]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/amd64/amd64/pmap.c
MFH r338661 through r339200.
[FreeBSD/FreeBSD.git] / sys / amd64 / amd64 / pmap.c
1 /*-
2  * SPDX-License-Identifier: BSD-4-Clause
3  *
4  * Copyright (c) 1991 Regents of the University of California.
5  * All rights reserved.
6  * Copyright (c) 1994 John S. Dyson
7  * All rights reserved.
8  * Copyright (c) 1994 David Greenman
9  * All rights reserved.
10  * Copyright (c) 2003 Peter Wemm
11  * All rights reserved.
12  * Copyright (c) 2005-2010 Alan L. Cox <alc@cs.rice.edu>
13  * All rights reserved.
14  *
15  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
16  * the Systems Programming Group of the University of Utah Computer
17  * Science Department and William Jolitz of UUNET Technologies Inc.
18  *
19  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
20  * modification, are permitted provided that the following conditions
21  * are met:
22  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
23  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
24  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
25  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
26  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
27  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
28  *    must display the following acknowledgement:
29  *      This product includes software developed by the University of
30  *      California, Berkeley and its contributors.
31  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
32  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
33  *    without specific prior written permission.
34  *
35  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
36  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
37  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
38  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
39  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
40  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
41  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
42  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
43  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
44  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
45  * SUCH DAMAGE.
46  *
47  *      from:   @(#)pmap.c      7.7 (Berkeley)  5/12/91
48  */
49 /*-
50  * Copyright (c) 2003 Networks Associates Technology, Inc.
51  * Copyright (c) 2014-2018 The FreeBSD Foundation
52  * All rights reserved.
53  *
54  * This software was developed for the FreeBSD Project by Jake Burkholder,
55  * Safeport Network Services, and Network Associates Laboratories, the
56  * Security Research Division of Network Associates, Inc. under
57  * DARPA/SPAWAR contract N66001-01-C-8035 ("CBOSS"), as part of the DARPA
58  * CHATS research program.
59  *
60  * Portions of this software were developed by
61  * Konstantin Belousov <kib@FreeBSD.org> under sponsorship from
62  * the FreeBSD Foundation.
63  *
64  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
65  * modification, are permitted provided that the following conditions
66  * are met:
67  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
68  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
69  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
70  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
71  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
72  *
73  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
74  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
75  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
76  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
77  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
78  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
79  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
80  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
81  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
82  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
83  * SUCH DAMAGE.
84  */
85
86 #define AMD64_NPT_AWARE
87
88 #include <sys/cdefs.h>
89 __FBSDID("$FreeBSD$");
90
91 /*
92  *      Manages physical address maps.
93  *
94  *      Since the information managed by this module is
95  *      also stored by the logical address mapping module,
96  *      this module may throw away valid virtual-to-physical
97  *      mappings at almost any time.  However, invalidations
98  *      of virtual-to-physical mappings must be done as
99  *      requested.
100  *
101  *      In order to cope with hardware architectures which
102  *      make virtual-to-physical map invalidates expensive,
103  *      this module may delay invalidate or reduced protection
104  *      operations until such time as they are actually
105  *      necessary.  This module is given full information as
106  *      to which processors are currently using which maps,
107  *      and to when physical maps must be made correct.
108  */
109
110 #include "opt_pmap.h"
111 #include "opt_vm.h"
112
113 #include <sys/param.h>
114 #include <sys/bitstring.h>
115 #include <sys/bus.h>
116 #include <sys/systm.h>
117 #include <sys/kernel.h>
118 #include <sys/ktr.h>
119 #include <sys/lock.h>
120 #include <sys/malloc.h>
121 #include <sys/mman.h>
122 #include <sys/mutex.h>
123 #include <sys/proc.h>
124 #include <sys/rwlock.h>
125 #include <sys/sx.h>
126 #include <sys/turnstile.h>
127 #include <sys/vmem.h>
128 #include <sys/vmmeter.h>
129 #include <sys/sched.h>
130 #include <sys/sysctl.h>
131 #include <sys/smp.h>
132
133 #include <vm/vm.h>
134 #include <vm/vm_param.h>
135 #include <vm/vm_kern.h>
136 #include <vm/vm_page.h>
137 #include <vm/vm_map.h>
138 #include <vm/vm_object.h>
139 #include <vm/vm_extern.h>
140 #include <vm/vm_pageout.h>
141 #include <vm/vm_pager.h>
142 #include <vm/vm_phys.h>
143 #include <vm/vm_radix.h>
144 #include <vm/vm_reserv.h>
145 #include <vm/uma.h>
146
147 #include <machine/intr_machdep.h>
148 #include <x86/apicvar.h>
149 #include <x86/ifunc.h>
150 #include <machine/cpu.h>
151 #include <machine/cputypes.h>
152 #include <machine/md_var.h>
153 #include <machine/pcb.h>
154 #include <machine/specialreg.h>
155 #ifdef SMP
156 #include <machine/smp.h>
157 #endif
158 #include <machine/tss.h>
159
160 static __inline boolean_t
161 pmap_type_guest(pmap_t pmap)
162 {
163
164         return ((pmap->pm_type == PT_EPT) || (pmap->pm_type == PT_RVI));
165 }
166
167 static __inline boolean_t
168 pmap_emulate_ad_bits(pmap_t pmap)
169 {
170
171         return ((pmap->pm_flags & PMAP_EMULATE_AD_BITS) != 0);
172 }
173
174 static __inline pt_entry_t
175 pmap_valid_bit(pmap_t pmap)
176 {
177         pt_entry_t mask;
178
179         switch (pmap->pm_type) {
180         case PT_X86:
181         case PT_RVI:
182                 mask = X86_PG_V;
183                 break;
184         case PT_EPT:
185                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
186                         mask = EPT_PG_EMUL_V;
187                 else
188                         mask = EPT_PG_READ;
189                 break;
190         default:
191                 panic("pmap_valid_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
192         }
193
194         return (mask);
195 }
196
197 static __inline pt_entry_t
198 pmap_rw_bit(pmap_t pmap)
199 {
200         pt_entry_t mask;
201
202         switch (pmap->pm_type) {
203         case PT_X86:
204         case PT_RVI:
205                 mask = X86_PG_RW;
206                 break;
207         case PT_EPT:
208                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
209                         mask = EPT_PG_EMUL_RW;
210                 else
211                         mask = EPT_PG_WRITE;
212                 break;
213         default:
214                 panic("pmap_rw_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
215         }
216
217         return (mask);
218 }
219
220 static pt_entry_t pg_g;
221
222 static __inline pt_entry_t
223 pmap_global_bit(pmap_t pmap)
224 {
225         pt_entry_t mask;
226
227         switch (pmap->pm_type) {
228         case PT_X86:
229                 mask = pg_g;
230                 break;
231         case PT_RVI:
232         case PT_EPT:
233                 mask = 0;
234                 break;
235         default:
236                 panic("pmap_global_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
237         }
238
239         return (mask);
240 }
241
242 static __inline pt_entry_t
243 pmap_accessed_bit(pmap_t pmap)
244 {
245         pt_entry_t mask;
246
247         switch (pmap->pm_type) {
248         case PT_X86:
249         case PT_RVI:
250                 mask = X86_PG_A;
251                 break;
252         case PT_EPT:
253                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
254                         mask = EPT_PG_READ;
255                 else
256                         mask = EPT_PG_A;
257                 break;
258         default:
259                 panic("pmap_accessed_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
260         }
261
262         return (mask);
263 }
264
265 static __inline pt_entry_t
266 pmap_modified_bit(pmap_t pmap)
267 {
268         pt_entry_t mask;
269
270         switch (pmap->pm_type) {
271         case PT_X86:
272         case PT_RVI:
273                 mask = X86_PG_M;
274                 break;
275         case PT_EPT:
276                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
277                         mask = EPT_PG_WRITE;
278                 else
279                         mask = EPT_PG_M;
280                 break;
281         default:
282                 panic("pmap_modified_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
283         }
284
285         return (mask);
286 }
287
288 #if !defined(DIAGNOSTIC)
289 #ifdef __GNUC_GNU_INLINE__
290 #define PMAP_INLINE     __attribute__((__gnu_inline__)) inline
291 #else
292 #define PMAP_INLINE     extern inline
293 #endif
294 #else
295 #define PMAP_INLINE
296 #endif
297
298 #ifdef PV_STATS
299 #define PV_STAT(x)      do { x ; } while (0)
300 #else
301 #define PV_STAT(x)      do { } while (0)
302 #endif
303
304 #define pa_index(pa)    ((pa) >> PDRSHIFT)
305 #define pa_to_pvh(pa)   (&pv_table[pa_index(pa)])
306
307 #define NPV_LIST_LOCKS  MAXCPU
308
309 #define PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa)        \
310                         (&pv_list_locks[pa_index(pa) % NPV_LIST_LOCKS])
311
312 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa)  do {    \
313         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
314         struct rwlock *_new_lock;                       \
315                                                         \
316         _new_lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);           \
317         if (_new_lock != *_lockp) {                     \
318                 if (*_lockp != NULL)                    \
319                         rw_wunlock(*_lockp);            \
320                 *_lockp = _new_lock;                    \
321                 rw_wlock(*_lockp);                      \
322         }                                               \
323 } while (0)
324
325 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m)        \
326                         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, VM_PAGE_TO_PHYS(m))
327
328 #define RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp)             do {    \
329         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
330                                                         \
331         if (*_lockp != NULL) {                          \
332                 rw_wunlock(*_lockp);                    \
333                 *_lockp = NULL;                         \
334         }                                               \
335 } while (0)
336
337 #define VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m)      \
338                         PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(VM_PAGE_TO_PHYS(m))
339
340 struct pmap kernel_pmap_store;
341
342 vm_offset_t virtual_avail;      /* VA of first avail page (after kernel bss) */
343 vm_offset_t virtual_end;        /* VA of last avail page (end of kernel AS) */
344
345 int nkpt;
346 SYSCTL_INT(_machdep, OID_AUTO, nkpt, CTLFLAG_RD, &nkpt, 0,
347     "Number of kernel page table pages allocated on bootup");
348
349 static int ndmpdp;
350 vm_paddr_t dmaplimit;
351 vm_offset_t kernel_vm_end = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
352 pt_entry_t pg_nx;
353
354 static SYSCTL_NODE(_vm, OID_AUTO, pmap, CTLFLAG_RD, 0, "VM/pmap parameters");
355
356 static int pat_works = 1;
357 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pat_works, CTLFLAG_RD, &pat_works, 1,
358     "Is page attribute table fully functional?");
359
360 static int pg_ps_enabled = 1;
361 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pg_ps_enabled, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
362     &pg_ps_enabled, 0, "Are large page mappings enabled?");
363
364 #define PAT_INDEX_SIZE  8
365 static int pat_index[PAT_INDEX_SIZE];   /* cache mode to PAT index conversion */
366
367 static u_int64_t        KPTphys;        /* phys addr of kernel level 1 */
368 static u_int64_t        KPDphys;        /* phys addr of kernel level 2 */
369 u_int64_t               KPDPphys;       /* phys addr of kernel level 3 */
370 u_int64_t               KPML4phys;      /* phys addr of kernel level 4 */
371
372 static u_int64_t        DMPDphys;       /* phys addr of direct mapped level 2 */
373 static u_int64_t        DMPDPphys;      /* phys addr of direct mapped level 3 */
374 static int              ndmpdpphys;     /* number of DMPDPphys pages */
375
376 static vm_paddr_t       KERNend;        /* phys addr of end of bootstrap data */
377
378 /*
379  * pmap_mapdev support pre initialization (i.e. console)
380  */
381 #define PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT      8
382 static struct pmap_preinit_mapping {
383         vm_paddr_t      pa;
384         vm_offset_t     va;
385         vm_size_t       sz;
386         int             mode;
387 } pmap_preinit_mapping[PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT];
388 static int pmap_initialized;
389
390 /*
391  * Data for the pv entry allocation mechanism.
392  * Updates to pv_invl_gen are protected by the pv_list_locks[]
393  * elements, but reads are not.
394  */
395 static TAILQ_HEAD(pch, pv_chunk) pv_chunks = TAILQ_HEAD_INITIALIZER(pv_chunks);
396 static struct mtx __exclusive_cache_line pv_chunks_mutex;
397 static struct rwlock __exclusive_cache_line pv_list_locks[NPV_LIST_LOCKS];
398 static u_long pv_invl_gen[NPV_LIST_LOCKS];
399 static struct md_page *pv_table;
400 static struct md_page pv_dummy;
401
402 /*
403  * All those kernel PT submaps that BSD is so fond of
404  */
405 pt_entry_t *CMAP1 = NULL;
406 caddr_t CADDR1 = 0;
407 static vm_offset_t qframe = 0;
408 static struct mtx qframe_mtx;
409
410 static int pmap_flags = PMAP_PDE_SUPERPAGE;     /* flags for x86 pmaps */
411
412 int pmap_pcid_enabled = 1;
413 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pcid_enabled, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
414     &pmap_pcid_enabled, 0, "Is TLB Context ID enabled ?");
415 int invpcid_works = 0;
416 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, invpcid_works, CTLFLAG_RD, &invpcid_works, 0,
417     "Is the invpcid instruction available ?");
418
419 int __read_frequently pti = 0;
420 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pti, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
421     &pti, 0,
422     "Page Table Isolation enabled");
423 static vm_object_t pti_obj;
424 static pml4_entry_t *pti_pml4;
425 static vm_pindex_t pti_pg_idx;
426 static bool pti_finalized;
427
428 static int
429 pmap_pcid_save_cnt_proc(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
430 {
431         int i;
432         uint64_t res;
433
434         res = 0;
435         CPU_FOREACH(i) {
436                 res += cpuid_to_pcpu[i]->pc_pm_save_cnt;
437         }
438         return (sysctl_handle_64(oidp, &res, 0, req));
439 }
440 SYSCTL_PROC(_vm_pmap, OID_AUTO, pcid_save_cnt, CTLTYPE_U64 | CTLFLAG_RW |
441     CTLFLAG_MPSAFE, NULL, 0, pmap_pcid_save_cnt_proc, "QU",
442     "Count of saved TLB context on switch");
443
444 static LIST_HEAD(, pmap_invl_gen) pmap_invl_gen_tracker =
445     LIST_HEAD_INITIALIZER(&pmap_invl_gen_tracker);
446 static struct mtx invl_gen_mtx;
447 static u_long pmap_invl_gen = 0;
448 /* Fake lock object to satisfy turnstiles interface. */
449 static struct lock_object invl_gen_ts = {
450         .lo_name = "invlts",
451 };
452
453 static bool
454 pmap_not_in_di(void)
455 {
456
457         return (curthread->td_md.md_invl_gen.gen == 0);
458 }
459
460 #define PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI() \
461     KASSERT(pmap_not_in_di(), ("DI already started"))
462
463 /*
464  * Start a new Delayed Invalidation (DI) block of code, executed by
465  * the current thread.  Within a DI block, the current thread may
466  * destroy both the page table and PV list entries for a mapping and
467  * then release the corresponding PV list lock before ensuring that
468  * the mapping is flushed from the TLBs of any processors with the
469  * pmap active.
470  */
471 static void
472 pmap_delayed_invl_started(void)
473 {
474         struct pmap_invl_gen *invl_gen;
475         u_long currgen;
476
477         invl_gen = &curthread->td_md.md_invl_gen;
478         PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI();
479         mtx_lock(&invl_gen_mtx);
480         if (LIST_EMPTY(&pmap_invl_gen_tracker))
481                 currgen = pmap_invl_gen;
482         else
483                 currgen = LIST_FIRST(&pmap_invl_gen_tracker)->gen;
484         invl_gen->gen = currgen + 1;
485         LIST_INSERT_HEAD(&pmap_invl_gen_tracker, invl_gen, link);
486         mtx_unlock(&invl_gen_mtx);
487 }
488
489 /*
490  * Finish the DI block, previously started by the current thread.  All
491  * required TLB flushes for the pages marked by
492  * pmap_delayed_invl_page() must be finished before this function is
493  * called.
494  *
495  * This function works by bumping the global DI generation number to
496  * the generation number of the current thread's DI, unless there is a
497  * pending DI that started earlier.  In the latter case, bumping the
498  * global DI generation number would incorrectly signal that the
499  * earlier DI had finished.  Instead, this function bumps the earlier
500  * DI's generation number to match the generation number of the
501  * current thread's DI.
502  */
503 static void
504 pmap_delayed_invl_finished(void)
505 {
506         struct pmap_invl_gen *invl_gen, *next;
507         struct turnstile *ts;
508
509         invl_gen = &curthread->td_md.md_invl_gen;
510         KASSERT(invl_gen->gen != 0, ("missed invl_started"));
511         mtx_lock(&invl_gen_mtx);
512         next = LIST_NEXT(invl_gen, link);
513         if (next == NULL) {
514                 turnstile_chain_lock(&invl_gen_ts);
515                 ts = turnstile_lookup(&invl_gen_ts);
516                 pmap_invl_gen = invl_gen->gen;
517                 if (ts != NULL) {
518                         turnstile_broadcast(ts, TS_SHARED_QUEUE);
519                         turnstile_unpend(ts);
520                 }
521                 turnstile_chain_unlock(&invl_gen_ts);
522         } else {
523                 next->gen = invl_gen->gen;
524         }
525         LIST_REMOVE(invl_gen, link);
526         mtx_unlock(&invl_gen_mtx);
527         invl_gen->gen = 0;
528 }
529
530 #ifdef PV_STATS
531 static long invl_wait;
532 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, invl_wait, CTLFLAG_RD, &invl_wait, 0,
533     "Number of times DI invalidation blocked pmap_remove_all/write");
534 #endif
535
536 static u_long *
537 pmap_delayed_invl_genp(vm_page_t m)
538 {
539
540         return (&pv_invl_gen[pa_index(VM_PAGE_TO_PHYS(m)) % NPV_LIST_LOCKS]);
541 }
542
543 /*
544  * Ensure that all currently executing DI blocks, that need to flush
545  * TLB for the given page m, actually flushed the TLB at the time the
546  * function returned.  If the page m has an empty PV list and we call
547  * pmap_delayed_invl_wait(), upon its return we know that no CPU has a
548  * valid mapping for the page m in either its page table or TLB.
549  *
550  * This function works by blocking until the global DI generation
551  * number catches up with the generation number associated with the
552  * given page m and its PV list.  Since this function's callers
553  * typically own an object lock and sometimes own a page lock, it
554  * cannot sleep.  Instead, it blocks on a turnstile to relinquish the
555  * processor.
556  */
557 static void
558 pmap_delayed_invl_wait(vm_page_t m)
559 {
560         struct turnstile *ts;
561         u_long *m_gen;
562 #ifdef PV_STATS
563         bool accounted = false;
564 #endif
565
566         m_gen = pmap_delayed_invl_genp(m);
567         while (*m_gen > pmap_invl_gen) {
568 #ifdef PV_STATS
569                 if (!accounted) {
570                         atomic_add_long(&invl_wait, 1);
571                         accounted = true;
572                 }
573 #endif
574                 ts = turnstile_trywait(&invl_gen_ts);
575                 if (*m_gen > pmap_invl_gen)
576                         turnstile_wait(ts, NULL, TS_SHARED_QUEUE);
577                 else
578                         turnstile_cancel(ts);
579         }
580 }
581
582 /*
583  * Mark the page m's PV list as participating in the current thread's
584  * DI block.  Any threads concurrently using m's PV list to remove or
585  * restrict all mappings to m will wait for the current thread's DI
586  * block to complete before proceeding.
587  *
588  * The function works by setting the DI generation number for m's PV
589  * list to at least the DI generation number of the current thread.
590  * This forces a caller of pmap_delayed_invl_wait() to block until
591  * current thread calls pmap_delayed_invl_finished().
592  */
593 static void
594 pmap_delayed_invl_page(vm_page_t m)
595 {
596         u_long gen, *m_gen;
597
598         rw_assert(VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), RA_WLOCKED);
599         gen = curthread->td_md.md_invl_gen.gen;
600         if (gen == 0)
601                 return;
602         m_gen = pmap_delayed_invl_genp(m);
603         if (*m_gen < gen)
604                 *m_gen = gen;
605 }
606
607 /*
608  * Crashdump maps.
609  */
610 static caddr_t crashdumpmap;
611
612 /*
613  * Internal flags for pmap_enter()'s helper functions.
