }
2373         PCPU_SET(curpmap, kernel_pmap);
2374         pmap_activate(curthread);
2375         CPU_FILL(&kernel_pmap->pm_active);
2376 }
2377
2378 void
2379 pmap_pinit_pml4(vm_page_t pml4pg)
2380 {
2381         pml4_entry_t *pm_pml4;
2382         int i;
2383
2384         pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg));
2385
2386         /* Wire in kernel global address entries. */
2387         for (i = 0; i < NKPML4E; i++) {
2388                 pm_pml4[KPML4BASE + i] = (KPDPphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW |
2389                     X86_PG_V | PG_U;
2390         }
2391         for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++) {
2392                 pm_pml4[DMPML4I + i] = (DMPDPphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW |
2393                     X86_PG_V | PG_U;
2394         }
2395
2396         /* install self-referential address mapping entry(s) */
2397         pm_pml4[PML4PML4I] = VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg) | X86_PG_V | X86_PG_RW |
2398             X86_PG_A | X86_PG_M;
2399 }
2400
2401 /*
2402  * Initialize a preallocated and zeroed pmap structure,
2403  * such as one in a vmspace structure.
2404  */
2405 int
2406 pmap_pinit_type(pmap_t pmap, enum pmap_type pm_type, int flags)
2407 {
2408         vm_page_t pml4pg;
2409         vm_paddr_t pml4phys;
2410         int i;
2411
2412         /*
2413          * allocate the page directory page
2414          */
2415         while ((pml4pg = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL |
2416             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO)) == NULL)
2417                 VM_WAIT;
2418
2419         pml4phys = VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg);
2420         pmap->pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pml4phys);
2421         CPU_FOREACH(i) {
2422                 pmap->pm_pcids[i].pm_pcid = PMAP_PCID_NONE;
2423                 pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
2424         }
2425         pmap->pm_cr3 = ~0;      /* initialize to an invalid value */
2426
2427         if ((pml4pg->flags & PG_ZERO) == 0)
2428                 pagezero(pmap->pm_pml4);
2429
2430         /*
2431          * Do not install the host kernel mappings in the nested page
2432          * tables. These mappings are meaningless in the guest physical
2433          * address space.
2434          */
2435         if ((pmap->pm_type = pm_type) == PT_X86) {
2436                 pmap->pm_cr3 = pml4phys;
2437                 pmap_pinit_pml4(pml4pg);
2438         }
2439
2440         pmap->pm_root.rt_root = 0;
2441         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
2442         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
2443         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
2444         pmap->pm_flags = flags;
2445         pmap->pm_eptgen = 0;
2446
2447         return (1);
2448 }
2449
2450 int
2451 pmap_pinit(pmap_t pmap)
2452 {
2453
2454         return (pmap_pinit_type(pmap, PT_X86, pmap_flags));
2455 }
2456
2457 /*
2458  * This routine is called if the desired page table page does not exist.
2459  *
2460  * If page table page allocation fails, this routine may sleep before
2461  * returning NULL.  It sleeps only if a lock pointer was given.
2462  *
2463  * Note: If a page allocation fails at page table level two or three,
2464  * one or two pages may be held during the wait, only to be released
2465  * afterwards.  This conservative approach is easily argued to avoid
2466  * race conditions.
2467  */
2468 static vm_page_t
2469 _pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex, struct rwlock **lockp)
2470 {
2471         vm_page_t m, pdppg, pdpg;
2472         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
2473
2474         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2475
2476         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
2477         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
2478         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
2479         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
2480
2481         /*
2482          * Allocate a page table page.
2483          */
2484         if ((m = vm_page_alloc(NULL, ptepindex, VM_ALLOC_NOOBJ |
2485             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO)) == NULL) {
2486                 if (lockp != NULL) {
2487                         RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
2488                         PMAP_UNLOCK(pmap);
2489                         PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI();
2490                         VM_WAIT;
2491                         PMAP_LOCK(pmap);
2492                 }
2493
2494                 /*
2495                  * Indicate the need to retry.  While waiting, the page table
2496                  * page may have been allocated.
2497                  */
2498                 return (NULL);
2499         }
2500         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0)
2501                 pmap_zero_page(m);
2502
2503         /*
2504          * Map the pagetable page into the process address space, if
2505          * it isn't already there.
2506          */
2507
2508         if (ptepindex >= (NUPDE + NUPDPE)) {
2509                 pml4_entry_t *pml4;
2510                 vm_pindex_t pml4index;
2511
2512                 /* Wire up a new PDPE page */
2513                 pml4index = ptepindex - (NUPDE + NUPDPE);
2514                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
2515                 *pml4 = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
2516
2517         } else if (ptepindex >= NUPDE) {
2518                 vm_pindex_t pml4index;
2519                 vm_pindex_t pdpindex;
2520                 pml4_entry_t *pml4;
2521                 pdp_entry_t *pdp;
2522
2523                 /* Wire up a new PDE page */
2524                 pdpindex = ptepindex - NUPDE;
2525                 pml4index = pdpindex >> NPML4EPGSHIFT;
2526
2527                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
2528                 if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
2529                         /* Have to allocate a new pdp, recurse */
2530                         if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + NUPDPE + pml4index,
2531                             lockp) == NULL) {
2532                                 --m->wire_count;
2533                                 atomic_subtract_int(&vm_cnt.v_wire_count, 1);
2534                                 vm_page_free_zero(m);
2535                                 return (NULL);
2536                         }
2537                 } else {
2538                         /* Add reference to pdp page */
2539                         pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pml4 & PG_FRAME);
2540                         pdppg->wire_count++;
2541                 }
2542                 pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
2543
2544                 /* Now find the pdp page */
2545                 pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
2546                 *pdp = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
2547
2548         } else {
2549                 vm_pindex_t pml4index;
2550                 vm_pindex_t pdpindex;
2551                 pml4_entry_t *pml4;
2552                 pdp_entry_t *pdp;
2553                 pd_entry_t *pd;
2554
2555                 /* Wire up a new PTE page */
2556                 pdpindex = ptepindex >> NPDPEPGSHIFT;
2557                 pml4index = pdpindex >> NPML4EPGSHIFT;
2558
2559                 /* First, find the pdp and check that its valid. */
2560                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
2561                 if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
2562                         /* Have to allocate a new pd, recurse */
2563                         if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex,
2564                             lockp) == NULL) {
2565                                 --m->wire_count;
2566                                 atomic_subtract_int(&vm_cnt.v_wire_count, 1);
2567                                 vm_page_free_zero(m);
2568                                 return (NULL);
2569                         }
2570                         pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
2571                         pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
2572                 } else {
2573                         pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
2574                         pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
2575                         if ((*pdp & PG_V) == 0) {
2576                                 /* Have to allocate a new pd, recurse */
2577                                 if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex,
2578                                     lockp) == NULL) {
2579                                         --m->wire_count;
2580                                         atomic_subtract_int(&vm_cnt.v_wire_count,
2581                                             1);
2582                                         vm_page_free_zero(m);
2583                                         return (NULL);
2584                                 }
2585                         } else {
2586                                 /* Add reference to the pd page */
2587                                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdp & PG_FRAME);
2588                                 pdpg->wire_count++;
2589                         }
2590                 }
2591                 pd = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdp & PG_FRAME);
2592
2593                 /* Now we know where the page directory page is */
2594                 pd = &pd[ptepindex & ((1ul << NPDEPGSHIFT) - 1)];
2595                 *pd = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
2596         }
2597
2598         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
2599
2600         return (m);
2601 }
2602
2603 static vm_page_t
2604 pmap_allocpde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct rwlock **lockp)
2605 {
2606         vm_pindex_t pdpindex, ptepindex;
2607         pdp_entry_t *pdpe, PG_V;
2608         vm_page_t pdpg;
2609
2610         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
2611
2612 retry:
2613         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
2614         if (pdpe != NULL && (*pdpe & PG_V) != 0) {
2615                 /* Add a reference to the pd page. */
2616                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdpe & PG_FRAME);
2617                 pdpg->wire_count++;
2618         } else {
2619                 /* Allocate a pd page. */
2620                 ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
2621                 pdpindex = ptepindex >> NPDPEPGSHIFT;
2622                 pdpg = _pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex, lockp);
2623                 if (pdpg == NULL && lockp != NULL)
2624                         goto retry;
2625         }
2626         return (pdpg);
2627 }
2628
2629 static vm_page_t
2630 pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct rwlock **lockp)
2631 {
2632         vm_pindex_t ptepindex;
2633         pd_entry_t *pd, PG_V;
2634         vm_page_t m;
2635
2636         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
2637
2638         /*
2639          * Calculate pagetable page index
2640          */
2641         ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
2642 retry:
2643         /*
2644          * Get the page directory entry
2645          */
2646         pd = pmap_pde(pmap, va);
2647
2648         /*
2649          * This supports switching from a 2MB page to a
2650          * normal 4K page.
2651          */
2652         if (pd != NULL && (*pd & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V)) {
2653                 if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pd, va, lockp)) {
2654                         /*
2655                          * Invalidation of the 2MB page mapping may have caused
2656                          * the deallocation of the underlying PD page.
2657                          */
2658                         pd = NULL;
2659                 }
2660         }
2661
2662         /*
2663          * If the page table page is mapped, we just increment the
2664          * hold count, and activate it.
2665          */
2666         if (pd != NULL && (*pd & PG_V) != 0) {
2667                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pd & PG_FRAME);
2668                 m->wire_count++;
2669         } else {
2670                 /*
2671                  * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been
2672                  * deallocated.
2673                  */
2674                 m = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex, lockp);
2675                 if (m == NULL && lockp != NULL)
2676                         goto retry;
2677         }
2678         return (m);
2679 }
2680
2681
2682 /***************************************************
2683  * Pmap allocation/deallocation routines.
2684  ***************************************************/
2685
2686 /*
2687  * Release any resources held by the given physical map.
2688  * Called when a pmap initialized by pmap_pinit is being released.
2689  * Should only be called if the map contains no valid mappings.
2690  */
2691 void
2692 pmap_release(pmap_t pmap)
2693 {
2694         vm_page_t m;
2695         int i;
2696
2697         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count == 0,
2698             ("pmap_release: pmap resident count %ld != 0",
2699             pmap->pm_stats.resident_count));
2700         KASSERT(vm_radix_is_empty(&pmap->pm_root),
2701             ("pmap_release: pmap has reserved page table page(s)"));
2702         KASSERT(CPU_EMPTY(&pmap->pm_active),
2703             ("releasing active pmap %p", pmap));
2704
2705         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pmap->pm_pml4));
2706
2707         for (i = 0; i < NKPML4E; i++)   /* KVA */
2708                 pmap->pm_pml4[KPML4BASE + i] = 0;
2709         for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++)/* Direct Map */
2710                 pmap->pm_pml4[DMPML4I + i] = 0;
2711         pmap->pm_pml4[PML4PML4I] = 0;   /* Recursive Mapping */
2712
2713         m->wire_count--;
2714         atomic_subtract_int(&vm_cnt.v_wire_count, 1);
2715         vm_page_free_zero(m);
2716 }
2717 \f
2718 static int
2719 kvm_size(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
2720 {
2721         unsigned long ksize = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
2722
2723         return sysctl_handle_long(oidp, &ksize, 0, req);
2724 }
2725 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_size, CTLTYPE_LONG|CTLFLAG_RD, 
2726     0, 0, kvm_size, "LU", "Size of KVM");
2727
2728 static int
2729 kvm_free(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
2730 {
2731         unsigned long kfree = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - kernel_vm_end;
2732
2733         return sysctl_handle_long(oidp, &kfree, 0, req);
2734 }
2735 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_free, CTLTYPE_LONG|CTLFLAG_RD, 
2736     0, 0, kvm_free, "LU", "Amount of KVM free");
2737
2738 /*
2739  * grow the number of kernel page table entries, if needed
2740  */
2741 void
2742 pmap_growkernel(vm_offset_t addr)
2743 {
2744         vm_paddr_t paddr;
2745         vm_page_t nkpg;
2746         pd_entry_t *pde, newpdir;
2747         pdp_entry_t *pdpe;
2748
2749         mtx_assert(&kernel_map->system_mtx, MA_OWNED);
2750
2751         /*
2752          * Return if "addr" is within the range of kernel page table pages
2753          * that were preallocated during pmap bootstrap.  Moreover, leave
2754          * "kernel_vm_end" and the kernel page table as they were.
2755          *
2756          * The correctness of this action is based on the following
2757          * argument: vm_map_insert() allocates contiguous ranges of the
2758          * kernel virtual address space.  It calls this function if a range
2759          * ends after "kernel_vm_end".  If the kernel is mapped between
2760          * "kernel_vm_end" and "addr", then the range cannot begin at
2761          * "kernel_vm_end".  In fact, its beginning address cannot be less
2762          * than the kernel.  Thus, there is no immediate need to allocate
2763          * any new kernel page table pages between "kernel_vm_end" and
2764          * "KERNBASE".
2765          */
2766         if (KERNBASE < addr && addr <= KERNBASE + nkpt * NBPDR)
2767                 return;
2768
2769         addr = roundup2(addr, NBPDR);
2770         if (addr - 1 >= kernel_map->max_offset)
2771                 addr = kernel_map->max_offset;
2772         while (kernel_vm_end < addr) {
2773                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, kernel_vm_end);
2774                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0) {
2775                         /* We need a new PDP entry */
2776                         nkpg = vm_page_alloc(NULL, kernel_vm_end >> PDPSHIFT,
2777                             VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ |
2778                             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
2779                         if (nkpg == NULL)
2780                                 panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
2781                         if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
2782                                 pmap_zero_page(nkpg);
2783                         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
2784                         *pdpe = (pdp_entry_t)(paddr | X86_PG_V | X86_PG_RW |
2785                             X86_PG_A | X86_PG_M);
2786                         continue; /* try again */
2787                 }
2788                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, kernel_vm_end);
2789                 if ((*pde & X86_PG_V) != 0) {
2790                         kernel_vm_end = (kernel_vm_end + NBPDR) & ~PDRMASK;
2791                         if (kernel_vm_end - 1 >= kernel_map->max_offset) {
2792                                 kernel_vm_end = kernel_map->max_offset;
2793                                 break;                       
2794                         }
2795                         continue;
2796                 }
2797
2798                 nkpg = vm_page_alloc(NULL, pmap_pde_pindex(kernel_vm_end),
2799                     VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED |
2800                     VM_ALLOC_ZERO);
2801                 if (nkpg == NULL)
2802                         panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
2803                 if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
2804                         pmap_zero_page(nkpg);
2805                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
2806                 newpdir = paddr | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A | X86_PG_M;
2807                 pde_store(pde, newpdir);
2808
2809                 kernel_vm_end = (kernel_vm_end + NBPDR) & ~PDRMASK;
2810                 if (kernel_vm_end - 1 >= kernel_map->max_offset) {
2811                         kernel_vm_end = kernel_map->max_offset;
2812                         break;                       
2813                 }
2814         }
2815 }
2816
2817
2818 /***************************************************
2819  * page management routines.
2820  ***************************************************/
2821
2822 CTASSERT(sizeof(struct pv_chunk) == PAGE_SIZE);
2823 CTASSERT(_NPCM == 3);
2824 CTASSERT(_NPCPV == 168);
2825
2826 static __inline struct pv_chunk *
2827 pv_to_chunk(pv_entry_t pv)
2828 {
2829
2830         return ((struct pv_chunk *)((uintptr_t)pv & ~(uintptr_t)PAGE_MASK));
2831 }
2832
2833 #define PV_PMAP(pv) (pv_to_chunk(pv)->pc_pmap)
2834
2835 #define PC_FREE0        0xfffffffffffffffful
2836 #define PC_FREE1        0xfffffffffffffffful
2837 #define PC_FREE2        0x000000fffffffffful
2838
2839 static const uint64_t pc_freemask[_NPCM] = { PC_FREE0, PC_FREE1, PC_FREE2 };
2840
2841 #ifdef PV_STATS
2842 static int pc_chunk_count, pc_chunk_allocs, pc_chunk_frees, pc_chunk_tryfail;
2843
2844 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_count, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_count, 0,
2845         "Current number of pv entry chunks");
2846 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_allocs, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_allocs, 0,
2847         "Current number of pv entry chunks allocated");
2848 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_frees, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_frees, 0,
2849         "Current number of pv entry chunks frees");
2850 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_tryfail, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_tryfail, 0,
2851         "Number of times tried to get a chunk page but failed.");
2852
2853 static long pv_entry_frees, pv_entry_allocs, pv_entry_count;
2854 static int pv_entry_spare;
2855
2856 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_frees, CTLFLAG_RD, &pv_entry_frees, 0,
2857         "Current number of pv entry frees");
2858 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_allocs, CTLFLAG_RD, &pv_entry_allocs, 0,
2859         "Current number of pv entry allocs");
2860 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_count, CTLFLAG_RD, &pv_entry_count, 0,
2861         "Current number of pv entries");
2862 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_spare, CTLFLAG_RD, &pv_entry_spare, 0,
2863         "Current number of spare pv entries");
2864 #endif
2865
2866 static void
2867 reclaim_pv_chunk_leave_pmap(pmap_t pmap, pmap_t locked_pmap, bool start_di)
2868 {
2869
2870         if (pmap == NULL)
2871                 return;
2872         pmap_invalidate_all(pmap);
2873         if (pmap != locked_pmap)
2874                 PMAP_UNLOCK(pmap);
2875         if (start_di)
2876                 pmap_delayed_invl_finished();
2877 }
2878
2879 /*
2880  * We are in a serious low memory condition.  Resort to
2881  * drastic measures to free some pages so we can allocate
2882  * another pv entry chunk.
2883  *
2884  * Returns NULL if PV entries were reclaimed from the specified pmap.
2885  *
2886  * We do not, however, unmap 2mpages because subsequent accesses will
2887  * allocate per-page pv entries until repromotion occurs, thereby
2888  * exacerbating the shortage of free pv entries.
2889  */
2890 static vm_page_t
2891 reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp)
2892 {
2893         struct pch new_tail;
2894         struct pv_chunk *pc;
2895         struct md_page *pvh;
2896         pd_entry_t *pde;
2897         pmap_t pmap;
2898         pt_entry_t *pte, tpte;
2899         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW;
2900         pv_entry_t pv;
2901         vm_offset_t va;
2902         vm_page_t m, m_pc;
2903         struct spglist free;
2904         uint64_t inuse;
2905         int bit, field, freed;
2906         bool start_di;
2907
2908         PMAP_LOCK_ASSERT(locked_pmap, MA_OWNED);
2909         KASSERT(lockp != NULL, ("reclaim_pv_chunk: lockp is NULL"));
2910         pmap = NULL;
2911         m_pc = NULL;
2912         PG_G = PG_A = PG_M = PG_RW = 0;
2913         SLIST_INIT(&free);
2914         TAILQ_INIT(&new_tail);
2915
2916         /*
2917          * A delayed invalidation block should already be active if
2918          * pmap_advise() or pmap_remove() called this function by way
2919          * of pmap_demote_pde_locked().
2920          */
2921         start_di = pmap_not_in_di();
2922
2923         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2924         while ((pc = TAILQ_FIRST(&pv_chunks)) != NULL && SLIST_EMPTY(&free)) {
2925                 TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2926                 mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
2927                 if (pmap != pc->pc_pmap) {
2928                         reclaim_pv_chunk_leave_pmap(pmap, locked_pmap,
2929                             start_di);
2930                         pmap = pc->pc_pmap;
2931                         /* Avoid deadlock and lock recursion. */
2932                         if (pmap > locked_pmap) {
2933                                 RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
2934                                 PMAP_LOCK(pmap);
2935                         } else if (pmap != locked_pmap &&
2936                             !PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
2937                                 pmap = NULL;
2938                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail, pc, pc_lru);
2939                                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2940                                 continue;
2941                         }
2942                         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
2943                         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
2944                         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
2945                         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
2946                         if (start_di)
2947                                 pmap_delayed_invl_started();
2948                 }
2949
2950                 /*
2951                  * Destroy every non-wired, 4 KB page mapping in the chunk.