614  */
615 #define PMAP_ENTER_NORECLAIM    0x1000000       /* Don't reclaim PV entries. */
616 #define PMAP_ENTER_NOREPLACE    0x2000000       /* Don't replace mappings. */
617
618 static void     free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc);
619 static void     free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv);
620 static pv_entry_t get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp);
621 static int      popcnt_pc_map_pq(uint64_t *map);
622 static vm_page_t reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp);
623 static void     reserve_pv_entries(pmap_t pmap, int needed,
624                     struct rwlock **lockp);
625 static void     pmap_pv_demote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
626                     struct rwlock **lockp);
627 static bool     pmap_pv_insert_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde,
628                     u_int flags, struct rwlock **lockp);
629 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
630 static void     pmap_pv_promote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
631                     struct rwlock **lockp);
632 #endif
633 static void     pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va);
634 static pv_entry_t pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap,
635                     vm_offset_t va);
636
637 static int pmap_change_attr_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode);
638 static boolean_t pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va);
639 static boolean_t pmap_demote_pde_locked(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde,
640     vm_offset_t va, struct rwlock **lockp);
641 static boolean_t pmap_demote_pdpe(pmap_t pmap, pdp_entry_t *pdpe,
642     vm_offset_t va);
643 static bool     pmap_enter_2mpage(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
644                     vm_prot_t prot, struct rwlock **lockp);
645 static int      pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t newpde,
646                     u_int flags, vm_page_t m, struct rwlock **lockp);
647 static vm_page_t pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
648     vm_page_t m, vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp);
649 static void pmap_fill_ptp(pt_entry_t *firstpte, pt_entry_t newpte);
650 static int pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte);
651 static void pmap_invalidate_cache_range_selfsnoop(vm_offset_t sva,
652     vm_offset_t eva);
653 static void pmap_invalidate_cache_range_all(vm_offset_t sva,
654     vm_offset_t eva);
655 static void pmap_invalidate_pde_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
656                     pd_entry_t pde);
657 static void pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode);
658 static void pmap_pde_attr(pd_entry_t *pde, int cache_bits, int mask);
659 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
660 static void pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
661     struct rwlock **lockp);
662 #endif
663 static boolean_t pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva,
664     vm_prot_t prot);
665 static void pmap_pte_attr(pt_entry_t *pte, int cache_bits, int mask);
666 static void pmap_pti_add_kva_locked(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
667     bool exec);
668 static pdp_entry_t *pmap_pti_pdpe(vm_offset_t va);
669 static pd_entry_t *pmap_pti_pde(vm_offset_t va);
670 static void pmap_pti_wire_pte(void *pte);
671 static int pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
672     struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
673 static int pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t sva,
674     pd_entry_t ptepde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
675 static vm_page_t pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
676 static void pmap_remove_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
677     struct spglist *free);
678 static bool     pmap_remove_ptes(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
679                     pd_entry_t *pde, struct spglist *free,
680                     struct rwlock **lockp);
681 static boolean_t pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
682     vm_page_t m, struct rwlock **lockp);
683 static void pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
684     pd_entry_t newpde);
685 static void pmap_update_pde_invalidate(pmap_t, vm_offset_t va, pd_entry_t pde);
686
687 static vm_page_t _pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex,
688                 struct rwlock **lockp);
689 static vm_page_t pmap_allocpde(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
690                 struct rwlock **lockp);
691 static vm_page_t pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
692                 struct rwlock **lockp);
693
694 static void _pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
695     struct spglist *free);
696 static int pmap_unuse_pt(pmap_t, vm_offset_t, pd_entry_t, struct spglist *);
697
698 /********************/
699 /* Inline functions */
700 /********************/
701
702 /* Return a non-clipped PD index for a given VA */
703 static __inline vm_pindex_t
704 pmap_pde_pindex(vm_offset_t va)
705 {
706         return (va >> PDRSHIFT);
707 }
708
709
710 /* Return a pointer to the PML4 slot that corresponds to a VA */
711 static __inline pml4_entry_t *
712 pmap_pml4e(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
713 {
714
715         return (&pmap->pm_pml4[pmap_pml4e_index(va)]);
716 }
717
718 /* Return a pointer to the PDP slot that corresponds to a VA */
719 static __inline pdp_entry_t *
720 pmap_pml4e_to_pdpe(pml4_entry_t *pml4e, vm_offset_t va)
721 {
722         pdp_entry_t *pdpe;
723
724         pdpe = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4e & PG_FRAME);
725         return (&pdpe[pmap_pdpe_index(va)]);
726 }
727
728 /* Return a pointer to the PDP slot that corresponds to a VA */
729 static __inline pdp_entry_t *
730 pmap_pdpe(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
731 {
732         pml4_entry_t *pml4e;
733         pt_entry_t PG_V;
734
735         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
736         pml4e = pmap_pml4e(pmap, va);
737         if ((*pml4e & PG_V) == 0)
738                 return (NULL);
739         return (pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, va));
740 }
741
742 /* Return a pointer to the PD slot that corresponds to a VA */
743 static __inline pd_entry_t *
744 pmap_pdpe_to_pde(pdp_entry_t *pdpe, vm_offset_t va)
745 {
746         pd_entry_t *pde;
747
748         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdpe & PG_FRAME);
749         return (&pde[pmap_pde_index(va)]);
750 }
751
752 /* Return a pointer to the PD slot that corresponds to a VA */
753 static __inline pd_entry_t *
754 pmap_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
755 {
756         pdp_entry_t *pdpe;
757         pt_entry_t PG_V;
758
759         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
760         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
761         if (pdpe == NULL || (*pdpe & PG_V) == 0)
762                 return (NULL);
763         return (pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va));
764 }
765
766 /* Return a pointer to the PT slot that corresponds to a VA */
767 static __inline pt_entry_t *
768 pmap_pde_to_pte(pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
769 {
770         pt_entry_t *pte;
771
772         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pde & PG_FRAME);
773         return (&pte[pmap_pte_index(va)]);
774 }
775
776 /* Return a pointer to the PT slot that corresponds to a VA */
777 static __inline pt_entry_t *
778 pmap_pte(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
779 {
780         pd_entry_t *pde;
781         pt_entry_t PG_V;
782
783         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
784         pde = pmap_pde(pmap, va);
785         if (pde == NULL || (*pde & PG_V) == 0)
786                 return (NULL);
787         if ((*pde & PG_PS) != 0)        /* compat with i386 pmap_pte() */
788                 return ((pt_entry_t *)pde);
789         return (pmap_pde_to_pte(pde, va));
790 }
791
792 static __inline void
793 pmap_resident_count_inc(pmap_t pmap, int count)
794 {
795
796         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
797         pmap->pm_stats.resident_count += count;
798 }
799
800 static __inline void
801 pmap_resident_count_dec(pmap_t pmap, int count)
802 {
803
804         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
805         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count >= count,
806             ("pmap %p resident count underflow %ld %d", pmap,
807             pmap->pm_stats.resident_count, count));
808         pmap->pm_stats.resident_count -= count;
809 }
810
811 PMAP_INLINE pt_entry_t *
812 vtopte(vm_offset_t va)
813 {
814         u_int64_t mask = ((1ul << (NPTEPGSHIFT + NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT)) - 1);
815
816         KASSERT(va >= VM_MAXUSER_ADDRESS, ("vtopte on a uva/gpa 0x%0lx", va));
817
818         return (PTmap + ((va >> PAGE_SHIFT) & mask));
819 }
820
821 static __inline pd_entry_t *
822 vtopde(vm_offset_t va)
823 {
824         u_int64_t mask = ((1ul << (NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT)) - 1);
825
826         KASSERT(va >= VM_MAXUSER_ADDRESS, ("vtopde on a uva/gpa 0x%0lx", va));
827
828         return (PDmap + ((va >> PDRSHIFT) & mask));
829 }
830
831 static u_int64_t
832 allocpages(vm_paddr_t *firstaddr, int n)
833 {
834         u_int64_t ret;
835
836         ret = *firstaddr;
837         bzero((void *)ret, n * PAGE_SIZE);
838         *firstaddr += n * PAGE_SIZE;
839         return (ret);
840 }
841
842 CTASSERT(powerof2(NDMPML4E));
843
844 /* number of kernel PDP slots */
845 #define NKPDPE(ptpgs)           howmany(ptpgs, NPDEPG)
846
847 static void
848 nkpt_init(vm_paddr_t addr)
849 {
850         int pt_pages;
851         
852 #ifdef NKPT
853         pt_pages = NKPT;
854 #else
855         pt_pages = howmany(addr, 1 << PDRSHIFT);
856         pt_pages += NKPDPE(pt_pages);
857
858         /*
859          * Add some slop beyond the bare minimum required for bootstrapping
860          * the kernel.
861          *
862          * This is quite important when allocating KVA for kernel modules.
863          * The modules are required to be linked in the negative 2GB of
864          * the address space.  If we run out of KVA in this region then
865          * pmap_growkernel() will need to allocate page table pages to map
866          * the entire 512GB of KVA space which is an unnecessary tax on
867          * physical memory.
868          *
869          * Secondly, device memory mapped as part of setting up the low-
870          * level console(s) is taken from KVA, starting at virtual_avail.
871          * This is because cninit() is called after pmap_bootstrap() but
872          * before vm_init() and pmap_init(). 20MB for a frame buffer is
873          * not uncommon.
874          */
875         pt_pages += 32;         /* 64MB additional slop. */
876 #endif
877         nkpt = pt_pages;
878 }
879
880 /*
881  * Returns the proper write/execute permission for a physical page that is
882  * part of the initial boot allocations.
883  *
884  * If the page has kernel text, it is marked as read-only. If the page has
885  * kernel read-only data, it is marked as read-only/not-executable. If the
886  * page has only read-write data, it is marked as read-write/not-executable.
887  * If the page is below/above the kernel range, it is marked as read-write.
888  *
889  * This function operates on 2M pages, since we map the kernel space that
890  * way.
891  *
892  * Note that this doesn't currently provide any protection for modules.
893  */
894 static inline pt_entry_t
895 bootaddr_rwx(vm_paddr_t pa)
896 {
897
898         /*
899          * Everything in the same 2M page as the start of the kernel
900          * should be static. On the other hand, things in the same 2M
901          * page as the end of the kernel could be read-write/executable,
902          * as the kernel image is not guaranteed to end on a 2M boundary.
903          */
904         if (pa < trunc_2mpage(btext - KERNBASE) ||
905            pa >= trunc_2mpage(_end - KERNBASE))
906                 return (X86_PG_RW);
907         /*
908          * The linker should ensure that the read-only and read-write
909          * portions don't share the same 2M page, so this shouldn't
910          * impact read-only data. However, in any case, any page with
911          * read-write data needs to be read-write.
912          */
913         if (pa >= trunc_2mpage(brwsection - KERNBASE))
914                 return (X86_PG_RW | pg_nx);
915         /*
916          * Mark any 2M page containing kernel text as read-only. Mark
917          * other pages with read-only data as read-only and not executable.
918          * (It is likely a small portion of the read-only data section will
919          * be marked as read-only, but executable. This should be acceptable
920          * since the read-only protection will keep the data from changing.)
921          * Note that fixups to the .text section will still work until we
922          * set CR0.WP.
923          */
924         if (pa < round_2mpage(etext - KERNBASE))
925                 return (0);
926         return (pg_nx);
927 }
928
929 static void
930 create_pagetables(vm_paddr_t *firstaddr)
931 {
932         int i, j, ndm1g, nkpdpe, nkdmpde;
933         pt_entry_t *pt_p;
934         pd_entry_t *pd_p;
935         pdp_entry_t *pdp_p;
936         pml4_entry_t *p4_p;
937         uint64_t DMPDkernphys;
938
939         /* Allocate page table pages for the direct map */
940         ndmpdp = howmany(ptoa(Maxmem), NBPDP);
941         if (ndmpdp < 4)         /* Minimum 4GB of dirmap */
942                 ndmpdp = 4;
943         ndmpdpphys = howmany(ndmpdp, NPDPEPG);
944         if (ndmpdpphys > NDMPML4E) {
945                 /*
946                  * Each NDMPML4E allows 512 GB, so limit to that,
947                  * and then readjust ndmpdp and ndmpdpphys.
948                  */
949                 printf("NDMPML4E limits system to %d GB\n", NDMPML4E * 512);
950                 Maxmem = atop(NDMPML4E * NBPML4);
951                 ndmpdpphys = NDMPML4E;
952                 ndmpdp = NDMPML4E * NPDEPG;
953         }
954         DMPDPphys = allocpages(firstaddr, ndmpdpphys);
955         ndm1g = 0;
956         if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0) {
957                 /*
958                  * Calculate the number of 1G pages that will fully fit in
959                  * Maxmem.
960                  */
961                 ndm1g = ptoa(Maxmem) >> PDPSHIFT;
962
963                 /*
964                  * Allocate 2M pages for the kernel. These will be used in
965                  * place of the first one or more 1G pages from ndm1g.
966                  */
967                 nkdmpde = howmany((vm_offset_t)(brwsection - KERNBASE), NBPDP);
968                 DMPDkernphys = allocpages(firstaddr, nkdmpde);
969         }
970         if (ndm1g < ndmpdp)
971                 DMPDphys = allocpages(firstaddr, ndmpdp - ndm1g);
972         dmaplimit = (vm_paddr_t)ndmpdp << PDPSHIFT;
973
974         /* Allocate pages */
975         KPML4phys = allocpages(firstaddr, 1);
976         KPDPphys = allocpages(firstaddr, NKPML4E);
977
978         /*
979          * Allocate the initial number of kernel page table pages required to
980          * bootstrap.  We defer this until after all memory-size dependent
981          * allocations are done (e.g. direct map), so that we don't have to
982          * build in too much slop in our estimate.
983          *
984          * Note that when NKPML4E > 1, we have an empty page underneath
985          * all but the KPML4I'th one, so we need NKPML4E-1 extra (zeroed)
986          * pages.  (pmap_enter requires a PD page to exist for each KPML4E.)
987          */
988         nkpt_init(*firstaddr);
989         nkpdpe = NKPDPE(nkpt);
990
991         KPTphys = allocpages(firstaddr, nkpt);
992         KPDphys = allocpages(firstaddr, nkpdpe);
993
994         /* Fill in the underlying page table pages */
995         /* XXX not fully used, underneath 2M pages */
996         pt_p = (pt_entry_t *)KPTphys;
997         for (i = 0; ptoa(i) < *firstaddr; i++)
998                 pt_p[i] = ptoa(i) | X86_PG_V | pg_g | bootaddr_rwx(ptoa(i));
999
1000         /* Now map the page tables at their location within PTmap */
1001         pd_p = (pd_entry_t *)KPDphys;
1002         for (i = 0; i < nkpt; i++)
1003                 pd_p[i] = (KPTphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW | X86_PG_V;
1004
1005         /* Map from zero to end of allocations under 2M pages */
1006         /* This replaces some of the KPTphys entries above */
1007         for (i = 0; (i << PDRSHIFT) < *firstaddr; i++)
1008                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
1009                 pd_p[i] = (i << PDRSHIFT) | X86_PG_V | PG_PS | pg_g |
1010                     X86_PG_M | X86_PG_A | bootaddr_rwx(i << PDRSHIFT);
1011
1012         /*
1013          * Because we map the physical blocks in 2M pages, adjust firstaddr
1014          * to record the physical blocks we've actually mapped into kernel
1015          * virtual address space.
1016          */
1017         *firstaddr = round_2mpage(*firstaddr);
1018
1019         /* And connect up the PD to the PDP (leaving room for L4 pages) */
1020         pdp_p = (pdp_entry_t *)(KPDPphys + ptoa(KPML4I - KPML4BASE));
1021         for (i = 0; i < nkpdpe; i++)
1022                 pdp_p[i + KPDPI] = (KPDphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW | X86_PG_V;
1023
1024         /*
1025          * Now, set up the direct map region using 2MB and/or 1GB pages.  If
1026          * the end of physical memory is not aligned to a 1GB page boundary,
1027          * then the residual physical memory is mapped with 2MB pages.  Later,
1028          * if pmap_mapdev{_attr}() uses the direct map for non-write-back
1029          * memory, pmap_change_attr() will demote any 2MB or 1GB page mappings
1030          * that are partially used. 
1031          */
1032         pd_p = (pd_entry_t *)DMPDphys;
1033         for (i = NPDEPG * ndm1g, j = 0; i < NPDEPG * ndmpdp; i++, j++) {
1034                 pd_p[j] = (vm_paddr_t)i << PDRSHIFT;
1035                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
1036                 pd_p[j] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_PS | pg_g |
1037                     X86_PG_M | X86_PG_A | pg_nx;
1038         }
1039         pdp_p = (pdp_entry_t *)DMPDPphys;
1040         for (i = 0; i < ndm1g; i++) {
1041                 pdp_p[i] = (vm_paddr_t)i << PDPSHIFT;
1042                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
1043                 pdp_p[i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_PS | pg_g |
1044                     X86_PG_M | X86_PG_A | pg_nx;
1045         }
1046         for (j = 0; i < ndmpdp; i++, j++) {
1047                 pdp_p[i] = DMPDphys + ptoa(j);
1048                 pdp_p[i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V;
1049         }
1050
1051         /*
1052          * Instead of using a 1G page for the memory containing the kernel,
1053          * use 2M pages with appropriate permissions. (If using 1G pages,
1054          * this will partially overwrite the PDPEs above.)
1055          */
1056         if (ndm1g) {
1057                 pd_p = (pd_entry_t *)DMPDkernphys;
1058                 for (i = 0; i < (NPDEPG * nkdmpde); i++)
1059                         pd_p[i] = (i << PDRSHIFT) | X86_PG_V | PG_PS | pg_g |
1060                             X86_PG_M | X86_PG_A | pg_nx |
1061                             bootaddr_rwx(i << PDRSHIFT);
1062                 for (i = 0; i < nkdmpde; i++)
1063                         pdp_p[i] = (DMPDkernphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW |
1064                             X86_PG_V;
1065         }
1066
1067         /* And recursively map PML4 to itself in order to get PTmap */
1068         p4_p = (pml4_entry_t *)KPML4phys;
1069         p4_p[PML4PML4I] = KPML4phys;
1070         p4_p[PML4PML4I] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
1071
1072         /* Connect the Direct Map slot(s) up to the PML4. */
1073         for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++) {
1074                 p4_p[DMPML4I + i] = DMPDPphys + ptoa(i);
1075                 p4_p[DMPML4I + i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V;
1076         }
1077
1078         /* Connect the KVA slots up to the PML4 */
1079         for (i = 0; i < NKPML4E; i++) {
1080                 p4_p[KPML4BASE + i] = KPDPphys + ptoa(i);
1081                 p4_p[KPML4BASE + i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V;
1082         }
1083 }
1084
1085 /*
1086  *      Bootstrap the system enough to run with virtual memory.
1087  *
1088  *      On amd64 this is called after mapping has already been enabled
1089  *      and just syncs the pmap module with what has already been done.
1090  *      [We can't call it easily with mapping off since the kernel is not
1091  *      mapped with PA == VA, hence we would have to relocate every address
1092  *      from the linked base (virtual) address "KERNBASE" to the actual
1093  *      (physical) address starting relative to 0]
1094  */
1095 void
1096 pmap_bootstrap(vm_paddr_t *firstaddr)
1097 {
1098         vm_offset_t va;
1099         pt_entry_t *pte;
1100         uint64_t cr4;
1101         u_long res;
1102         int i;
1103
1104         KERNend = *firstaddr;
1105         res = atop(KERNend - (vm_paddr_t)kernphys);
1106
1107         if (!pti)
1108                 pg_g = X86_PG_G;
1109
1110         /*
1111          * Create an initial set of page tables to run the kernel in.
1112          */
1113         create_pagetables(firstaddr);
1114
1115         /*
1116          * Add a physical memory segment (vm_phys_seg) corresponding to the
1117          * preallocated kernel page table pages so that vm_page structures
1118          * representing these pages will be created.  The vm_page structures
1119          * are required for promotion of the corresponding kernel virtual
1120          * addresses to superpage mappings.
1121          */
1122         vm_phys_add_seg(KPTphys, KPTphys + ptoa(nkpt));
1123
1124         virtual_avail = (vm_offset_t) KERNBASE + *firstaddr;
1125         virtual_end = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS;
1126
1127         /*
1128          * Enable PG_G global pages, then switch to the kernel page
1129          * table from the bootstrap page table.  After the switch, it
1130          * is possible to enable SMEP and SMAP since PG_U bits are
1131          * correct now.
1132          */
1133         cr4 = rcr4();
1134         cr4 |= CR4_PGE;
1135         load_cr4(cr4);
1136         load_cr3(KPML4phys);
1137         if (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_SMEP)
1138                 cr4 |= CR4_SMEP;
1139         if (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_SMAP)
1140                 cr4 |= CR4_SMAP;
1141         load_cr4(cr4);
1142
1143         /*
1144          * Initialize the kernel pmap (which is statically allocated).
1145          * Count bootstrap data as being resident in case any of this data is
1146          * later unmapped (using pmap_remove()) and freed.
1147          */
1148         PMAP_LOCK_INIT(kernel_pmap);
1149         kernel_pmap->pm_pml4 = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(KPML4phys);
1150         kernel_pmap->pm_cr3 = KPML4phys;
1151         kernel_pmap->pm_ucr3 = PMAP_NO_CR3;
1152         CPU_FILL(&kernel_pmap->pm_active);      /* don't allow deactivation */
1153         TAILQ_INIT(&kernel_pmap->pm_pvchunk);
1154         kernel_pmap->pm_stats.resident_count = res;
1155         kernel_pmap->pm_flags = pmap_flags;
1156
1157         /*
1158          * Initialize the TLB invalidations generation number lock.
1159          */
1160         mtx_init(&invl_gen_mtx, "invlgn", NULL, MTX_DEF);
1161
1162         /*
1163          * Reserve some special page table entries/VA space for temporary
1164          * mapping of pages.
1165          */
1166 #define SYSMAP(c, p, v, n)      \
1167         v = (c)va; va += ((n)*PAGE_SIZE); p = pte; pte += (n);
1168
1169         va = virtual_avail;
1170         pte = vtopte(va);
1171
1172         /*
1173          * Crashdump maps.  The first page is reused as CMAP1 for the
1174          * memory test.
1175          */
1176         SYSMAP(caddr_t, CMAP1, crashdumpmap, MAXDUMPPGS)
1177         CADDR1 = crashdumpmap;
1178
1179         virtual_avail = va;
1180
1181         /*
1182          * Initialize the PAT MSR.
1183          * pmap_init_pat() clears and sets CR4_PGE, which, as a
1184          * side-effect, invalidates stale PG_G TLB entries that might
1185          * have been created in our pre-boot environment.
1186          */
1187         pmap_init_pat();
1188
1189         /* Initialize TLB Context Id. */
1190         if (pmap_pcid_enabled) {
1191                 for (i = 0; i < MAXCPU; i++) {
1192                         kernel_pmap->pm_pcids[i].pm_pcid = PMAP_PCID_KERN;
1193                         kernel_pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 1;
1194                 }
1195
1196                 /*
1197                  * PMAP_PCID_KERN + 1 is used for initialization of
1198                  * proc0 pmap.  The pmap' pcid state might be used by
1199                  * EFIRT entry before first context switch, so it
1200                  * needs to be valid.
1201                  */
1202                 PCPU_SET(pcid_next, PMAP_PCID_KERN + 2);
1203                 PCPU_SET(pcid_gen, 1);
1204
1205                 /*
1206                  * pcpu area for APs is zeroed during AP startup.
1207                  * pc_pcid_next and pc_pcid_gen are initialized by AP
1208                  * during pcpu setup.
1209                  */
1210                 load_cr4(rcr4() | CR4_PCIDE);
1211         }
1212 }
1213
1214 /*
1215  * Setup the PAT MSR.