2952                  */
2953                 freed = 0;
2954                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
2955                         for (inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
2956                             inuse != 0; inuse &= ~(1UL << bit)) {
2957                                 bit = bsfq(inuse);
2958                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
2959                                 va = pv->pv_va;
2960                                 pde = pmap_pde(pmap, va);
2961                                 if ((*pde & PG_PS) != 0)
2962                                         continue;
2963                                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
2964                                 if ((*pte & PG_W) != 0)
2965                                         continue;
2966                                 tpte = pte_load_clear(pte);
2967                                 if ((tpte & PG_G) != 0)
2968                                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
2969                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpte & PG_FRAME);
2970                                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
2971                                         vm_page_dirty(m);
2972                                 if ((tpte & PG_A) != 0)
2973                                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2974                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
2975                                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2976                                 m->md.pv_gen++;
2977                                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
2978                                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
2979                                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2980                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
2981                                                 vm_page_aflag_clear(m,
2982                                                     PGA_WRITEABLE);
2983                                         }
2984                                 }
2985                                 pmap_delayed_invl_page(m);
2986                                 pc->pc_map[field] |= 1UL << bit;
2987                                 pmap_unuse_pt(pmap, va, *pde, &free);
2988                                 freed++;
2989                         }
2990                 }
2991                 if (freed == 0) {
2992                         TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail, pc, pc_lru);
2993                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2994                         continue;
2995                 }
2996                 /* Every freed mapping is for a 4 KB page. */
2997                 pmap_resident_count_dec(pmap, freed);
2998                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
2999                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
3000                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
3001                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3002                 if (pc->pc_map[0] == PC_FREE0 && pc->pc_map[1] == PC_FREE1 &&
3003                     pc->pc_map[2] == PC_FREE2) {
3004                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
3005                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
3006                         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
3007                         /* Entire chunk is free; return it. */
3008                         m_pc = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
3009                         dump_drop_page(m_pc->phys_addr);
3010                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
3011                         break;
3012                 }
3013                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3014                 TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail, pc, pc_lru);
3015                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
3016                 /* One freed pv entry in locked_pmap is sufficient. */
3017                 if (pmap == locked_pmap)
3018                         break;
3019         }
3020         TAILQ_CONCAT(&pv_chunks, &new_tail, pc_lru);
3021         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
3022         reclaim_pv_chunk_leave_pmap(pmap, locked_pmap, start_di);
3023         if (m_pc == NULL && !SLIST_EMPTY(&free)) {
3024                 m_pc = SLIST_FIRST(&free);
3025                 SLIST_REMOVE_HEAD(&free, plinks.s.ss);
3026                 /* Recycle a freed page table page. */
3027                 m_pc->wire_count = 1;
3028         }
3029         pmap_free_zero_pages(&free);
3030         return (m_pc);
3031 }
3032
3033 /*
3034  * free the pv_entry back to the free list
3035  */
3036 static void
3037 free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv)
3038 {
3039         struct pv_chunk *pc;
3040         int idx, field, bit;
3041
3042         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3043         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, 1));
3044         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, 1));
3045         PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, 1));
3046         pc = pv_to_chunk(pv);
3047         idx = pv - &pc->pc_pventry[0];
3048         field = idx / 64;
3049         bit = idx % 64;
3050         pc->pc_map[field] |= 1ul << bit;
3051         if (pc->pc_map[0] != PC_FREE0 || pc->pc_map[1] != PC_FREE1 ||
3052             pc->pc_map[2] != PC_FREE2) {
3053                 /* 98% of the time, pc is already at the head of the list. */
3054                 if (__predict_false(pc != TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk))) {
3055                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3056                         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3057                 }
3058                 return;
3059         }
3060         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3061         free_pv_chunk(pc);
3062 }
3063
3064 static void
3065 free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc)
3066 {
3067         vm_page_t m;
3068
3069         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
3070         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
3071         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
3072         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
3073         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
3074         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
3075         /* entire chunk is free, return it */
3076         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
3077         dump_drop_page(m->phys_addr);
3078         vm_page_unwire(m, PQ_NONE);
3079         vm_page_free(m);
3080 }
3081
3082 /*
3083  * Returns a new PV entry, allocating a new PV chunk from the system when
3084  * needed.  If this PV chunk allocation fails and a PV list lock pointer was
3085  * given, a PV chunk is reclaimed from an arbitrary pmap.  Otherwise, NULL is
3086  * returned.
3087  *
3088  * The given PV list lock may be released.
3089  */
3090 static pv_entry_t
3091 get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp)
3092 {
3093         int bit, field;
3094         pv_entry_t pv;
3095         struct pv_chunk *pc;
3096         vm_page_t m;
3097
3098         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3099         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, 1));
3100 retry:
3101         pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
3102         if (pc != NULL) {
3103                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
3104                         if (pc->pc_map[field]) {
3105                                 bit = bsfq(pc->pc_map[field]);
3106                                 break;
3107                         }
3108                 }
3109                 if (field < _NPCM) {
3110                         pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
3111                         pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
3112                         /* If this was the last item, move it to tail */
3113                         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 &&
3114                             pc->pc_map[2] == 0) {
3115                                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3116                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc,
3117                                     pc_list);
3118                         }
3119                         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
3120                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, 1));
3121                         return (pv);
3122                 }
3123         }
3124         /* No free items, allocate another chunk */
3125         m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
3126             VM_ALLOC_WIRED);
3127         if (m == NULL) {
3128                 if (lockp == NULL) {
3129                         PV_STAT(pc_chunk_tryfail++);
3130                         return (NULL);
3131                 }
3132                 m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
3133                 if (m == NULL)
3134                         goto retry;
3135         }
3136         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
3137         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
3138         dump_add_page(m->phys_addr);
3139         pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
3140         pc->pc_pmap = pmap;
3141         pc->pc_map[0] = PC_FREE0 & ~1ul;        /* preallocated bit 0 */
3142         pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
3143         pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
3144         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
3145         TAILQ_INSERT_TAIL(&pv_chunks, pc, pc_lru);
3146         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
3147         pv = &pc->pc_pventry[0];
3148         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3149         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
3150         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV - 1));
3151         return (pv);
3152 }
3153
3154 /*
3155  * Returns the number of one bits within the given PV chunk map.
3156  *
3157  * The erratas for Intel processors state that "POPCNT Instruction May
3158  * Take Longer to Execute Than Expected".  It is believed that the
3159  * issue is the spurious dependency on the destination register.
3160  * Provide a hint to the register rename logic that the destination
3161  * value is overwritten, by clearing it, as suggested in the
3162  * optimization manual.  It should be cheap for unaffected processors
3163  * as well.
3164  *
3165  * Reference numbers for erratas are
3166  * 4th Gen Core: HSD146
3167  * 5th Gen Core: BDM85
3168  * 6th Gen Core: SKL029
3169  */
3170 static int
3171 popcnt_pc_map_pq(uint64_t *map)
3172 {
3173         u_long result, tmp;
3174
3175         __asm __volatile("xorl %k0,%k0;popcntq %2,%0;"
3176             "xorl %k1,%k1;popcntq %3,%1;addl %k1,%k0;"
3177             "xorl %k1,%k1;popcntq %4,%1;addl %k1,%k0"
3178             : "=&r" (result), "=&r" (tmp)
3179             : "m" (map[0]), "m" (map[1]), "m" (map[2]));
3180         return (result);
3181 }
3182
3183 /*
3184  * Ensure that the number of spare PV entries in the specified pmap meets or
3185  * exceeds the given count, "needed".
3186  *
3187  * The given PV list lock may be released.
3188  */
3189 static void
3190 reserve_pv_entries(pmap_t pmap, int needed, struct rwlock **lockp)
3191 {
3192         struct pch new_tail;
3193         struct pv_chunk *pc;
3194         int avail, free;
3195         vm_page_t m;
3196
3197         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3198         KASSERT(lockp != NULL, ("reserve_pv_entries: lockp is NULL"));
3199
3200         /*
3201          * Newly allocated PV chunks must be stored in a private list until
3202          * the required number of PV chunks have been allocated.  Otherwise,
3203          * reclaim_pv_chunk() could recycle one of these chunks.  In
3204          * contrast, these chunks must be added to the pmap upon allocation.
3205          */
3206         TAILQ_INIT(&new_tail);
3207 retry:
3208         avail = 0;
3209         TAILQ_FOREACH(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list) {
3210 #ifndef __POPCNT__
3211                 if ((cpu_feature2 & CPUID2_POPCNT) == 0)
3212                         bit_count((bitstr_t *)pc->pc_map, 0,
3213                             sizeof(pc->pc_map) * NBBY, &free);
3214                 else
3215 #endif
3216                 free = popcnt_pc_map_pq(pc->pc_map);
3217                 if (free == 0)
3218                         break;
3219                 avail += free;
3220                 if (avail >= needed)
3221                         break;
3222         }
3223         for (; avail < needed; avail += _NPCPV) {
3224                 m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
3225                     VM_ALLOC_WIRED);
3226                 if (m == NULL) {
3227                         m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
3228                         if (m == NULL)
3229                                 goto retry;
3230                 }
3231                 PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
3232                 PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
3233                 dump_add_page(m->phys_addr);
3234                 pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
3235                 pc->pc_pmap = pmap;
3236                 pc->pc_map[0] = PC_FREE0;
3237                 pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
3238                 pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
3239                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3240                 TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail, pc, pc_lru);
3241                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
3242         }
3243         if (!TAILQ_EMPTY(&new_tail)) {
3244                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
3245                 TAILQ_CONCAT(&pv_chunks, &new_tail, pc_lru);
3246                 mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
3247         }
3248 }
3249
3250 /*
3251  * First find and then remove the pv entry for the specified pmap and virtual
3252  * address from the specified pv list.  Returns the pv entry if found and NULL
3253  * otherwise.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or
3254  * 2MB page mappings.
3255  */
3256 static __inline pv_entry_t
3257 pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3258 {
3259         pv_entry_t pv;
3260
3261         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
3262                 if (pmap == PV_PMAP(pv) && va == pv->pv_va) {
3263                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
3264                         pvh->pv_gen++;
3265                         break;
3266                 }
3267         }
3268         return (pv);
3269 }
3270
3271 /*
3272  * After demotion from a 2MB page mapping to 512 4KB page mappings,
3273  * destroy the pv entry for the 2MB page mapping and reinstantiate the pv
3274  * entries for each of the 4KB page mappings.
3275  */
3276 static void
3277 pmap_pv_demote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
3278     struct rwlock **lockp)
3279 {
3280         struct md_page *pvh;
3281         struct pv_chunk *pc;
3282         pv_entry_t pv;
3283         vm_offset_t va_last;
3284         vm_page_t m;
3285         int bit, field;
3286
3287         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3288         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
3289             ("pmap_pv_demote_pde: pa is not 2mpage aligned"));
3290         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
3291
3292         /*
3293          * Transfer the 2mpage's pv entry for this mapping to the first
3294          * page's pv list.  Once this transfer begins, the pv list lock
3295          * must not be released until the last pv entry is reinstantiated.
3296          */
3297         pvh = pa_to_pvh(pa);
3298         va = trunc_2mpage(va);
3299         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
3300         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_demote_pde: pv not found"));
3301         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
3302         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3303         m->md.pv_gen++;
3304         /* Instantiate the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
3305         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, NPTEPG - 1));
3306         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
3307         for (;;) {
3308                 pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
3309                 KASSERT(pc->pc_map[0] != 0 || pc->pc_map[1] != 0 ||
3310                     pc->pc_map[2] != 0, ("pmap_pv_demote_pde: missing spare"));
3311                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
3312                         while (pc->pc_map[field]) {
3313                                 bit = bsfq(pc->pc_map[field]);
3314                                 pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
3315                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
3316                                 va += PAGE_SIZE;
3317                                 pv->pv_va = va;
3318                                 m++;
3319                                 KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
3320                             ("pmap_pv_demote_pde: page %p is not managed", m));
3321                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3322                                 m->md.pv_gen++;
3323                                 if (va == va_last)
3324                                         goto out;
3325                         }
3326                 }
3327                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3328                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3329         }
3330 out:
3331         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 && pc->pc_map[2] == 0) {
3332                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3333                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3334         }
3335         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, NPTEPG - 1));
3336         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, NPTEPG - 1));
3337 }
3338
3339 /*
3340  * After promotion from 512 4KB page mappings to a single 2MB page mapping,
3341  * replace the many pv entries for the 4KB page mappings by a single pv entry
3342  * for the 2MB page mapping.
3343  */
3344 static void
3345 pmap_pv_promote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
3346     struct rwlock **lockp)
3347 {
3348         struct md_page *pvh;
3349         pv_entry_t pv;
3350         vm_offset_t va_last;
3351         vm_page_t m;
3352
3353         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
3354             ("pmap_pv_promote_pde: pa is not 2mpage aligned"));
3355         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
3356
3357         /*
3358          * Transfer the first page's pv entry for this mapping to the 2mpage's
3359          * pv list.  Aside from avoiding the cost of a call to get_pv_entry(),
3360          * a transfer avoids the possibility that get_pv_entry() calls
3361          * reclaim_pv_chunk() and that reclaim_pv_chunk() removes one of the
3362          * mappings that is being promoted.
3363          */
3364         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
3365         va = trunc_2mpage(va);
3366         pv = pmap_pvh_remove(&m->md, pmap, va);
3367         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_promote_pde: pv not found"));
3368         pvh = pa_to_pvh(pa);
3369         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
3370         pvh->pv_gen++;
3371         /* Free the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
3372         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
3373         do {
3374                 m++;
3375                 va += PAGE_SIZE;
3376                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
3377         } while (va < va_last);
3378 }
3379
3380 /*
3381  * First find and then destroy the pv entry for the specified pmap and virtual
3382  * address.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or 2MB
3383  * page mappings.
3384  */
3385 static void
3386 pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3387 {
3388         pv_entry_t pv;
3389
3390         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
3391         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pvh_free: pv not found"));
3392         free_pv_entry(pmap, pv);
3393 }
3394
3395 /*
3396  * Conditionally create the PV entry for a 4KB page mapping if the required
3397  * memory can be allocated without resorting to reclamation.
3398  */
3399 static boolean_t
3400 pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
3401     struct rwlock **lockp)
3402 {
3403         pv_entry_t pv;
3404
3405         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3406         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
3407         if ((pv = get_pv_entry(pmap, NULL)) != NULL) {
3408                 pv->pv_va = va;
3409                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
3410                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3411                 m->md.pv_gen++;
3412                 return (TRUE);
3413         } else
3414                 return (FALSE);
3415 }
3416
3417 /*
3418  * Create the PV entry for a 2MB page mapping.  Always returns true unless the
3419  * flag PMAP_ENTER_NORECLAIM is specified.  If that flag is specified, returns
3420  * false if the PV entry cannot be allocated without resorting to reclamation.
3421  */
3422 static bool
3423 pmap_pv_insert_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde, u_int flags,
3424     struct rwlock **lockp)
3425 {
3426         struct md_page *pvh;
3427         pv_entry_t pv;
3428         vm_paddr_t pa;
3429
3430         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3431         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
3432         if ((pv = get_pv_entry(pmap, (flags & PMAP_ENTER_NORECLAIM) != 0 ?
3433             NULL : lockp)) == NULL)
3434                 return (false);
3435         pv->pv_va = va;
3436         pa = pde & PG_PS_FRAME;
3437         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
3438         pvh = pa_to_pvh(pa);
3439         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
3440         pvh->pv_gen++;
3441         return (true);
3442 }
3443
3444 /*
3445  * Fills a page table page with mappings to consecutive physical pages.
3446  */
3447 static void
3448 pmap_fill_ptp(pt_entry_t *firstpte, pt_entry_t newpte)
3449 {
3450         pt_entry_t *pte;
3451
3452         for (pte = firstpte; pte < firstpte + NPTEPG; pte++) {
3453                 *pte = newpte;
3454                 newpte += PAGE_SIZE;
3455         }
3456 }
3457
3458 /*
3459  * Tries to demote a 2MB page mapping.  If demotion fails, the 2MB page
3460  * mapping is invalidated.
3461  */
3462 static boolean_t
3463 pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
3464 {
3465         struct rwlock *lock;
3466         boolean_t rv;
3467
3468         lock = NULL;
3469         rv = pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
3470         if (lock != NULL)
3471                 rw_wunlock(lock);
3472         return (rv);
3473 }
3474
3475 static boolean_t
3476 pmap_demote_pde_locked(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
3477     struct rwlock **lockp)
3478 {
3479         pd_entry_t newpde, oldpde;
3480         pt_entry_t *firstpte, newpte;
3481         pt_entry_t PG_A, PG_G, PG_M, PG_RW, PG_V;
3482         vm_paddr_t mptepa;
3483         vm_page_t mpte;
3484         struct spglist free;
3485         vm_offset_t sva;
3486         int PG_PTE_CACHE;
3487
3488         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
3489         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
3490         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
3491         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
3492         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3493         PG_PTE_CACHE = pmap_cache_mask(pmap, 0);
3494
3495         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3496         oldpde = *pde;
3497         KASSERT((oldpde & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V),
3498             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_PS and/or PG_V"));
3499         if ((oldpde & PG_A) == 0 || (mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, va)) ==
3500             NULL) {
3501                 KASSERT((oldpde & PG_W) == 0,
3502                     ("pmap_demote_pde: page table page for a wired mapping"
3503                     " is missing"));
3504
3505                 /*
3506                  * Invalidate the 2MB page mapping and return "failure" if the
3507                  * mapping was never accessed or the allocation of the new
3508                  * page table page fails.  If the 2MB page mapping belongs to
3509                  * the direct map region of the kernel's address space, then
3510                  * the page allocation request specifies the highest possible
3511                  * priority (VM_ALLOC_INTERRUPT).  Otherwise, the priority is
3512                  * normal.  Page table pages are preallocated for every other
3513                  * part of the kernel address space, so the direct map region
3514                  * is the only part of the kernel address space that must be
3515                  * handled here.
3516                  */
3517                 if ((oldpde & PG_A) == 0 || (mpte = vm_page_alloc(NULL,
3518                     pmap_pde_pindex(va), (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va <
3519                     DMAP_MAX_ADDRESS ? VM_ALLOC_INTERRUPT : VM_ALLOC_NORMAL) |
3520                     VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED)) == NULL) {
3521                         SLIST_INIT(&free);
3522                         sva = trunc_2mpage(va);
3523                         pmap_remove_pde(pmap, pde, sva, &free, lockp);
3524                         if ((oldpde & PG_G) == 0)
3525                                 pmap_invalidate_pde_page(pmap, sva, oldpde);
3526                         pmap_free_zero_pages(&free);
3527                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: failure for va %#lx"
3528                             " in pmap %p", va, pmap);
3529                         return (FALSE);
3530                 }
3531                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
3532                         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
3533         }
3534         mptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpte);
3535         firstpte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mptepa);
3536         newpde = mptepa | PG_M | PG_A | (oldpde & PG_U) | PG_RW | PG_V;
3537         KASSERT((oldpde & PG_A) != 0,
3538             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_A"));
3539         KASSERT((oldpde & (PG_M | PG_RW)) != PG_RW,
3540             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_M"));
3541         newpte = oldpde & ~PG_PS;
3542         newpte = pmap_swap_pat(pmap, newpte);
3543
3544         /*
3545          * If the page table page is new, initialize it.
3546          */
3547         if (mpte->wire_count == 1) {
3548                 mpte->wire_count = NPTEPG;
3549                 pmap_fill_ptp(firstpte, newpte);
3550         }
3551         KASSERT((*firstpte & PG_FRAME) == (newpte & PG_FRAME),
3552             ("pmap_demote_pde: firstpte and newpte map different physical"
3553             " addresses"));
3554
3555         /*
3556          * If the mapping has changed attributes, update the page table
3557          * entries.
3558          */
3559         if ((*firstpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpte & PG_PTE_PROMOTE))
3560                 pmap_fill_ptp(firstpte, newpte);
3561
3562         /*
3563          * The spare PV entries must be reserved prior to demoting the
3564          * mapping, that is, prior to changing the PDE.  Otherwise, the state
3565          * of the PDE and the PV lists will be inconsistent, which can result
3566          * in reclaim_pv_chunk() attempting to remove a PV entry from the
3567          * wrong PV list and pmap_pv_demote_pde() failing to find the expected
3568          * PV entry for the 2MB page mapping that is being demoted.
3569          */
3570         if ((oldpde & PG_MANAGED) != 0)
3571                 reserve_pv_entries(pmap, NPTEPG - 1, lockp);
3572
3573         /*
3574          * Demote the mapping.  This pmap is locked.  The old PDE has
3575          * PG_A set.  If the old PDE has PG_RW set, it also has PG_M
3576          * set.  Thus, there is no danger of a race with another
3577          * processor changing the setting of PG_A and/or PG_M between
3578          * the read above and the store below. 
3579          */
3580         if (workaround_erratum383)
3581                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, newpde);
3582         else
3583                 pde_store(pde, newpde);
3584
3585         /*
3586          * Invalidate a stale recursive mapping of the page table page.
3587          */
3588         if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
3589                 pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopte(va));
3590
3591         /*
3592          * Demote the PV entry.
3593          */
3594         if ((oldpde & PG_MANAGED) != 0)
3595                 pmap_pv_demote_pde(pmap, va, oldpde & PG_PS_FRAME, lockp);
3596
3597         atomic_add_long(&pmap_pde_demotions, 1);
3598         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: success for va %#lx"
3599             " in pmap %p", va, pmap);
3600         return (TRUE);
3601 }
3602
3603 /*
3604  * pmap_remove_kernel_pde: Remove a kernel superpage mapping.
3605  */
3606 static void
3607 pmap_remove_kernel_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
3608 {
3609         pd_entry_t newpde;
3610         vm_paddr_t mptepa;
3611         vm_page_t mpte;
3612
3613         KASSERT(pmap == kernel_pmap, ("pmap %p is not kernel_pmap", pmap));
3614         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3615         mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, va);
3616         if (mpte == NULL)
3617                 panic("pmap_remove_kernel_pde: Missing pt page.");
3618
3619         mptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpte);
3620         newpde = mptepa | X86_PG_M | X86_PG_A | X86_PG_RW | X86_PG_V;
3621
3622         /*
3623          * Initialize the page table page.
3624          */
3625         pagezero((void *)PHYS_TO_DMAP(mptepa));
3626
3627         /*
3628          * Demote the mapping.
3629          */
3630         if (workaround_erratum383)
3631                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, newpde);
3632         else
3633                 pde_store(pde, newpde);
3634
3635         /*
3636          * Invalidate a stale recursive mapping of the page table page.
3637          */
3638         pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopte(va));
3639 }
3640
3641 /*
3642  * pmap_remove_pde: do the things to unmap a superpage in a process
3643  */
3644 static int
3645 pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
3646     struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
3647 {
3648         struct md_page *pvh;
3649         pd_entry_t oldpde;
3650         vm_offset_t eva, va;
3651         vm_page_t m, mpte;
3652         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW;
3653
3654         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
3655         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
3656         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
3657         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
3658
3659         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3660         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
3661             ("pmap_remove_pde: sva is not 2mpage aligned"));
3662         oldpde = pte_load_clear(pdq);
3663         if (oldpde & PG_W)
3664                 pmap->pm_stats.wired_count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
3665         if ((oldpde & PG_G) != 0)
3666                 pmap_invalidate_pde_page(kernel_pmap, sva, oldpde);
3667         pmap_resident_count_dec(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
3668         if (oldpde & PG_MANAGED) {
3669                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, oldpde & PG_PS_FRAME);
3670                 pvh = pa_to_pvh(oldpde & PG_PS_FRAME);
3671                 pmap_pvh_free(pvh, pmap, sva);
3672                 eva = sva + NBPDR;
3673                 for (va = sva, m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
3674                     va < eva; va += PAGE_SIZE, m++) {
3675                         if ((oldpde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
3676                                 vm_page_dirty(m);
3677                         if (oldpde & PG_A)
3678                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
3679                         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
3680                             TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
3681                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
3682                         pmap_delayed_invl_page(m);
3683                 }
3684         }
3685         if (pmap == kernel_pmap) {
3686                 pmap_remove_kernel_pde(pmap, pdq, sva);
3687         } else {
3688                 mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, sva);
3689                 if (mpte != NULL) {
3690                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3691                         KASSERT(mpte->wire_count == NPTEPG,
3692                             ("pmap_remove_pde: pte page wire count error"));
3693                         mpte->wire_count = 0;
3694                         pmap_add_delayed_free_list(mpte, free, FALSE);
3695                 }
3696         }
3697         return (pmap_unuse_pt(pmap, sva, *pmap_pdpe(pmap, sva), free));
3698 }
3699
3700 /*
3701  * pmap_remove_pte: do the things to unmap a page in a process
3702  */
3703 static int
3704 pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t va, 
3705     pd_entry_t ptepde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
3706 {
3707         struct md_page *pvh;
3708         pt_entry_t oldpte, PG_A, PG_M, PG_RW;
3709         vm_page_t m;
3710
3711         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
3712         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
3713         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
3714
3715         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3716         oldpte = pte_load_clear(ptq);
3717         if (oldpte & PG_W)
3718                 pmap->pm_stats.wired_count -= 1;
3719         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3720         if (oldpte & PG_MANAGED) {
3721                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpte & PG_FRAME);
3722                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
3723                         vm_page_dirty(m);
3724                 if (oldpte & PG_A)
3725                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
3726                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
3727                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
3728                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
3729                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
3730                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3731                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
3732                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
3733                 }
3734                 pmap_delayed_invl_page(m);
3735         }
3736         return (pmap_unuse_pt(pmap, va, ptepde, free));
3737 }
3738
3739 /*
3740  * Remove a single page from a process address space
3741  */
3742 static void
3743 pmap_remove_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
3744     struct spglist *free)
3745 {
3746         struct rwlock *lock;
3747         pt_entry_t *pte, PG_V;
3748
3749         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3750         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3751         if ((*pde & PG_V) == 0)
3752                 return;
3753         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
3754         if ((*pte & PG_V) == 0)
3755                 return;
3756         lock = NULL;
3757         pmap_remove_pte(pmap, pte, va, *pde, free, &lock);
3758         if (lock != NULL)
3759                 rw_wunlock(lock);
3760         pmap_invalidate_page(pmap, va);
3761 }
3762
3763 /*
3764  * Removes the specified range of addresses from the page table page.
3765  */
3766 static bool
3767 pmap_remove_ptes(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
3768     pd_entry_t *pde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
3769 {
3770         pt_entry_t PG_G, *pte;
3771         vm_offset_t va;
3772         bool anyvalid;
3773
3774         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3775         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
3776         anyvalid = false;
3777         va = eva;
3778         for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != eva; pte++,
3779             sva += PAGE_SIZE) {
3780                 if (*pte == 0) {
3781                         if (va != eva) {
3782                                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
3783                                 va = eva;
3784                         }
3785                         continue;
3786                 }
3787                 if ((*pte & PG_G) == 0)
3788                         anyvalid = true;
3789                 else if (va == eva)
3790                         va = sva;
3791                 if (pmap_remove_pte(pmap, pte, sva, *pde, free, lockp)) {
3792                         sva += PAGE_SIZE;
3793                         break;
3794                 }
3795         }
3796         if (va != eva)
3797                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
3798         return (anyvalid);
3799 }
3800
3801 /*
3802  *      Remove the given range of addresses from the specified map.
3803  *
3804  *      It is assumed that the start and end are properly
3805  *      rounded to the page size.
3806  */
3807 void
3808 pmap_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3809 {
3810         struct rwlock *lock;
3811         vm_offset_t va_next;
3812         pml4_entry_t *pml4e;
3813         pdp_entry_t *pdpe;
3814         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
3815         pt_entry_t PG_G, PG_V;
3816         struct spglist free;
3817         int anyvalid;
3818
3819         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
3820         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3821
3822         /*
3823          * Perform an unsynchronized read.  This is, however, safe.
3824          */
3825         if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
3826                 return;
3827
3828         anyvalid = 0;
3829         SLIST_INIT(&free);
3830
3831         pmap_delayed_invl_started();
3832         PMAP_LOCK(pmap);
3833
3834         /*
3835          * special handling of removing one page.  a very
3836          * common operation and easy to short circuit some
3837          * code.
3838          */
3839         if (sva + PAGE_SIZE == eva) {
3840                 pde = pmap_pde(pmap, sva);
3841                 if (pde && (*pde & PG_PS) == 0) {
3842                         pmap_remove_page(pmap, sva, pde, &free);
3843                         goto out;
3844                 }
3845         }
3846
3847         lock = NULL;
3848         for (; sva < eva; sva = va_next) {
3849
3850                 if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
3851                         break;
3852
3853                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
3854                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
3855                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
3856                         if (va_next < sva)
3857                                 va_next = eva;
3858                         continue;
3859                 }
3860
3861                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
3862                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
3863                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
3864                         if (va_next < sva)
3865                                 va_next = eva;
3866                         continue;
3867                 }
3868
3869                 /*
3870                  * Calculate index for next page table.
3871                  */
3872                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
3873                 if (va_next < sva)
3874                         va_next = eva;
3875
3876                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
3877                 ptpaddr = *pde;
3878
3879                 /*
3880                  * Weed out invalid mappings.
3881                  */
3882                 if (ptpaddr == 0)
3883                         continue;
3884
3885                 /*
3886                  * Check for large page.
3887                  */
3888                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
3889                         /*
3890                          * Are we removing the entire large page?  If not,
3891                          * demote the mapping and fall through.
3892                          */
3893                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
3894                                 /*
3895                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
3896                                  * invalidated by pmap_remove_pde().
3897                                  */
3898                                 if ((ptpaddr & PG_G) == 0)
3899                                         anyvalid = 1;
3900                                 pmap_remove_pde(pmap, pde, sva, &free, &lock);
3901                                 continue;
3902                         } else if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, sva,
3903                             &lock)) {
3904                                 /* The large page mapping was destroyed. */
3905                                 continue;
3906                         } else
3907                                 ptpaddr = *pde;
3908                 }
3909
3910                 /*
3911                  * Limit our scan to either the end of the va represented
3912                  * by the current page table page, or to the end of the
3913                  * range being removed.
3914                  */
3915                 if (va_next > eva)
3916                         va_next = eva;
3917
3918                 if (pmap_remove_ptes(pmap, sva, va_next, pde, &free, &lock))
3919                         anyvalid = 1;
3920         }
3921         if (lock != NULL)
3922                 rw_wunlock(lock);
3923 out:
3924         if (anyvalid)
3925                 pmap_invalidate_all(pmap);
3926         PMAP_UNLOCK(pmap);
3927         pmap_delayed_invl_finished();
3928         pmap_free_zero_pages(&free);
3929 }
3930
3931 /*
3932  *      Routine:        pmap_remove_all
3933  *      Function:
3934  *              Removes this physical page from
3935  *              all physical maps in which it resides.
3936  *              Reflects back modify bits to the pager.
3937  *
3938  *      Notes:
3939  *              Original versions of this routine were very
3940  *              inefficient because they iteratively called
3941  *              pmap_remove (slow...)
3942  */
3943
3944 void
3945 pmap_remove_all(vm_page_t m)
3946 {
3947         struct md_page *pvh;
3948         pv_entry_t pv;
3949         pmap_t pmap;
3950         struct rwlock *lock;
3951         pt_entry_t *pte, tpte, PG_A, PG_M, PG_RW;
3952         pd_entry_t *pde;
3953         vm_offset_t va;
3954         struct spglist free;
3955         int pvh_gen, md_gen;
3956
3957         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
3958             ("pmap_remove_all: page %p is not managed", m));
3959         SLIST_INIT(&free);
3960         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
3961         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
3962             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3963 retry:
3964         rw_wlock(lock);
3965         while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != NULL) {
3966                 pmap = PV_PMAP(pv);
3967                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
3968                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
3969                         rw_wunlock(lock);
3970                         PMAP_LOCK(pmap);
3971                         rw_wlock(lock);
3972                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
3973                                 rw_wunlock(lock);
3974                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3975                                 goto retry;
3976                         }
3977                 }
3978                 va = pv->pv_va;
3979                 pde = pmap_pde(pmap, va);
3980                 (void)pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
3981                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3982         }
3983         while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
3984                 pmap = PV_PMAP(pv);
3985                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
3986                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
3987                         md_gen = m->md.pv_gen;
3988                         rw_wunlock(lock);
3989                         PMAP_LOCK(pmap);
3990                         rw_wlock(lock);
3991                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
3992                                 rw_wunlock(lock);
3993                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3994                                 goto retry;
3995                         }
3996                 }
3997                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
3998                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
3999                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4000                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
4001                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
4002                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_remove_all: found"
4003                     " a 2mpage in page %p's pv list", m));
4004                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
4005                 tpte = pte_load_clear(pte);
4006                 if (tpte & PG_W)
4007                         pmap->pm_stats.wired_count--;
4008                 if (tpte & PG_A)
4009                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
4010
4011                 /*
4012                  * Update the vm_page_t clean and reference bits.
4013                  */
4014                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
4015                         vm_page_dirty(m);
4016                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, *pde, &free);
4017                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
4018                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4019                 m->md.pv_gen++;
4020                 free_pv_entry(pmap, pv);
4021                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4022         }
4023         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
4024         rw_wunlock(lock);
4025         pmap_delayed_invl_wait(m);
4026         pmap_free_zero_pages(&free);
4027 }
4028
4029 /*
4030  * pmap_protect_pde: do the things to protect a 2mpage in a process
4031  */
4032 static boolean_t
4033 pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva, vm_prot_t prot)
4034 {
4035         pd_entry_t newpde, oldpde;
4036         vm_offset_t eva, va;
4037         vm_page_t m;
4038         boolean_t anychanged;
4039         pt_entry_t PG_G, PG_M, PG_RW;
4040
4041         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
4042         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4043         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4044
4045         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4046         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
4047             ("pmap_protect_pde: sva is not 2mpage aligned"));
4048         anychanged = FALSE;
4049 retry:
4050         oldpde = newpde = *pde;
4051         if ((oldpde & (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) ==
4052             (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) {
4053                 eva = sva + NBPDR;
4054                 for (va = sva, m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
4055                     va < eva; va += PAGE_SIZE, m++)
4056                         vm_page_dirty(m);
4057         }
4058         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0)
4059                 newpde &= ~(PG_RW | PG_M);
4060         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
4061                 newpde |= pg_nx;
4062         if (newpde != oldpde) {
4063                 /*
4064                  * As an optimization to future operations on this PDE, clear
4065                  * PG_PROMOTED.  The impending invalidation will remove any
4066                  * lingering 4KB page mappings from the TLB.
4067                  */
4068                 if (!atomic_cmpset_long(pde, oldpde, newpde & ~PG_PROMOTED))
4069                         goto retry;
4070                 if ((oldpde & PG_G) != 0)
4071                         pmap_invalidate_pde_page(kernel_pmap, sva, oldpde);
4072                 else
4073                         anychanged = TRUE;
4074         }
4075         return (anychanged);
4076 }
4077
4078 /*
4079  *      Set the physical protection on the
4080  *      specified range of this map as requested.
4081  */
4082 void
4083 pmap_protect(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, vm_prot_t prot)
4084 {
4085         vm_offset_t va_next;
4086         pml4_entry_t *pml4e;
4087         pdp_entry_t *pdpe;
4088         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
4089         pt_entry_t *pte, PG_G, PG_M, PG_RW, PG_V;
4090         boolean_t anychanged;
4091
4092         KASSERT((prot & ~VM_PROT_ALL) == 0, ("invalid prot %x", prot));
4093         if (prot == VM_PROT_NONE) {
4094                 pmap_remove(pmap, sva, eva);
4095                 return;
4096         }
4097
4098         if ((prot & (VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE)) ==
4099             (VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE))
4100                 return;
4101
4102         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
4103         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4104         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4105         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4106         anychanged = FALSE;
4107
4108         /*
4109          * Although this function delays and batches the invalidation
4110          * of stale TLB entries, it does not need to call
4111          * pmap_delayed_invl_started() and
4112          * pmap_delayed_invl_finished(), because it does not
4113          * ordinarily destroy mappings.  Stale TLB entries from
4114          * protection-only changes need only be invalidated before the
4115          * pmap lock is released, because protection-only changes do
4116          * not destroy PV entries.  Even operations that iterate over
4117          * a physical page's PV list of mappings, like
4118          * pmap_remove_write(), acquire the pmap lock for each
4119          * mapping.  Consequently, for protection-only changes, the
4120          * pmap lock suffices to synchronize both page table and TLB
4121          * updates.
4122          *
4123          * This function only destroys a mapping if pmap_demote_pde()
4124          * fails.  In that case, stale TLB entries are immediately
4125          * invalidated.
4126          */
4127         
4128         PMAP_LOCK(pmap);
4129         for (; sva < eva; sva = va_next) {
4130
4131                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
4132                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
4133                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
4134                         if (va_next < sva)
4135                                 va_next = eva;
4136                         continue;
4137                 }
4138
4139                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
4140                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
4141                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
4142                         if (va_next < sva)
4143                                 va_next = eva;
4144                         continue;
4145                 }
4146
4147                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
4148                 if (va_next < sva)
4149                         va_next = eva;
4150
4151                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
4152                 ptpaddr = *pde;
4153
4154                 /*
4155                  * Weed out invalid mappings.
4156                  */
4157                 if (ptpaddr == 0)
4158                         continue;
4159
4160                 /*
4161                  * Check for large page.
4162                  */
4163                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
4164                         /*
4165                          * Are we protecting the entire large page?  If not,
4166                          * demote the mapping and fall through.
4167                          */
4168                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
4169                                 /*
4170                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
4171                                  * invalidated by pmap_protect_pde().
4172                                  */
4173                                 if (pmap_protect_pde(pmap, pde, sva, prot))
4174                                         anychanged = TRUE;
4175                                 continue;
4176                         } else if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, sva)) {
4177                                 /*
4178                                  * The large page mapping was destroyed.
4179                                  */
4180                                 continue;
4181                         }
4182                 }
4183
4184                 if (va_next > eva)
4185                         va_next = eva;
4186
4187                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
4188                     sva += PAGE_SIZE) {
4189                         pt_entry_t obits, pbits;
4190                         vm_page_t m;
4191
4192 retry:
4193                         obits = pbits = *pte;
4194                         if ((pbits & PG_V) == 0)
4195                                 continue;
4196
4197                         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
4198                                 if ((pbits & (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) ==
4199                                     (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) {
4200                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pbits & PG_FRAME);
4201                                         vm_page_dirty(m);
4202                                 }
4203                                 pbits &= ~(PG_RW | PG_M);
4204                         }
4205                         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
4206                                 pbits |= pg_nx;
4207
4208                         if (pbits != obits) {
4209                                 if (!atomic_cmpset_long(pte, obits, pbits))
4210                                         goto retry;
4211                                 if (obits & PG_G)
4212                                         pmap_invalidate_page(pmap, sva);
4213                                 else
4214                                         anychanged = TRUE;
4215                         }
4216                 }
4217         }
4218         if (anychanged)
4219                 pmap_invalidate_all(pmap);
4220         PMAP_UNLOCK(pmap);
4221 }
4222
4223 /*
4224  * Tries to promote the 512, contiguous 4KB page mappings that are within a
4225  * single page table page (PTP) to a single 2MB page mapping.  For promotion
4226  * to occur, two conditions must be met: (1) the 4KB page mappings must map
4227  * aligned, contiguous physical memory and (2) the 4KB page mappings must have
4228  * identical characteristics. 
4229  */
4230 static void
4231 pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
4232     struct rwlock **lockp)
4233 {
4234         pd_entry_t newpde;
4235         pt_entry_t *firstpte, oldpte, pa, *pte;
4236         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
4237         vm_page_t mpte;
4238         int PG_PTE_CACHE;
4239
4240         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
4241         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
4242         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4243         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4244         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4245         PG_PTE_CACHE = pmap_cache_mask(pmap, 0);
4246
4247         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4248
4249         /*
4250          * Examine the first PTE in the specified PTP.  Abort if this PTE is
4251          * either invalid, unused, or does not map the first 4KB physical page
4252          * within a 2MB page. 
4253          */
4254         firstpte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pde & PG_FRAME);
4255 setpde:
4256         newpde = *firstpte;
4257         if ((newpde & ((PG_FRAME & PDRMASK) | PG_A | PG_V)) != (PG_A | PG_V)) {
4258                 atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
4259                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
4260                     " in pmap %p", va, pmap);
4261                 return;
4262         }
4263         if ((newpde & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
4264                 /*
4265                  * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared without
4266                  * a TLB invalidation.
4267                  */
4268                 if (!atomic_cmpset_long(firstpte, newpde, newpde & ~PG_RW))
4269                         goto setpde;
4270                 newpde &= ~PG_RW;
4271         }
4272
4273         /*
4274          * Examine each of the other PTEs in the specified PTP.  Abort if this
4275          * PTE maps an unexpected 4KB physical page or does not have identical
4276          * characteristics to the first PTE.
4277          */
4278         pa = (newpde & (PG_PS_FRAME | PG_A | PG_V)) + NBPDR - PAGE_SIZE;
4279         for (pte = firstpte + NPTEPG - 1; pte > firstpte; pte--) {
4280 setpte:
4281                 oldpte = *pte;
4282                 if ((oldpte & (PG_FRAME | PG_A | PG_V)) != pa) {
4283                         atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
4284                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
4285                             " in pmap %p", va, pmap);
4286                         return;
4287                 }
4288                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
4289                         /*
4290                          * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared
4291                          * without a TLB invalidation.
4292                          */
4293                         if (!atomic_cmpset_long(pte, oldpte, oldpte & ~PG_RW))
4294                                 goto setpte;
4295                         oldpte &= ~PG_RW;
4296                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: protect for va %#lx"
4297                             " in pmap %p", (oldpte & PG_FRAME & PDRMASK) |
4298                             (va & ~PDRMASK), pmap);
4299                 }
4300                 if ((oldpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpde & PG_PTE_PROMOTE)) {
4301                         atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
4302                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
4303                             " in pmap %p", va, pmap);
4304                         return;
4305                 }
4306                 pa -= PAGE_SIZE;
4307         }
4308
4309         /*
4310          * Save the page table page in its current state until the PDE
4311          * mapping the superpage is demoted by pmap_demote_pde() or
4312          * destroyed by pmap_remove_pde(). 
4313          */
4314         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
4315         KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
4316             mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
4317             ("pmap_promote_pde: page table page is out of range"));
4318         KASSERT(mpte->pindex == pmap_pde_pindex(va),
4319             ("pmap_promote_pde: page table page's pindex is wrong"));
4320         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mpte)) {
4321                 atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
4322                 CTR2(KTR_PMAP,
4323                     "pmap_promote_pde: failure for va %#lx in pmap %p", va,
4324                     pmap);
4325                 return;
4326         }
4327
4328         /*
4329          * Promote the pv entries.
4330          */
4331         if ((newpde & PG_MANAGED) != 0)
4332                 pmap_pv_promote_pde(pmap, va, newpde & PG_PS_FRAME, lockp);
4333
4334         /*
4335          * Propagate the PAT index to its proper position.
4336          */
4337         newpde = pmap_swap_pat(pmap, newpde);
4338
4339         /*
4340          * Map the superpage.
4341          */
4342         if (workaround_erratum383)
4343                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, PG_PS | newpde);
4344         else
4345                 pde_store(pde, PG_PROMOTED | PG_PS | newpde);
4346
4347         atomic_add_long(&pmap_pde_promotions, 1);
4348         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: success for va %#lx"
4349             " in pmap %p", va, pmap);
4350 }
4351
4352 /*
4353  *      Insert the given physical page (p) at
4354  *      the specified virtual address (v) in the
4355  *      target physical map with the protection requested.
4356  *
4357  *      If specified, the page will be wired down, meaning
4358  *      that the related pte can not be reclaimed.
4359  *
4360  *      NB:  This is the only routine which MAY NOT lazy-evaluate
4361  *      or lose information.  That is, this routine must actually
4362  *      insert this page into the given map NOW.
4363  *
4364  *      When destroying both a page table and PV entry, this function
4365  *      performs the TLB invalidation before releasing the PV list
4366  *      lock, so we do not need pmap_delayed_invl_page() calls here.