1216  */
1217 void
1218 pmap_init_pat(void)
1219 {
1220         int pat_table[PAT_INDEX_SIZE];
1221         uint64_t pat_msr;
1222         u_long cr0, cr4;
1223         int i;
1224
1225         /* Bail if this CPU doesn't implement PAT. */
1226         if ((cpu_feature & CPUID_PAT) == 0)
1227                 panic("no PAT??");
1228
1229         /* Set default PAT index table. */
1230         for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
1231                 pat_table[i] = -1;
1232         pat_table[PAT_WRITE_BACK] = 0;
1233         pat_table[PAT_WRITE_THROUGH] = 1;
1234         pat_table[PAT_UNCACHEABLE] = 3;
1235         pat_table[PAT_WRITE_COMBINING] = 3;
1236         pat_table[PAT_WRITE_PROTECTED] = 3;
1237         pat_table[PAT_UNCACHED] = 3;
1238
1239         /* Initialize default PAT entries. */
1240         pat_msr = PAT_VALUE(0, PAT_WRITE_BACK) |
1241             PAT_VALUE(1, PAT_WRITE_THROUGH) |
1242             PAT_VALUE(2, PAT_UNCACHED) |
1243             PAT_VALUE(3, PAT_UNCACHEABLE) |
1244             PAT_VALUE(4, PAT_WRITE_BACK) |
1245             PAT_VALUE(5, PAT_WRITE_THROUGH) |
1246             PAT_VALUE(6, PAT_UNCACHED) |
1247             PAT_VALUE(7, PAT_UNCACHEABLE);
1248
1249         if (pat_works) {
1250                 /*
1251                  * Leave the indices 0-3 at the default of WB, WT, UC-, and UC.
1252                  * Program 5 and 6 as WP and WC.
1253                  * Leave 4 and 7 as WB and UC.
1254                  */
1255                 pat_msr &= ~(PAT_MASK(5) | PAT_MASK(6));
1256                 pat_msr |= PAT_VALUE(5, PAT_WRITE_PROTECTED) |
1257                     PAT_VALUE(6, PAT_WRITE_COMBINING);
1258                 pat_table[PAT_UNCACHED] = 2;
1259                 pat_table[PAT_WRITE_PROTECTED] = 5;
1260                 pat_table[PAT_WRITE_COMBINING] = 6;
1261         } else {
1262                 /*
1263                  * Just replace PAT Index 2 with WC instead of UC-.
1264                  */
1265                 pat_msr &= ~PAT_MASK(2);
1266                 pat_msr |= PAT_VALUE(2, PAT_WRITE_COMBINING);
1267                 pat_table[PAT_WRITE_COMBINING] = 2;
1268         }
1269
1270         /* Disable PGE. */
1271         cr4 = rcr4();
1272         load_cr4(cr4 & ~CR4_PGE);
1273
1274         /* Disable caches (CD = 1, NW = 0). */
1275         cr0 = rcr0();
1276         load_cr0((cr0 & ~CR0_NW) | CR0_CD);
1277
1278         /* Flushes caches and TLBs. */
1279         wbinvd();
1280         invltlb();
1281
1282         /* Update PAT and index table. */
1283         wrmsr(MSR_PAT, pat_msr);
1284         for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
1285                 pat_index[i] = pat_table[i];
1286
1287         /* Flush caches and TLBs again. */
1288         wbinvd();
1289         invltlb();
1290
1291         /* Restore caches and PGE. */
1292         load_cr0(cr0);
1293         load_cr4(cr4);
1294 }
1295
1296 /*
1297  *      Initialize a vm_page's machine-dependent fields.
1298  */
1299 void
1300 pmap_page_init(vm_page_t m)
1301 {
1302
1303         TAILQ_INIT(&m->md.pv_list);
1304         m->md.pat_mode = PAT_WRITE_BACK;
1305 }
1306
1307 /*
1308  *      Initialize the pmap module.
1309  *      Called by vm_init, to initialize any structures that the pmap
1310  *      system needs to map virtual memory.
1311  */
1312 void
1313 pmap_init(void)
1314 {
1315         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
1316         vm_page_t mpte;
1317         vm_size_t s;
1318         int error, i, pv_npg, ret, skz63;
1319
1320         /* L1TF, reserve page @0 unconditionally */
1321         vm_page_blacklist_add(0, bootverbose);
1322
1323         /* Detect bare-metal Skylake Server and Skylake-X. */
1324         if (vm_guest == VM_GUEST_NO && cpu_vendor_id == CPU_VENDOR_INTEL &&
1325             CPUID_TO_FAMILY(cpu_id) == 0x6 && CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x55) {
1326                 /*
1327                  * Skylake-X errata SKZ63. Processor May Hang When
1328                  * Executing Code In an HLE Transaction Region between
1329                  * 40000000H and 403FFFFFH.
1330                  *
1331                  * Mark the pages in the range as preallocated.  It
1332                  * seems to be impossible to distinguish between
1333                  * Skylake Server and Skylake X.
1334                  */
1335                 skz63 = 1;
1336                 TUNABLE_INT_FETCH("hw.skz63_enable", &skz63);
1337                 if (skz63 != 0) {
1338                         if (bootverbose)
1339                                 printf("SKZ63: skipping 4M RAM starting "
1340                                     "at physical 1G\n");
1341                         for (i = 0; i < atop(0x400000); i++) {
1342                                 ret = vm_page_blacklist_add(0x40000000 +
1343                                     ptoa(i), FALSE);
1344                                 if (!ret && bootverbose)
1345                                         printf("page at %#lx already used\n",
1346                                             0x40000000 + ptoa(i));
1347                         }
1348                 }
1349         }
1350
1351         /*
1352          * Initialize the vm page array entries for the kernel pmap's
1353          * page table pages.
1354          */ 
1355         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
1356         for (i = 0; i < nkpt; i++) {
1357                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(KPTphys + (i << PAGE_SHIFT));
1358                 KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
1359                     mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
1360                     ("pmap_init: page table page is out of range"));
1361                 mpte->pindex = pmap_pde_pindex(KERNBASE) + i;
1362                 mpte->phys_addr = KPTphys + (i << PAGE_SHIFT);
1363                 mpte->wire_count = 1;
1364                 if (i << PDRSHIFT < KERNend &&
1365                     pmap_insert_pt_page(kernel_pmap, mpte))
1366                         panic("pmap_init: pmap_insert_pt_page failed");
1367         }
1368         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
1369         vm_wire_add(nkpt);
1370
1371         /*
1372          * If the kernel is running on a virtual machine, then it must assume
1373          * that MCA is enabled by the hypervisor.  Moreover, the kernel must
1374          * be prepared for the hypervisor changing the vendor and family that
1375          * are reported by CPUID.  Consequently, the workaround for AMD Family
1376          * 10h Erratum 383 is enabled if the processor's feature set does not
1377          * include at least one feature that is only supported by older Intel
1378          * or newer AMD processors.
1379          */
1380         if (vm_guest != VM_GUEST_NO && (cpu_feature & CPUID_SS) == 0 &&
1381             (cpu_feature2 & (CPUID2_SSSE3 | CPUID2_SSE41 | CPUID2_AESNI |
1382             CPUID2_AVX | CPUID2_XSAVE)) == 0 && (amd_feature2 & (AMDID2_XOP |
1383             AMDID2_FMA4)) == 0)
1384                 workaround_erratum383 = 1;
1385
1386         /*
1387          * Are large page mappings enabled?
1388          */
1389         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.pg_ps_enabled", &pg_ps_enabled);
1390         if (pg_ps_enabled) {
1391                 KASSERT(MAXPAGESIZES > 1 && pagesizes[1] == 0,
1392                     ("pmap_init: can't assign to pagesizes[1]"));
1393                 pagesizes[1] = NBPDR;
1394         }
1395
1396         /*
1397          * Initialize the pv chunk list mutex.
1398          */
1399         mtx_init(&pv_chunks_mutex, "pmap pv chunk list", NULL, MTX_DEF);
1400
1401         /*
1402          * Initialize the pool of pv list locks.
1403          */
1404         for (i = 0; i < NPV_LIST_LOCKS; i++)
1405                 rw_init(&pv_list_locks[i], "pmap pv list");
1406
1407         /*
1408          * Calculate the size of the pv head table for superpages.
1409          */
1410         pv_npg = howmany(vm_phys_segs[vm_phys_nsegs - 1].end, NBPDR);
1411
1412         /*
1413          * Allocate memory for the pv head table for superpages.
1414          */
1415         s = (vm_size_t)(pv_npg * sizeof(struct md_page));
1416         s = round_page(s);
1417         pv_table = (struct md_page *)kmem_malloc(s, M_WAITOK | M_ZERO);
1418         for (i = 0; i < pv_npg; i++)
1419                 TAILQ_INIT(&pv_table[i].pv_list);
1420         TAILQ_INIT(&pv_dummy.pv_list);
1421
1422         pmap_initialized = 1;
1423         for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
1424                 ppim = pmap_preinit_mapping + i;
1425                 if (ppim->va == 0)
1426                         continue;
1427                 /* Make the direct map consistent */
1428                 if (ppim->pa < dmaplimit && ppim->pa + ppim->sz <= dmaplimit) {
1429                         (void)pmap_change_attr(PHYS_TO_DMAP(ppim->pa),
1430                             ppim->sz, ppim->mode);
1431                 }
1432                 if (!bootverbose)
1433                         continue;
1434                 printf("PPIM %u: PA=%#lx, VA=%#lx, size=%#lx, mode=%#x\n", i,
1435                     ppim->pa, ppim->va, ppim->sz, ppim->mode);
1436         }
1437
1438         mtx_init(&qframe_mtx, "qfrmlk", NULL, MTX_SPIN);
1439         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE, M_BESTFIT | M_WAITOK,
1440             (vmem_addr_t *)&qframe);
1441         if (error != 0)
1442                 panic("qframe allocation failed");
1443 }
1444
1445 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, pde, CTLFLAG_RD, 0,
1446     "2MB page mapping counters");
1447
1448 static u_long pmap_pde_demotions;
1449 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
1450     &pmap_pde_demotions, 0, "2MB page demotions");
1451
1452 static u_long pmap_pde_mappings;
1453 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, mappings, CTLFLAG_RD,
1454     &pmap_pde_mappings, 0, "2MB page mappings");
1455
1456 static u_long pmap_pde_p_failures;
1457 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, p_failures, CTLFLAG_RD,
1458     &pmap_pde_p_failures, 0, "2MB page promotion failures");
1459
1460 static u_long pmap_pde_promotions;
1461 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, promotions, CTLFLAG_RD,
1462     &pmap_pde_promotions, 0, "2MB page promotions");
1463
1464 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, pdpe, CTLFLAG_RD, 0,
1465     "1GB page mapping counters");
1466
1467 static u_long pmap_pdpe_demotions;
1468 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pdpe, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
1469     &pmap_pdpe_demotions, 0, "1GB page demotions");
1470
1471 /***************************************************
1472  * Low level helper routines.....
1473  ***************************************************/
1474
1475 static pt_entry_t
1476 pmap_swap_pat(pmap_t pmap, pt_entry_t entry)
1477 {
1478         int x86_pat_bits = X86_PG_PTE_PAT | X86_PG_PDE_PAT;
1479
1480         switch (pmap->pm_type) {
1481         case PT_X86:
1482         case PT_RVI:
1483                 /* Verify that both PAT bits are not set at the same time */
1484                 KASSERT((entry & x86_pat_bits) != x86_pat_bits,
1485                     ("Invalid PAT bits in entry %#lx", entry));
1486
1487                 /* Swap the PAT bits if one of them is set */
1488                 if ((entry & x86_pat_bits) != 0)
1489                         entry ^= x86_pat_bits;
1490                 break;
1491         case PT_EPT:
1492                 /*
1493                  * Nothing to do - the memory attributes are represented
1494                  * the same way for regular pages and superpages.
1495                  */
1496                 break;
1497         default:
1498                 panic("pmap_switch_pat_bits: bad pm_type %d", pmap->pm_type);
1499         }
1500
1501         return (entry);
1502 }
1503
1504 boolean_t
1505 pmap_is_valid_memattr(pmap_t pmap __unused, vm_memattr_t mode)
1506 {
1507
1508         return (mode >= 0 && mode < PAT_INDEX_SIZE &&
1509             pat_index[(int)mode] >= 0);
1510 }
1511
1512 /*
1513  * Determine the appropriate bits to set in a PTE or PDE for a specified
1514  * caching mode.
1515  */
1516 int
1517 pmap_cache_bits(pmap_t pmap, int mode, boolean_t is_pde)
1518 {
1519         int cache_bits, pat_flag, pat_idx;
1520
1521         if (!pmap_is_valid_memattr(pmap, mode))
1522                 panic("Unknown caching mode %d\n", mode);
1523
1524         switch (pmap->pm_type) {
1525         case PT_X86:
1526         case PT_RVI:
1527                 /* The PAT bit is different for PTE's and PDE's. */
1528                 pat_flag = is_pde ? X86_PG_PDE_PAT : X86_PG_PTE_PAT;
1529
1530                 /* Map the caching mode to a PAT index. */
1531                 pat_idx = pat_index[mode];
1532
1533                 /* Map the 3-bit index value into the PAT, PCD, and PWT bits. */
1534                 cache_bits = 0;
1535                 if (pat_idx & 0x4)
1536                         cache_bits |= pat_flag;
1537                 if (pat_idx & 0x2)
1538                         cache_bits |= PG_NC_PCD;
1539                 if (pat_idx & 0x1)
1540                         cache_bits |= PG_NC_PWT;
1541                 break;
1542
1543         case PT_EPT:
1544                 cache_bits = EPT_PG_IGNORE_PAT | EPT_PG_MEMORY_TYPE(mode);
1545                 break;
1546
1547         default:
1548                 panic("unsupported pmap type %d", pmap->pm_type);
1549         }
1550
1551         return (cache_bits);
1552 }
1553
1554 static int
1555 pmap_cache_mask(pmap_t pmap, boolean_t is_pde)
1556 {
1557         int mask;
1558
1559         switch (pmap->pm_type) {
1560         case PT_X86:
1561         case PT_RVI:
1562                 mask = is_pde ? X86_PG_PDE_CACHE : X86_PG_PTE_CACHE;
1563                 break;
1564         case PT_EPT:
1565                 mask = EPT_PG_IGNORE_PAT | EPT_PG_MEMORY_TYPE(0x7);
1566                 break;
1567         default:
1568                 panic("pmap_cache_mask: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
1569         }
1570
1571         return (mask);
1572 }
1573
1574 bool
1575 pmap_ps_enabled(pmap_t pmap)
1576 {
1577
1578         return (pg_ps_enabled && (pmap->pm_flags & PMAP_PDE_SUPERPAGE) != 0);
1579 }
1580
1581 static void
1582 pmap_update_pde_store(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
1583 {
1584
1585         switch (pmap->pm_type) {
1586         case PT_X86:
1587                 break;
1588         case PT_RVI:
1589         case PT_EPT:
1590                 /*
1591                  * XXX
1592                  * This is a little bogus since the generation number is
1593                  * supposed to be bumped up when a region of the address
1594                  * space is invalidated in the page tables.
1595                  *
1596                  * In this case the old PDE entry is valid but yet we want
1597                  * to make sure that any mappings using the old entry are
1598                  * invalidated in the TLB.
1599                  *
1600                  * The reason this works as expected is because we rendezvous
1601                  * "all" host cpus and force any vcpu context to exit as a
1602                  * side-effect.
1603                  */
1604                 atomic_add_acq_long(&pmap->pm_eptgen, 1);
1605                 break;
1606         default:
1607                 panic("pmap_update_pde_store: bad pm_type %d", pmap->pm_type);
1608         }
1609         pde_store(pde, newpde);
1610 }
1611
1612 /*
1613  * After changing the page size for the specified virtual address in the page
1614  * table, flush the corresponding entries from the processor's TLB.  Only the
1615  * calling processor's TLB is affected.
1616  *
1617  * The calling thread must be pinned to a processor.
1618  */
1619 static void
1620 pmap_update_pde_invalidate(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t newpde)
1621 {
1622         pt_entry_t PG_G;
1623
1624         if (pmap_type_guest(pmap))
1625                 return;
1626
1627         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
1628             ("pmap_update_pde_invalidate: invalid type %d", pmap->pm_type));
1629
1630         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
1631
1632         if ((newpde & PG_PS) == 0)
1633                 /* Demotion: flush a specific 2MB page mapping. */
1634                 invlpg(va);
1635         else if ((newpde & PG_G) == 0)
1636                 /*
1637                  * Promotion: flush every 4KB page mapping from the TLB
1638                  * because there are too many to flush individually.
1639                  */
1640                 invltlb();
1641         else {
1642                 /*
1643                  * Promotion: flush every 4KB page mapping from the TLB,
1644                  * including any global (PG_G) mappings.
1645                  */
1646                 invltlb_glob();
1647         }
1648 }
1649 #ifdef SMP
1650
1651 /*
1652  * For SMP, these functions have to use the IPI mechanism for coherence.
1653  *
1654  * N.B.: Before calling any of the following TLB invalidation functions,
1655  * the calling processor must ensure that all stores updating a non-
1656  * kernel page table are globally performed.  Otherwise, another
1657  * processor could cache an old, pre-update entry without being
1658  * invalidated.  This can happen one of two ways: (1) The pmap becomes
1659  * active on another processor after its pm_active field is checked by
1660  * one of the following functions but before a store updating the page
1661  * table is globally performed. (2) The pmap becomes active on another
1662  * processor before its pm_active field is checked but due to
1663  * speculative loads one of the following functions stills reads the
1664  * pmap as inactive on the other processor.
1665  * 
1666  * The kernel page table is exempt because its pm_active field is
1667  * immutable.  The kernel page table is always active on every
1668  * processor.
1669  */
1670
1671 /*
1672  * Interrupt the cpus that are executing in the guest context.
1673  * This will force the vcpu to exit and the cached EPT mappings
1674  * will be invalidated by the host before the next vmresume.
1675  */
1676 static __inline void
1677 pmap_invalidate_ept(pmap_t pmap)
1678 {
1679         int ipinum;
1680
1681         sched_pin();
1682         KASSERT(!CPU_ISSET(curcpu, &pmap->pm_active),
1683             ("pmap_invalidate_ept: absurd pm_active"));
1684
1685         /*
1686          * The TLB mappings associated with a vcpu context are not
1687          * flushed each time a different vcpu is chosen to execute.
1688          *
1689          * This is in contrast with a process's vtop mappings that
1690          * are flushed from the TLB on each context switch.
1691          *
1692          * Therefore we need to do more than just a TLB shootdown on
1693          * the active cpus in 'pmap->pm_active'. To do this we keep
1694          * track of the number of invalidations performed on this pmap.
1695          *
1696          * Each vcpu keeps a cache of this counter and compares it
1697          * just before a vmresume. If the counter is out-of-date an
1698          * invept will be done to flush stale mappings from the TLB.
1699          */
1700         atomic_add_acq_long(&pmap->pm_eptgen, 1);
1701
1702         /*
1703          * Force the vcpu to exit and trap back into the hypervisor.
1704          */
1705         ipinum = pmap->pm_flags & PMAP_NESTED_IPIMASK;
1706         ipi_selected(pmap->pm_active, ipinum);
1707         sched_unpin();
1708 }
1709
1710 static cpuset_t
1711 pmap_invalidate_cpu_mask(pmap_t pmap)
1712 {
1713
1714         return (pmap == kernel_pmap ? all_cpus : pmap->pm_active);
1715 }
1716
1717 static inline void
1718 pmap_invalidate_page_pcid(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
1719     const bool invpcid_works1)
1720 {
1721         struct invpcid_descr d;
1722         uint64_t kcr3, ucr3;
1723         uint32_t pcid;
1724         u_int cpuid, i;
1725
1726         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1727         if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
1728                 if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
1729                         /*
1730                          * Because pm_pcid is recalculated on a
1731                          * context switch, we must disable switching.
1732                          * Otherwise, we might use a stale value
1733                          * below.
1734                          */
1735                         critical_enter();
1736                         pcid = pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
1737                         if (invpcid_works1) {
1738                                 d.pcid = pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
1739                                 d.pad = 0;
1740                                 d.addr = va;
1741                                 invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
1742                         } else {
1743                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pcid | CR3_PCID_SAVE;
1744                                 ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pcid |
1745                                     PMAP_PCID_USER_PT | CR3_PCID_SAVE;
1746                                 pmap_pti_pcid_invlpg(ucr3, kcr3, va);
1747                         }
1748                         critical_exit();
1749                 }
1750         } else
1751                 pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = 0;
1752
1753         CPU_FOREACH(i) {
1754                 if (cpuid != i)
1755                         pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
1756         }
1757
1758         /*
1759          * The fence is between stores to pm_gen and the read of the
1760          * pm_active mask.  We need to ensure that it is impossible
1761          * for us to miss the bit update in pm_active and
1762          * simultaneously observe a non-zero pm_gen in
1763          * pmap_activate_sw(), otherwise TLB update is missed.
1764          * Without the fence, IA32 allows such an outcome.  Note that
1765          * pm_active is updated by a locked operation, which provides
1766          * the reciprocal fence.