4367  */
4368 int
4369 pmap_enter(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
4370     u_int flags, int8_t psind)
4371 {
4372         struct rwlock *lock;
4373         pd_entry_t *pde;
4374         pt_entry_t *pte, PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
4375         pt_entry_t newpte, origpte;
4376         pv_entry_t pv;
4377         vm_paddr_t opa, pa;
4378         vm_page_t mpte, om;
4379         int rv;
4380         boolean_t nosleep;
4381
4382         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
4383         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
4384         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4385         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4386         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4387
4388         va = trunc_page(va);
4389         KASSERT(va <= VM_MAX_KERNEL_ADDRESS, ("pmap_enter: toobig"));
4390         KASSERT(va < UPT_MIN_ADDRESS || va >= UPT_MAX_ADDRESS,
4391             ("pmap_enter: invalid to pmap_enter page table pages (va: 0x%lx)",
4392             va));
4393         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0 || va < kmi.clean_sva ||
4394             va >= kmi.clean_eva,
4395             ("pmap_enter: managed mapping within the clean submap"));
4396         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 && !vm_page_xbusied(m))
4397                 VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m->object);
4398         KASSERT((flags & PMAP_ENTER_RESERVED) == 0,
4399             ("pmap_enter: flags %u has reserved bits set", flags));
4400         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
4401         newpte = (pt_entry_t)(pa | PG_A | PG_V);
4402         if ((flags & VM_PROT_WRITE) != 0)
4403                 newpte |= PG_M;
4404         if ((prot & VM_PROT_WRITE) != 0)
4405                 newpte |= PG_RW;
4406         KASSERT((newpte & (PG_M | PG_RW)) != PG_M,
4407             ("pmap_enter: flags includes VM_PROT_WRITE but prot doesn't"));
4408         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
4409                 newpte |= pg_nx;
4410         if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) != 0)
4411                 newpte |= PG_W;
4412         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
4413                 newpte |= PG_U;
4414         if (pmap == kernel_pmap)
4415                 newpte |= PG_G;
4416         newpte |= pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, psind > 0);
4417
4418         /*
4419          * Set modified bit gratuitously for writeable mappings if
4420          * the page is unmanaged. We do not want to take a fault
4421          * to do the dirty bit accounting for these mappings.
4422          */
4423         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0) {
4424                 if ((newpte & PG_RW) != 0)
4425                         newpte |= PG_M;
4426         } else
4427                 newpte |= PG_MANAGED;
4428
4429         lock = NULL;
4430         PMAP_LOCK(pmap);
4431         if (psind == 1) {
4432                 /* Assert the required virtual and physical alignment. */ 
4433                 KASSERT((va & PDRMASK) == 0, ("pmap_enter: va unaligned"));
4434                 KASSERT(m->psind > 0, ("pmap_enter: m->psind < psind"));
4435                 rv = pmap_enter_pde(pmap, va, newpte | PG_PS, flags, m, &lock);
4436                 goto out;
4437         }
4438         mpte = NULL;
4439
4440         /*
4441          * In the case that a page table page is not
4442          * resident, we are creating it here.
4443          */
4444 retry:
4445         pde = pmap_pde(pmap, va);
4446         if (pde != NULL && (*pde & PG_V) != 0 && ((*pde & PG_PS) == 0 ||
4447             pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock))) {
4448                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
4449                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS && mpte == NULL) {
4450                         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
4451                         mpte->wire_count++;
4452                 }
4453         } else if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
4454                 /*
4455                  * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been
4456                  * deallocated.
4457                  */
4458                 nosleep = (flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0;
4459                 mpte = _pmap_allocpte(pmap, pmap_pde_pindex(va),
4460                     nosleep ? NULL : &lock);
4461                 if (mpte == NULL && nosleep) {
4462                         rv = KERN_RESOURCE_SHORTAGE;
4463                         goto out;
4464                 }
4465                 goto retry;
4466         } else
4467                 panic("pmap_enter: invalid page directory va=%#lx", va);
4468
4469         origpte = *pte;
4470
4471         /*
4472          * Is the specified virtual address already mapped?
4473          */
4474         if ((origpte & PG_V) != 0) {
4475                 /*
4476                  * Wiring change, just update stats. We don't worry about
4477                  * wiring PT pages as they remain resident as long as there
4478                  * are valid mappings in them. Hence, if a user page is wired,
4479                  * the PT page will be also.
4480                  */
4481                 if ((newpte & PG_W) != 0 && (origpte & PG_W) == 0)
4482                         pmap->pm_stats.wired_count++;
4483                 else if ((newpte & PG_W) == 0 && (origpte & PG_W) != 0)
4484                         pmap->pm_stats.wired_count--;
4485
4486                 /*
4487                  * Remove the extra PT page reference.
4488                  */
4489                 if (mpte != NULL) {
4490                         mpte->wire_count--;
4491                         KASSERT(mpte->wire_count > 0,
4492                             ("pmap_enter: missing reference to page table page,"
4493                              " va: 0x%lx", va));
4494                 }
4495
4496                 /*
4497                  * Has the physical page changed?
4498                  */
4499                 opa = origpte & PG_FRAME;
4500                 if (opa == pa) {
4501                         /*
4502                          * No, might be a protection or wiring change.
4503                          */
4504                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0 &&
4505                             (newpte & PG_RW) != 0)
4506                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
4507                         if (((origpte ^ newpte) & ~(PG_M | PG_A)) == 0)
4508                                 goto unchanged;
4509                         goto validate;
4510                 }
4511         } else {
4512                 /*
4513                  * Increment the counters.
4514                  */
4515                 if ((newpte & PG_W) != 0)
4516                         pmap->pm_stats.wired_count++;
4517                 pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
4518         }
4519
4520         /*
4521          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
4522          */
4523         if ((newpte & PG_MANAGED) != 0) {
4524                 pv = get_pv_entry(pmap, &lock);
4525                 pv->pv_va = va;
4526                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, pa);
4527                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4528                 m->md.pv_gen++;
4529                 if ((newpte & PG_RW) != 0)
4530                         vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
4531         }
4532
4533         /*
4534          * Update the PTE.
4535          */
4536         if ((origpte & PG_V) != 0) {
4537 validate:
4538                 origpte = pte_load_store(pte, newpte);
4539                 opa = origpte & PG_FRAME;
4540                 if (opa != pa) {
4541                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0) {
4542                                 om = PHYS_TO_VM_PAGE(opa);
4543                                 if ((origpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M |
4544                                     PG_RW))
4545                                         vm_page_dirty(om);
4546                                 if ((origpte & PG_A) != 0)
4547                                         vm_page_aflag_set(om, PGA_REFERENCED);
4548                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, opa);
4549                                 pmap_pvh_free(&om->md, pmap, va);
4550                                 if ((om->aflags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
4551                                     TAILQ_EMPTY(&om->md.pv_list) &&
4552                                     ((om->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
4553                                     TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(opa)->pv_list)))
4554                                         vm_page_aflag_clear(om, PGA_WRITEABLE);
4555                         }
4556                 } else if ((newpte & PG_M) == 0 && (origpte & (PG_M |
4557                     PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
4558                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0)
4559                                 vm_page_dirty(m);
4560
4561                         /*
4562                          * Although the PTE may still have PG_RW set, TLB
4563                          * invalidation may nonetheless be required because
4564                          * the PTE no longer has PG_M set.
4565                          */
4566                 } else if ((origpte & PG_NX) != 0 || (newpte & PG_NX) == 0) {
4567                         /*
4568                          * This PTE change does not require TLB invalidation.
4569                          */
4570                         goto unchanged;
4571                 }
4572                 if ((origpte & PG_A) != 0)
4573                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
4574         } else
4575                 pte_store(pte, newpte);
4576
4577 unchanged:
4578
4579         /*
4580          * If both the page table page and the reservation are fully
4581          * populated, then attempt promotion.
4582          */
4583         if ((mpte == NULL || mpte->wire_count == NPTEPG) &&
4584             pmap_ps_enabled(pmap) &&
4585             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
4586             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0)
4587                 pmap_promote_pde(pmap, pde, va, &lock);
4588
4589         rv = KERN_SUCCESS;
4590 out:
4591         if (lock != NULL)
4592                 rw_wunlock(lock);
4593         PMAP_UNLOCK(pmap);
4594         return (rv);
4595 }
4596
4597 /*
4598  * Tries to create a read- and/or execute-only 2MB page mapping.  Returns true
4599  * if successful.  Returns false if (1) a page table page cannot be allocated
4600  * without sleeping, (2) a mapping already exists at the specified virtual
4601  * address, or (3) a PV entry cannot be allocated without reclaiming another
4602  * PV entry.
4603  */
4604 static bool
4605 pmap_enter_2mpage(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
4606     struct rwlock **lockp)
4607 {
4608         pd_entry_t newpde;
4609         pt_entry_t PG_V;
4610
4611         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4612         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4613         newpde = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, 1) |
4614             PG_PS | PG_V;
4615         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
4616                 newpde |= PG_MANAGED;
4617         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
4618                 newpde |= pg_nx;
4619         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
4620                 newpde |= PG_U;
4621         return (pmap_enter_pde(pmap, va, newpde, PMAP_ENTER_NOSLEEP |
4622             PMAP_ENTER_NOREPLACE | PMAP_ENTER_NORECLAIM, NULL, lockp) ==
4623             KERN_SUCCESS);
4624 }
4625
4626 /*
4627  * Tries to create the specified 2MB page mapping.  Returns KERN_SUCCESS if
4628  * the mapping was created, and either KERN_FAILURE or KERN_RESOURCE_SHORTAGE
4629  * otherwise.  Returns KERN_FAILURE if PMAP_ENTER_NOREPLACE was specified and
4630  * a mapping already exists at the specified virtual address.  Returns
4631  * KERN_RESOURCE_SHORTAGE if PMAP_ENTER_NOSLEEP was specified and a page table
4632  * page allocation failed.  Returns KERN_RESOURCE_SHORTAGE if
4633  * PMAP_ENTER_NORECLAIM was specified and a PV entry allocation failed.
4634  *
4635  * The parameter "m" is only used when creating a managed, writeable mapping.
4636  */
4637 static int
4638 pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t newpde, u_int flags,
4639     vm_page_t m, struct rwlock **lockp)
4640 {
4641         struct spglist free;
4642         pd_entry_t oldpde, *pde;
4643         pt_entry_t PG_G, PG_RW, PG_V;
4644         vm_page_t mt, pdpg;
4645
4646         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
4647         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4648         KASSERT((newpde & (pmap_modified_bit(pmap) | PG_RW)) != PG_RW,
4649             ("pmap_enter_pde: newpde is missing PG_M"));
4650         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4651         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4652
4653         if ((pdpg = pmap_allocpde(pmap, va, (flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0 ?
4654             NULL : lockp)) == NULL) {
4655                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
4656                     " in pmap %p", va, pmap);
4657                 return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
4658         }
4659         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pdpg));
4660         pde = &pde[pmap_pde_index(va)];
4661         oldpde = *pde;
4662         if ((oldpde & PG_V) != 0) {
4663                 KASSERT(pdpg->wire_count > 1,
4664                     ("pmap_enter_pde: pdpg's wire count is too low"));
4665                 if ((flags & PMAP_ENTER_NOREPLACE) != 0) {
4666                         pdpg->wire_count--;
4667                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
4668                             " in pmap %p", va, pmap);
4669                         return (KERN_FAILURE);
4670                 }
4671                 /* Break the existing mapping(s). */
4672                 SLIST_INIT(&free);
4673                 if ((oldpde & PG_PS) != 0) {
4674                         /*
4675                          * The reference to the PD page that was acquired by
4676                          * pmap_allocpde() ensures that it won't be freed.
4677                          * However, if the PDE resulted from a promotion, then
4678                          * a reserved PT page could be freed.
4679                          */
4680                         (void)pmap_remove_pde(pmap, pde, va, &free, lockp);
4681                         if ((oldpde & PG_G) == 0)
4682                                 pmap_invalidate_pde_page(pmap, va, oldpde);
4683                 } else {
4684                         pmap_delayed_invl_started();
4685                         if (pmap_remove_ptes(pmap, va, va + NBPDR, pde, &free,
4686                             lockp))
4687                                pmap_invalidate_all(pmap);
4688                         pmap_delayed_invl_finished();
4689                 }
4690                 pmap_free_zero_pages(&free);
4691                 if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS) {
4692                         mt = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
4693                         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mt)) {
4694                                 /*
4695                                  * XXX Currently, this can't happen because
4696                                  * we do not perform pmap_enter(psind == 1)
4697                                  * on the kernel pmap.
4698                                  */
4699                                 panic("pmap_enter_pde: trie insert failed");
4700                         }
4701                 } else
4702                         KASSERT(*pde == 0, ("pmap_enter_pde: non-zero pde %p",
4703                             pde));
4704         }
4705         if ((newpde & PG_MANAGED) != 0) {
4706                 /*
4707                  * Abort this mapping if its PV entry could not be created.
4708                  */
4709                 if (!pmap_pv_insert_pde(pmap, va, newpde, flags, lockp)) {
4710                         SLIST_INIT(&free);
4711                         if (pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdpg, &free)) {
4712                                 /*
4713                                  * Although "va" is not mapped, paging-
4714                                  * structure caches could nonetheless have
4715                                  * entries that refer to the freed page table
4716                                  * pages.  Invalidate those entries.
4717                                  */
4718                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
4719                                 pmap_free_zero_pages(&free);
4720                         }
4721                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
4722                             " in pmap %p", va, pmap);
4723                         return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
4724                 }
4725                 if ((newpde & PG_RW) != 0) {
4726                         for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
4727                                 vm_page_aflag_set(mt, PGA_WRITEABLE);
4728                 }
4729         }
4730
4731         /*
4732          * Increment counters.
4733          */
4734         if ((newpde & PG_W) != 0)
4735                 pmap->pm_stats.wired_count += NBPDR / PAGE_SIZE;
4736         pmap_resident_count_inc(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
4737
4738         /*
4739          * Map the superpage.  (This is not a promoted mapping; there will not
4740          * be any lingering 4KB page mappings in the TLB.)
4741          */
4742         pde_store(pde, newpde);
4743
4744         atomic_add_long(&pmap_pde_mappings, 1);
4745         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: success for va %#lx"
4746             " in pmap %p", va, pmap);
4747         return (KERN_SUCCESS);
4748 }
4749
4750 /*
4751  * Maps a sequence of resident pages belonging to the same object.
4752  * The sequence begins with the given page m_start.  This page is
4753  * mapped at the given virtual address start.  Each subsequent page is
4754  * mapped at a virtual address that is offset from start by the same
4755  * amount as the page is offset from m_start within the object.  The
4756  * last page in the sequence is the page with the largest offset from
4757  * m_start that can be mapped at a virtual address less than the given
4758  * virtual address end.  Not every virtual page between start and end
4759  * is mapped; only those for which a resident page exists with the
4760  * corresponding offset from m_start are mapped.
4761  */
4762 void
4763 pmap_enter_object(pmap_t pmap, vm_offset_t start, vm_offset_t end,
4764     vm_page_t m_start, vm_prot_t prot)
4765 {
4766         struct rwlock *lock;
4767         vm_offset_t va;
4768         vm_page_t m, mpte;
4769         vm_pindex_t diff, psize;
4770
4771         VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m_start->object);
4772
4773         psize = atop(end - start);
4774         mpte = NULL;
4775         m = m_start;
4776         lock = NULL;
4777         PMAP_LOCK(pmap);
4778         while (m != NULL && (diff = m->pindex - m_start->pindex) < psize) {
4779                 va = start + ptoa(diff);
4780                 if ((va & PDRMASK) == 0 && va + NBPDR <= end &&
4781                     m->psind == 1 && pmap_ps_enabled(pmap) &&
4782                     pmap_enter_2mpage(pmap, va, m, prot, &lock))
4783                         m = &m[NBPDR / PAGE_SIZE - 1];
4784                 else
4785                         mpte = pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot,
4786                             mpte, &lock);
4787                 m = TAILQ_NEXT(m, listq);
4788         }
4789         if (lock != NULL)
4790                 rw_wunlock(lock);
4791         PMAP_UNLOCK(pmap);
4792 }
4793
4794 /*
4795  * this code makes some *MAJOR* assumptions:
4796  * 1. Current pmap & pmap exists.
4797  * 2. Not wired.
4798  * 3. Read access.
4799  * 4. No page table pages.
4800  * but is *MUCH* faster than pmap_enter...
4801  */
4802
4803 void
4804 pmap_enter_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot)
4805 {
4806         struct rwlock *lock;
4807
4808         lock = NULL;
4809         PMAP_LOCK(pmap);
4810         (void)pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot, NULL, &lock);
4811         if (lock != NULL)
4812                 rw_wunlock(lock);
4813         PMAP_UNLOCK(pmap);
4814 }
4815
4816 static vm_page_t
4817 pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
4818     vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp)
4819 {
4820         struct spglist free;
4821         pt_entry_t *pte, PG_V;
4822         vm_paddr_t pa;
4823
4824         KASSERT(va < kmi.clean_sva || va >= kmi.clean_eva ||
4825             (m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0,
4826             ("pmap_enter_quick_locked: managed mapping within the clean submap"));
4827         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4828         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4829
4830         /*
4831          * In the case that a page table page is not
4832          * resident, we are creating it here.
4833          */
4834         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
4835                 vm_pindex_t ptepindex;
4836                 pd_entry_t *ptepa;
4837
4838                 /*
4839                  * Calculate pagetable page index
4840                  */
4841                 ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
4842                 if (mpte && (mpte->pindex == ptepindex)) {
4843                         mpte->wire_count++;
4844                 } else {
4845                         /*
4846                          * Get the page directory entry
4847                          */
4848                         ptepa = pmap_pde(pmap, va);
4849
4850                         /*
4851                          * If the page table page is mapped, we just increment
4852                          * the hold count, and activate it.  Otherwise, we
4853                          * attempt to allocate a page table page.  If this
4854                          * attempt fails, we don't retry.  Instead, we give up.
4855                          */
4856                         if (ptepa && (*ptepa & PG_V) != 0) {
4857                                 if (*ptepa & PG_PS)
4858                                         return (NULL);
4859                                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*ptepa & PG_FRAME);
4860                                 mpte->wire_count++;
4861                         } else {
4862                                 /*
4863                                  * Pass NULL instead of the PV list lock
4864                                  * pointer, because we don't intend to sleep.
4865                                  */
4866                                 mpte = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex, NULL);
4867                                 if (mpte == NULL)
4868                                         return (mpte);
4869                         }
4870                 }
4871                 pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mpte));
4872                 pte = &pte[pmap_pte_index(va)];
4873         } else {
4874                 mpte = NULL;
4875                 pte = vtopte(va);
4876         }
4877         if (*pte) {
4878                 if (mpte != NULL) {
4879                         mpte->wire_count--;
4880                         mpte = NULL;
4881                 }
4882                 return (mpte);
4883         }
4884
4885         /*
4886          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
4887          */
4888         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 &&
4889             !pmap_try_insert_pv_entry(pmap, va, m, lockp)) {
4890                 if (mpte != NULL) {
4891                         SLIST_INIT(&free);
4892                         if (pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpte, &free)) {
4893                                 /*
4894                                  * Although "va" is not mapped, paging-
4895                                  * structure caches could nonetheless have
4896                                  * entries that refer to the freed page table
4897                                  * pages.  Invalidate those entries.
4898                                  */
4899                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
4900                                 pmap_free_zero_pages(&free);
4901                         }
4902                         mpte = NULL;
4903                 }
4904                 return (mpte);
4905         }
4906
4907         /*
4908          * Increment counters
4909          */
4910         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
4911
4912         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, 0);
4913         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
4914                 pa |= pg_nx;
4915
4916         /*
4917          * Now validate mapping with RO protection
4918          */
4919         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
4920                 pte_store(pte, pa | PG_V | PG_U);
4921         else
4922                 pte_store(pte, pa | PG_V | PG_U | PG_MANAGED);
4923         return (mpte);
4924 }
4925
4926 /*
4927  * Make a temporary mapping for a physical address.  This is only intended
4928  * to be used for panic dumps.
4929  */
4930 void *
4931 pmap_kenter_temporary(vm_paddr_t pa, int i)
4932 {
4933         vm_offset_t va;
4934
4935         va = (vm_offset_t)crashdumpmap + (i * PAGE_SIZE);
4936         pmap_kenter(va, pa);
4937         invlpg(va);
4938         return ((void *)crashdumpmap);
4939 }
4940
4941 /*
4942  * This code maps large physical mmap regions into the
4943  * processor address space.  Note that some shortcuts
4944  * are taken, but the code works.
4945  */
4946 void
4947 pmap_object_init_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_object_t object,
4948     vm_pindex_t pindex, vm_size_t size)
4949 {
4950         pd_entry_t *pde;
4951         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
4952         vm_paddr_t pa, ptepa;
4953         vm_page_t p, pdpg;
4954         int pat_mode;
4955
4956         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
4957         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4958         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4959         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4960
4961         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
4962         KASSERT(object->type == OBJT_DEVICE || object->type == OBJT_SG,
4963             ("pmap_object_init_pt: non-device object"));
4964         if ((addr & (NBPDR - 1)) == 0 && (size & (NBPDR - 1)) == 0) {
4965                 if (!pmap_ps_enabled(pmap))
4966                         return;
4967                 if (!vm_object_populate(object, pindex, pindex + atop(size)))
4968                         return;
4969                 p = vm_page_lookup(object, pindex);
4970                 KASSERT(p->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
4971                     ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
4972                 pat_mode = p->md.pat_mode;
4973
4974                 /*
4975                  * Abort the mapping if the first page is not physically
4976                  * aligned to a 2MB page boundary.