1767          */
1768         atomic_thread_fence_seq_cst();
1769 }
1770
1771 static void
1772 pmap_invalidate_page_pcid_invpcid(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1773 {
1774
1775         pmap_invalidate_page_pcid(pmap, va, true);
1776 }
1777
1778 static void
1779 pmap_invalidate_page_pcid_noinvpcid(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1780 {
1781
1782         pmap_invalidate_page_pcid(pmap, va, false);
1783 }
1784
1785 static void
1786 pmap_invalidate_page_nopcid(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1787 {
1788 }
1789
1790 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_invalidate_page_mode, (pmap_t, vm_offset_t),
1791     static)
1792 {
1793
1794         if (pmap_pcid_enabled)
1795                 return (invpcid_works ? pmap_invalidate_page_pcid_invpcid :
1796                     pmap_invalidate_page_pcid_noinvpcid);
1797         return (pmap_invalidate_page_nopcid);
1798 }
1799
1800 void
1801 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1802 {
1803
1804         if (pmap_type_guest(pmap)) {
1805                 pmap_invalidate_ept(pmap);
1806                 return;
1807         }
1808
1809         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
1810             ("pmap_invalidate_page: invalid type %d", pmap->pm_type));
1811
1812         sched_pin();
1813         if (pmap == kernel_pmap) {
1814                 invlpg(va);
1815         } else {
1816                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap))
1817                         invlpg(va);
1818                 pmap_invalidate_page_mode(pmap, va);
1819         }
1820         smp_masked_invlpg(pmap_invalidate_cpu_mask(pmap), va, pmap);
1821         sched_unpin();
1822 }
1823
1824 /* 4k PTEs -- Chosen to exceed the total size of Broadwell L2 TLB */
1825 #define PMAP_INVLPG_THRESHOLD   (4 * 1024 * PAGE_SIZE)
1826
1827 static void
1828 pmap_invalidate_range_pcid(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
1829     const bool invpcid_works1)
1830 {
1831         struct invpcid_descr d;
1832         uint64_t kcr3, ucr3;
1833         uint32_t pcid;
1834         u_int cpuid, i;
1835
1836         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1837         if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
1838                 if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
1839                         critical_enter();
1840                         pcid = pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
1841                         if (invpcid_works1) {
1842                                 d.pcid = pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
1843                                 d.pad = 0;
1844                                 d.addr = sva;
1845                                 for (; d.addr < eva; d.addr += PAGE_SIZE)
1846                                         invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
1847                         } else {
1848                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pcid | CR3_PCID_SAVE;
1849                                 ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pcid |
1850                                     PMAP_PCID_USER_PT | CR3_PCID_SAVE;
1851                                 pmap_pti_pcid_invlrng(ucr3, kcr3, sva, eva);
1852                         }
1853                         critical_exit();
1854                 }
1855         } else
1856                 pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = 0;
1857
1858         CPU_FOREACH(i) {
1859                 if (cpuid != i)
1860                         pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
1861         }
1862         /* See the comment in pmap_invalidate_page_pcid(). */
1863         atomic_thread_fence_seq_cst();
1864 }
1865
1866 static void
1867 pmap_invalidate_range_pcid_invpcid(pmap_t pmap, vm_offset_t sva,
1868     vm_offset_t eva)
1869 {
1870
1871         pmap_invalidate_range_pcid(pmap, sva, eva, true);
1872 }
1873
1874 static void
1875 pmap_invalidate_range_pcid_noinvpcid(pmap_t pmap, vm_offset_t sva,
1876     vm_offset_t eva)
1877 {
1878
1879         pmap_invalidate_range_pcid(pmap, sva, eva, false);
1880 }
1881
1882 static void
1883 pmap_invalidate_range_nopcid(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
1884 {
1885 }
1886
1887 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_invalidate_range_mode, (pmap_t, vm_offset_t,
1888     vm_offset_t), static)
1889 {
1890
1891         if (pmap_pcid_enabled)
1892                 return (invpcid_works ? pmap_invalidate_range_pcid_invpcid :
1893                     pmap_invalidate_range_pcid_noinvpcid);
1894         return (pmap_invalidate_range_nopcid);
1895 }
1896
1897 void
1898 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
1899 {
1900         vm_offset_t addr;
1901
1902         if (eva - sva >= PMAP_INVLPG_THRESHOLD) {
1903                 pmap_invalidate_all(pmap);
1904                 return;
1905         }
1906
1907         if (pmap_type_guest(pmap)) {
1908                 pmap_invalidate_ept(pmap);
1909                 return;
1910         }
1911
1912         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
1913             ("pmap_invalidate_range: invalid type %d", pmap->pm_type));
1914
1915         sched_pin();
1916         if (pmap == kernel_pmap) {
1917                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
1918                         invlpg(addr);
1919         } else {
1920                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
1921                         for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
1922                                 invlpg(addr);
1923                 }
1924                 pmap_invalidate_range_mode(pmap, sva, eva);
1925         }
1926         smp_masked_invlpg_range(pmap_invalidate_cpu_mask(pmap), sva, eva, pmap);
1927         sched_unpin();
1928 }
1929
1930 static inline void
1931 pmap_invalidate_all_pcid(pmap_t pmap, bool invpcid_works1)
1932 {
1933         struct invpcid_descr d;
1934         uint64_t kcr3, ucr3;
1935         uint32_t pcid;
1936         u_int cpuid, i;
1937
1938         if (pmap == kernel_pmap) {
1939                 if (invpcid_works1) {
1940                         bzero(&d, sizeof(d));
1941                         invpcid(&d, INVPCID_CTXGLOB);
1942                 } else {
1943                         invltlb_glob();
1944                 }
1945         } else {
1946                 cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1947                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
1948                         critical_enter();
1949                         pcid = pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
1950                         if (invpcid_works1) {
1951                                 d.pcid = pcid;
1952                                 d.pad = 0;
1953                                 d.addr = 0;
1954                                 invpcid(&d, INVPCID_CTX);
1955                                 if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
1956                                         d.pcid |= PMAP_PCID_USER_PT;
1957                                         invpcid(&d, INVPCID_CTX);
1958                                 }
1959                         } else {
1960                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pcid;
1961                                 ucr3 = pmap->pm_ucr3;
1962                                 if (ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
1963                                         ucr3 |= pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
1964                                         pmap_pti_pcid_invalidate(ucr3, kcr3);
1965                                 } else {
1966                                         load_cr3(kcr3);
1967                                 }
1968                         }
1969                         critical_exit();
1970                 } else
1971                         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = 0;
1972                 CPU_FOREACH(i) {
1973                         if (cpuid != i)
1974                                 pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
1975                 }
1976         }
1977         /* See the comment in pmap_invalidate_page_pcid(). */
1978         atomic_thread_fence_seq_cst();
1979 }
1980
1981 static void
1982 pmap_invalidate_all_pcid_invpcid(pmap_t pmap)
1983 {
1984
1985         pmap_invalidate_all_pcid(pmap, true);
1986 }
1987
1988 static void
1989 pmap_invalidate_all_pcid_noinvpcid(pmap_t pmap)
1990 {
1991
1992         pmap_invalidate_all_pcid(pmap, false);
1993 }
1994
1995 static void
1996 pmap_invalidate_all_nopcid(pmap_t pmap)
1997 {
1998
1999         if (pmap == kernel_pmap)
2000                 invltlb_glob();
2001         else if (pmap == PCPU_GET(curpmap))
2002                 invltlb();
2003 }
2004
2005 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_invalidate_all_mode, (pmap_t), static)
2006 {
2007
2008         if (pmap_pcid_enabled)
2009                 return (invpcid_works ? pmap_invalidate_all_pcid_invpcid :
2010                     pmap_invalidate_all_pcid_noinvpcid);
2011         return (pmap_invalidate_all_nopcid);
2012 }
2013
2014 void
2015 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
2016 {
2017
2018         if (pmap_type_guest(pmap)) {
2019                 pmap_invalidate_ept(pmap);
2020                 return;
2021         }
2022
2023         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
2024             ("pmap_invalidate_all: invalid type %d", pmap->pm_type));
2025
2026         sched_pin();
2027         pmap_invalidate_all_mode(pmap);
2028         smp_masked_invltlb(pmap_invalidate_cpu_mask(pmap), pmap);
2029         sched_unpin();
2030 }
2031
2032 void
2033 pmap_invalidate_cache(void)
2034 {
2035
2036         sched_pin();
2037         wbinvd();
2038         smp_cache_flush();
2039         sched_unpin();
2040 }
2041
2042 struct pde_action {
2043         cpuset_t invalidate;    /* processors that invalidate their TLB */
2044         pmap_t pmap;
2045         vm_offset_t va;
2046         pd_entry_t *pde;
2047         pd_entry_t newpde;
2048         u_int store;            /* processor that updates the PDE */
2049 };
2050
2051 static void
2052 pmap_update_pde_action(void *arg)
2053 {
2054         struct pde_action *act = arg;
2055
2056         if (act->store == PCPU_GET(cpuid))
2057                 pmap_update_pde_store(act->pmap, act->pde, act->newpde);
2058 }
2059
2060 static void
2061 pmap_update_pde_teardown(void *arg)
2062 {
2063         struct pde_action *act = arg;
2064
2065         if (CPU_ISSET(PCPU_GET(cpuid), &act->invalidate))
2066                 pmap_update_pde_invalidate(act->pmap, act->va, act->newpde);
2067 }
2068
2069 /*
2070  * Change the page size for the specified virtual address in a way that
2071  * prevents any possibility of the TLB ever having two entries that map the
2072  * same virtual address using different page sizes.  This is the recommended
2073  * workaround for Erratum 383 on AMD Family 10h processors.  It prevents a
2074  * machine check exception for a TLB state that is improperly diagnosed as a
2075  * hardware error.
2076  */
2077 static void
2078 pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
2079 {
2080         struct pde_action act;
2081         cpuset_t active, other_cpus;
2082         u_int cpuid;
2083
2084         sched_pin();
2085         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
2086         other_cpus = all_cpus;
2087         CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
2088         if (pmap == kernel_pmap || pmap_type_guest(pmap)) 
2089                 active = all_cpus;
2090         else {
2091                 active = pmap->pm_active;
2092         }
2093         if (CPU_OVERLAP(&active, &other_cpus)) { 
2094                 act.store = cpuid;
2095                 act.invalidate = active;
2096                 act.va = va;
2097                 act.pmap = pmap;
2098                 act.pde = pde;
2099                 act.newpde = newpde;
2100                 CPU_SET(cpuid, &active);
2101                 smp_rendezvous_cpus(active,
2102                     smp_no_rendezvous_barrier, pmap_update_pde_action,
2103                     pmap_update_pde_teardown, &act);
2104         } else {
2105                 pmap_update_pde_store(pmap, pde, newpde);
2106                 if (CPU_ISSET(cpuid, &active))
2107                         pmap_update_pde_invalidate(pmap, va, newpde);
2108         }
2109         sched_unpin();
2110 }
2111 #else /* !SMP */
2112 /*
2113  * Normal, non-SMP, invalidation functions.
2114  */
2115 void
2116 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2117 {
2118         struct invpcid_descr d;
2119         uint64_t kcr3, ucr3;
2120         uint32_t pcid;
2121
2122         if (pmap->pm_type == PT_RVI || pmap->pm_type == PT_EPT) {
2123                 pmap->pm_eptgen++;
2124                 return;
2125         }
2126         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
2127             ("pmap_invalidate_range: unknown type %d", pmap->pm_type));
2128
2129         if (pmap == kernel_pmap || pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
2130                 invlpg(va);
2131                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap) && pmap_pcid_enabled &&
2132                     pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
2133                         critical_enter();
2134                         pcid = pmap->pm_pcids[0].pm_pcid;
2135                         if (invpcid_works) {
2136                                 d.pcid = pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
2137                                 d.pad = 0;
2138                                 d.addr = va;
2139                                 invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
2140                         } else {
2141                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pcid | CR3_PCID_SAVE;
2142                                 ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pcid |
2143                                     PMAP_PCID_USER_PT | CR3_PCID_SAVE;
2144                                 pmap_pti_pcid_invlpg(ucr3, kcr3, va);
2145                         }
2146                         critical_exit();
2147                 }
2148         } else if (pmap_pcid_enabled)
2149                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
2150 }
2151
2152 void
2153 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2154 {
2155         struct invpcid_descr d;
2156         vm_offset_t addr;
2157         uint64_t kcr3, ucr3;
2158
2159         if (pmap->pm_type == PT_RVI || pmap->pm_type == PT_EPT) {
2160                 pmap->pm_eptgen++;
2161                 return;
2162         }
2163         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
2164             ("pmap_invalidate_range: unknown type %d", pmap->pm_type));
2165
2166         if (pmap == kernel_pmap || pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
2167                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
2168                         invlpg(addr);
2169                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap) && pmap_pcid_enabled &&
2170                     pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
2171                         critical_enter();
2172                         if (invpcid_works) {
2173                                 d.pcid = pmap->pm_pcids[0].pm_pcid |
2174                                     PMAP_PCID_USER_PT;
2175                                 d.pad = 0;
2176                                 d.addr = sva;
2177                                 for (; d.addr < eva; d.addr += PAGE_SIZE)
2178                                         invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
2179                         } else {
2180                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[0].
2181                                     pm_pcid | CR3_PCID_SAVE;
2182                                 ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pmap->pm_pcids[0].
2183                                     pm_pcid | PMAP_PCID_USER_PT | CR3_PCID_SAVE;
2184                                 pmap_pti_pcid_invlrng(ucr3, kcr3, sva, eva);
2185                         }
2186                         critical_exit();
2187                 }
2188         } else if (pmap_pcid_enabled) {
2189                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
2190         }
2191 }
2192
2193 void
2194 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
2195 {
2196         struct invpcid_descr d;
2197         uint64_t kcr3, ucr3;
2198
2199         if (pmap->pm_type == PT_RVI || pmap->pm_type == PT_EPT) {
2200                 pmap->pm_eptgen++;
2201                 return;
2202         }
2203         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
2204             ("pmap_invalidate_all: unknown type %d", pmap->pm_type));
2205
2206         if (pmap == kernel_pmap) {
2207                 if (pmap_pcid_enabled && invpcid_works) {
2208                         bzero(&d, sizeof(d));
2209                         invpcid(&d, INVPCID_CTXGLOB);
2210                 } else {
2211                         invltlb_glob();
2212                 }
2213         } else if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
2214                 if (pmap_pcid_enabled) {
2215                         critical_enter();
2216                         if (invpcid_works) {
2217                                 d.pcid = pmap->pm_pcids[0].pm_pcid;
2218                                 d.pad = 0;
2219                                 d.addr = 0;
2220                                 invpcid(&d, INVPCID_CTX);
2221                                 if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
2222                                         d.pcid |= PMAP_PCID_USER_PT;
2223                                         invpcid(&d, INVPCID_CTX);
2224                                 }
2225                         } else {
2226                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[0].pm_pcid;
2227                                 if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
2228                                         ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pmap->pm_pcids[
2229                                             0].pm_pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
2230                                         pmap_pti_pcid_invalidate(ucr3, kcr3);
2231                                 } else
2232                                         load_cr3(kcr3);
2233                         }
2234                         critical_exit();
2235                 } else {
2236                         invltlb();
2237                 }
2238         } else if (pmap_pcid_enabled) {
2239                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
2240         }
2241 }
2242
2243 PMAP_INLINE void
2244 pmap_invalidate_cache(void)
2245 {
2246
2247         wbinvd();
2248 }
2249
2250 static void
2251 pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
2252 {
2253
2254         pmap_update_pde_store(pmap, pde, newpde);
2255         if (pmap == kernel_pmap || pmap == PCPU_GET(curpmap))
2256                 pmap_update_pde_invalidate(pmap, va, newpde);
2257         else
2258                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
2259 }
2260 #endif /* !SMP */
2261
2262 static void
2263 pmap_invalidate_pde_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde)
2264 {
2265
2266         /*
2267          * When the PDE has PG_PROMOTED set, the 2MB page mapping was created
2268          * by a promotion that did not invalidate the 512 4KB page mappings
2269          * that might exist in the TLB.  Consequently, at this point, the TLB
2270          * may hold both 4KB and 2MB page mappings for the address range [va,
2271          * va + NBPDR).  Therefore, the entire range must be invalidated here.
2272          * In contrast, when PG_PROMOTED is clear, the TLB will not hold any
2273          * 4KB page mappings for the address range [va, va + NBPDR), and so a
2274          * single INVLPG suffices to invalidate the 2MB page mapping from the
2275          * TLB.
2276          */
2277         if ((pde & PG_PROMOTED) != 0)
2278                 pmap_invalidate_range(pmap, va, va + NBPDR - 1);
2279         else
2280                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
2281 }
2282
2283 DEFINE_IFUNC(, void, pmap_invalidate_cache_range,
2284     (vm_offset_t sva, vm_offset_t eva), static)
2285 {
2286
2287         if ((cpu_feature & CPUID_SS) != 0)
2288                 return (pmap_invalidate_cache_range_selfsnoop);
2289         if ((cpu_feature & CPUID_CLFSH) != 0)
2290                 return (pmap_force_invalidate_cache_range);
2291         return (pmap_invalidate_cache_range_all);
2292 }
2293
2294 #define PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD   (2 * 1024 * 1024)
2295
2296 static void
2297 pmap_invalidate_cache_range_check_align(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2298 {
2299
2300         KASSERT((sva & PAGE_MASK) == 0,
2301             ("pmap_invalidate_cache_range: sva not page-aligned"));
2302         KASSERT((eva & PAGE_MASK) == 0,
2303             ("pmap_invalidate_cache_range: eva not page-aligned"));
2304 }
2305
2306 static void
2307 pmap_invalidate_cache_range_selfsnoop(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2308 {
2309
2310         pmap_invalidate_cache_range_check_align(sva, eva);
2311 }
2312
2313 void
2314 pmap_force_invalidate_cache_range(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2315 {
2316
2317         sva &= ~(vm_offset_t)(cpu_clflush_line_size - 1);
2318         if (eva - sva >= PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD) {
2319                 /*
2320                  * The supplied range is bigger than 2MB.
2321                  * Globally invalidate cache.
2322                  */
2323                 pmap_invalidate_cache();
2324                 return;
2325         }
2326
2327         /*
2328          * XXX: Some CPUs fault, hang, or trash the local APIC
2329          * registers if we use CLFLUSH on the local APIC range.  The
2330          * local APIC is always uncached, so we don't need to flush
2331          * for that range anyway.
2332          */
2333         if (pmap_kextract(sva) == lapic_paddr)
2334                 return;
2335
2336         if ((cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT) != 0) {
2337                 /*
2338                  * Do per-cache line flush.  Use the sfence
2339                  * instruction to insure that previous stores are
2340                  * included in the write-back.  The processor
2341                  * propagates flush to other processors in the cache
2342                  * coherence domain.
2343                  */
2344                 sfence();
2345                 for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size)
2346                         clflushopt(sva);
2347                 sfence();
2348         } else {
2349                 /*
2350                  * Writes are ordered by CLFLUSH on Intel CPUs.
2351                  */
2352                 if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
2353                         mfence();
2354                 for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size)
2355                         clflush(sva);
2356                 if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
2357                         mfence();
2358         }
2359 }
2360
2361 static void
2362 pmap_invalidate_cache_range_all(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2363 {
2364
2365         pmap_invalidate_cache_range_check_align(sva, eva);
2366         pmap_invalidate_cache();
2367 }
2368
2369 /*
2370  * Remove the specified set of pages from the data and instruction caches.
2371  *
2372  * In contrast to pmap_invalidate_cache_range(), this function does not
2373  * rely on the CPU's self-snoop feature, because it is intended for use
2374  * when moving pages into a different cache domain.
2375  */
2376 void
2377 pmap_invalidate_cache_pages(vm_page_t *pages, int count)
2378 {
2379         vm_offset_t daddr, eva;
2380         int i;
2381         bool useclflushopt;
2382
2383         useclflushopt = (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT) != 0;
2384         if (count >= PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD / PAGE_SIZE ||
2385             ((cpu_feature & CPUID_CLFSH) == 0 && !useclflushopt))
2386                 pmap_invalidate_cache();
2387         else {
2388                 if (useclflushopt)
2389                         sfence();
2390                 else if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
2391                         mfence();
2392                 for (i = 0; i < count; i++) {
2393                         daddr = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pages[i]));
2394                         eva = daddr + PAGE_SIZE;
2395                         for (; daddr < eva; daddr += cpu_clflush_line_size) {
2396                                 if (useclflushopt)
2397                                         clflushopt(daddr);
2398                                 else
2399                                         clflush(daddr);
2400                         }
2401                 }
2402                 if (useclflushopt)
2403                         sfence();
2404                 else if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
2405                         mfence();
2406         }
2407 }
2408
2409 /*
2410  *      Routine:        pmap_extract
2411  *      Function:
2412  *              Extract the physical page address associated
2413  *              with the given map/virtual_address pair.
2414  */
2415 vm_paddr_t 
2416 pmap_extract(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2417 {
2418         pdp_entry_t *pdpe;
2419         pd_entry_t *pde;
2420         pt_entry_t *pte, PG_V;
2421         vm_paddr_t pa;
2422
2423         pa = 0;
2424         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
2425         PMAP_LOCK(pmap);
2426         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
2427         if (pdpe != NULL && (*pdpe & PG_V) != 0) {
2428                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0)
2429                         pa = (*pdpe & PG_PS_FRAME) | (va & PDPMASK);
2430                 else {
2431                         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
2432                         if ((*pde & PG_V) != 0) {
2433                                 if ((*pde & PG_PS) != 0) {
2434                                         pa = (*pde & PG_PS_FRAME) |
2435                                             (va & PDRMASK);
2436                                 } else {
2437                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
2438                                         pa = (*pte & PG_FRAME) |
2439                                             (va & PAGE_MASK);
2440                                 }
2441                         }
2442                 }
2443         }
2444         PMAP_UNLOCK(pmap);
2445         return (pa);
2446 }
2447
2448 /*
2449  *      Routine:        pmap_extract_and_hold
2450  *      Function:
2451  *              Atomically extract and hold the physical page
2452  *              with the given pmap and virtual address pair
2453  *              if that mapping permits the given protection.