4977                  */
4978                 ptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(p);
4979                 if (ptepa & (NBPDR - 1))
4980                         return;
4981
4982                 /*
4983                  * Skip the first page.  Abort the mapping if the rest of
4984                  * the pages are not physically contiguous or have differing
4985                  * memory attributes.
4986                  */
4987                 p = TAILQ_NEXT(p, listq);
4988                 for (pa = ptepa + PAGE_SIZE; pa < ptepa + size;
4989                     pa += PAGE_SIZE) {
4990                         KASSERT(p->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
4991                             ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
4992                         if (pa != VM_PAGE_TO_PHYS(p) ||
4993                             pat_mode != p->md.pat_mode)
4994                                 return;
4995                         p = TAILQ_NEXT(p, listq);
4996                 }
4997
4998                 /*
4999                  * Map using 2MB pages.  Since "ptepa" is 2M aligned and
5000                  * "size" is a multiple of 2M, adding the PAT setting to "pa"
5001                  * will not affect the termination of this loop.
5002                  */ 
5003                 PMAP_LOCK(pmap);
5004                 for (pa = ptepa | pmap_cache_bits(pmap, pat_mode, 1);
5005                     pa < ptepa + size; pa += NBPDR) {
5006                         pdpg = pmap_allocpde(pmap, addr, NULL);
5007                         if (pdpg == NULL) {
5008                                 /*
5009                                  * The creation of mappings below is only an
5010                                  * optimization.  If a page directory page
5011                                  * cannot be allocated without blocking,
5012                                  * continue on to the next mapping rather than
5013                                  * blocking.
5014                                  */
5015                                 addr += NBPDR;
5016                                 continue;
5017                         }
5018                         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pdpg));
5019                         pde = &pde[pmap_pde_index(addr)];
5020                         if ((*pde & PG_V) == 0) {
5021                                 pde_store(pde, pa | PG_PS | PG_M | PG_A |
5022                                     PG_U | PG_RW | PG_V);
5023                                 pmap_resident_count_inc(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
5024                                 atomic_add_long(&pmap_pde_mappings, 1);
5025                         } else {
5026                                 /* Continue on if the PDE is already valid. */
5027                                 pdpg->wire_count--;
5028                                 KASSERT(pdpg->wire_count > 0,
5029                                     ("pmap_object_init_pt: missing reference "
5030                                     "to page directory page, va: 0x%lx", addr));
5031                         }
5032                         addr += NBPDR;
5033                 }
5034                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5035         }
5036 }
5037
5038 /*
5039  *      Clear the wired attribute from the mappings for the specified range of
5040  *      addresses in the given pmap.  Every valid mapping within that range
5041  *      must have the wired attribute set.  In contrast, invalid mappings
5042  *      cannot have the wired attribute set, so they are ignored.
5043  *
5044  *      The wired attribute of the page table entry is not a hardware
5045  *      feature, so there is no need to invalidate any TLB entries.
5046  *      Since pmap_demote_pde() for the wired entry must never fail,
5047  *      pmap_delayed_invl_started()/finished() calls around the
5048  *      function are not needed.
5049  */
5050 void
5051 pmap_unwire(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
5052 {
5053         vm_offset_t va_next;
5054         pml4_entry_t *pml4e;
5055         pdp_entry_t *pdpe;
5056         pd_entry_t *pde;
5057         pt_entry_t *pte, PG_V;
5058
5059         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5060         PMAP_LOCK(pmap);
5061         for (; sva < eva; sva = va_next) {
5062                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
5063                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
5064                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
5065                         if (va_next < sva)
5066                                 va_next = eva;
5067                         continue;
5068                 }
5069                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
5070                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
5071                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
5072                         if (va_next < sva)
5073                                 va_next = eva;
5074                         continue;
5075                 }
5076                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
5077                 if (va_next < sva)
5078                         va_next = eva;
5079                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
5080                 if ((*pde & PG_V) == 0)
5081                         continue;
5082                 if ((*pde & PG_PS) != 0) {
5083                         if ((*pde & PG_W) == 0)
5084                                 panic("pmap_unwire: pde %#jx is missing PG_W",
5085                                     (uintmax_t)*pde);
5086
5087                         /*
5088                          * Are we unwiring the entire large page?  If not,
5089                          * demote the mapping and fall through.
5090                          */
5091                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
5092                                 atomic_clear_long(pde, PG_W);
5093                                 pmap->pm_stats.wired_count -= NBPDR /
5094                                     PAGE_SIZE;
5095                                 continue;
5096                         } else if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, sva))
5097                                 panic("pmap_unwire: demotion failed");
5098                 }
5099                 if (va_next > eva)
5100                         va_next = eva;
5101                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
5102                     sva += PAGE_SIZE) {
5103                         if ((*pte & PG_V) == 0)
5104                                 continue;
5105                         if ((*pte & PG_W) == 0)
5106                                 panic("pmap_unwire: pte %#jx is missing PG_W",
5107                                     (uintmax_t)*pte);
5108
5109                         /*
5110                          * PG_W must be cleared atomically.  Although the pmap
5111                          * lock synchronizes access to PG_W, another processor
5112                          * could be setting PG_M and/or PG_A concurrently.
5113                          */
5114                         atomic_clear_long(pte, PG_W);
5115                         pmap->pm_stats.wired_count--;
5116                 }
5117         }
5118         PMAP_UNLOCK(pmap);
5119 }
5120
5121 /*
5122  *      Copy the range specified by src_addr/len
5123  *      from the source map to the range dst_addr/len
5124  *      in the destination map.
5125  *
5126  *      This routine is only advisory and need not do anything.
5127  */
5128
5129 void
5130 pmap_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap, vm_offset_t dst_addr, vm_size_t len,
5131     vm_offset_t src_addr)
5132 {
5133         struct rwlock *lock;
5134         struct spglist free;
5135         vm_offset_t addr;
5136         vm_offset_t end_addr = src_addr + len;
5137         vm_offset_t va_next;
5138         vm_page_t dst_pdpg, dstmpte, srcmpte;
5139         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_V;
5140
5141         if (dst_addr != src_addr)
5142                 return;
5143
5144         if (dst_pmap->pm_type != src_pmap->pm_type)
5145                 return;
5146
5147         /*
5148          * EPT page table entries that require emulation of A/D bits are
5149          * sensitive to clearing the PG_A bit (aka EPT_PG_READ). Although
5150          * we clear PG_M (aka EPT_PG_WRITE) concomitantly, the PG_U bit
5151          * (aka EPT_PG_EXECUTE) could still be set. Since some EPT
5152          * implementations flag an EPT misconfiguration for exec-only
5153          * mappings we skip this function entirely for emulated pmaps.
5154          */
5155         if (pmap_emulate_ad_bits(dst_pmap))
5156                 return;
5157
5158         lock = NULL;
5159         if (dst_pmap < src_pmap) {
5160                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
5161                 PMAP_LOCK(src_pmap);
5162         } else {
5163                 PMAP_LOCK(src_pmap);
5164                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
5165         }
5166
5167         PG_A = pmap_accessed_bit(dst_pmap);
5168         PG_M = pmap_modified_bit(dst_pmap);
5169         PG_V = pmap_valid_bit(dst_pmap);
5170
5171         for (addr = src_addr; addr < end_addr; addr = va_next) {
5172                 pt_entry_t *src_pte, *dst_pte;
5173                 pml4_entry_t *pml4e;
5174                 pdp_entry_t *pdpe;
5175                 pd_entry_t srcptepaddr, *pde;
5176
5177                 KASSERT(addr < UPT_MIN_ADDRESS,
5178                     ("pmap_copy: invalid to pmap_copy page tables"));
5179
5180                 pml4e = pmap_pml4e(src_pmap, addr);
5181                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
5182                         va_next = (addr + NBPML4) & ~PML4MASK;
5183                         if (va_next < addr)
5184                                 va_next = end_addr;
5185                         continue;
5186                 }
5187
5188                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, addr);
5189                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
5190                         va_next = (addr + NBPDP) & ~PDPMASK;
5191                         if (va_next < addr)
5192                                 va_next = end_addr;
5193                         continue;
5194                 }
5195
5196                 va_next = (addr + NBPDR) & ~PDRMASK;
5197                 if (va_next < addr)
5198                         va_next = end_addr;
5199
5200                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, addr);
5201                 srcptepaddr = *pde;
5202                 if (srcptepaddr == 0)
5203                         continue;
5204                         
5205                 if (srcptepaddr & PG_PS) {
5206                         if ((addr & PDRMASK) != 0 || addr + NBPDR > end_addr)
5207                                 continue;
5208                         dst_pdpg = pmap_allocpde(dst_pmap, addr, NULL);
5209                         if (dst_pdpg == NULL)
5210                                 break;
5211                         pde = (pd_entry_t *)
5212                             PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(dst_pdpg));
5213                         pde = &pde[pmap_pde_index(addr)];
5214                         if (*pde == 0 && ((srcptepaddr & PG_MANAGED) == 0 ||
5215                             pmap_pv_insert_pde(dst_pmap, addr, srcptepaddr,
5216                             PMAP_ENTER_NORECLAIM, &lock))) {
5217                                 *pde = srcptepaddr & ~PG_W;
5218                                 pmap_resident_count_inc(dst_pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
5219                                 atomic_add_long(&pmap_pde_mappings, 1);
5220                         } else
5221                                 dst_pdpg->wire_count--;
5222                         continue;
5223                 }
5224
5225                 srcptepaddr &= PG_FRAME;
5226                 srcmpte = PHYS_TO_VM_PAGE(srcptepaddr);
5227                 KASSERT(srcmpte->wire_count > 0,
5228                     ("pmap_copy: source page table page is unused"));
5229
5230                 if (va_next > end_addr)
5231                         va_next = end_addr;
5232
5233                 src_pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(srcptepaddr);
5234                 src_pte = &src_pte[pmap_pte_index(addr)];
5235                 dstmpte = NULL;
5236                 while (addr < va_next) {
5237                         pt_entry_t ptetemp;
5238                         ptetemp = *src_pte;
5239                         /*
5240                          * we only virtual copy managed pages
5241                          */
5242                         if ((ptetemp & PG_MANAGED) != 0) {
5243                                 if (dstmpte != NULL &&
5244                                     dstmpte->pindex == pmap_pde_pindex(addr))
5245                                         dstmpte->wire_count++;
5246                                 else if ((dstmpte = pmap_allocpte(dst_pmap,
5247                                     addr, NULL)) == NULL)
5248                                         goto out;
5249                                 dst_pte = (pt_entry_t *)
5250                                     PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(dstmpte));
5251                                 dst_pte = &dst_pte[pmap_pte_index(addr)];
5252                                 if (*dst_pte == 0 &&
5253                                     pmap_try_insert_pv_entry(dst_pmap, addr,
5254                                     PHYS_TO_VM_PAGE(ptetemp & PG_FRAME),
5255                                     &lock)) {
5256                                         /*
5257                                          * Clear the wired, modified, and
5258                                          * accessed (referenced) bits
5259                                          * during the copy.
5260                                          */
5261                                         *dst_pte = ptetemp & ~(PG_W | PG_M |
5262                                             PG_A);
5263                                         pmap_resident_count_inc(dst_pmap, 1);
5264                                 } else {
5265                                         SLIST_INIT(&free);
5266                                         if (pmap_unwire_ptp(dst_pmap, addr,
5267                                             dstmpte, &free)) {
5268                                                 /*
5269                                                  * Although "addr" is not
5270                                                  * mapped, paging-structure
5271                                                  * caches could nonetheless
5272                                                  * have entries that refer to
5273                                                  * the freed page table pages.
5274                                                  * Invalidate those entries.
5275                                                  */
5276                                                 pmap_invalidate_page(dst_pmap,
5277                                                     addr);
5278                                                 pmap_free_zero_pages(&free);
5279                                         }
5280                                         goto out;
5281                                 }
5282                                 if (dstmpte->wire_count >= srcmpte->wire_count)
5283                                         break;
5284                         }
5285                         addr += PAGE_SIZE;
5286                         src_pte++;
5287                 }
5288         }
5289 out:
5290         if (lock != NULL)
5291                 rw_wunlock(lock);
5292         PMAP_UNLOCK(src_pmap);
5293         PMAP_UNLOCK(dst_pmap);
5294 }
5295
5296 /*
5297  * Zero the specified hardware page.
5298  */
5299 void
5300 pmap_zero_page(vm_page_t m)
5301 {
5302         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5303
5304         pagezero((void *)va);
5305 }
5306
5307 /*
5308  * Zero an an area within a single hardware page.  off and size must not
5309  * cover an area beyond a single hardware page.
5310  */
5311 void
5312 pmap_zero_page_area(vm_page_t m, int off, int size)
5313 {
5314         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5315
5316         if (off == 0 && size == PAGE_SIZE)
5317                 pagezero((void *)va);
5318         else
5319                 bzero((char *)va + off, size);
5320 }
5321
5322 /*
5323  * Copy 1 specified hardware page to another.
5324  */
5325 void
5326 pmap_copy_page(vm_page_t msrc, vm_page_t mdst)
5327 {
5328         vm_offset_t src = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(msrc));
5329         vm_offset_t dst = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mdst));
5330
5331         pagecopy((void *)src, (void *)dst);
5332 }
5333
5334 int unmapped_buf_allowed = 1;
5335
5336 void
5337 pmap_copy_pages(vm_page_t ma[], vm_offset_t a_offset, vm_page_t mb[],
5338     vm_offset_t b_offset, int xfersize)
5339 {
5340         void *a_cp, *b_cp;
5341         vm_page_t pages[2];
5342         vm_offset_t vaddr[2], a_pg_offset, b_pg_offset;
5343         int cnt;
5344         boolean_t mapped;
5345
5346         while (xfersize > 0) {
5347                 a_pg_offset = a_offset & PAGE_MASK;
5348                 pages[0] = ma[a_offset >> PAGE_SHIFT];
5349                 b_pg_offset = b_offset & PAGE_MASK;
5350                 pages[1] = mb[b_offset >> PAGE_SHIFT];
5351                 cnt = min(xfersize, PAGE_SIZE - a_pg_offset);
5352                 cnt = min(cnt, PAGE_SIZE - b_pg_offset);
5353                 mapped = pmap_map_io_transient(pages, vaddr, 2, FALSE);
5354                 a_cp = (char *)vaddr[0] + a_pg_offset;
5355                 b_cp = (char *)vaddr[1] + b_pg_offset;
5356                 bcopy(a_cp, b_cp, cnt);
5357                 if (__predict_false(mapped))
5358                         pmap_unmap_io_transient(pages, vaddr, 2, FALSE);
5359                 a_offset += cnt;
5360                 b_offset += cnt;
5361                 xfersize -= cnt;
5362         }
5363 }
5364
5365 /*
5366  * Returns true if the pmap's pv is one of the first
5367  * 16 pvs linked to from this page.  This count may
5368  * be changed upwards or downwards in the future; it
5369  * is only necessary that true be returned for a small
5370  * subset of pmaps for proper page aging.
5371  */
5372 boolean_t
5373 pmap_page_exists_quick(pmap_t pmap, vm_page_t m)
5374 {
5375         struct md_page *pvh;
5376         struct rwlock *lock;
5377         pv_entry_t pv;
5378         int loops = 0;
5379         boolean_t rv;
5380
5381         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5382             ("pmap_page_exists_quick: page %p is not managed", m));
5383         rv = FALSE;
5384         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5385         rw_rlock(lock);
5386         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5387                 if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
5388                         rv = TRUE;
5389                         break;
5390                 }
5391                 loops++;
5392                 if (loops >= 16)
5393                         break;
5394         }
5395         if (!rv && loops < 16 && (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5396                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5397                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
5398                         if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
5399                                 rv = TRUE;
5400                                 break;
5401                         }
5402                         loops++;
5403                         if (loops >= 16)
5404                                 break;
5405                 }
5406         }
5407         rw_runlock(lock);
5408         return (rv);
5409 }
5410
5411 /*
5412  *      pmap_page_wired_mappings:
5413  *
5414  *      Return the number of managed mappings to the given physical page
5415  *      that are wired.
5416  */
5417 int
5418 pmap_page_wired_mappings(vm_page_t m)
5419 {
5420         struct rwlock *lock;
5421         struct md_page *pvh;
5422         pmap_t pmap;
5423         pt_entry_t *pte;
5424         pv_entry_t pv;
5425         int count, md_gen, pvh_gen;
5426
5427         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
5428                 return (0);
5429         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5430         rw_rlock(lock);
5431 restart:
5432         count = 0;
5433         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5434                 pmap = PV_PMAP(pv);
5435                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5436                         md_gen = m->md.pv_gen;
5437                         rw_runlock(lock);
5438                         PMAP_LOCK(pmap);
5439                         rw_rlock(lock);
5440                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
5441                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5442                                 goto restart;
5443                         }
5444                 }
5445                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va);
5446                 if ((*pte & PG_W) != 0)
5447                         count++;
5448                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5449         }
5450         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5451                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5452                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
5453                         pmap = PV_PMAP(pv);
5454                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5455                                 md_gen = m->md.pv_gen;
5456                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
5457                                 rw_runlock(lock);
5458                                 PMAP_LOCK(pmap);
5459                                 rw_rlock(lock);
5460                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
5461                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
5462                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
5463                                         goto restart;
5464                                 }
5465                         }
5466                         pte = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
5467                         if ((*pte & PG_W) != 0)
5468                                 count++;
5469                         PMAP_UNLOCK(pmap);
5470                 }
5471         }
5472         rw_runlock(lock);
5473         return (count);
5474 }
5475
5476 /*
5477  * Returns TRUE if the given page is mapped individually or as part of
5478  * a 2mpage.  Otherwise, returns FALSE.
5479  */
5480 boolean_t
5481 pmap_page_is_mapped(vm_page_t m)
5482 {
5483         struct rwlock *lock;
5484         boolean_t rv;
5485
5486         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
5487                 return (FALSE);
5488         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5489         rw_rlock(lock);
5490         rv = !TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) ||
5491             ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
5492             !TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m))->pv_list));
5493         rw_runlock(lock);
5494         return (rv);
5495 }
5496
5497 /*
5498  * Destroy all managed, non-wired mappings in the given user-space
5499  * pmap.  This pmap cannot be active on any processor besides the
5500  * caller.
5501  *
5502  * This function cannot be applied to the kernel pmap.  Moreover, it
5503  * is not intended for general use.  It is only to be used during
5504  * process termination.  Consequently, it can be implemented in ways
5505  * that make it faster than pmap_remove().  First, it can more quickly
5506  * destroy mappings by iterating over the pmap's collection of PV
5507  * entries, rather than searching the page table.  Second, it doesn't
5508  * have to test and clear the page table entries atomically, because
5509  * no processor is currently accessing the user address space.  In
5510  * particular, a page table entry's dirty bit won't change state once
5511  * this function starts.
5512  *
5513  * Although this function destroys all of the pmap's managed,
5514  * non-wired mappings, it can delay and batch the invalidation of TLB
5515  * entries without calling pmap_delayed_invl_started() and
5516  * pmap_delayed_invl_finished().  Because the pmap is not active on
5517  * any other processor, none of these TLB entries will ever be used
5518  * before their eventual invalidation.  Consequently, there is no need
5519  * for either pmap_remove_all() or pmap_remove_write() to wait for
5520  * that eventual TLB invalidation.
5521  */
5522 void
5523 pmap_remove_pages(pmap_t pmap)
5524 {
5525         pd_entry_t ptepde;
5526         pt_entry_t *pte, tpte;
5527         pt_entry_t PG_M, PG_RW, PG_V;
5528         struct spglist free;
5529         vm_page_t m, mpte, mt;
5530         pv_entry_t pv;
5531         struct md_page *pvh;
5532         struct pv_chunk *pc, *npc;
5533         struct rwlock *lock;
5534         int64_t bit;
5535         uint64_t inuse, bitmask;
5536         int allfree, field, freed, idx;
5537         boolean_t superpage;
5538         vm_paddr_t pa;
5539
5540         /*
5541          * Assert that the given pmap is only active on the current
5542          * CPU.  Unfortunately, we cannot block another CPU from
5543          * activating the pmap while this function is executing.
5544          */
5545         KASSERT(pmap == PCPU_GET(curpmap), ("non-current pmap %p", pmap));
5546 #ifdef INVARIANTS
5547         {
5548                 cpuset_t other_cpus;
5549
5550                 other_cpus = all_cpus;
5551                 critical_enter();
5552                 CPU_CLR(PCPU_GET(cpuid), &other_cpus);
5553                 CPU_AND(&other_cpus, &pmap->pm_active);
5554                 critical_exit();
5555                 KASSERT(CPU_EMPTY(&other_cpus), ("pmap active %p", pmap));
5556         }
5557 #endif
5558
5559         lock = NULL;
5560         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5561         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5562         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5563
5564         SLIST_INIT(&free);
5565         PMAP_LOCK(pmap);
5566         TAILQ_FOREACH_SAFE(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list, npc) {
5567                 allfree = 1;
5568                 freed = 0;
5569                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
5570                         inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
5571                         while (inuse != 0) {
5572                                 bit = bsfq(inuse);
5573                                 bitmask = 1UL << bit;
5574                                 idx = field * 64 + bit;
5575                                 pv = &pc->pc_pventry[idx];
5576                                 inuse &= ~bitmask;
5577
5578                                 pte = pmap_pdpe(pmap, pv->pv_va);
5579                                 ptepde = *pte;
5580                                 pte = pmap_pdpe_to_pde(pte, pv->pv_va);
5581                                 tpte = *pte;
5582                                 if ((tpte & (PG_PS | PG_V)) == PG_V) {
5583                                         superpage = FALSE;
5584                                         ptepde = tpte;
5585                                         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(tpte &
5586                                             PG_FRAME);
5587                                         pte = &pte[pmap_pte_index(pv->pv_va)];
5588                                         tpte = *pte;
5589                                 } else {
5590                                         /*
5591                                          * Keep track whether 'tpte' is a
5592                                          * superpage explicitly instead of
5593                                          * relying on PG_PS being set.