2454  */
2455 vm_page_t
2456 pmap_extract_and_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_prot_t prot)
2457 {
2458         pd_entry_t pde, *pdep;
2459         pt_entry_t pte, PG_RW, PG_V;
2460         vm_paddr_t pa;
2461         vm_page_t m;
2462
2463         pa = 0;
2464         m = NULL;
2465         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
2466         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
2467         PMAP_LOCK(pmap);
2468 retry:
2469         pdep = pmap_pde(pmap, va);
2470         if (pdep != NULL && (pde = *pdep)) {
2471                 if (pde & PG_PS) {
2472                         if ((pde & PG_RW) || (prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
2473                                 if (vm_page_pa_tryrelock(pmap, (pde &
2474                                     PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK), &pa))
2475                                         goto retry;
2476                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
2477                         }
2478                 } else {
2479                         pte = *pmap_pde_to_pte(pdep, va);
2480                         if ((pte & PG_V) &&
2481                             ((pte & PG_RW) || (prot & VM_PROT_WRITE) == 0)) {
2482                                 if (vm_page_pa_tryrelock(pmap, pte & PG_FRAME,
2483                                     &pa))
2484                                         goto retry;
2485                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
2486                         }
2487                 }
2488                 if (m != NULL)
2489                         vm_page_hold(m);
2490         }
2491         PA_UNLOCK_COND(pa);
2492         PMAP_UNLOCK(pmap);
2493         return (m);
2494 }
2495
2496 vm_paddr_t
2497 pmap_kextract(vm_offset_t va)
2498 {
2499         pd_entry_t pde;
2500         vm_paddr_t pa;
2501
2502         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS) {
2503                 pa = DMAP_TO_PHYS(va);
2504         } else {
2505                 pde = *vtopde(va);
2506                 if (pde & PG_PS) {
2507                         pa = (pde & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK);
2508                 } else {
2509                         /*
2510                          * Beware of a concurrent promotion that changes the
2511                          * PDE at this point!  For example, vtopte() must not
2512                          * be used to access the PTE because it would use the
2513                          * new PDE.  It is, however, safe to use the old PDE
2514                          * because the page table page is preserved by the
2515                          * promotion.
2516                          */
2517                         pa = *pmap_pde_to_pte(&pde, va);
2518                         pa = (pa & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK);
2519                 }
2520         }
2521         return (pa);
2522 }
2523
2524 /***************************************************
2525  * Low level mapping routines.....
2526  ***************************************************/
2527
2528 /*
2529  * Add a wired page to the kva.
2530  * Note: not SMP coherent.
2531  */
2532 PMAP_INLINE void 
2533 pmap_kenter(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
2534 {
2535         pt_entry_t *pte;
2536
2537         pte = vtopte(va);
2538         pte_store(pte, pa | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_g);
2539 }
2540
2541 static __inline void
2542 pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode)
2543 {
2544         pt_entry_t *pte;
2545         int cache_bits;
2546
2547         pte = vtopte(va);
2548         cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, 0);
2549         pte_store(pte, pa | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_g | cache_bits);
2550 }
2551
2552 /*
2553  * Remove a page from the kernel pagetables.
2554  * Note: not SMP coherent.
2555  */
2556 PMAP_INLINE void
2557 pmap_kremove(vm_offset_t va)
2558 {
2559         pt_entry_t *pte;
2560
2561         pte = vtopte(va);
2562         pte_clear(pte);
2563 }
2564
2565 /*
2566  *      Used to map a range of physical addresses into kernel
2567  *      virtual address space.
2568  *
2569  *      The value passed in '*virt' is a suggested virtual address for
2570  *      the mapping. Architectures which can support a direct-mapped
2571  *      physical to virtual region can return the appropriate address
2572  *      within that region, leaving '*virt' unchanged. Other
2573  *      architectures should map the pages starting at '*virt' and
2574  *      update '*virt' with the first usable address after the mapped
2575  *      region.
2576  */
2577 vm_offset_t
2578 pmap_map(vm_offset_t *virt, vm_paddr_t start, vm_paddr_t end, int prot)
2579 {
2580         return PHYS_TO_DMAP(start);
2581 }
2582
2583
2584 /*
2585  * Add a list of wired pages to the kva
2586  * this routine is only used for temporary
2587  * kernel mappings that do not need to have
2588  * page modification or references recorded.
2589  * Note that old mappings are simply written
2590  * over.  The page *must* be wired.
2591  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
2592  */
2593 void
2594 pmap_qenter(vm_offset_t sva, vm_page_t *ma, int count)
2595 {
2596         pt_entry_t *endpte, oldpte, pa, *pte;
2597         vm_page_t m;
2598         int cache_bits;
2599
2600         oldpte = 0;
2601         pte = vtopte(sva);
2602         endpte = pte + count;
2603         while (pte < endpte) {
2604                 m = *ma++;
2605                 cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap, m->md.pat_mode, 0);
2606                 pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | cache_bits;
2607                 if ((*pte & (PG_FRAME | X86_PG_PTE_CACHE)) != pa) {
2608                         oldpte |= *pte;
2609                         pte_store(pte, pa | pg_g | pg_nx | X86_PG_RW | X86_PG_V);
2610                 }
2611                 pte++;
2612         }
2613         if (__predict_false((oldpte & X86_PG_V) != 0))
2614                 pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, sva + count *
2615                     PAGE_SIZE);
2616 }
2617
2618 /*
2619  * This routine tears out page mappings from the
2620  * kernel -- it is meant only for temporary mappings.
2621  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
2622  */
2623 void
2624 pmap_qremove(vm_offset_t sva, int count)
2625 {
2626         vm_offset_t va;
2627
2628         va = sva;
2629         while (count-- > 0) {
2630                 KASSERT(va >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS, ("usermode va %lx", va));
2631                 pmap_kremove(va);
2632                 va += PAGE_SIZE;
2633         }
2634         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
2635 }
2636
2637 /***************************************************
2638  * Page table page management routines.....
2639  ***************************************************/
2640 /*
2641  * Schedule the specified unused page table page to be freed.  Specifically,
2642  * add the page to the specified list of pages that will be released to the
2643  * physical memory manager after the TLB has been updated.
2644  */
2645 static __inline void
2646 pmap_add_delayed_free_list(vm_page_t m, struct spglist *free,
2647     boolean_t set_PG_ZERO)
2648 {
2649
2650         if (set_PG_ZERO)
2651                 m->flags |= PG_ZERO;
2652         else
2653                 m->flags &= ~PG_ZERO;
2654         SLIST_INSERT_HEAD(free, m, plinks.s.ss);
2655 }
2656         
2657 /*
2658  * Inserts the specified page table page into the specified pmap's collection
2659  * of idle page table pages.  Each of a pmap's page table pages is responsible
2660  * for mapping a distinct range of virtual addresses.  The pmap's collection is
2661  * ordered by this virtual address range.
2662  */
2663 static __inline int
2664 pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte)
2665 {
2666
2667         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2668         return (vm_radix_insert(&pmap->pm_root, mpte));
2669 }
2670
2671 /*
2672  * Removes the page table page mapping the specified virtual address from the
2673  * specified pmap's collection of idle page table pages, and returns it.
2674  * Otherwise, returns NULL if there is no page table page corresponding to the
2675  * specified virtual address.
2676  */
2677 static __inline vm_page_t
2678 pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2679 {
2680
2681         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2682         return (vm_radix_remove(&pmap->pm_root, pmap_pde_pindex(va)));
2683 }
2684
2685 /*
2686  * Decrements a page table page's wire count, which is used to record the
2687  * number of valid page table entries within the page.  If the wire count
2688  * drops to zero, then the page table page is unmapped.  Returns TRUE if the
2689  * page table page was unmapped and FALSE otherwise.
2690  */
2691 static inline boolean_t
2692 pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
2693 {
2694
2695         --m->wire_count;
2696         if (m->wire_count == 0) {
2697                 _pmap_unwire_ptp(pmap, va, m, free);
2698                 return (TRUE);
2699         } else
2700                 return (FALSE);
2701 }
2702
2703 static void
2704 _pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
2705 {
2706
2707         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2708         /*
2709          * unmap the page table page
2710          */
2711         if (m->pindex >= (NUPDE + NUPDPE)) {
2712                 /* PDP page */
2713                 pml4_entry_t *pml4;
2714                 pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
2715                 *pml4 = 0;
2716                 if (pmap->pm_pml4u != NULL && va <= VM_MAXUSER_ADDRESS) {
2717                         pml4 = &pmap->pm_pml4u[pmap_pml4e_index(va)];
2718                         *pml4 = 0;
2719                 }
2720         } else if (m->pindex >= NUPDE) {
2721                 /* PD page */
2722                 pdp_entry_t *pdp;
2723                 pdp = pmap_pdpe(pmap, va);
2724                 *pdp = 0;
2725         } else {
2726                 /* PTE page */
2727                 pd_entry_t *pd;
2728                 pd = pmap_pde(pmap, va);
2729                 *pd = 0;
2730         }
2731         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
2732         if (m->pindex < NUPDE) {
2733                 /* We just released a PT, unhold the matching PD */
2734                 vm_page_t pdpg;
2735
2736                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pdpe(pmap, va) & PG_FRAME);
2737                 pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdpg, free);
2738         }
2739         if (m->pindex >= NUPDE && m->pindex < (NUPDE + NUPDPE)) {
2740                 /* We just released a PD, unhold the matching PDP */
2741                 vm_page_t pdppg;
2742
2743                 pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pml4e(pmap, va) & PG_FRAME);
2744                 pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdppg, free);
2745         }
2746
2747         /* 
2748          * Put page on a list so that it is released after
2749          * *ALL* TLB shootdown is done
2750          */
2751         pmap_add_delayed_free_list(m, free, TRUE);
2752 }
2753
2754 /*
2755  * After removing a page table entry, this routine is used to
2756  * conditionally free the page, and manage the hold/wire counts.
2757  */
2758 static int
2759 pmap_unuse_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t ptepde,
2760     struct spglist *free)
2761 {
2762         vm_page_t mpte;
2763
2764         if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
2765                 return (0);
2766         KASSERT(ptepde != 0, ("pmap_unuse_pt: ptepde != 0"));
2767         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(ptepde & PG_FRAME);
2768         return (pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpte, free));
2769 }
2770
2771 void
2772 pmap_pinit0(pmap_t pmap)
2773 {
2774         int i;
2775
2776         PMAP_LOCK_INIT(pmap);
2777         pmap->pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(KPML4phys);
2778         pmap->pm_pml4u = NULL;
2779         pmap->pm_cr3 = KPML4phys;
2780         /* hack to keep pmap_pti_pcid_invalidate() alive */
2781         pmap->pm_ucr3 = PMAP_NO_CR3;
2782         pmap->pm_root.rt_root = 0;
2783         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
2784         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
2785         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
2786         pmap->pm_flags = pmap_flags;
2787         CPU_FOREACH(i) {
2788                 pmap->pm_pcids[i].pm_pcid = PMAP_PCID_KERN + 1;
2789                 pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 1;
2790         }
2791         pmap_activate_boot(pmap);
2792 }
2793
2794 void
2795 pmap_pinit_pml4(vm_page_t pml4pg)
2796 {
2797         pml4_entry_t *pm_pml4;
2798         int i;
2799
2800         pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg));
2801
2802         /* Wire in kernel global address entries. */
2803         for (i = 0; i < NKPML4E; i++) {
2804                 pm_pml4[KPML4BASE + i] = (KPDPphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW |
2805                     X86_PG_V;
2806         }
2807         for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++) {
2808                 pm_pml4[DMPML4I + i] = (DMPDPphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW |
2809                     X86_PG_V;
2810         }
2811
2812         /* install self-referential address mapping entry(s) */
2813         pm_pml4[PML4PML4I] = VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg) | X86_PG_V | X86_PG_RW |
2814             X86_PG_A | X86_PG_M;
2815 }
2816
2817 static void
2818 pmap_pinit_pml4_pti(vm_page_t pml4pg)
2819 {
2820         pml4_entry_t *pm_pml4;
2821         int i;
2822
2823         pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg));
2824         for (i = 0; i < NPML4EPG; i++)
2825                 pm_pml4[i] = pti_pml4[i];
2826 }
2827
2828 /*
2829  * Initialize a preallocated and zeroed pmap structure,
2830  * such as one in a vmspace structure.
2831  */
2832 int
2833 pmap_pinit_type(pmap_t pmap, enum pmap_type pm_type, int flags)
2834 {
2835         vm_page_t pml4pg, pml4pgu;
2836         vm_paddr_t pml4phys;
2837         int i;
2838
2839         /*
2840          * allocate the page directory page
2841          */
2842         pml4pg = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
2843             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO | VM_ALLOC_WAITOK);
2844
2845         pml4phys = VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg);
2846         pmap->pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pml4phys);
2847         CPU_FOREACH(i) {
2848                 pmap->pm_pcids[i].pm_pcid = PMAP_PCID_NONE;
2849                 pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
2850         }
2851         pmap->pm_cr3 = PMAP_NO_CR3;     /* initialize to an invalid value */
2852         pmap->pm_ucr3 = PMAP_NO_CR3;
2853         pmap->pm_pml4u = NULL;
2854
2855         pmap->pm_type = pm_type;
2856         if ((pml4pg->flags & PG_ZERO) == 0)
2857                 pagezero(pmap->pm_pml4);
2858
2859         /*
2860          * Do not install the host kernel mappings in the nested page
2861          * tables. These mappings are meaningless in the guest physical
2862          * address space.
2863          * Install minimal kernel mappings in PTI case.
2864          */
2865         if (pm_type == PT_X86) {
2866                 pmap->pm_cr3 = pml4phys;
2867                 pmap_pinit_pml4(pml4pg);
2868                 if (pti) {
2869                         pml4pgu = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL |
2870                             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_WAITOK);
2871                         pmap->pm_pml4u = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(
2872                             VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pgu));
2873                         pmap_pinit_pml4_pti(pml4pgu);
2874                         pmap->pm_ucr3 = VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pgu);
2875                 }
2876         }
2877
2878         pmap->pm_root.rt_root = 0;
2879         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
2880         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
2881         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
2882         pmap->pm_flags = flags;
2883         pmap->pm_eptgen = 0;
2884
2885         return (1);
2886 }
2887
2888 int
2889 pmap_pinit(pmap_t pmap)
2890 {
2891
2892         return (pmap_pinit_type(pmap, PT_X86, pmap_flags));
2893 }
2894
2895 /*
2896  * This routine is called if the desired page table page does not exist.
2897  *
2898  * If page table page allocation fails, this routine may sleep before
2899  * returning NULL.  It sleeps only if a lock pointer was given.
2900  *
2901  * Note: If a page allocation fails at page table level two or three,
2902  * one or two pages may be held during the wait, only to be released
2903  * afterwards.  This conservative approach is easily argued to avoid
2904  * race conditions.
2905  */
2906 static vm_page_t
2907 _pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex, struct rwlock **lockp)
2908 {
2909         vm_page_t m, pdppg, pdpg;
2910         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
2911
2912         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2913
2914         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
2915         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
2916         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
2917         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
2918
2919         /*
2920          * Allocate a page table page.
2921          */
2922         if ((m = vm_page_alloc(NULL, ptepindex, VM_ALLOC_NOOBJ |
2923             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO)) == NULL) {
2924                 if (lockp != NULL) {
2925                         RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
2926                         PMAP_UNLOCK(pmap);
2927                         PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI();
2928                         vm_wait(NULL);
2929                         PMAP_LOCK(pmap);
2930                 }
2931
2932                 /*
2933                  * Indicate the need to retry.  While waiting, the page table
2934                  * page may have been allocated.
2935                  */
2936                 return (NULL);
2937         }
2938         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0)
2939                 pmap_zero_page(m);
2940
2941         /*
2942          * Map the pagetable page into the process address space, if
2943          * it isn't already there.
2944          */
2945
2946         if (ptepindex >= (NUPDE + NUPDPE)) {
2947                 pml4_entry_t *pml4, *pml4u;
2948                 vm_pindex_t pml4index;
2949
2950                 /* Wire up a new PDPE page */
2951                 pml4index = ptepindex - (NUPDE + NUPDPE);
2952                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
2953                 *pml4 = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
2954                 if (pmap->pm_pml4u != NULL && pml4index < NUPML4E) {
2955                         /*
2956                          * PTI: Make all user-space mappings in the
2957                          * kernel-mode page table no-execute so that
2958                          * we detect any programming errors that leave
2959                          * the kernel-mode page table active on return
2960                          * to user space.
2961                          */
2962                         if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3)
2963                                 *pml4 |= pg_nx;
2964
2965                         pml4u = &pmap->pm_pml4u[pml4index];
2966                         *pml4u = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V |
2967                             PG_A | PG_M;
2968                 }
2969
2970         } else if (ptepindex >= NUPDE) {
2971                 vm_pindex_t pml4index;
2972                 vm_pindex_t pdpindex;
2973                 pml4_entry_t *pml4;
2974                 pdp_entry_t *pdp;
2975
2976                 /* Wire up a new PDE page */
2977                 pdpindex = ptepindex - NUPDE;
2978                 pml4index = pdpindex >> NPML4EPGSHIFT;
2979
2980                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
2981                 if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
2982                         /* Have to allocate a new pdp, recurse */
2983                         if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + NUPDPE + pml4index,
2984                             lockp) == NULL) {
2985                                 vm_page_unwire_noq(m);
2986                                 vm_page_free_zero(m);
2987                                 return (NULL);
2988                         }
2989                 } else {
2990                         /* Add reference to pdp page */
2991                         pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pml4 & PG_FRAME);
2992                         pdppg->wire_count++;
2993                 }
2994                 pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
2995
2996                 /* Now find the pdp page */
2997                 pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
2998                 *pdp = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
2999
3000         } else {
3001                 vm_pindex_t pml4index;
3002                 vm_pindex_t pdpindex;
3003                 pml4_entry_t *pml4;
3004                 pdp_entry_t *pdp;
3005                 pd_entry_t *pd;
3006
3007                 /* Wire up a new PTE page */
3008                 pdpindex = ptepindex >> NPDPEPGSHIFT;
3009                 pml4index = pdpindex >> NPML4EPGSHIFT;
3010
3011                 /* First, find the pdp and check that its valid. */
3012                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
3013                 if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
3014                         /* Have to allocate a new pd, recurse */
3015                         if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex,
3016                             lockp) == NULL) {
3017                                 vm_page_unwire_noq(m);
3018                                 vm_page_free_zero(m);
3019                                 return (NULL);
3020                         }
3021                         pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
3022                         pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
3023                 } else {
3024                         pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
3025                         pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
3026                         if ((*pdp & PG_V) == 0) {
3027                                 /* Have to allocate a new pd, recurse */
3028                                 if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex,
3029                                     lockp) == NULL) {
3030                                         vm_page_unwire_noq(m);
3031                                         vm_page_free_zero(m);
3032                                         return (NULL);
3033                                 }
3034                         } else {
3035                                 /* Add reference to the pd page */
3036                                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdp & PG_FRAME);
3037                                 pdpg->wire_count++;
3038                         }
3039                 }
3040                 pd = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdp & PG_FRAME);
3041
3042                 /* Now we know where the page directory page is */
3043                 pd = &pd[ptepindex & ((1ul << NPDEPGSHIFT) - 1)];
3044                 *pd = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
3045         }
3046
3047         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
3048
3049         return (m);
3050 }
3051
3052 static vm_page_t
3053 pmap_allocpde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct rwlock **lockp)
3054 {
3055         vm_pindex_t pdpindex, ptepindex;
3056         pdp_entry_t *pdpe, PG_V;
3057         vm_page_t pdpg;
3058
3059         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3060
3061 retry:
3062         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
3063         if (pdpe != NULL && (*pdpe & PG_V) != 0) {
3064                 /* Add a reference to the pd page. */
3065                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdpe & PG_FRAME);
3066                 pdpg->wire_count++;
3067         } else {
3068                 /* Allocate a pd page. */
3069                 ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
3070                 pdpindex = ptepindex >> NPDPEPGSHIFT;
3071                 pdpg = _pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex, lockp);
3072                 if (pdpg == NULL && lockp != NULL)
3073                         goto retry;
3074         }
3075         return (pdpg);
3076 }
3077
3078 static vm_page_t
3079 pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct rwlock **lockp)
3080 {
3081         vm_pindex_t ptepindex;
3082         pd_entry_t *pd, PG_V;
3083         vm_page_t m;
3084
3085         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3086
3087         /*
3088          * Calculate pagetable page index
3089          */
3090         ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
3091 retry:
3092         /*
3093          * Get the page directory entry
3094          */
3095         pd = pmap_pde(pmap, va);
3096
3097         /*
3098          * This supports switching from a 2MB page to a
3099          * normal 4K page.
3100          */
3101         if (pd != NULL && (*pd & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V)) {
3102                 if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pd, va, lockp)) {
3103                         /*
3104                          * Invalidation of the 2MB page mapping may have caused
3105                          * the deallocation of the underlying PD page.
3106                          */
3107                         pd = NULL;
3108                 }
3109         }
3110
3111         /*
3112          * If the page table page is mapped, we just increment the
3113          * hold count, and activate it.
3114          */
3115         if (pd != NULL && (*pd & PG_V) != 0) {
3116                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pd & PG_FRAME);
3117                 m->wire_count++;
3118         } else {
3119                 /*
3120                  * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been
3121                  * deallocated.
3122                  */
3123                 m = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex, lockp);
3124                 if (m == NULL && lockp != NULL)
3125                         goto retry;
3126         }
3127         return (m);
3128 }
3129
3130
3131 /***************************************************
3132  * Pmap allocation/deallocation routines.
3133  ***************************************************/
3134
3135 /*
3136  * Release any resources held by the given physical map.
3137  * Called when a pmap initialized by pmap_pinit is being released.
3138  * Should only be called if the map contains no valid mappings.
3139  */
3140 void
3141 pmap_release(pmap_t pmap)
3142 {
3143         vm_page_t m;
3144         int i;
3145
3146         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count == 0,
3147             ("pmap_release: pmap resident count %ld != 0",
3148             pmap->pm_stats.resident_count));
3149         KASSERT(vm_radix_is_empty(&pmap->pm_root),
3150             ("pmap_release: pmap has reserved page table page(s)"));
3151         KASSERT(CPU_EMPTY(&pmap->pm_active),
3152             ("releasing active pmap %p", pmap));
3153
3154         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pmap->pm_pml4));
3155
3156         for (i = 0; i < NKPML4E; i++)   /* KVA */
3157                 pmap->pm_pml4[KPML4BASE + i] = 0;
3158         for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++)/* Direct Map */
3159                 pmap->pm_pml4[DMPML4I + i] = 0;
3160         pmap->pm_pml4[PML4PML4I] = 0;   /* Recursive Mapping */
3161
3162         vm_page_unwire_noq(m);
3163         vm_page_free_zero(m);
3164
3165         if (pmap->pm_pml4u != NULL) {
3166                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pmap->pm_pml4u));
3167                 vm_page_unwire_noq(m);
3168                 vm_page_free(m);
3169         }
3170 }
3171
3172 static int
3173 kvm_size(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
3174 {
3175         unsigned long ksize = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
3176
3177         return sysctl_handle_long(oidp, &ksize, 0, req);
3178 }
3179 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_size, CTLTYPE_LONG|CTLFLAG_RD, 
3180     0, 0, kvm_size, "LU", "Size of KVM");
3181
3182 static int
3183 kvm_free(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
3184 {
3185         unsigned long kfree = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - kernel_vm_end;
3186
3187         return sysctl_handle_long(oidp, &kfree, 0, req);
3188 }
3189 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_free, CTLTYPE_LONG|CTLFLAG_RD, 
3190     0, 0, kvm_free, "LU", "Amount of KVM free");
3191
3192 /*
3193  * grow the number of kernel page table entries, if needed
3194  */
3195 void
3196 pmap_growkernel(vm_offset_t addr)
3197 {
3198         vm_paddr_t paddr;
3199         vm_page_t nkpg;
3200         pd_entry_t *pde, newpdir;
3201         pdp_entry_t *pdpe;
3202
3203         mtx_assert(&kernel_map->system_mtx, MA_OWNED);
3204
3205         /*
3206          * Return if "addr" is within the range of kernel page table pages
3207          * that were preallocated during pmap bootstrap.  Moreover, leave
3208          * "kernel_vm_end" and the kernel page table as they were.