5594                                          *
5595                                          * This is because PG_PS is numerically
5596                                          * identical to PG_PTE_PAT and thus a
5597                                          * regular page could be mistaken for
5598                                          * a superpage.
5599                                          */
5600                                         superpage = TRUE;
5601                                 }
5602
5603                                 if ((tpte & PG_V) == 0) {
5604                                         panic("bad pte va %lx pte %lx",
5605                                             pv->pv_va, tpte);
5606                                 }
5607
5608 /*
5609  * We cannot remove wired pages from a process' mapping at this time
5610  */
5611                                 if (tpte & PG_W) {
5612                                         allfree = 0;
5613                                         continue;
5614                                 }
5615
5616                                 if (superpage)
5617                                         pa = tpte & PG_PS_FRAME;
5618                                 else
5619                                         pa = tpte & PG_FRAME;
5620
5621                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
5622                                 KASSERT(m->phys_addr == pa,
5623                                     ("vm_page_t %p phys_addr mismatch %016jx %016jx",
5624                                     m, (uintmax_t)m->phys_addr,
5625                                     (uintmax_t)tpte));
5626
5627                                 KASSERT((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
5628                                     m < &vm_page_array[vm_page_array_size],
5629                                     ("pmap_remove_pages: bad tpte %#jx",
5630                                     (uintmax_t)tpte));
5631
5632                                 pte_clear(pte);
5633
5634                                 /*
5635                                  * Update the vm_page_t clean/reference bits.
5636                                  */
5637                                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
5638                                         if (superpage) {
5639                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
5640                                                         vm_page_dirty(mt);
5641                                         } else
5642                                                 vm_page_dirty(m);
5643                                 }
5644
5645                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(&lock, m);
5646
5647                                 /* Mark free */
5648                                 pc->pc_map[field] |= bitmask;
5649                                 if (superpage) {
5650                                         pmap_resident_count_dec(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
5651                                         pvh = pa_to_pvh(tpte & PG_PS_FRAME);
5652                                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
5653                                         pvh->pv_gen++;
5654                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
5655                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
5656                                                         if ((mt->aflags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
5657                                                             TAILQ_EMPTY(&mt->md.pv_list))
5658                                                                 vm_page_aflag_clear(mt, PGA_WRITEABLE);
5659                                         }
5660                                         mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, pv->pv_va);
5661                                         if (mpte != NULL) {
5662                                                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
5663                                                 KASSERT(mpte->wire_count == NPTEPG,
5664                                                     ("pmap_remove_pages: pte page wire count error"));
5665                                                 mpte->wire_count = 0;
5666                                                 pmap_add_delayed_free_list(mpte, &free, FALSE);
5667                                         }
5668                                 } else {
5669                                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
5670                                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5671                                         m->md.pv_gen++;
5672                                         if ((m->aflags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
5673                                             TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
5674                                             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5675                                                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5676                                                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
5677                                                         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
5678                                         }
5679                                 }
5680                                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, ptepde, &free);
5681                                 freed++;
5682                         }
5683                 }
5684                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
5685                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
5686                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
5687                 if (allfree) {
5688                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5689                         free_pv_chunk(pc);
5690                 }
5691         }
5692         if (lock != NULL)
5693                 rw_wunlock(lock);
5694         pmap_invalidate_all(pmap);
5695         PMAP_UNLOCK(pmap);
5696         pmap_free_zero_pages(&free);
5697 }
5698
5699 static boolean_t
5700 pmap_page_test_mappings(vm_page_t m, boolean_t accessed, boolean_t modified)
5701 {
5702         struct rwlock *lock;
5703         pv_entry_t pv;
5704         struct md_page *pvh;
5705         pt_entry_t *pte, mask;
5706         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
5707         pmap_t pmap;
5708         int md_gen, pvh_gen;
5709         boolean_t rv;
5710
5711         rv = FALSE;
5712         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5713         rw_rlock(lock);
5714 restart:
5715         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5716                 pmap = PV_PMAP(pv);
5717                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5718                         md_gen = m->md.pv_gen;
5719                         rw_runlock(lock);
5720                         PMAP_LOCK(pmap);
5721                         rw_rlock(lock);
5722                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
5723                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5724                                 goto restart;
5725                         }
5726                 }
5727                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va);
5728                 mask = 0;
5729                 if (modified) {
5730                         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5731                         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5732                         mask |= PG_RW | PG_M;
5733                 }
5734                 if (accessed) {
5735                         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5736                         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5737                         mask |= PG_V | PG_A;
5738                 }
5739                 rv = (*pte & mask) == mask;
5740                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5741                 if (rv)
5742                         goto out;
5743         }
5744         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5745                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5746                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
5747                         pmap = PV_PMAP(pv);
5748                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5749                                 md_gen = m->md.pv_gen;
5750                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
5751                                 rw_runlock(lock);
5752                                 PMAP_LOCK(pmap);
5753                                 rw_rlock(lock);
5754                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
5755                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
5756                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
5757                                         goto restart;
5758                                 }
5759                         }
5760                         pte = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
5761                         mask = 0;
5762                         if (modified) {
5763                                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5764                                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5765                                 mask |= PG_RW | PG_M;
5766                         }
5767                         if (accessed) {
5768                                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5769                                 PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5770                                 mask |= PG_V | PG_A;
5771                         }
5772                         rv = (*pte & mask) == mask;
5773                         PMAP_UNLOCK(pmap);
5774                         if (rv)
5775                                 goto out;
5776                 }
5777         }
5778 out:
5779         rw_runlock(lock);
5780         return (rv);
5781 }
5782
5783 /*
5784  *      pmap_is_modified:
5785  *
5786  *      Return whether or not the specified physical page was modified
5787  *      in any physical maps.
5788  */
5789 boolean_t
5790 pmap_is_modified(vm_page_t m)
5791 {
5792
5793         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5794             ("pmap_is_modified: page %p is not managed", m));
5795
5796         /*
5797          * If the page is not exclusive busied, then PGA_WRITEABLE cannot be
5798          * concurrently set while the object is locked.  Thus, if PGA_WRITEABLE
5799          * is clear, no PTEs can have PG_M set.
5800          */
5801         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
5802         if (!vm_page_xbusied(m) && (m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
5803                 return (FALSE);
5804         return (pmap_page_test_mappings(m, FALSE, TRUE));
5805 }
5806
5807 /*
5808  *      pmap_is_prefaultable:
5809  *
5810  *      Return whether or not the specified virtual address is eligible
5811  *      for prefault.
5812  */
5813 boolean_t
5814 pmap_is_prefaultable(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
5815 {
5816         pd_entry_t *pde;
5817         pt_entry_t *pte, PG_V;
5818         boolean_t rv;
5819
5820         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5821         rv = FALSE;
5822         PMAP_LOCK(pmap);
5823         pde = pmap_pde(pmap, addr);
5824         if (pde != NULL && (*pde & (PG_PS | PG_V)) == PG_V) {
5825                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, addr);
5826                 rv = (*pte & PG_V) == 0;
5827         }
5828         PMAP_UNLOCK(pmap);
5829         return (rv);
5830 }
5831
5832 /*
5833  *      pmap_is_referenced:
5834  *
5835  *      Return whether or not the specified physical page was referenced
5836  *      in any physical maps.
5837  */
5838 boolean_t
5839 pmap_is_referenced(vm_page_t m)
5840 {
5841
5842         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5843             ("pmap_is_referenced: page %p is not managed", m));
5844         return (pmap_page_test_mappings(m, TRUE, FALSE));
5845 }
5846
5847 /*
5848  * Clear the write and modified bits in each of the given page's mappings.
5849  */
5850 void
5851 pmap_remove_write(vm_page_t m)
5852 {
5853         struct md_page *pvh;
5854         pmap_t pmap;
5855         struct rwlock *lock;
5856         pv_entry_t next_pv, pv;
5857         pd_entry_t *pde;
5858         pt_entry_t oldpte, *pte, PG_M, PG_RW;
5859         vm_offset_t va;
5860         int pvh_gen, md_gen;
5861
5862         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5863             ("pmap_remove_write: page %p is not managed", m));
5864
5865         /*
5866          * If the page is not exclusive busied, then PGA_WRITEABLE cannot be
5867          * set by another thread while the object is locked.  Thus,
5868          * if PGA_WRITEABLE is clear, no page table entries need updating.
5869          */
5870         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
5871         if (!vm_page_xbusied(m) && (m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
5872                 return;
5873         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5874         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
5875             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5876 retry_pv_loop:
5877         rw_wlock(lock);
5878         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
5879                 pmap = PV_PMAP(pv);
5880                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5881                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5882                         rw_wunlock(lock);
5883                         PMAP_LOCK(pmap);
5884                         rw_wlock(lock);
5885                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
5886                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5887                                 rw_wunlock(lock);
5888                                 goto retry_pv_loop;
5889                         }
5890                 }
5891                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5892                 va = pv->pv_va;
5893                 pde = pmap_pde(pmap, va);
5894                 if ((*pde & PG_RW) != 0)
5895                         (void)pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
5896                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
5897                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
5898                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
5899                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5900         }
5901         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5902                 pmap = PV_PMAP(pv);
5903                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5904                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5905                         md_gen = m->md.pv_gen;
5906                         rw_wunlock(lock);
5907                         PMAP_LOCK(pmap);
5908                         rw_wlock(lock);
5909                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen ||
5910                             md_gen != m->md.pv_gen) {
5911                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5912                                 rw_wunlock(lock);
5913                                 goto retry_pv_loop;
5914                         }
5915                 }
5916                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5917                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5918                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
5919                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0,
5920                     ("pmap_remove_write: found a 2mpage in page %p's pv list",
5921                     m));
5922                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
5923 retry:
5924                 oldpte = *pte;
5925                 if (oldpte & PG_RW) {
5926                         if (!atomic_cmpset_long(pte, oldpte, oldpte &
5927                             ~(PG_RW | PG_M)))
5928                                 goto retry;
5929                         if ((oldpte & PG_M) != 0)
5930                                 vm_page_dirty(m);
5931                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
5932                 }
5933                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5934         }
5935         rw_wunlock(lock);
5936         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
5937         pmap_delayed_invl_wait(m);
5938 }
5939
5940 static __inline boolean_t
5941 safe_to_clear_referenced(pmap_t pmap, pt_entry_t pte)
5942 {
5943
5944         if (!pmap_emulate_ad_bits(pmap))
5945                 return (TRUE);
5946
5947         KASSERT(pmap->pm_type == PT_EPT, ("invalid pm_type %d", pmap->pm_type));
5948
5949         /*
5950          * XWR = 010 or 110 will cause an unconditional EPT misconfiguration
5951          * so we don't let the referenced (aka EPT_PG_READ) bit to be cleared
5952          * if the EPT_PG_WRITE bit is set.
5953          */
5954         if ((pte & EPT_PG_WRITE) != 0)
5955                 return (FALSE);
5956
5957         /*
5958          * XWR = 100 is allowed only if the PMAP_SUPPORTS_EXEC_ONLY is set.
5959          */
5960         if ((pte & EPT_PG_EXECUTE) == 0 ||
5961             ((pmap->pm_flags & PMAP_SUPPORTS_EXEC_ONLY) != 0))
5962                 return (TRUE);
5963         else
5964                 return (FALSE);
5965 }
5966
5967 /*
5968  *      pmap_ts_referenced:
5969  *
5970  *      Return a count of reference bits for a page, clearing those bits.
5971  *      It is not necessary for every reference bit to be cleared, but it
5972  *      is necessary that 0 only be returned when there are truly no
5973  *      reference bits set.
5974  *
5975  *      As an optimization, update the page's dirty field if a modified bit is
5976  *      found while counting reference bits.  This opportunistic update can be
5977  *      performed at low cost and can eliminate the need for some future calls
5978  *      to pmap_is_modified().  However, since this function stops after
5979  *      finding PMAP_TS_REFERENCED_MAX reference bits, it may not detect some
5980  *      dirty pages.  Those dirty pages will only be detected by a future call
5981  *      to pmap_is_modified().
5982  *
5983  *      A DI block is not needed within this function, because
5984  *      invalidations are performed before the PV list lock is
5985  *      released.
5986  */
5987 int
5988 pmap_ts_referenced(vm_page_t m)
5989 {
5990         struct md_page *pvh;
5991         pv_entry_t pv, pvf;
5992         pmap_t pmap;
5993         struct rwlock *lock;
5994         pd_entry_t oldpde, *pde;
5995         pt_entry_t *pte, PG_A, PG_M, PG_RW;
5996         vm_offset_t va;
5997         vm_paddr_t pa;
5998         int cleared, md_gen, not_cleared, pvh_gen;
5999         struct spglist free;
6000         boolean_t demoted;
6001
6002         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
6003             ("pmap_ts_referenced: page %p is not managed", m));
6004         SLIST_INIT(&free);
6005         cleared = 0;
6006         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
6007         lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);
6008         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy : pa_to_pvh(pa);
6009         rw_wlock(lock);
6010 retry:
6011         not_cleared = 0;
6012         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) == NULL)
6013                 goto small_mappings;
6014         pv = pvf;
6015         do {
6016                 if (pvf == NULL)
6017                         pvf = pv;
6018                 pmap = PV_PMAP(pv);
6019                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6020                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
6021                         rw_wunlock(lock);
6022                         PMAP_LOCK(pmap);
6023                         rw_wlock(lock);
6024                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
6025                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6026                                 goto retry;
6027                         }
6028                 }
6029                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6030                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6031                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6032                 va = pv->pv_va;
6033                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
6034                 oldpde = *pde;
6035                 if ((oldpde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
6036                         /*
6037                          * Although "oldpde" is mapping a 2MB page, because
6038                          * this function is called at a 4KB page granularity,
6039                          * we only update the 4KB page under test.
6040                          */
6041                         vm_page_dirty(m);
6042                 }
6043                 if ((oldpde & PG_A) != 0) {
6044                         /*
6045                          * Since this reference bit is shared by 512 4KB
6046                          * pages, it should not be cleared every time it is
6047                          * tested.  Apply a simple "hash" function on the
6048                          * physical page number, the virtual superpage number,
6049                          * and the pmap address to select one 4KB page out of
6050                          * the 512 on which testing the reference bit will
6051                          * result in clearing that reference bit.  This
6052                          * function is designed to avoid the selection of the
6053                          * same 4KB page for every 2MB page mapping.
6054                          *
6055                          * On demotion, a mapping that hasn't been referenced
6056                          * is simply destroyed.  To avoid the possibility of a
6057                          * subsequent page fault on a demoted wired mapping,
6058                          * always leave its reference bit set.  Moreover,
6059                          * since the superpage is wired, the current state of
6060                          * its reference bit won't affect page replacement.
6061                          */
6062                         if ((((pa >> PAGE_SHIFT) ^ (pv->pv_va >> PDRSHIFT) ^
6063                             (uintptr_t)pmap) & (NPTEPG - 1)) == 0 &&
6064                             (oldpde & PG_W) == 0) {
6065                                 if (safe_to_clear_referenced(pmap, oldpde)) {
6066                                         atomic_clear_long(pde, PG_A);
6067                                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
6068                                         demoted = FALSE;
6069                                 } else if (pmap_demote_pde_locked(pmap, pde,
6070                                     pv->pv_va, &lock)) {
6071                                         /*
6072                                          * Remove the mapping to a single page
6073                                          * so that a subsequent access may
6074                                          * repromote.  Since the underlying
6075                                          * page table page is fully populated,
6076                                          * this removal never frees a page
6077                                          * table page.
6078                                          */
6079                                         demoted = TRUE;
6080                                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde &
6081                                             PG_PS_FRAME);
6082                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
6083                                         pmap_remove_pte(pmap, pte, va, *pde,
6084                                             NULL, &lock);
6085                                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
6086                                 } else
6087                                         demoted = TRUE;
6088
6089                                 if (demoted) {
6090                                         /*
6091                                          * The superpage mapping was removed
6092                                          * entirely and therefore 'pv' is no
6093                                          * longer valid.
6094                                          */
6095                                         if (pvf == pv)
6096                                                 pvf = NULL;
6097                                         pv = NULL;
6098                                 }
6099                                 cleared++;
6100                                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
6101                                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
6102                                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
6103                         } else
6104                                 not_cleared++;
6105                 }
6106                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6107                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
6108                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
6109                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
6110                         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
6111                         pvh->pv_gen++;
6112                 }
6113                 if (cleared + not_cleared >= PMAP_TS_REFERENCED_MAX)
6114                         goto out;
6115         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != pvf);
6116 small_mappings:
6117         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) == NULL)
6118                 goto out;
6119         pv = pvf;
6120         do {
6121                 if (pvf == NULL)
6122                         pvf = pv;
6123                 pmap = PV_PMAP(pv);
6124                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6125                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
6126                         md_gen = m->md.pv_gen;
6127                         rw_wunlock(lock);
6128                         PMAP_LOCK(pmap);
6129                         rw_wlock(lock);
6130                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
6131                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6132                                 goto retry;
6133                         }
6134                 }
6135                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6136                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6137                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6138                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
6139                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0,
6140                     ("pmap_ts_referenced: found a 2mpage in page %p's pv list",
6141                     m));
6142                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
6143                 if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
6144                         vm_page_dirty(m);
6145                 if ((*pte & PG_A) != 0) {
6146                         if (safe_to_clear_referenced(pmap, *pte)) {
6147                                 atomic_clear_long(pte, PG_A);
6148                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
6149                                 cleared++;
6150                         } else if ((*pte & PG_W) == 0) {
6151                                 /*
6152                                  * Wired pages cannot be paged out so
6153                                  * doing accessed bit emulation for
6154                                  * them is wasted effort. We do the
6155                                  * hard work for unwired pages only.
6156                                  */
6157                                 pmap_remove_pte(pmap, pte, pv->pv_va,
6158                                     *pde, &free, &lock);
6159                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
6160                                 cleared++;
6161                                 if (pvf == pv)
6162                                         pvf = NULL;
6163                                 pv = NULL;
6164                                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
6165                                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
6166                                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
6167                         } else
6168                                 not_cleared++;
6169                 }
6170                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6171                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
6172                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
6173                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
6174                         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
6175                         m->md.pv_gen++;
6176                 }
6177         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != pvf && cleared +
6178             not_cleared < PMAP_TS_REFERENCED_MAX);
6179 out:
6180         rw_wunlock(lock);
6181         pmap_free_zero_pages(&free);
6182         return (cleared + not_cleared);
6183 }
6184
6185 /*
6186  *      Apply the given advice to the specified range of addresses within the
6187  *      given pmap.  Depending on the advice, clear the referenced and/or
6188  *      modified flags in each mapping and set the mapped page's dirty field.
6189  */
6190 void
6191 pmap_advise(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, int advice)
6192 {
6193         struct rwlock *lock;
6194         pml4_entry_t *pml4e;
6195         pdp_entry_t *pdpe;
6196         pd_entry_t oldpde, *pde;
6197         pt_entry_t *pte, PG_A, PG_G, PG_M, PG_RW, PG_V;
6198         vm_offset_t va, va_next;
6199         vm_page_t m;
6200         boolean_t anychanged;
6201
6202         if (advice != MADV_DONTNEED && advice != MADV_FREE)
6203                 return;
6204
6205         /*
6206          * A/D bit emulation requires an alternate code path when clearing
6207          * the modified and accessed bits below. Since this function is
6208          * advisory in nature we skip it entirely for pmaps that require
6209          * A/D bit emulation.
6210          */
6211         if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
6212                 return;
6213
6214         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6215         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
6216         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6217         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6218         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6219         anychanged = FALSE;
6220         pmap_delayed_invl_started();
6221         PMAP_LOCK(pmap);
6222         for (; sva < eva; sva = va_next) {
6223                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
6224                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
6225                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
6226                         if (va_next < sva)
6227                                 va_next = eva;
6228                         continue;
6229                 }
6230                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
6231                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
6232                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
6233                         if (va_next < sva)
6234                                 va_next = eva;
6235                         continue;
6236                 }
6237                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
6238                 if (va_next < sva)
6239                         va_next = eva;
6240                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
6241                 oldpde = *pde;
6242                 if ((oldpde & PG_V) == 0)
6243                         continue;
6244                 else if ((oldpde & PG_PS) != 0) {
6245                         if ((oldpde & PG_MANAGED) == 0)
6246                                 continue;
6247                         lock = NULL;
6248                         if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, sva, &lock)) {
6249                                 if (lock != NULL)
6250                                         rw_wunlock(lock);
6251
6252                                 /*
6253                                  * The large page mapping was destroyed.
6254                                  */
6255                                 continue;
6256                         }
6257
6258                         /*
6259                          * Unless the page mappings are wired, remove the
6260                          * mapping to a single page so that a subsequent
6261                          * access may repromote.  Since the underlying page
6262                          * table page is fully populated, this removal never
6263                          * frees a page table page.