3209          *
3210          * The correctness of this action is based on the following
3211          * argument: vm_map_insert() allocates contiguous ranges of the
3212          * kernel virtual address space.  It calls this function if a range
3213          * ends after "kernel_vm_end".  If the kernel is mapped between
3214          * "kernel_vm_end" and "addr", then the range cannot begin at
3215          * "kernel_vm_end".  In fact, its beginning address cannot be less
3216          * than the kernel.  Thus, there is no immediate need to allocate
3217          * any new kernel page table pages between "kernel_vm_end" and
3218          * "KERNBASE".
3219          */
3220         if (KERNBASE < addr && addr <= KERNBASE + nkpt * NBPDR)
3221                 return;
3222
3223         addr = roundup2(addr, NBPDR);
3224         if (addr - 1 >= vm_map_max(kernel_map))
3225                 addr = vm_map_max(kernel_map);
3226         while (kernel_vm_end < addr) {
3227                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, kernel_vm_end);
3228                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0) {
3229                         /* We need a new PDP entry */
3230                         nkpg = vm_page_alloc(NULL, kernel_vm_end >> PDPSHIFT,
3231                             VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ |
3232                             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
3233                         if (nkpg == NULL)
3234                                 panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
3235                         if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
3236                                 pmap_zero_page(nkpg);
3237                         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
3238                         *pdpe = (pdp_entry_t)(paddr | X86_PG_V | X86_PG_RW |
3239                             X86_PG_A | X86_PG_M);
3240                         continue; /* try again */
3241                 }
3242                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, kernel_vm_end);
3243                 if ((*pde & X86_PG_V) != 0) {
3244                         kernel_vm_end = (kernel_vm_end + NBPDR) & ~PDRMASK;
3245                         if (kernel_vm_end - 1 >= vm_map_max(kernel_map)) {
3246                                 kernel_vm_end = vm_map_max(kernel_map);
3247                                 break;                       
3248                         }
3249                         continue;
3250                 }
3251
3252                 nkpg = vm_page_alloc(NULL, pmap_pde_pindex(kernel_vm_end),
3253                     VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED |
3254                     VM_ALLOC_ZERO);
3255                 if (nkpg == NULL)
3256                         panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
3257                 if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
3258                         pmap_zero_page(nkpg);
3259                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
3260                 newpdir = paddr | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A | X86_PG_M;
3261                 pde_store(pde, newpdir);
3262
3263                 kernel_vm_end = (kernel_vm_end + NBPDR) & ~PDRMASK;
3264                 if (kernel_vm_end - 1 >= vm_map_max(kernel_map)) {
3265                         kernel_vm_end = vm_map_max(kernel_map);
3266                         break;                       
3267                 }
3268         }
3269 }
3270
3271
3272 /***************************************************
3273  * page management routines.
3274  ***************************************************/
3275
3276 CTASSERT(sizeof(struct pv_chunk) == PAGE_SIZE);
3277 CTASSERT(_NPCM == 3);
3278 CTASSERT(_NPCPV == 168);
3279
3280 static __inline struct pv_chunk *
3281 pv_to_chunk(pv_entry_t pv)
3282 {
3283
3284         return ((struct pv_chunk *)((uintptr_t)pv & ~(uintptr_t)PAGE_MASK));
3285 }
3286
3287 #define PV_PMAP(pv) (pv_to_chunk(pv)->pc_pmap)
3288
3289 #define PC_FREE0        0xfffffffffffffffful
3290 #define PC_FREE1        0xfffffffffffffffful
3291 #define PC_FREE2        0x000000fffffffffful
3292
3293 static const uint64_t pc_freemask[_NPCM] = { PC_FREE0, PC_FREE1, PC_FREE2 };
3294
3295 #ifdef PV_STATS
3296 static int pc_chunk_count, pc_chunk_allocs, pc_chunk_frees, pc_chunk_tryfail;
3297
3298 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_count, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_count, 0,
3299         "Current number of pv entry chunks");
3300 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_allocs, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_allocs, 0,
3301         "Current number of pv entry chunks allocated");
3302 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_frees, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_frees, 0,
3303         "Current number of pv entry chunks frees");
3304 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_tryfail, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_tryfail, 0,
3305         "Number of times tried to get a chunk page but failed.");
3306
3307 static long pv_entry_frees, pv_entry_allocs, pv_entry_count;
3308 static int pv_entry_spare;
3309
3310 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_frees, CTLFLAG_RD, &pv_entry_frees, 0,
3311         "Current number of pv entry frees");
3312 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_allocs, CTLFLAG_RD, &pv_entry_allocs, 0,
3313         "Current number of pv entry allocs");
3314 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_count, CTLFLAG_RD, &pv_entry_count, 0,
3315         "Current number of pv entries");
3316 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_spare, CTLFLAG_RD, &pv_entry_spare, 0,
3317         "Current number of spare pv entries");
3318 #endif
3319
3320 static void
3321 reclaim_pv_chunk_leave_pmap(pmap_t pmap, pmap_t locked_pmap, bool start_di)
3322 {
3323
3324         if (pmap == NULL)
3325                 return;
3326         pmap_invalidate_all(pmap);
3327         if (pmap != locked_pmap)
3328                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3329         if (start_di)
3330                 pmap_delayed_invl_finished();
3331 }
3332
3333 /*
3334  * We are in a serious low memory condition.  Resort to
3335  * drastic measures to free some pages so we can allocate
3336  * another pv entry chunk.
3337  *
3338  * Returns NULL if PV entries were reclaimed from the specified pmap.
3339  *
3340  * We do not, however, unmap 2mpages because subsequent accesses will
3341  * allocate per-page pv entries until repromotion occurs, thereby
3342  * exacerbating the shortage of free pv entries.
3343  */
3344 static vm_page_t
3345 reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp)
3346 {
3347         struct pv_chunk *pc, *pc_marker, *pc_marker_end;
3348         struct pv_chunk_header pc_marker_b, pc_marker_end_b;
3349         struct md_page *pvh;
3350         pd_entry_t *pde;
3351         pmap_t next_pmap, pmap;
3352         pt_entry_t *pte, tpte;
3353         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW;
3354         pv_entry_t pv;
3355         vm_offset_t va;
3356         vm_page_t m, m_pc;
3357         struct spglist free;
3358         uint64_t inuse;
3359         int bit, field, freed;
3360         bool start_di;
3361         static int active_reclaims = 0;
3362
3363         PMAP_LOCK_ASSERT(locked_pmap, MA_OWNED);
3364         KASSERT(lockp != NULL, ("reclaim_pv_chunk: lockp is NULL"));
3365         pmap = NULL;
3366         m_pc = NULL;
3367         PG_G = PG_A = PG_M = PG_RW = 0;
3368         SLIST_INIT(&free);
3369         bzero(&pc_marker_b, sizeof(pc_marker_b));
3370         bzero(&pc_marker_end_b, sizeof(pc_marker_end_b));
3371         pc_marker = (struct pv_chunk *)&pc_marker_b;
3372         pc_marker_end = (struct pv_chunk *)&pc_marker_end_b;
3373
3374         /*
3375          * A delayed invalidation block should already be active if
3376          * pmap_advise() or pmap_remove() called this function by way
3377          * of pmap_demote_pde_locked().
3378          */
3379         start_di = pmap_not_in_di();
3380
3381         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
3382         active_reclaims++;
3383         TAILQ_INSERT_HEAD(&pv_chunks, pc_marker, pc_lru);
3384         TAILQ_INSERT_TAIL(&pv_chunks, pc_marker_end, pc_lru);
3385         while ((pc = TAILQ_NEXT(pc_marker, pc_lru)) != pc_marker_end &&
3386             SLIST_EMPTY(&free)) {
3387                 next_pmap = pc->pc_pmap;
3388                 if (next_pmap == NULL) {
3389                         /*
3390                          * The next chunk is a marker.  However, it is
3391                          * not our marker, so active_reclaims must be
3392                          * > 1.  Consequently, the next_chunk code
3393                          * will not rotate the pv_chunks list.
3394                          */
3395                         goto next_chunk;
3396                 }
3397                 mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
3398
3399                 /*
3400                  * A pv_chunk can only be removed from the pc_lru list
3401                  * when both pc_chunks_mutex is owned and the
3402                  * corresponding pmap is locked.
3403                  */
3404                 if (pmap != next_pmap) {
3405                         reclaim_pv_chunk_leave_pmap(pmap, locked_pmap,
3406                             start_di);
3407                         pmap = next_pmap;
3408                         /* Avoid deadlock and lock recursion. */
3409                         if (pmap > locked_pmap) {
3410                                 RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
3411                                 PMAP_LOCK(pmap);
3412                                 if (start_di)
3413                                         pmap_delayed_invl_started();
3414                                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
3415                                 continue;
3416                         } else if (pmap != locked_pmap) {
3417                                 if (PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
3418                                         if (start_di)
3419                                                 pmap_delayed_invl_started();
3420                                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
3421                                         continue;
3422                                 } else {
3423                                         pmap = NULL; /* pmap is not locked */
3424                                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
3425                                         pc = TAILQ_NEXT(pc_marker, pc_lru);
3426                                         if (pc == NULL ||
3427                                             pc->pc_pmap != next_pmap)
3428                                                 continue;
3429                                         goto next_chunk;
3430                                 }
3431                         } else if (start_di)
3432                                 pmap_delayed_invl_started();
3433                         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
3434                         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
3435                         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
3436                         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
3437                 }
3438
3439                 /*
3440                  * Destroy every non-wired, 4 KB page mapping in the chunk.
3441                  */
3442                 freed = 0;
3443                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
3444                         for (inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
3445                             inuse != 0; inuse &= ~(1UL << bit)) {
3446                                 bit = bsfq(inuse);
3447                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
3448                                 va = pv->pv_va;
3449                                 pde = pmap_pde(pmap, va);
3450                                 if ((*pde & PG_PS) != 0)
3451                                         continue;
3452                                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
3453                                 if ((*pte & PG_W) != 0)
3454                                         continue;
3455                                 tpte = pte_load_clear(pte);
3456                                 if ((tpte & PG_G) != 0)
3457                                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
3458                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpte & PG_FRAME);
3459                                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
3460                                         vm_page_dirty(m);
3461                                 if ((tpte & PG_A) != 0)
3462                                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
3463                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
3464                                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3465                                 m->md.pv_gen++;
3466                                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
3467                                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
3468                                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3469                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
3470                                                 vm_page_aflag_clear(m,
3471                                                     PGA_WRITEABLE);
3472                                         }
3473                                 }
3474                                 pmap_delayed_invl_page(m);
3475                                 pc->pc_map[field] |= 1UL << bit;
3476                                 pmap_unuse_pt(pmap, va, *pde, &free);
3477                                 freed++;
3478                         }
3479                 }
3480                 if (freed == 0) {
3481                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
3482                         goto next_chunk;
3483                 }
3484                 /* Every freed mapping is for a 4 KB page. */
3485                 pmap_resident_count_dec(pmap, freed);
3486                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
3487                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
3488                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
3489                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3490                 if (pc->pc_map[0] == PC_FREE0 && pc->pc_map[1] == PC_FREE1 &&
3491                     pc->pc_map[2] == PC_FREE2) {
3492                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
3493                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
3494                         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
3495                         /* Entire chunk is free; return it. */
3496                         m_pc = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
3497                         dump_drop_page(m_pc->phys_addr);
3498                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
3499                         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
3500                         break;
3501                 }
3502                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3503                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
3504                 /* One freed pv entry in locked_pmap is sufficient. */
3505                 if (pmap == locked_pmap)
3506                         break;
3507 next_chunk:
3508                 TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc_marker, pc_lru);
3509                 TAILQ_INSERT_AFTER(&pv_chunks, pc, pc_marker, pc_lru);
3510                 if (active_reclaims == 1 && pmap != NULL) {
3511                         /*
3512                          * Rotate the pv chunks list so that we do not
3513                          * scan the same pv chunks that could not be
3514                          * freed (because they contained a wired
3515                          * and/or superpage mapping) on every
3516                          * invocation of reclaim_pv_chunk().
3517                          */
3518                         while ((pc = TAILQ_FIRST(&pv_chunks)) != pc_marker) {
3519                                 MPASS(pc->pc_pmap != NULL);
3520                                 TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
3521                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pv_chunks, pc, pc_lru);
3522                         }
3523                 }
3524         }
3525         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc_marker, pc_lru);
3526         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc_marker_end, pc_lru);
3527         active_reclaims--;
3528         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
3529         reclaim_pv_chunk_leave_pmap(pmap, locked_pmap, start_di);
3530         if (m_pc == NULL && !SLIST_EMPTY(&free)) {
3531                 m_pc = SLIST_FIRST(&free);
3532                 SLIST_REMOVE_HEAD(&free, plinks.s.ss);
3533                 /* Recycle a freed page table page. */
3534                 m_pc->wire_count = 1;
3535         }
3536         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
3537         return (m_pc);
3538 }
3539
3540 /*
3541  * free the pv_entry back to the free list
3542  */
3543 static void
3544 free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv)
3545 {
3546         struct pv_chunk *pc;
3547         int idx, field, bit;
3548
3549         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3550         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, 1));
3551         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, 1));
3552         PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, 1));
3553         pc = pv_to_chunk(pv);
3554         idx = pv - &pc->pc_pventry[0];
3555         field = idx / 64;
3556         bit = idx % 64;
3557         pc->pc_map[field] |= 1ul << bit;
3558         if (pc->pc_map[0] != PC_FREE0 || pc->pc_map[1] != PC_FREE1 ||
3559             pc->pc_map[2] != PC_FREE2) {
3560                 /* 98% of the time, pc is already at the head of the list. */
3561                 if (__predict_false(pc != TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk))) {
3562                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3563                         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3564                 }
3565                 return;
3566         }
3567         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3568         free_pv_chunk(pc);
3569 }
3570
3571 static void
3572 free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc)
3573 {
3574         vm_page_t m;
3575
3576         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
3577         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
3578         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
3579         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
3580         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
3581         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
3582         /* entire chunk is free, return it */
3583         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
3584         dump_drop_page(m->phys_addr);
3585         vm_page_unwire(m, PQ_NONE);
3586         vm_page_free(m);
3587 }
3588
3589 /*
3590  * Returns a new PV entry, allocating a new PV chunk from the system when
3591  * needed.  If this PV chunk allocation fails and a PV list lock pointer was
3592  * given, a PV chunk is reclaimed from an arbitrary pmap.  Otherwise, NULL is
3593  * returned.
3594  *
3595  * The given PV list lock may be released.
3596  */
3597 static pv_entry_t
3598 get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp)
3599 {
3600         int bit, field;
3601         pv_entry_t pv;
3602         struct pv_chunk *pc;
3603         vm_page_t m;
3604
3605         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3606         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, 1));
3607 retry:
3608         pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
3609         if (pc != NULL) {
3610                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
3611                         if (pc->pc_map[field]) {
3612                                 bit = bsfq(pc->pc_map[field]);
3613                                 break;
3614                         }
3615                 }
3616                 if (field < _NPCM) {
3617                         pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
3618                         pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
3619                         /* If this was the last item, move it to tail */
3620                         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 &&
3621                             pc->pc_map[2] == 0) {
3622                                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3623                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc,
3624                                     pc_list);
3625                         }
3626                         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
3627                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, 1));
3628                         return (pv);
3629                 }
3630         }
3631         /* No free items, allocate another chunk */
3632         m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
3633             VM_ALLOC_WIRED);
3634         if (m == NULL) {
3635                 if (lockp == NULL) {
3636                         PV_STAT(pc_chunk_tryfail++);
3637                         return (NULL);
3638                 }
3639                 m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
3640                 if (m == NULL)
3641                         goto retry;
3642         }
3643         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
3644         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
3645         dump_add_page(m->phys_addr);
3646         pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
3647         pc->pc_pmap = pmap;
3648         pc->pc_map[0] = PC_FREE0 & ~1ul;        /* preallocated bit 0 */
3649         pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
3650         pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
3651         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
3652         TAILQ_INSERT_TAIL(&pv_chunks, pc, pc_lru);
3653         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
3654         pv = &pc->pc_pventry[0];
3655         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3656         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
3657         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV - 1));
3658         return (pv);
3659 }
3660
3661 /*
3662  * Returns the number of one bits within the given PV chunk map.
3663  *
3664  * The erratas for Intel processors state that "POPCNT Instruction May
3665  * Take Longer to Execute Than Expected".  It is believed that the
3666  * issue is the spurious dependency on the destination register.
3667  * Provide a hint to the register rename logic that the destination
3668  * value is overwritten, by clearing it, as suggested in the
3669  * optimization manual.  It should be cheap for unaffected processors
3670  * as well.
3671  *
3672  * Reference numbers for erratas are
3673  * 4th Gen Core: HSD146
3674  * 5th Gen Core: BDM85
3675  * 6th Gen Core: SKL029
3676  */
3677 static int
3678 popcnt_pc_map_pq(uint64_t *map)
3679 {
3680         u_long result, tmp;
3681
3682         __asm __volatile("xorl %k0,%k0;popcntq %2,%0;"
3683             "xorl %k1,%k1;popcntq %3,%1;addl %k1,%k0;"
3684             "xorl %k1,%k1;popcntq %4,%1;addl %k1,%k0"
3685             : "=&r" (result), "=&r" (tmp)
3686             : "m" (map[0]), "m" (map[1]), "m" (map[2]));
3687         return (result);
3688 }
3689
3690 /*
3691  * Ensure that the number of spare PV entries in the specified pmap meets or
3692  * exceeds the given count, "needed".
3693  *
3694  * The given PV list lock may be released.
3695  */
3696 static void
3697 reserve_pv_entries(pmap_t pmap, int needed, struct rwlock **lockp)
3698 {
3699         struct pch new_tail;
3700         struct pv_chunk *pc;
3701         vm_page_t m;
3702         int avail, free;
3703         bool reclaimed;
3704
3705         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3706         KASSERT(lockp != NULL, ("reserve_pv_entries: lockp is NULL"));
3707
3708         /*
3709          * Newly allocated PV chunks must be stored in a private list until
3710          * the required number of PV chunks have been allocated.  Otherwise,
3711          * reclaim_pv_chunk() could recycle one of these chunks.  In
3712          * contrast, these chunks must be added to the pmap upon allocation.
3713          */
3714         TAILQ_INIT(&new_tail);
3715 retry:
3716         avail = 0;
3717         TAILQ_FOREACH(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list) {
3718 #ifndef __POPCNT__
3719                 if ((cpu_feature2 & CPUID2_POPCNT) == 0)
3720                         bit_count((bitstr_t *)pc->pc_map, 0,
3721                             sizeof(pc->pc_map) * NBBY, &free);
3722                 else
3723 #endif
3724                 free = popcnt_pc_map_pq(pc->pc_map);
3725                 if (free == 0)
3726                         break;
3727                 avail += free;
3728                 if (avail >= needed)
3729                         break;
3730         }
3731         for (reclaimed = false; avail < needed; avail += _NPCPV) {
3732                 m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
3733                     VM_ALLOC_WIRED);
3734                 if (m == NULL) {
3735                         m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
3736                         if (m == NULL)
3737                                 goto retry;
3738                         reclaimed = true;
3739                 }
3740                 PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
3741                 PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
3742                 dump_add_page(m->phys_addr);
3743                 pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
3744                 pc->pc_pmap = pmap;
3745                 pc->pc_map[0] = PC_FREE0;
3746                 pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
3747                 pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
3748                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3749                 TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail, pc, pc_lru);
3750                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
3751
3752                 /*
3753                  * The reclaim might have freed a chunk from the current pmap.
3754                  * If that chunk contained available entries, we need to
3755                  * re-count the number of available entries.
3756                  */
3757                 if (reclaimed)
3758                         goto retry;
3759         }
3760         if (!TAILQ_EMPTY(&new_tail)) {
3761                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
3762                 TAILQ_CONCAT(&pv_chunks, &new_tail, pc_lru);
3763                 mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
3764         }
3765 }
3766
3767 /*
3768  * First find and then remove the pv entry for the specified pmap and virtual
3769  * address from the specified pv list.  Returns the pv entry if found and NULL
3770  * otherwise.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or
3771  * 2MB page mappings.
3772  */
3773 static __inline pv_entry_t
3774 pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3775 {
3776         pv_entry_t pv;
3777
3778         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
3779                 if (pmap == PV_PMAP(pv) && va == pv->pv_va) {
3780                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
3781                         pvh->pv_gen++;
3782                         break;
3783                 }
3784         }
3785         return (pv);
3786 }
3787
3788 /*
3789  * After demotion from a 2MB page mapping to 512 4KB page mappings,
3790  * destroy the pv entry for the 2MB page mapping and reinstantiate the pv
3791  * entries for each of the 4KB page mappings.