6264                          */
6265                         if ((oldpde & PG_W) == 0) {
6266                                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva);
6267                                 KASSERT((*pte & PG_V) != 0,
6268                                     ("pmap_advise: invalid PTE"));
6269                                 pmap_remove_pte(pmap, pte, sva, *pde, NULL,
6270                                     &lock);
6271                                 anychanged = TRUE;
6272                         }
6273                         if (lock != NULL)
6274                                 rw_wunlock(lock);
6275                 }
6276                 if (va_next > eva)
6277                         va_next = eva;
6278                 va = va_next;
6279                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
6280                     sva += PAGE_SIZE) {
6281                         if ((*pte & (PG_MANAGED | PG_V)) != (PG_MANAGED | PG_V))
6282                                 goto maybe_invlrng;
6283                         else if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
6284                                 if (advice == MADV_DONTNEED) {
6285                                         /*
6286                                          * Future calls to pmap_is_modified()
6287                                          * can be avoided by making the page
6288                                          * dirty now.
6289                                          */
6290                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pte & PG_FRAME);
6291                                         vm_page_dirty(m);
6292                                 }
6293                                 atomic_clear_long(pte, PG_M | PG_A);
6294                         } else if ((*pte & PG_A) != 0)
6295                                 atomic_clear_long(pte, PG_A);
6296                         else
6297                                 goto maybe_invlrng;
6298
6299                         if ((*pte & PG_G) != 0) {
6300                                 if (va == va_next)
6301                                         va = sva;
6302                         } else
6303                                 anychanged = TRUE;
6304                         continue;
6305 maybe_invlrng:
6306                         if (va != va_next) {
6307                                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
6308                                 va = va_next;
6309                         }
6310                 }
6311                 if (va != va_next)
6312                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
6313         }
6314         if (anychanged)
6315                 pmap_invalidate_all(pmap);
6316         PMAP_UNLOCK(pmap);
6317         pmap_delayed_invl_finished();
6318 }
6319
6320 /*
6321  *      Clear the modify bits on the specified physical page.
6322  */
6323 void
6324 pmap_clear_modify(vm_page_t m)
6325 {
6326         struct md_page *pvh;
6327         pmap_t pmap;
6328         pv_entry_t next_pv, pv;
6329         pd_entry_t oldpde, *pde;
6330         pt_entry_t oldpte, *pte, PG_M, PG_RW, PG_V;
6331         struct rwlock *lock;
6332         vm_offset_t va;
6333         int md_gen, pvh_gen;
6334
6335         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
6336             ("pmap_clear_modify: page %p is not managed", m));
6337         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
6338         KASSERT(!vm_page_xbusied(m),
6339             ("pmap_clear_modify: page %p is exclusive busied", m));
6340
6341         /*
6342          * If the page is not PGA_WRITEABLE, then no PTEs can have PG_M set.
6343          * If the object containing the page is locked and the page is not
6344          * exclusive busied, then PGA_WRITEABLE cannot be concurrently set.
6345          */
6346         if ((m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
6347                 return;
6348         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
6349             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
6350         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
6351         rw_wlock(lock);
6352 restart:
6353         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
6354                 pmap = PV_PMAP(pv);
6355                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6356                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
6357                         rw_wunlock(lock);
6358                         PMAP_LOCK(pmap);
6359                         rw_wlock(lock);
6360                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
6361                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6362                                 goto restart;
6363                         }
6364                 }
6365                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6366                 PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6367                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6368                 va = pv->pv_va;
6369                 pde = pmap_pde(pmap, va);
6370                 oldpde = *pde;
6371                 if ((oldpde & PG_RW) != 0) {
6372                         if (pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock)) {
6373                                 if ((oldpde & PG_W) == 0) {
6374                                         /*
6375                                          * Write protect the mapping to a
6376                                          * single page so that a subsequent
6377                                          * write access may repromote.
6378                                          */
6379                                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde &
6380                                             PG_PS_FRAME);
6381                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
6382                                         oldpte = *pte;
6383                                         if ((oldpte & PG_V) != 0) {
6384                                                 while (!atomic_cmpset_long(pte,
6385                                                     oldpte,
6386                                                     oldpte & ~(PG_M | PG_RW)))
6387                                                         oldpte = *pte;
6388                                                 vm_page_dirty(m);
6389                                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
6390                                         }
6391                                 }
6392                         }
6393                 }
6394                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6395         }
6396         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
6397                 pmap = PV_PMAP(pv);
6398                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6399                         md_gen = m->md.pv_gen;
6400                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
6401                         rw_wunlock(lock);
6402                         PMAP_LOCK(pmap);
6403                         rw_wlock(lock);
6404                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
6405                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6406                                 goto restart;
6407                         }
6408                 }
6409                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6410                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6411                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
6412                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_clear_modify: found"
6413                     " a 2mpage in page %p's pv list", m));
6414                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
6415                 if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
6416                         atomic_clear_long(pte, PG_M);
6417                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
6418                 }
6419                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6420         }
6421         rw_wunlock(lock);
6422 }
6423
6424 /*
6425  * Miscellaneous support routines follow
6426  */
6427
6428 /* Adjust the cache mode for a 4KB page mapped via a PTE. */
6429 static __inline void
6430 pmap_pte_attr(pt_entry_t *pte, int cache_bits, int mask)
6431 {
6432         u_int opte, npte;
6433
6434         /*
6435          * The cache mode bits are all in the low 32-bits of the
6436          * PTE, so we can just spin on updating the low 32-bits.
6437          */
6438         do {
6439                 opte = *(u_int *)pte;
6440                 npte = opte & ~mask;
6441                 npte |= cache_bits;
6442         } while (npte != opte && !atomic_cmpset_int((u_int *)pte, opte, npte));
6443 }
6444
6445 /* Adjust the cache mode for a 2MB page mapped via a PDE. */
6446 static __inline void
6447 pmap_pde_attr(pd_entry_t *pde, int cache_bits, int mask)
6448 {
6449         u_int opde, npde;
6450
6451         /*
6452          * The cache mode bits are all in the low 32-bits of the
6453          * PDE, so we can just spin on updating the low 32-bits.
6454          */
6455         do {
6456                 opde = *(u_int *)pde;
6457                 npde = opde & ~mask;
6458                 npde |= cache_bits;
6459         } while (npde != opde && !atomic_cmpset_int((u_int *)pde, opde, npde));
6460 }
6461
6462 /*
6463  * Map a set of physical memory pages into the kernel virtual
6464  * address space. Return a pointer to where it is mapped. This
6465  * routine is intended to be used for mapping device memory,
6466  * NOT real memory.
6467  */
6468 void *
6469 pmap_mapdev_attr(vm_paddr_t pa, vm_size_t size, int mode)
6470 {
6471         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
6472         vm_offset_t va, offset;
6473         vm_size_t tmpsize;
6474         int i;
6475
6476         offset = pa & PAGE_MASK;
6477         size = round_page(offset + size);
6478         pa = trunc_page(pa);
6479
6480         if (!pmap_initialized) {
6481                 va = 0;
6482                 for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
6483                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
6484                         if (ppim->va == 0) {
6485                                 ppim->pa = pa;
6486                                 ppim->sz = size;
6487                                 ppim->mode = mode;
6488                                 ppim->va = virtual_avail;
6489                                 virtual_avail += size;
6490                                 va = ppim->va;
6491                                 break;
6492                         }
6493                 }
6494                 if (va == 0)
6495                         panic("%s: too many preinit mappings", __func__);
6496         } else {
6497                 /*
6498                  * If we have a preinit mapping, re-use it.
6499                  */
6500                 for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
6501                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
6502                         if (ppim->pa == pa && ppim->sz == size &&
6503                             ppim->mode == mode)
6504                                 return ((void *)(ppim->va + offset));
6505                 }
6506                 /*
6507                  * If the specified range of physical addresses fits within
6508                  * the direct map window, use the direct map.
6509                  */
6510                 if (pa < dmaplimit && pa + size < dmaplimit) {
6511                         va = PHYS_TO_DMAP(pa);
6512                         if (!pmap_change_attr(va, size, mode))
6513                                 return ((void *)(va + offset));
6514                 }
6515                 va = kva_alloc(size);
6516                 if (va == 0)
6517                         panic("%s: Couldn't allocate KVA", __func__);
6518         }
6519         for (tmpsize = 0; tmpsize < size; tmpsize += PAGE_SIZE)
6520                 pmap_kenter_attr(va + tmpsize, pa + tmpsize, mode);
6521         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, va, va + tmpsize);
6522         pmap_invalidate_cache_range(va, va + tmpsize, FALSE);
6523         return ((void *)(va + offset));
6524 }
6525
6526 void *
6527 pmap_mapdev(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
6528 {
6529
6530         return (pmap_mapdev_attr(pa, size, PAT_UNCACHEABLE));
6531 }
6532
6533 void *
6534 pmap_mapbios(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
6535 {
6536
6537         return (pmap_mapdev_attr(pa, size, PAT_WRITE_BACK));
6538 }
6539
6540 void
6541 pmap_unmapdev(vm_offset_t va, vm_size_t size)
6542 {
6543         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
6544         vm_offset_t offset;
6545         int i;
6546
6547         /* If we gave a direct map region in pmap_mapdev, do nothing */
6548         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS)
6549                 return;
6550         offset = va & PAGE_MASK;
6551         size = round_page(offset + size);
6552         va = trunc_page(va);
6553         for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
6554                 ppim = pmap_preinit_mapping + i;
6555                 if (ppim->va == va && ppim->sz == size) {
6556                         if (pmap_initialized)
6557                                 return;
6558                         ppim->pa = 0;
6559                         ppim->va = 0;
6560                         ppim->sz = 0;
6561                         ppim->mode = 0;
6562                         if (va + size == virtual_avail)
6563                                 virtual_avail = va;
6564                         return;
6565                 }
6566         }
6567         if (pmap_initialized)
6568                 kva_free(va, size);
6569 }
6570
6571 /*
6572  * Tries to demote a 1GB page mapping.
6573  */
6574 static boolean_t
6575 pmap_demote_pdpe(pmap_t pmap, pdp_entry_t *pdpe, vm_offset_t va)
6576 {
6577         pdp_entry_t newpdpe, oldpdpe;
6578         pd_entry_t *firstpde, newpde, *pde;
6579         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
6580         vm_paddr_t pdpgpa;
6581         vm_page_t pdpg;
6582
6583         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6584         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6585         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6586         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6587
6588         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6589         oldpdpe = *pdpe;
6590         KASSERT((oldpdpe & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V),
6591             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_PS and/or PG_V"));
6592         if ((pdpg = vm_page_alloc(NULL, va >> PDPSHIFT, VM_ALLOC_INTERRUPT |
6593             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED)) == NULL) {
6594                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pdpe: failure for va %#lx"
6595                     " in pmap %p", va, pmap);
6596                 return (FALSE);
6597         }
6598         pdpgpa = VM_PAGE_TO_PHYS(pdpg);
6599         firstpde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pdpgpa);
6600         newpdpe = pdpgpa | PG_M | PG_A | (oldpdpe & PG_U) | PG_RW | PG_V;
6601         KASSERT((oldpdpe & PG_A) != 0,
6602             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_A"));
6603         KASSERT((oldpdpe & (PG_M | PG_RW)) != PG_RW,
6604             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_M"));
6605         newpde = oldpdpe;
6606
6607         /*
6608          * Initialize the page directory page.
6609          */
6610         for (pde = firstpde; pde < firstpde + NPDEPG; pde++) {
6611                 *pde = newpde;
6612                 newpde += NBPDR;
6613         }
6614
6615         /*
6616          * Demote the mapping.
6617          */
6618         *pdpe = newpdpe;
6619
6620         /*
6621          * Invalidate a stale recursive mapping of the page directory page.
6622          */
6623         pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopde(va));
6624
6625         pmap_pdpe_demotions++;
6626         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pdpe: success for va %#lx"
6627             " in pmap %p", va, pmap);
6628         return (TRUE);
6629 }
6630
6631 /*
6632  * Sets the memory attribute for the specified page.
6633  */
6634 void
6635 pmap_page_set_memattr(vm_page_t m, vm_memattr_t ma)
6636 {
6637
6638         m->md.pat_mode = ma;
6639
6640         /*
6641          * If "m" is a normal page, update its direct mapping.  This update
6642          * can be relied upon to perform any cache operations that are
6643          * required for data coherence.
6644          */
6645         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
6646             pmap_change_attr(PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m)), PAGE_SIZE,
6647             m->md.pat_mode))
6648                 panic("memory attribute change on the direct map failed");
6649 }
6650
6651 /*
6652  * Changes the specified virtual address range's memory type to that given by
6653  * the parameter "mode".  The specified virtual address range must be
6654  * completely contained within either the direct map or the kernel map.  If
6655  * the virtual address range is contained within the kernel map, then the
6656  * memory type for each of the corresponding ranges of the direct map is also
6657  * changed.  (The corresponding ranges of the direct map are those ranges that
6658  * map the same physical pages as the specified virtual address range.)  These
6659  * changes to the direct map are necessary because Intel describes the
6660  * behavior of their processors as "undefined" if two or more mappings to the
6661  * same physical page have different memory types.
6662  *
6663  * Returns zero if the change completed successfully, and either EINVAL or
6664  * ENOMEM if the change failed.  Specifically, EINVAL is returned if some part
6665  * of the virtual address range was not mapped, and ENOMEM is returned if
6666  * there was insufficient memory available to complete the change.  In the
6667  * latter case, the memory type may have been changed on some part of the
6668  * virtual address range or the direct map.
6669  */
6670 int
6671 pmap_change_attr(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
6672 {
6673         int error;
6674
6675         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
6676         error = pmap_change_attr_locked(va, size, mode);
6677         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
6678         return (error);
6679 }
6680
6681 static int
6682 pmap_change_attr_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
6683 {
6684         vm_offset_t base, offset, tmpva;
6685         vm_paddr_t pa_start, pa_end, pa_end1;
6686         pdp_entry_t *pdpe;
6687         pd_entry_t *pde;
6688         pt_entry_t *pte;
6689         int cache_bits_pte, cache_bits_pde, error;
6690         boolean_t changed;
6691
6692         PMAP_LOCK_ASSERT(kernel_pmap, MA_OWNED);
6693         base = trunc_page(va);
6694         offset = va & PAGE_MASK;
6695         size = round_page(offset + size);
6696
6697         /*
6698          * Only supported on kernel virtual addresses, including the direct
6699          * map but excluding the recursive map.
6700          */
6701         if (base < DMAP_MIN_ADDRESS)
6702                 return (EINVAL);
6703
6704         cache_bits_pde = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, 1);
6705         cache_bits_pte = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, 0);
6706         changed = FALSE;
6707
6708         /*
6709          * Pages that aren't mapped aren't supported.  Also break down 2MB pages
6710          * into 4KB pages if required.
6711          */
6712         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
6713                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, tmpva);
6714                 if (pdpe == NULL || *pdpe == 0)
6715                         return (EINVAL);
6716                 if (*pdpe & PG_PS) {
6717                         /*
6718                          * If the current 1GB page already has the required
6719                          * memory type, then we need not demote this page. Just
6720                          * increment tmpva to the next 1GB page frame.
6721                          */
6722                         if ((*pdpe & X86_PG_PDE_CACHE) == cache_bits_pde) {
6723                                 tmpva = trunc_1gpage(tmpva) + NBPDP;
6724                                 continue;
6725                         }
6726
6727                         /*
6728                          * If the current offset aligns with a 1GB page frame
6729                          * and there is at least 1GB left within the range, then
6730                          * we need not break down this page into 2MB pages.
6731                          */
6732                         if ((tmpva & PDPMASK) == 0 &&
6733                             tmpva + PDPMASK < base + size) {
6734                                 tmpva += NBPDP;
6735                                 continue;
6736                         }
6737                         if (!pmap_demote_pdpe(kernel_pmap, pdpe, tmpva))
6738                                 return (ENOMEM);
6739                 }
6740                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, tmpva);
6741                 if (*pde == 0)
6742                         return (EINVAL);
6743                 if (*pde & PG_PS) {
6744                         /*
6745                          * If the current 2MB page already has the required
6746                          * memory type, then we need not demote this page. Just
6747                          * increment tmpva to the next 2MB page frame.
6748                          */
6749                         if ((*pde & X86_PG_PDE_CACHE) == cache_bits_pde) {
6750                                 tmpva = trunc_2mpage(tmpva) + NBPDR;
6751                                 continue;
6752                         }
6753
6754                         /*
6755                          * If the current offset aligns with a 2MB page frame
6756                          * and there is at least 2MB left within the range, then
6757                          * we need not break down this page into 4KB pages.
6758                          */
6759                         if ((tmpva & PDRMASK) == 0 &&
6760                             tmpva + PDRMASK < base + size) {
6761                                 tmpva += NBPDR;
6762                                 continue;
6763                         }
6764                         if (!pmap_demote_pde(kernel_pmap, pde, tmpva))
6765                                 return (ENOMEM);
6766                 }
6767                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, tmpva);
6768                 if (*pte == 0)
6769                         return (EINVAL);
6770                 tmpva += PAGE_SIZE;
6771         }
6772         error = 0;
6773
6774         /*
6775          * Ok, all the pages exist, so run through them updating their
6776          * cache mode if required.
6777          */
6778         pa_start = pa_end = 0;
6779         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
6780                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, tmpva);
6781                 if (*pdpe & PG_PS) {
6782                         if ((*pdpe & X86_PG_PDE_CACHE) != cache_bits_pde) {
6783                                 pmap_pde_attr(pdpe, cache_bits_pde,
6784                                     X86_PG_PDE_CACHE);
6785                                 changed = TRUE;
6786                         }
6787                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS &&
6788                             (*pdpe & PG_PS_FRAME) < dmaplimit) {
6789                                 if (pa_start == pa_end) {
6790                                         /* Start physical address run. */
6791                                         pa_start = *pdpe & PG_PS_FRAME;
6792                                         pa_end = pa_start + NBPDP;
6793                                 } else if (pa_end == (*pdpe & PG_PS_FRAME))
6794                                         pa_end += NBPDP;
6795                                 else {
6796                                         /* Run ended, update direct map. */
6797                                         error = pmap_change_attr_locked(
6798                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
6799                                             pa_end - pa_start, mode);
6800                                         if (error != 0)
6801                                                 break;
6802                                         /* Start physical address run. */
6803                                         pa_start = *pdpe & PG_PS_FRAME;
6804                                         pa_end = pa_start + NBPDP;
6805                                 }
6806                         }
6807                         tmpva = trunc_1gpage(tmpva) + NBPDP;
6808                         continue;
6809                 }
6810                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, tmpva);
6811                 if (*pde & PG_PS) {
6812                         if ((*pde & X86_PG_PDE_CACHE) != cache_bits_pde) {
6813                                 pmap_pde_attr(pde, cache_bits_pde,
6814                                     X86_PG_PDE_CACHE);
6815                                 changed = TRUE;
6816                         }
6817                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS &&
6818                             (*pde & PG_PS_FRAME) < dmaplimit) {
6819                                 if (pa_start == pa_end) {
6820                                         /* Start physical address run. */
6821                                         pa_start = *pde & PG_PS_FRAME;
6822                                         pa_end = pa_start + NBPDR;
6823                                 } else if (pa_end == (*pde & PG_PS_FRAME))
6824                                         pa_end += NBPDR;
6825                                 else {
6826                                         /* Run ended, update direct map. */
6827                                         error = pmap_change_attr_locked(
6828                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
6829                                             pa_end - pa_start, mode);
6830                                         if (error != 0)
6831                                                 break;
6832                                         /* Start physical address run. */
6833                                         pa_start = *pde & PG_PS_FRAME;
6834                                         pa_end = pa_start + NBPDR;
6835                                 }
6836                         }
6837                         tmpva = trunc_2mpage(tmpva) + NBPDR;
6838                 } else {
6839                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, tmpva);
6840                         if ((*pte & X86_PG_PTE_CACHE) != cache_bits_pte) {
6841                                 pmap_pte_attr(pte, cache_bits_pte,
6842                                     X86_PG_PTE_CACHE);
6843                                 changed = TRUE;
6844                         }
6845                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS &&
6846                             (*pte & PG_FRAME) < dmaplimit) {
6847                                 if (pa_start == pa_end) {
6848                                         /* Start physical address run. */
6849                                         pa_start = *pte & PG_FRAME;
6850                                         pa_end = pa_start + PAGE_SIZE;
6851                                 } else if (pa_end == (*pte & PG_FRAME))
6852                                         pa_end += PAGE_SIZE;
6853                                 else {
6854                                         /* Run ended, update direct map. */
6855                                         error = pmap_change_attr_locked(
6856                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
6857                                             pa_end - pa_start, mode);
6858                                         if (error != 0)
6859                                                 break;
6860                                         /* Start physical address run. */
6861                                         pa_start = *pte & PG_FRAME;
6862                                         pa_end = pa_start + PAGE_SIZE;
6863                                 }
6864                         }
6865                         tmpva += PAGE_SIZE;
6866                 }
6867         }
6868         if (error == 0 && pa_start != pa_end && pa_start < dmaplimit) {
6869                 pa_end1 = MIN(pa_end, dmaplimit);
6870                 if (pa_start != pa_end1)
6871                         error = pmap_change_attr_locked(PHYS_TO_DMAP(pa_start),
6872                             pa_end1 - pa_start, mode);
6873         }
6874
6875         /*
6876          * Flush CPU caches if required to make sure any data isn't cached that
6877          * shouldn't be, etc.