3792  */
3793 static void
3794 pmap_pv_demote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
3795     struct rwlock **lockp)
3796 {
3797         struct md_page *pvh;
3798         struct pv_chunk *pc;
3799         pv_entry_t pv;
3800         vm_offset_t va_last;
3801         vm_page_t m;
3802         int bit, field;
3803
3804         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3805         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
3806             ("pmap_pv_demote_pde: pa is not 2mpage aligned"));
3807         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
3808
3809         /*
3810          * Transfer the 2mpage's pv entry for this mapping to the first
3811          * page's pv list.  Once this transfer begins, the pv list lock
3812          * must not be released until the last pv entry is reinstantiated.
3813          */
3814         pvh = pa_to_pvh(pa);
3815         va = trunc_2mpage(va);
3816         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
3817         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_demote_pde: pv not found"));
3818         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
3819         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3820         m->md.pv_gen++;
3821         /* Instantiate the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
3822         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, NPTEPG - 1));
3823         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
3824         for (;;) {
3825                 pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
3826                 KASSERT(pc->pc_map[0] != 0 || pc->pc_map[1] != 0 ||
3827                     pc->pc_map[2] != 0, ("pmap_pv_demote_pde: missing spare"));
3828                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
3829                         while (pc->pc_map[field]) {
3830                                 bit = bsfq(pc->pc_map[field]);
3831                                 pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
3832                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
3833                                 va += PAGE_SIZE;
3834                                 pv->pv_va = va;
3835                                 m++;
3836                                 KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
3837                             ("pmap_pv_demote_pde: page %p is not managed", m));
3838                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3839                                 m->md.pv_gen++;
3840                                 if (va == va_last)
3841                                         goto out;
3842                         }
3843                 }
3844                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3845                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3846         }
3847 out:
3848         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 && pc->pc_map[2] == 0) {
3849                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3850                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3851         }
3852         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, NPTEPG - 1));
3853         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, NPTEPG - 1));
3854 }
3855
3856 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
3857 /*
3858  * After promotion from 512 4KB page mappings to a single 2MB page mapping,
3859  * replace the many pv entries for the 4KB page mappings by a single pv entry
3860  * for the 2MB page mapping.
3861  */
3862 static void
3863 pmap_pv_promote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
3864     struct rwlock **lockp)
3865 {
3866         struct md_page *pvh;
3867         pv_entry_t pv;
3868         vm_offset_t va_last;
3869         vm_page_t m;
3870
3871         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
3872             ("pmap_pv_promote_pde: pa is not 2mpage aligned"));
3873         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
3874
3875         /*
3876          * Transfer the first page's pv entry for this mapping to the 2mpage's
3877          * pv list.  Aside from avoiding the cost of a call to get_pv_entry(),
3878          * a transfer avoids the possibility that get_pv_entry() calls
3879          * reclaim_pv_chunk() and that reclaim_pv_chunk() removes one of the
3880          * mappings that is being promoted.
3881          */
3882         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
3883         va = trunc_2mpage(va);
3884         pv = pmap_pvh_remove(&m->md, pmap, va);
3885         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_promote_pde: pv not found"));
3886         pvh = pa_to_pvh(pa);
3887         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
3888         pvh->pv_gen++;
3889         /* Free the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
3890         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
3891         do {
3892                 m++;
3893                 va += PAGE_SIZE;
3894                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
3895         } while (va < va_last);
3896 }
3897 #endif /* VM_NRESERVLEVEL > 0 */
3898
3899 /*
3900  * First find and then destroy the pv entry for the specified pmap and virtual
3901  * address.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or 2MB
3902  * page mappings.
3903  */
3904 static void
3905 pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3906 {
3907         pv_entry_t pv;
3908
3909         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
3910         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pvh_free: pv not found"));
3911         free_pv_entry(pmap, pv);
3912 }
3913
3914 /*
3915  * Conditionally create the PV entry for a 4KB page mapping if the required
3916  * memory can be allocated without resorting to reclamation.
3917  */
3918 static boolean_t
3919 pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
3920     struct rwlock **lockp)
3921 {
3922         pv_entry_t pv;
3923
3924         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3925         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
3926         if ((pv = get_pv_entry(pmap, NULL)) != NULL) {
3927                 pv->pv_va = va;
3928                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
3929                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3930                 m->md.pv_gen++;
3931                 return (TRUE);
3932         } else
3933                 return (FALSE);
3934 }
3935
3936 /*
3937  * Create the PV entry for a 2MB page mapping.  Always returns true unless the
3938  * flag PMAP_ENTER_NORECLAIM is specified.  If that flag is specified, returns
3939  * false if the PV entry cannot be allocated without resorting to reclamation.
3940  */
3941 static bool
3942 pmap_pv_insert_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde, u_int flags,
3943     struct rwlock **lockp)
3944 {
3945         struct md_page *pvh;
3946         pv_entry_t pv;
3947         vm_paddr_t pa;
3948
3949         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3950         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
3951         if ((pv = get_pv_entry(pmap, (flags & PMAP_ENTER_NORECLAIM) != 0 ?
3952             NULL : lockp)) == NULL)
3953                 return (false);
3954         pv->pv_va = va;
3955         pa = pde & PG_PS_FRAME;
3956         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
3957         pvh = pa_to_pvh(pa);
3958         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
3959         pvh->pv_gen++;
3960         return (true);
3961 }
3962
3963 /*
3964  * Fills a page table page with mappings to consecutive physical pages.
3965  */
3966 static void
3967 pmap_fill_ptp(pt_entry_t *firstpte, pt_entry_t newpte)
3968 {
3969         pt_entry_t *pte;
3970
3971         for (pte = firstpte; pte < firstpte + NPTEPG; pte++) {
3972                 *pte = newpte;
3973                 newpte += PAGE_SIZE;
3974         }
3975 }
3976
3977 /*
3978  * Tries to demote a 2MB page mapping.  If demotion fails, the 2MB page
3979  * mapping is invalidated.
3980  */
3981 static boolean_t
3982 pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
3983 {
3984         struct rwlock *lock;
3985         boolean_t rv;
3986
3987         lock = NULL;
3988         rv = pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
3989         if (lock != NULL)
3990                 rw_wunlock(lock);
3991         return (rv);
3992 }
3993
3994 static boolean_t
3995 pmap_demote_pde_locked(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
3996     struct rwlock **lockp)
3997 {
3998         pd_entry_t newpde, oldpde;
3999         pt_entry_t *firstpte, newpte;
4000         pt_entry_t PG_A, PG_G, PG_M, PG_RW, PG_V;
4001         vm_paddr_t mptepa;
4002         vm_page_t mpte;
4003         struct spglist free;
4004         vm_offset_t sva;
4005         int PG_PTE_CACHE;
4006
4007         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
4008         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
4009         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4010         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4011         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4012         PG_PTE_CACHE = pmap_cache_mask(pmap, 0);
4013
4014         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4015         oldpde = *pde;
4016         KASSERT((oldpde & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V),
4017             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_PS and/or PG_V"));
4018         if ((oldpde & PG_A) == 0 || (mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, va)) ==
4019             NULL) {
4020                 KASSERT((oldpde & PG_W) == 0,
4021                     ("pmap_demote_pde: page table page for a wired mapping"
4022                     " is missing"));
4023
4024                 /*
4025                  * Invalidate the 2MB page mapping and return "failure" if the
4026                  * mapping was never accessed or the allocation of the new
4027                  * page table page fails.  If the 2MB page mapping belongs to
4028                  * the direct map region of the kernel's address space, then
4029                  * the page allocation request specifies the highest possible
4030                  * priority (VM_ALLOC_INTERRUPT).  Otherwise, the priority is
4031                  * normal.  Page table pages are preallocated for every other
4032                  * part of the kernel address space, so the direct map region
4033                  * is the only part of the kernel address space that must be
4034                  * handled here.
4035                  */
4036                 if ((oldpde & PG_A) == 0 || (mpte = vm_page_alloc(NULL,
4037                     pmap_pde_pindex(va), (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va <
4038                     DMAP_MAX_ADDRESS ? VM_ALLOC_INTERRUPT : VM_ALLOC_NORMAL) |
4039                     VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED)) == NULL) {
4040                         SLIST_INIT(&free);
4041                         sva = trunc_2mpage(va);
4042                         pmap_remove_pde(pmap, pde, sva, &free, lockp);
4043                         if ((oldpde & PG_G) == 0)
4044                                 pmap_invalidate_pde_page(pmap, sva, oldpde);
4045                         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
4046                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: failure for va %#lx"
4047                             " in pmap %p", va, pmap);
4048                         return (FALSE);
4049                 }
4050                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
4051                         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
4052         }
4053         mptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpte);
4054         firstpte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mptepa);
4055         newpde = mptepa | PG_M | PG_A | (oldpde & PG_U) | PG_RW | PG_V;
4056         KASSERT((oldpde & PG_A) != 0,
4057             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_A"));
4058         KASSERT((oldpde & (PG_M | PG_RW)) != PG_RW,
4059             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_M"));
4060         newpte = oldpde & ~PG_PS;
4061         newpte = pmap_swap_pat(pmap, newpte);
4062
4063         /*
4064          * If the page table page is new, initialize it.
4065          */
4066         if (mpte->wire_count == 1) {
4067                 mpte->wire_count = NPTEPG;
4068                 pmap_fill_ptp(firstpte, newpte);
4069         }
4070         KASSERT((*firstpte & PG_FRAME) == (newpte & PG_FRAME),
4071             ("pmap_demote_pde: firstpte and newpte map different physical"
4072             " addresses"));
4073
4074         /*
4075          * If the mapping has changed attributes, update the page table
4076          * entries.
4077          */
4078         if ((*firstpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpte & PG_PTE_PROMOTE))
4079                 pmap_fill_ptp(firstpte, newpte);
4080
4081         /*
4082          * The spare PV entries must be reserved prior to demoting the
4083          * mapping, that is, prior to changing the PDE.  Otherwise, the state
4084          * of the PDE and the PV lists will be inconsistent, which can result
4085          * in reclaim_pv_chunk() attempting to remove a PV entry from the
4086          * wrong PV list and pmap_pv_demote_pde() failing to find the expected
4087          * PV entry for the 2MB page mapping that is being demoted.
4088          */
4089         if ((oldpde & PG_MANAGED) != 0)
4090                 reserve_pv_entries(pmap, NPTEPG - 1, lockp);
4091
4092         /*
4093          * Demote the mapping.  This pmap is locked.  The old PDE has
4094          * PG_A set.  If the old PDE has PG_RW set, it also has PG_M
4095          * set.  Thus, there is no danger of a race with another
4096          * processor changing the setting of PG_A and/or PG_M between
4097          * the read above and the store below. 
4098          */
4099         if (workaround_erratum383)
4100                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, newpde);
4101         else
4102                 pde_store(pde, newpde);
4103
4104         /*
4105          * Invalidate a stale recursive mapping of the page table page.
4106          */
4107         if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
4108                 pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopte(va));
4109
4110         /*
4111          * Demote the PV entry.
4112          */
4113         if ((oldpde & PG_MANAGED) != 0)
4114                 pmap_pv_demote_pde(pmap, va, oldpde & PG_PS_FRAME, lockp);
4115
4116         atomic_add_long(&pmap_pde_demotions, 1);
4117         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: success for va %#lx"
4118             " in pmap %p", va, pmap);
4119         return (TRUE);
4120 }
4121
4122 /*
4123  * pmap_remove_kernel_pde: Remove a kernel superpage mapping.
4124  */
4125 static void
4126 pmap_remove_kernel_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
4127 {
4128         pd_entry_t newpde;
4129         vm_paddr_t mptepa;
4130         vm_page_t mpte;
4131
4132         KASSERT(pmap == kernel_pmap, ("pmap %p is not kernel_pmap", pmap));
4133         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4134         mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, va);
4135         if (mpte == NULL)
4136                 panic("pmap_remove_kernel_pde: Missing pt page.");
4137
4138         mptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpte);
4139         newpde = mptepa | X86_PG_M | X86_PG_A | X86_PG_RW | X86_PG_V;
4140
4141         /*
4142          * Initialize the page table page.
4143          */
4144         pagezero((void *)PHYS_TO_DMAP(mptepa));
4145
4146         /*
4147          * Demote the mapping.
4148          */
4149         if (workaround_erratum383)
4150                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, newpde);
4151         else
4152                 pde_store(pde, newpde);
4153
4154         /*
4155          * Invalidate a stale recursive mapping of the page table page.
4156          */
4157         pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopte(va));
4158 }
4159
4160 /*
4161  * pmap_remove_pde: do the things to unmap a superpage in a process
4162  */
4163 static int
4164 pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
4165     struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
4166 {
4167         struct md_page *pvh;
4168         pd_entry_t oldpde;
4169         vm_offset_t eva, va;
4170         vm_page_t m, mpte;
4171         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW;
4172
4173         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
4174         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
4175         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4176         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4177
4178         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4179         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
4180             ("pmap_remove_pde: sva is not 2mpage aligned"));
4181         oldpde = pte_load_clear(pdq);
4182         if (oldpde & PG_W)
4183                 pmap->pm_stats.wired_count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
4184         if ((oldpde & PG_G) != 0)
4185                 pmap_invalidate_pde_page(kernel_pmap, sva, oldpde);
4186         pmap_resident_count_dec(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
4187         if (oldpde & PG_MANAGED) {
4188                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, oldpde & PG_PS_FRAME);
4189                 pvh = pa_to_pvh(oldpde & PG_PS_FRAME);
4190                 pmap_pvh_free(pvh, pmap, sva);
4191                 eva = sva + NBPDR;
4192                 for (va = sva, m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
4193                     va < eva; va += PAGE_SIZE, m++) {
4194                         if ((oldpde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
4195                                 vm_page_dirty(m);
4196                         if (oldpde & PG_A)
4197                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
4198                         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
4199                             TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
4200                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
4201                         pmap_delayed_invl_page(m);
4202                 }
4203         }
4204         if (pmap == kernel_pmap) {
4205                 pmap_remove_kernel_pde(pmap, pdq, sva);
4206         } else {
4207                 mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, sva);
4208                 if (mpte != NULL) {
4209                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
4210                         KASSERT(mpte->wire_count == NPTEPG,
4211                             ("pmap_remove_pde: pte page wire count error"));
4212                         mpte->wire_count = 0;
4213                         pmap_add_delayed_free_list(mpte, free, FALSE);
4214                 }
4215         }
4216         return (pmap_unuse_pt(pmap, sva, *pmap_pdpe(pmap, sva), free));
4217 }
4218
4219 /*
4220  * pmap_remove_pte: do the things to unmap a page in a process
4221  */
4222 static int
4223 pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t va, 
4224     pd_entry_t ptepde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
4225 {
4226         struct md_page *pvh;
4227         pt_entry_t oldpte, PG_A, PG_M, PG_RW;
4228         vm_page_t m;
4229
4230         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
4231         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4232         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4233
4234         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4235         oldpte = pte_load_clear(ptq);
4236         if (oldpte & PG_W)
4237                 pmap->pm_stats.wired_count -= 1;
4238         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
4239         if (oldpte & PG_MANAGED) {
4240                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpte & PG_FRAME);
4241                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
4242                         vm_page_dirty(m);
4243                 if (oldpte & PG_A)
4244                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
4245                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
4246                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
4247                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
4248                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
4249                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4250                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
4251                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
4252                 }
4253                 pmap_delayed_invl_page(m);
4254         }
4255         return (pmap_unuse_pt(pmap, va, ptepde, free));
4256 }
4257
4258 /*
4259  * Remove a single page from a process address space
4260  */
4261 static void
4262 pmap_remove_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
4263     struct spglist *free)
4264 {
4265         struct rwlock *lock;
4266         pt_entry_t *pte, PG_V;
4267
4268         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4269         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4270         if ((*pde & PG_V) == 0)
4271                 return;
4272         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
4273         if ((*pte & PG_V) == 0)
4274                 return;
4275         lock = NULL;
4276         pmap_remove_pte(pmap, pte, va, *pde, free, &lock);
4277         if (lock != NULL)
4278                 rw_wunlock(lock);
4279         pmap_invalidate_page(pmap, va);
4280 }
4281
4282 /*
4283  * Removes the specified range of addresses from the page table page.
4284  */
4285 static bool
4286 pmap_remove_ptes(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
4287     pd_entry_t *pde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
4288 {
4289         pt_entry_t PG_G, *pte;
4290         vm_offset_t va;
4291         bool anyvalid;
4292
4293         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4294         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
4295         anyvalid = false;
4296         va = eva;
4297         for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != eva; pte++,
4298             sva += PAGE_SIZE) {
4299                 if (*pte == 0) {
4300                         if (va != eva) {
4301                                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
4302                                 va = eva;
4303                         }
4304                         continue;
4305                 }
4306                 if ((*pte & PG_G) == 0)
4307                         anyvalid = true;
4308                 else if (va == eva)
4309                         va = sva;
4310                 if (pmap_remove_pte(pmap, pte, sva, *pde, free, lockp)) {
4311                         sva += PAGE_SIZE;
4312                         break;
4313                 }
4314         }
4315         if (va != eva)
4316                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
4317         return (anyvalid);
4318 }
4319
4320 /*
4321  *      Remove the given range of addresses from the specified map.
4322  *
4323  *      It is assumed that the start and end are properly
4324  *      rounded to the page size.
4325  */
4326 void
4327 pmap_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
4328 {
4329         struct rwlock *lock;
4330         vm_offset_t va_next;
4331         pml4_entry_t *pml4e;
4332         pdp_entry_t *pdpe;
4333         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
4334         pt_entry_t PG_G, PG_V;
4335         struct spglist free;
4336         int anyvalid;
4337
4338         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
4339         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4340
4341         /*
4342          * Perform an unsynchronized read.  This is, however, safe.
4343          */
4344         if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
4345                 return;
4346
4347         anyvalid = 0;
4348         SLIST_INIT(&free);
4349
4350         pmap_delayed_invl_started();
4351         PMAP_LOCK(pmap);
4352
4353         /*
4354          * special handling of removing one page.  a very
4355          * common operation and easy to short circuit some
4356          * code.
4357          */
4358         if (sva + PAGE_SIZE == eva) {
4359                 pde = pmap_pde(pmap, sva);
4360                 if (pde && (*pde & PG_PS) == 0) {
4361                         pmap_remove_page(pmap, sva, pde, &free);
4362                         goto out;
4363                 }
4364         }
4365
4366         lock = NULL;
4367         for (; sva < eva; sva = va_next) {
4368
4369                 if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
4370                         break;
4371
4372                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
4373                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
4374                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
4375                         if (va_next < sva)
4376                                 va_next = eva;
4377                         continue;
4378                 }
4379
4380                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
4381                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
4382                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
4383                         if (va_next < sva)
4384                                 va_next = eva;
4385                         continue;
4386                 }
4387
4388                 /*
4389                  * Calculate index for next page table.
4390                  */
4391                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
4392                 if (va_next < sva)
4393                         va_next = eva;
4394
4395                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
4396                 ptpaddr = *pde;
4397
4398                 /*
4399                  * Weed out invalid mappings.
4400                  */
4401                 if (ptpaddr == 0)
4402                         continue;
4403
4404                 /*
4405                  * Check for large page.
4406                  */
4407                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
4408                         /*
4409                          * Are we removing the entire large page?  If not,
4410                          * demote the mapping and fall through.
4411                          */
4412                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
4413                                 /*
4414                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
4415                                  * invalidated by pmap_remove_pde().
4416                                  */
4417                                 if ((ptpaddr & PG_G) == 0)
4418                                         anyvalid = 1;
4419                                 pmap_remove_pde(pmap, pde, sva, &free, &lock);
4420                                 continue;
4421                         } else if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, sva,
4422                             &lock)) {
4423                                 /* The large page mapping was destroyed. */
4424                                 continue;
4425                         } else
4426                                 ptpaddr = *pde;
4427                 }
4428
4429                 /*
4430                  * Limit our scan to either the end of the va represented
4431                  * by the current page table page, or to the end of the
4432                  * range being removed.
4433                  */
4434                 if (va_next > eva)
4435                         va_next = eva;
4436
4437                 if (pmap_remove_ptes(pmap, sva, va_next, pde, &free, &lock))
4438                         anyvalid = 1;
4439         }
4440         if (lock != NULL)
4441                 rw_wunlock(lock);
4442 out:
4443         if (anyvalid)
4444                 pmap_invalidate_all(pmap);
4445         PMAP_UNLOCK(pmap);
4446         pmap_delayed_invl_finished();
4447         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
4448 }
4449
4450 /*
4451  *      Routine:        pmap_remove_all
4452  *      Function:
4453  *              Removes this physical page from
4454  *              all physical maps in which it resides.
4455  *              Reflects back modify bits to the pager.
4456  *
4457  *      Notes:
4458  *              Original versions of this routine were very
4459  *              inefficient because they iteratively called
4460  *              pmap_remove (slow...)
4461  */
4462
4463 void
4464 pmap_remove_all(vm_page_t m)
4465 {
4466         struct md_page *pvh;
4467         pv_entry_t pv;
4468         pmap_t pmap;
4469         struct rwlock *lock;
4470         pt_entry_t *pte, tpte, PG_A, PG_M, PG_RW;
4471         pd_entry_t *pde;
4472         vm_offset_t va;
4473         struct spglist free;
4474         int pvh_gen, md_gen;
4475
4476         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4477             ("pmap_remove_all: page %p is not managed", m));
4478         SLIST_INIT(&free);
4479         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
4480         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
4481             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4482 retry:
4483         rw_wlock(lock);
4484         while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != NULL) {
4485                 pmap = PV_PMAP(pv);
4486                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
4487                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
4488                         rw_wunlock(lock);
4489                         PMAP_LOCK(pmap);
4490                         rw_wlock(lock);
4491                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
4492                                 rw_wunlock(lock);
4493                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4494                                 goto retry;
4495                         }
4496                 }
4497                 va = pv->pv_va;
4498                 pde = pmap_pde(pmap, va);
4499                 (void)pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
4500                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4501         }
4502         while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
4503                 pmap = PV_PMAP(pv);
4504                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
4505                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
4506                         md_gen = m->md.pv_gen;
4507                         rw_wunlock(lock);
4508                         PMAP_LOCK(pmap);
4509                         rw_wlock(lock);
4510                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
4511                                 rw_wunlock(lock);
4512                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4513                                 goto retry;
4514                         }
4515                 }
4516                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
4517                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4518                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4519                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
4520                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
4521                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_remove_all: found"
4522                     " a 2mpage in page %p's pv list", m));
4523                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
4524                 tpte = pte_load_clear(pte);
4525                 if (tpte & PG_W)
4526                         pmap->pm_stats.wired_count--;
4527                 if (tpte & PG_A)
4528                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
4529
4530                 /*
4531                  * Update the vm_page_t clean and reference bits.