6878          */
6879         if (changed) {
6880                 pmap_invalidate_range(kernel_pmap, base, tmpva);
6881                 pmap_invalidate_cache_range(base, tmpva, FALSE);
6882         }
6883         return (error);
6884 }
6885
6886 /*
6887  * Demotes any mapping within the direct map region that covers more than the
6888  * specified range of physical addresses.  This range's size must be a power
6889  * of two and its starting address must be a multiple of its size.  Since the
6890  * demotion does not change any attributes of the mapping, a TLB invalidation
6891  * is not mandatory.  The caller may, however, request a TLB invalidation.
6892  */
6893 void
6894 pmap_demote_DMAP(vm_paddr_t base, vm_size_t len, boolean_t invalidate)
6895 {
6896         pdp_entry_t *pdpe;
6897         pd_entry_t *pde;
6898         vm_offset_t va;
6899         boolean_t changed;
6900
6901         if (len == 0)
6902                 return;
6903         KASSERT(powerof2(len), ("pmap_demote_DMAP: len is not a power of 2"));
6904         KASSERT((base & (len - 1)) == 0,
6905             ("pmap_demote_DMAP: base is not a multiple of len"));
6906         if (len < NBPDP && base < dmaplimit) {
6907                 va = PHYS_TO_DMAP(base);
6908                 changed = FALSE;
6909                 PMAP_LOCK(kernel_pmap);
6910                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, va);
6911                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0)
6912                         panic("pmap_demote_DMAP: invalid PDPE");
6913                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0) {
6914                         if (!pmap_demote_pdpe(kernel_pmap, pdpe, va))
6915                                 panic("pmap_demote_DMAP: PDPE failed");
6916                         changed = TRUE;
6917                 }
6918                 if (len < NBPDR) {
6919                         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
6920                         if ((*pde & X86_PG_V) == 0)
6921                                 panic("pmap_demote_DMAP: invalid PDE");
6922                         if ((*pde & PG_PS) != 0) {
6923                                 if (!pmap_demote_pde(kernel_pmap, pde, va))
6924                                         panic("pmap_demote_DMAP: PDE failed");
6925                                 changed = TRUE;
6926                         }
6927                 }
6928                 if (changed && invalidate)
6929                         pmap_invalidate_page(kernel_pmap, va);
6930                 PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
6931         }
6932 }
6933
6934 /*
6935  * perform the pmap work for mincore
6936  */
6937 int
6938 pmap_mincore(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_paddr_t *locked_pa)
6939 {
6940         pd_entry_t *pdep;
6941         pt_entry_t pte, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
6942         vm_paddr_t pa;
6943         int val;
6944
6945         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6946         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6947         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6948         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6949
6950         PMAP_LOCK(pmap);
6951 retry:
6952         pdep = pmap_pde(pmap, addr);
6953         if (pdep != NULL && (*pdep & PG_V)) {
6954                 if (*pdep & PG_PS) {
6955                         pte = *pdep;
6956                         /* Compute the physical address of the 4KB page. */
6957                         pa = ((*pdep & PG_PS_FRAME) | (addr & PDRMASK)) &
6958                             PG_FRAME;
6959                         val = MINCORE_SUPER;
6960                 } else {
6961                         pte = *pmap_pde_to_pte(pdep, addr);
6962                         pa = pte & PG_FRAME;
6963                         val = 0;
6964                 }
6965         } else {
6966                 pte = 0;
6967                 pa = 0;
6968                 val = 0;
6969         }
6970         if ((pte & PG_V) != 0) {
6971                 val |= MINCORE_INCORE;
6972                 if ((pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
6973                         val |= MINCORE_MODIFIED | MINCORE_MODIFIED_OTHER;
6974                 if ((pte & PG_A) != 0)
6975                         val |= MINCORE_REFERENCED | MINCORE_REFERENCED_OTHER;
6976         }
6977         if ((val & (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER)) !=
6978             (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER) &&
6979             (pte & (PG_MANAGED | PG_V)) == (PG_MANAGED | PG_V)) {
6980                 /* Ensure that "PHYS_TO_VM_PAGE(pa)->object" doesn't change. */
6981                 if (vm_page_pa_tryrelock(pmap, pa, locked_pa))
6982                         goto retry;
6983         } else
6984                 PA_UNLOCK_COND(*locked_pa);
6985         PMAP_UNLOCK(pmap);
6986         return (val);
6987 }
6988
6989 static uint64_t
6990 pmap_pcid_alloc(pmap_t pmap, u_int cpuid)
6991 {
6992         uint32_t gen, new_gen, pcid_next;
6993
6994         CRITICAL_ASSERT(curthread);
6995         gen = PCPU_GET(pcid_gen);
6996         if (pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid == PMAP_PCID_KERN ||
6997             pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen == gen)
6998                 return (CR3_PCID_SAVE);
6999         pcid_next = PCPU_GET(pcid_next);
7000         KASSERT(pcid_next <= PMAP_PCID_OVERMAX, ("cpu %d pcid_next %#x",
7001             cpuid, pcid_next));
7002         if (pcid_next == PMAP_PCID_OVERMAX) {
7003                 new_gen = gen + 1;
7004                 if (new_gen == 0)
7005                         new_gen = 1;
7006                 PCPU_SET(pcid_gen, new_gen);
7007                 pcid_next = PMAP_PCID_KERN + 1;
7008         } else {
7009                 new_gen = gen;
7010         }
7011         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid = pcid_next;
7012         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = new_gen;
7013         PCPU_SET(pcid_next, pcid_next + 1);
7014         return (0);
7015 }
7016
7017 void
7018 pmap_activate_sw(struct thread *td)
7019 {
7020         pmap_t oldpmap, pmap;
7021         uint64_t cached, cr3;
7022         register_t rflags;
7023         u_int cpuid;
7024
7025         oldpmap = PCPU_GET(curpmap);
7026         pmap = vmspace_pmap(td->td_proc->p_vmspace);
7027         if (oldpmap == pmap)
7028                 return;
7029         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
7030 #ifdef SMP
7031         CPU_SET_ATOMIC(cpuid, &pmap->pm_active);
7032 #else
7033         CPU_SET(cpuid, &pmap->pm_active);
7034 #endif
7035         cr3 = rcr3();
7036         if (pmap_pcid_enabled) {
7037                 cached = pmap_pcid_alloc(pmap, cpuid);
7038                 KASSERT(pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid >= 0 &&
7039                     pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid < PMAP_PCID_OVERMAX,
7040                     ("pmap %p cpu %d pcid %#x", pmap, cpuid,
7041                     pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid));
7042                 KASSERT(pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid != PMAP_PCID_KERN ||
7043                     pmap == kernel_pmap,
7044                     ("non-kernel pmap thread %p pmap %p cpu %d pcid %#x",
7045                     td, pmap, cpuid, pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid));
7046
7047                 /*
7048                  * If the INVPCID instruction is not available,
7049                  * invltlb_pcid_handler() is used for handle
7050                  * invalidate_all IPI, which checks for curpmap ==
7051                  * smp_tlb_pmap.  Below operations sequence has a
7052                  * window where %CR3 is loaded with the new pmap's
7053                  * PML4 address, but curpmap value is not yet updated.
7054                  * This causes invltlb IPI handler, called between the
7055                  * updates, to execute as NOP, which leaves stale TLB
7056                  * entries.
7057                  *
7058                  * Note that the most typical use of
7059                  * pmap_activate_sw(), from the context switch, is
7060                  * immune to this race, because interrupts are
7061                  * disabled (while the thread lock is owned), and IPI
7062                  * happends after curpmap is updated.  Protect other
7063                  * callers in a similar way, by disabling interrupts
7064                  * around the %cr3 register reload and curpmap
7065                  * assignment.
7066                  */
7067                 if (!invpcid_works)
7068                         rflags = intr_disable();
7069
7070                 if (!cached || (cr3 & ~CR3_PCID_MASK) != pmap->pm_cr3) {
7071                         load_cr3(pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid |
7072                             cached);
7073                         if (cached)
7074                                 PCPU_INC(pm_save_cnt);
7075                 }
7076                 PCPU_SET(curpmap, pmap);
7077                 if (!invpcid_works)
7078                         intr_restore(rflags);
7079         } else if (cr3 != pmap->pm_cr3) {
7080                 load_cr3(pmap->pm_cr3);
7081                 PCPU_SET(curpmap, pmap);
7082         }
7083 #ifdef SMP
7084         CPU_CLR_ATOMIC(cpuid, &oldpmap->pm_active);
7085 #else
7086         CPU_CLR(cpuid, &oldpmap->pm_active);
7087 #endif
7088 }
7089
7090 void
7091 pmap_activate(struct thread *td)
7092 {
7093
7094         critical_enter();
7095         pmap_activate_sw(td);
7096         critical_exit();
7097 }
7098
7099 void
7100 pmap_sync_icache(pmap_t pm, vm_offset_t va, vm_size_t sz)
7101 {
7102 }
7103
7104 /*
7105  *      Increase the starting virtual address of the given mapping if a
7106  *      different alignment might result in more superpage mappings.
7107  */
7108 void
7109 pmap_align_superpage(vm_object_t object, vm_ooffset_t offset,
7110     vm_offset_t *addr, vm_size_t size)
7111 {
7112         vm_offset_t superpage_offset;
7113
7114         if (size < NBPDR)
7115                 return;
7116         if (object != NULL && (object->flags & OBJ_COLORED) != 0)
7117                 offset += ptoa(object->pg_color);
7118         superpage_offset = offset & PDRMASK;
7119         if (size - ((NBPDR - superpage_offset) & PDRMASK) < NBPDR ||
7120             (*addr & PDRMASK) == superpage_offset)
7121                 return;
7122         if ((*addr & PDRMASK) < superpage_offset)
7123                 *addr = (*addr & ~PDRMASK) + superpage_offset;
7124         else
7125                 *addr = ((*addr + PDRMASK) & ~PDRMASK) + superpage_offset;
7126 }
7127
7128 #ifdef INVARIANTS
7129 static unsigned long num_dirty_emulations;
7130 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_dirty_emulations, CTLFLAG_RW,
7131              &num_dirty_emulations, 0, NULL);
7132
7133 static unsigned long num_accessed_emulations;
7134 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_accessed_emulations, CTLFLAG_RW,
7135              &num_accessed_emulations, 0, NULL);
7136
7137 static unsigned long num_superpage_accessed_emulations;
7138 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_superpage_accessed_emulations, CTLFLAG_RW,
7139              &num_superpage_accessed_emulations, 0, NULL);
7140
7141 static unsigned long ad_emulation_superpage_promotions;
7142 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, ad_emulation_superpage_promotions, CTLFLAG_RW,
7143              &ad_emulation_superpage_promotions, 0, NULL);
7144 #endif  /* INVARIANTS */
7145
7146 int
7147 pmap_emulate_accessed_dirty(pmap_t pmap, vm_offset_t va, int ftype)
7148 {
7149         int rv;
7150         struct rwlock *lock;
7151         vm_page_t m, mpte;
7152         pd_entry_t *pde;
7153         pt_entry_t *pte, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
7154
7155         KASSERT(ftype == VM_PROT_READ || ftype == VM_PROT_WRITE,
7156             ("pmap_emulate_accessed_dirty: invalid fault type %d", ftype));
7157
7158         if (!pmap_emulate_ad_bits(pmap))
7159                 return (-1);
7160
7161         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
7162         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7163         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7164         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7165
7166         rv = -1;
7167         lock = NULL;
7168         PMAP_LOCK(pmap);
7169
7170         pde = pmap_pde(pmap, va);
7171         if (pde == NULL || (*pde & PG_V) == 0)
7172                 goto done;
7173
7174         if ((*pde & PG_PS) != 0) {
7175                 if (ftype == VM_PROT_READ) {
7176 #ifdef INVARIANTS
7177                         atomic_add_long(&num_superpage_accessed_emulations, 1);
7178 #endif
7179                         *pde |= PG_A;
7180                         rv = 0;
7181                 }
7182                 goto done;
7183         }
7184
7185         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
7186         if ((*pte & PG_V) == 0)
7187                 goto done;
7188
7189         if (ftype == VM_PROT_WRITE) {
7190                 if ((*pte & PG_RW) == 0)
7191                         goto done;
7192                 /*
7193                  * Set the modified and accessed bits simultaneously.
7194                  *
7195                  * Intel EPT PTEs that do software emulation of A/D bits map
7196                  * PG_A and PG_M to EPT_PG_READ and EPT_PG_WRITE respectively.
7197                  * An EPT misconfiguration is triggered if the PTE is writable
7198                  * but not readable (WR=10). This is avoided by setting PG_A
7199                  * and PG_M simultaneously.
7200                  */
7201                 *pte |= PG_M | PG_A;
7202         } else {
7203                 *pte |= PG_A;
7204         }
7205
7206         /* try to promote the mapping */
7207         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
7208                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
7209         else
7210                 mpte = NULL;
7211
7212         m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pte & PG_FRAME);
7213
7214         if ((mpte == NULL || mpte->wire_count == NPTEPG) &&
7215             pmap_ps_enabled(pmap) &&
7216             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
7217             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0) {
7218                 pmap_promote_pde(pmap, pde, va, &lock);
7219 #ifdef INVARIANTS
7220                 atomic_add_long(&ad_emulation_superpage_promotions, 1);
7221 #endif
7222         }
7223 #ifdef INVARIANTS
7224         if (ftype == VM_PROT_WRITE)
7225                 atomic_add_long(&num_dirty_emulations, 1);
7226         else
7227                 atomic_add_long(&num_accessed_emulations, 1);
7228 #endif
7229         rv = 0;         /* success */
7230 done:
7231         if (lock != NULL)
7232                 rw_wunlock(lock);
7233         PMAP_UNLOCK(pmap);
7234         return (rv);
7235 }
7236
7237 void
7238 pmap_get_mapping(pmap_t pmap, vm_offset_t va, uint64_t *ptr, int *num)
7239 {
7240         pml4_entry_t *pml4;
7241         pdp_entry_t *pdp;
7242         pd_entry_t *pde;
7243         pt_entry_t *pte, PG_V;
7244         int idx;
7245
7246         idx = 0;
7247         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7248         PMAP_LOCK(pmap);
7249
7250         pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
7251         ptr[idx++] = *pml4;
7252         if ((*pml4 & PG_V) == 0)
7253                 goto done;
7254
7255         pdp = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4, va);
7256         ptr[idx++] = *pdp;
7257         if ((*pdp & PG_V) == 0 || (*pdp & PG_PS) != 0)
7258                 goto done;
7259
7260         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdp, va);
7261         ptr[idx++] = *pde;
7262         if ((*pde & PG_V) == 0 || (*pde & PG_PS) != 0)
7263                 goto done;
7264
7265         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
7266         ptr[idx++] = *pte;
7267
7268 done:
7269         PMAP_UNLOCK(pmap);
7270         *num = idx;
7271 }
7272
7273 /**
7274  * Get the kernel virtual address of a set of physical pages. If there are
7275  * physical addresses not covered by the DMAP perform a transient mapping
7276  * that will be removed when calling pmap_unmap_io_transient.
7277  *
7278  * \param page        The pages the caller wishes to obtain the virtual
7279  *                    address on the kernel memory map.
7280  * \param vaddr       On return contains the kernel virtual memory address
7281  *                    of the pages passed in the page parameter.
7282  * \param count       Number of pages passed in.
7283  * \param can_fault   TRUE if the thread using the mapped pages can take
7284  *                    page faults, FALSE otherwise.
7285  *
7286  * \returns TRUE if the caller must call pmap_unmap_io_transient when
7287  *          finished or FALSE otherwise.
7288  *
7289  */
7290 boolean_t
7291 pmap_map_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
7292     boolean_t can_fault)
7293 {
7294         vm_paddr_t paddr;
7295         boolean_t needs_mapping;
7296         pt_entry_t *pte;
7297         int cache_bits, error, i;
7298
7299         /*
7300          * Allocate any KVA space that we need, this is done in a separate
7301          * loop to prevent calling vmem_alloc while pinned.
7302          */
7303         needs_mapping = FALSE;
7304         for (i = 0; i < count; i++) {
7305                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
7306                 if (__predict_false(paddr >= dmaplimit)) {
7307                         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE,
7308                             M_BESTFIT | M_WAITOK, &vaddr[i]);
7309                         KASSERT(error == 0, ("vmem_alloc failed: %d", error));
7310                         needs_mapping = TRUE;
7311                 } else {
7312                         vaddr[i] = PHYS_TO_DMAP(paddr);
7313                 }
7314         }
7315
7316         /* Exit early if everything is covered by the DMAP */
7317         if (!needs_mapping)
7318                 return (FALSE);
7319
7320         /*
7321          * NB:  The sequence of updating a page table followed by accesses
7322          * to the corresponding pages used in the !DMAP case is subject to
7323          * the situation described in the "AMD64 Architecture Programmer's
7324          * Manual Volume 2: System Programming" rev. 3.23, "7.3.1 Special
7325          * Coherency Considerations".  Therefore, issuing the INVLPG right
7326          * after modifying the PTE bits is crucial.
7327          */
7328         if (!can_fault)
7329                 sched_pin();
7330         for (i = 0; i < count; i++) {
7331                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
7332                 if (paddr >= dmaplimit) {
7333                         if (can_fault) {
7334                                 /*
7335                                  * Slow path, since we can get page faults
7336                                  * while mappings are active don't pin the
7337                                  * thread to the CPU and instead add a global
7338                                  * mapping visible to all CPUs.
7339                                  */
7340                                 pmap_qenter(vaddr[i], &page[i], 1);
7341                         } else {
7342                                 pte = vtopte(vaddr[i]);
7343                                 cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap,
7344                                     page[i]->md.pat_mode, 0);
7345                                 pte_store(pte, paddr | X86_PG_RW | X86_PG_V |
7346                                     cache_bits);
7347                                 invlpg(vaddr[i]);
7348                         }
7349                 }
7350         }
7351
7352         return (needs_mapping);
7353 }
7354
7355 void
7356 pmap_unmap_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
7357     boolean_t can_fault)
7358 {
7359         vm_paddr_t paddr;
7360         int i;
7361
7362         if (!can_fault)
7363                 sched_unpin();
7364         for (i = 0; i < count; i++) {
7365                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
7366                 if (paddr >= dmaplimit) {
7367                         if (can_fault)
7368                                 pmap_qremove(vaddr[i], 1);
7369                         vmem_free(kernel_arena, vaddr[i], PAGE_SIZE);
7370                 }
7371         }
7372 }
7373
7374 vm_offset_t
7375 pmap_quick_enter_page(vm_page_t m)
7376 {
7377         vm_paddr_t paddr;
7378
7379         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
7380         if (paddr < dmaplimit)
7381                 return (PHYS_TO_DMAP(paddr));
7382         mtx_lock_spin(&qframe_mtx);
7383         KASSERT(*vtopte(qframe) == 0, ("qframe busy"));
7384         pte_store(vtopte(qframe), paddr | X86_PG_RW | X86_PG_V | X86_PG_A |
7385             X86_PG_M | pmap_cache_bits(kernel_pmap, m->md.pat_mode, 0));
7386         return (qframe);
7387 }
7388
7389 void
7390 pmap_quick_remove_page(vm_offset_t addr)
7391 {
7392
7393         if (addr != qframe)
7394                 return;
7395         pte_store(vtopte(qframe), 0);
7396         invlpg(qframe);
7397         mtx_unlock_spin(&qframe_mtx);
7398 }
7399
7400 #include "opt_ddb.h"
7401 #ifdef DDB
7402 #include <sys/kdb.h>
7403 #include <ddb/ddb.h>
7404
7405 DB_SHOW_COMMAND(pte, pmap_print_pte)
7406 {
7407         pmap_t pmap;
7408         pml4_entry_t *pml4;
7409         pdp_entry_t *pdp;
7410         pd_entry_t *pde;
7411         pt_entry_t *pte, PG_V;
7412         vm_offset_t va;
7413
7414         if (!have_addr) {
7415                 db_printf("show pte addr\n");
7416                 return;
7417         }
7418         va = (vm_offset_t)addr;
7419
7420         if (kdb_thread != NULL)
7421                 pmap = vmspace_pmap(kdb_thread->td_proc->p_vmspace);
7422         else
7423                 pmap = PCPU_GET(curpmap);
7424
7425         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7426         pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
7427         db_printf("VA %#016lx pml4e %#016lx", va, *pml4);
7428         if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
7429                 db_printf("\n");
7430                 return;
7431         }
7432         pdp = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4, va);
7433         db_printf(" pdpe %#016lx", *pdp);
7434         if ((*pdp & PG_V) == 0 || (*pdp & PG_PS) != 0) {
7435                 db_printf("\n");
7436                 return;
7437         }
7438         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdp, va);
7439         db_printf(" pde %#016lx", *pde);
7440         if ((*pde & PG_V) == 0 || (*pde & PG_PS) != 0) {
7441                 db_printf("\n");
7442                 return;
7443         }
7444         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
7445         db_printf(" pte %#016lx\n", *pte);
7446 }
7447
7448 DB_SHOW_COMMAND(phys2dmap, pmap_phys2dmap)
7449 {
7450         vm_paddr_t a;
7451
7452         if (have_addr) {
7453                 a = (vm_paddr_t)addr;
7454                 db_printf("0x%jx\n", (uintmax_t)PHYS_TO_DMAP(a));
7455         } else {
7456                 db_printf("show phys2dmap addr\n");
7457         }
7458 }
7459 #endif