4532                  */
4533                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
4534                         vm_page_dirty(m);
4535                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, *pde, &free);
4536                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
4537                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4538                 m->md.pv_gen++;
4539                 free_pv_entry(pmap, pv);
4540                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4541         }
4542         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
4543         rw_wunlock(lock);
4544         pmap_delayed_invl_wait(m);
4545         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
4546 }
4547
4548 /*
4549  * pmap_protect_pde: do the things to protect a 2mpage in a process
4550  */
4551 static boolean_t
4552 pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva, vm_prot_t prot)
4553 {
4554         pd_entry_t newpde, oldpde;
4555         vm_offset_t eva, va;
4556         vm_page_t m;
4557         boolean_t anychanged;
4558         pt_entry_t PG_G, PG_M, PG_RW;
4559
4560         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
4561         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4562         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4563
4564         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4565         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
4566             ("pmap_protect_pde: sva is not 2mpage aligned"));
4567         anychanged = FALSE;
4568 retry:
4569         oldpde = newpde = *pde;
4570         if ((oldpde & (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) ==
4571             (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) {
4572                 eva = sva + NBPDR;
4573                 for (va = sva, m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
4574                     va < eva; va += PAGE_SIZE, m++)
4575                         vm_page_dirty(m);
4576         }
4577         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0)
4578                 newpde &= ~(PG_RW | PG_M);
4579         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
4580                 newpde |= pg_nx;
4581         if (newpde != oldpde) {
4582                 /*
4583                  * As an optimization to future operations on this PDE, clear
4584                  * PG_PROMOTED.  The impending invalidation will remove any
4585                  * lingering 4KB page mappings from the TLB.
4586                  */
4587                 if (!atomic_cmpset_long(pde, oldpde, newpde & ~PG_PROMOTED))
4588                         goto retry;
4589                 if ((oldpde & PG_G) != 0)
4590                         pmap_invalidate_pde_page(kernel_pmap, sva, oldpde);
4591                 else
4592                         anychanged = TRUE;
4593         }
4594         return (anychanged);
4595 }
4596
4597 /*
4598  *      Set the physical protection on the
4599  *      specified range of this map as requested.
4600  */
4601 void
4602 pmap_protect(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, vm_prot_t prot)
4603 {
4604         vm_offset_t va_next;
4605         pml4_entry_t *pml4e;
4606         pdp_entry_t *pdpe;
4607         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
4608         pt_entry_t *pte, PG_G, PG_M, PG_RW, PG_V;
4609         boolean_t anychanged;
4610
4611         KASSERT((prot & ~VM_PROT_ALL) == 0, ("invalid prot %x", prot));
4612         if (prot == VM_PROT_NONE) {
4613                 pmap_remove(pmap, sva, eva);
4614                 return;
4615         }
4616
4617         if ((prot & (VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE)) ==
4618             (VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE))
4619                 return;
4620
4621         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
4622         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4623         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4624         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4625         anychanged = FALSE;
4626
4627         /*
4628          * Although this function delays and batches the invalidation
4629          * of stale TLB entries, it does not need to call
4630          * pmap_delayed_invl_started() and
4631          * pmap_delayed_invl_finished(), because it does not
4632          * ordinarily destroy mappings.  Stale TLB entries from
4633          * protection-only changes need only be invalidated before the
4634          * pmap lock is released, because protection-only changes do
4635          * not destroy PV entries.  Even operations that iterate over
4636          * a physical page's PV list of mappings, like
4637          * pmap_remove_write(), acquire the pmap lock for each
4638          * mapping.  Consequently, for protection-only changes, the
4639          * pmap lock suffices to synchronize both page table and TLB
4640          * updates.
4641          *
4642          * This function only destroys a mapping if pmap_demote_pde()
4643          * fails.  In that case, stale TLB entries are immediately
4644          * invalidated.
4645          */
4646         
4647         PMAP_LOCK(pmap);
4648         for (; sva < eva; sva = va_next) {
4649
4650                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
4651                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
4652                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
4653                         if (va_next < sva)
4654                                 va_next = eva;
4655                         continue;
4656                 }
4657
4658                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
4659                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
4660                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
4661                         if (va_next < sva)
4662                                 va_next = eva;
4663                         continue;
4664                 }
4665
4666                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
4667                 if (va_next < sva)
4668                         va_next = eva;
4669
4670                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
4671                 ptpaddr = *pde;
4672
4673                 /*
4674                  * Weed out invalid mappings.
4675                  */
4676                 if (ptpaddr == 0)
4677                         continue;
4678
4679                 /*
4680                  * Check for large page.
4681                  */
4682                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
4683                         /*
4684                          * Are we protecting the entire large page?  If not,
4685                          * demote the mapping and fall through.
4686                          */
4687                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
4688                                 /*
4689                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
4690                                  * invalidated by pmap_protect_pde().
4691                                  */
4692                                 if (pmap_protect_pde(pmap, pde, sva, prot))
4693                                         anychanged = TRUE;
4694                                 continue;
4695                         } else if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, sva)) {
4696                                 /*
4697                                  * The large page mapping was destroyed.
4698                                  */
4699                                 continue;
4700                         }
4701                 }
4702
4703                 if (va_next > eva)
4704                         va_next = eva;
4705
4706                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
4707                     sva += PAGE_SIZE) {
4708                         pt_entry_t obits, pbits;
4709                         vm_page_t m;
4710
4711 retry:
4712                         obits = pbits = *pte;
4713                         if ((pbits & PG_V) == 0)
4714                                 continue;
4715
4716                         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
4717                                 if ((pbits & (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) ==
4718                                     (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) {
4719                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pbits & PG_FRAME);
4720                                         vm_page_dirty(m);
4721                                 }
4722                                 pbits &= ~(PG_RW | PG_M);
4723                         }
4724                         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
4725                                 pbits |= pg_nx;
4726
4727                         if (pbits != obits) {
4728                                 if (!atomic_cmpset_long(pte, obits, pbits))
4729                                         goto retry;
4730                                 if (obits & PG_G)
4731                                         pmap_invalidate_page(pmap, sva);
4732                                 else
4733                                         anychanged = TRUE;
4734                         }
4735                 }
4736         }
4737         if (anychanged)
4738                 pmap_invalidate_all(pmap);
4739         PMAP_UNLOCK(pmap);
4740 }
4741
4742 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
4743 /*
4744  * Tries to promote the 512, contiguous 4KB page mappings that are within a
4745  * single page table page (PTP) to a single 2MB page mapping.  For promotion
4746  * to occur, two conditions must be met: (1) the 4KB page mappings must map
4747  * aligned, contiguous physical memory and (2) the 4KB page mappings must have
4748  * identical characteristics. 
4749  */
4750 static void
4751 pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
4752     struct rwlock **lockp)
4753 {
4754         pd_entry_t newpde;
4755         pt_entry_t *firstpte, oldpte, pa, *pte;
4756         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
4757         vm_page_t mpte;
4758         int PG_PTE_CACHE;
4759
4760         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
4761         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
4762         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4763         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4764         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4765         PG_PTE_CACHE = pmap_cache_mask(pmap, 0);
4766
4767         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4768
4769         /*
4770          * Examine the first PTE in the specified PTP.  Abort if this PTE is
4771          * either invalid, unused, or does not map the first 4KB physical page
4772          * within a 2MB page. 
4773          */
4774         firstpte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pde & PG_FRAME);
4775 setpde:
4776         newpde = *firstpte;
4777         if ((newpde & ((PG_FRAME & PDRMASK) | PG_A | PG_V)) != (PG_A | PG_V)) {
4778                 atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
4779                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
4780                     " in pmap %p", va, pmap);
4781                 return;
4782         }
4783         if ((newpde & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
4784                 /*
4785                  * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared without
4786                  * a TLB invalidation.
4787                  */
4788                 if (!atomic_cmpset_long(firstpte, newpde, newpde & ~PG_RW))
4789                         goto setpde;
4790                 newpde &= ~PG_RW;
4791         }
4792
4793         /*
4794          * Examine each of the other PTEs in the specified PTP.  Abort if this
4795          * PTE maps an unexpected 4KB physical page or does not have identical
4796          * characteristics to the first PTE.
4797          */
4798         pa = (newpde & (PG_PS_FRAME | PG_A | PG_V)) + NBPDR - PAGE_SIZE;
4799         for (pte = firstpte + NPTEPG - 1; pte > firstpte; pte--) {
4800 setpte:
4801                 oldpte = *pte;
4802                 if ((oldpte & (PG_FRAME | PG_A | PG_V)) != pa) {
4803                         atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
4804                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
4805                             " in pmap %p", va, pmap);
4806                         return;
4807                 }
4808                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
4809                         /*
4810                          * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared
4811                          * without a TLB invalidation.
4812                          */
4813                         if (!atomic_cmpset_long(pte, oldpte, oldpte & ~PG_RW))
4814                                 goto setpte;
4815                         oldpte &= ~PG_RW;
4816                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: protect for va %#lx"
4817                             " in pmap %p", (oldpte & PG_FRAME & PDRMASK) |
4818                             (va & ~PDRMASK), pmap);
4819                 }
4820                 if ((oldpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpde & PG_PTE_PROMOTE)) {
4821                         atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
4822                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
4823                             " in pmap %p", va, pmap);
4824                         return;
4825                 }
4826                 pa -= PAGE_SIZE;
4827         }
4828
4829         /*
4830          * Save the page table page in its current state until the PDE
4831          * mapping the superpage is demoted by pmap_demote_pde() or
4832          * destroyed by pmap_remove_pde(). 
4833          */
4834         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
4835         KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
4836             mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
4837             ("pmap_promote_pde: page table page is out of range"));
4838         KASSERT(mpte->pindex == pmap_pde_pindex(va),
4839             ("pmap_promote_pde: page table page's pindex is wrong"));
4840         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mpte)) {
4841                 atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
4842                 CTR2(KTR_PMAP,
4843                     "pmap_promote_pde: failure for va %#lx in pmap %p", va,
4844                     pmap);
4845                 return;
4846         }
4847
4848         /*
4849          * Promote the pv entries.
4850          */
4851         if ((newpde & PG_MANAGED) != 0)
4852                 pmap_pv_promote_pde(pmap, va, newpde & PG_PS_FRAME, lockp);
4853
4854         /*
4855          * Propagate the PAT index to its proper position.
4856          */
4857         newpde = pmap_swap_pat(pmap, newpde);
4858
4859         /*
4860          * Map the superpage.
4861          */
4862         if (workaround_erratum383)
4863                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, PG_PS | newpde);
4864         else
4865                 pde_store(pde, PG_PROMOTED | PG_PS | newpde);
4866
4867         atomic_add_long(&pmap_pde_promotions, 1);
4868         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: success for va %#lx"
4869             " in pmap %p", va, pmap);
4870 }
4871 #endif /* VM_NRESERVLEVEL > 0 */
4872
4873 /*
4874  *      Insert the given physical page (p) at
4875  *      the specified virtual address (v) in the
4876  *      target physical map with the protection requested.
4877  *
4878  *      If specified, the page will be wired down, meaning
4879  *      that the related pte can not be reclaimed.
4880  *
4881  *      NB:  This is the only routine which MAY NOT lazy-evaluate
4882  *      or lose information.  That is, this routine must actually
4883  *      insert this page into the given map NOW.
4884  *
4885  *      When destroying both a page table and PV entry, this function
4886  *      performs the TLB invalidation before releasing the PV list
4887  *      lock, so we do not need pmap_delayed_invl_page() calls here.
4888  */
4889 int
4890 pmap_enter(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
4891     u_int flags, int8_t psind)
4892 {
4893         struct rwlock *lock;
4894         pd_entry_t *pde;
4895         pt_entry_t *pte, PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
4896         pt_entry_t newpte, origpte;
4897         pv_entry_t pv;
4898         vm_paddr_t opa, pa;
4899         vm_page_t mpte, om;
4900         int rv;
4901         boolean_t nosleep;
4902
4903         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
4904         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
4905         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4906         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4907         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4908
4909         va = trunc_page(va);
4910         KASSERT(va <= VM_MAX_KERNEL_ADDRESS, ("pmap_enter: toobig"));
4911         KASSERT(va < UPT_MIN_ADDRESS || va >= UPT_MAX_ADDRESS,
4912             ("pmap_enter: invalid to pmap_enter page table pages (va: 0x%lx)",
4913             va));
4914         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0 || va < kmi.clean_sva ||
4915             va >= kmi.clean_eva,
4916             ("pmap_enter: managed mapping within the clean submap"));
4917         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 && !vm_page_xbusied(m))
4918                 VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m->object);
4919         KASSERT((flags & PMAP_ENTER_RESERVED) == 0,
4920             ("pmap_enter: flags %u has reserved bits set", flags));
4921         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
4922         newpte = (pt_entry_t)(pa | PG_A | PG_V);
4923         if ((flags & VM_PROT_WRITE) != 0)
4924                 newpte |= PG_M;
4925         if ((prot & VM_PROT_WRITE) != 0)
4926                 newpte |= PG_RW;
4927         KASSERT((newpte & (PG_M | PG_RW)) != PG_M,
4928             ("pmap_enter: flags includes VM_PROT_WRITE but prot doesn't"));
4929         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
4930                 newpte |= pg_nx;
4931         if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) != 0)
4932                 newpte |= PG_W;
4933         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
4934                 newpte |= PG_U;
4935         if (pmap == kernel_pmap)
4936                 newpte |= PG_G;
4937         newpte |= pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, psind > 0);
4938
4939         /*
4940          * Set modified bit gratuitously for writeable mappings if
4941          * the page is unmanaged. We do not want to take a fault
4942          * to do the dirty bit accounting for these mappings.
4943          */
4944         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0) {
4945                 if ((newpte & PG_RW) != 0)
4946                         newpte |= PG_M;
4947         } else
4948                 newpte |= PG_MANAGED;
4949
4950         lock = NULL;
4951         PMAP_LOCK(pmap);
4952         if (psind == 1) {
4953                 /* Assert the required virtual and physical alignment. */ 
4954                 KASSERT((va & PDRMASK) == 0, ("pmap_enter: va unaligned"));
4955                 KASSERT(m->psind > 0, ("pmap_enter: m->psind < psind"));
4956                 rv = pmap_enter_pde(pmap, va, newpte | PG_PS, flags, m, &lock);
4957                 goto out;
4958         }
4959         mpte = NULL;
4960
4961         /*
4962          * In the case that a page table page is not
4963          * resident, we are creating it here.
4964          */
4965 retry:
4966         pde = pmap_pde(pmap, va);
4967         if (pde != NULL && (*pde & PG_V) != 0 && ((*pde & PG_PS) == 0 ||
4968             pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock))) {
4969                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
4970                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS && mpte == NULL) {
4971                         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
4972                         mpte->wire_count++;
4973                 }
4974         } else if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
4975                 /*
4976                  * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been
4977                  * deallocated.
4978                  */
4979                 nosleep = (flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0;
4980                 mpte = _pmap_allocpte(pmap, pmap_pde_pindex(va),
4981                     nosleep ? NULL : &lock);
4982                 if (mpte == NULL && nosleep) {
4983                         rv = KERN_RESOURCE_SHORTAGE;
4984                         goto out;
4985                 }
4986                 goto retry;
4987         } else
4988                 panic("pmap_enter: invalid page directory va=%#lx", va);
4989
4990         origpte = *pte;
4991         pv = NULL;
4992
4993         /*
4994          * Is the specified virtual address already mapped?
4995          */
4996         if ((origpte & PG_V) != 0) {
4997                 /*
4998                  * Wiring change, just update stats. We don't worry about
4999                  * wiring PT pages as they remain resident as long as there
5000                  * are valid mappings in them. Hence, if a user page is wired,
5001                  * the PT page will be also.
5002                  */
5003                 if ((newpte & PG_W) != 0 && (origpte & PG_W) == 0)
5004                         pmap->pm_stats.wired_count++;
5005                 else if ((newpte & PG_W) == 0 && (origpte & PG_W) != 0)
5006                         pmap->pm_stats.wired_count--;
5007
5008                 /*
5009                  * Remove the extra PT page reference.
5010                  */
5011                 if (mpte != NULL) {
5012                         mpte->wire_count--;
5013                         KASSERT(mpte->wire_count > 0,
5014                             ("pmap_enter: missing reference to page table page,"
5015                              " va: 0x%lx", va));
5016                 }
5017
5018                 /*
5019                  * Has the physical page changed?
5020                  */
5021                 opa = origpte & PG_FRAME;
5022                 if (opa == pa) {
5023                         /*
5024                          * No, might be a protection or wiring change.
5025                          */
5026                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0 &&
5027                             (newpte & PG_RW) != 0)
5028                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
5029                         if (((origpte ^ newpte) & ~(PG_M | PG_A)) == 0)
5030                                 goto unchanged;
5031                         goto validate;
5032                 }
5033
5034                 /*
5035                  * The physical page has changed.  Temporarily invalidate
5036                  * the mapping.  This ensures that all threads sharing the
5037                  * pmap keep a consistent view of the mapping, which is
5038                  * necessary for the correct handling of COW faults.  It
5039                  * also permits reuse of the old mapping's PV entry,
5040                  * avoiding an allocation.
5041                  *
5042                  * For consistency, handle unmanaged mappings the same way.
5043                  */
5044                 origpte = pte_load_clear(pte);
5045                 KASSERT((origpte & PG_FRAME) == opa,
5046                     ("pmap_enter: unexpected pa update for %#lx", va));
5047                 if ((origpte & PG_MANAGED) != 0) {
5048                         om = PHYS_TO_VM_PAGE(opa);
5049
5050                         /*
5051                          * The pmap lock is sufficient to synchronize with
5052                          * concurrent calls to pmap_page_test_mappings() and
5053                          * pmap_ts_referenced().
5054                          */
5055                         if ((origpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
5056                                 vm_page_dirty(om);
5057                         if ((origpte & PG_A) != 0)
5058                                 vm_page_aflag_set(om, PGA_REFERENCED);
5059                         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, opa);
5060                         pv = pmap_pvh_remove(&om->md, pmap, va);
5061                         if ((newpte & PG_MANAGED) == 0)
5062                                 free_pv_entry(pmap, pv);
5063                         if ((om->aflags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
5064                             TAILQ_EMPTY(&om->md.pv_list) &&
5065                             ((om->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
5066                             TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(opa)->pv_list)))
5067                                 vm_page_aflag_clear(om, PGA_WRITEABLE);
5068                 }
5069                 if ((origpte & PG_A) != 0)
5070                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
5071                 origpte = 0;
5072         } else {
5073                 /*
5074                  * Increment the counters.
5075                  */
5076                 if ((newpte & PG_W) != 0)
5077                         pmap->pm_stats.wired_count++;
5078                 pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
5079         }
5080
5081         /*
5082          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
5083          */
5084         if ((newpte & PG_MANAGED) != 0) {
5085                 if (pv == NULL) {
5086                         pv = get_pv_entry(pmap, &lock);
5087                         pv->pv_va = va;
5088                 }
5089                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, pa);
5090                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5091                 m->md.pv_gen++;
5092                 if ((newpte & PG_RW) != 0)
5093                         vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
5094         }
5095
5096         /*
5097          * Update the PTE.
5098          */
5099         if ((origpte & PG_V) != 0) {
5100 validate:
5101                 origpte = pte_load_store(pte, newpte);
5102                 KASSERT((origpte & PG_FRAME) == pa,
5103                     ("pmap_enter: unexpected pa update for %#lx", va));
5104                 if ((newpte & PG_M) == 0 && (origpte & (PG_M | PG_RW)) ==
5105                     (PG_M | PG_RW)) {
5106                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0)
5107                                 vm_page_dirty(m);
5108
5109                         /*
5110                          * Although the PTE may still have PG_RW set, TLB
5111                          * invalidation may nonetheless be required because
5112                          * the PTE no longer has PG_M set.
5113                          */
5114                 } else if ((origpte & PG_NX) != 0 || (newpte & PG_NX) == 0) {
5115                         /*
5116                          * This PTE change does not require TLB invalidation.
5117                          */
5118                         goto unchanged;
5119                 }
5120                 if ((origpte & PG_A) != 0)
5121                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
5122         } else
5123                 pte_store(pte, newpte);
5124
5125 unchanged:
5126
5127 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
5128         /*
5129          * If both the page table page and the reservation are fully
5130          * populated, then attempt promotion.
5131          */
5132         if ((mpte == NULL || mpte->wire_count == NPTEPG) &&
5133             pmap_ps_enabled(pmap) &&
5134             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
5135             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0)
5136                 pmap_promote_pde(pmap, pde, va, &lock);
5137 #endif
5138
5139         rv = KERN_SUCCESS;
5140 out:
5141         if (lock != NULL)
5142                 rw_wunlock(lock);
5143         PMAP_UNLOCK(pmap);
5144         return (rv);
5145 }
5146
5147 /*
5148  * Tries to create a read- and/or execute-only 2MB page mapping.  Returns true
5149  * if successful.  Returns false if (1) a page table page cannot be allocated
5150  * without sleeping, (2) a mapping already exists at the specified virtual
5151  * address, or (3) a PV entry cannot be allocated without reclaiming another
5152  * PV entry.
5153  */
5154 static bool
5155 pmap_enter_2mpage(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
5156     struct rwlock **lockp)
5157 {
5158         pd_entry_t newpde;
5159         pt_entry_t PG_V;
5160
5161         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5162         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5163         newpde = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, 1) |
5164             PG_PS | PG_V;
5165         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
5166                 newpde |= PG_MANAGED;
5167         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
5168                 newpde |= pg_nx;
5169         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
5170                 newpde |= PG_U;
5171         return (pmap_enter_pde(pmap, va, newpde, PMAP_ENTER_NOSLEEP |
5172             PMAP_ENTER_NOREPLACE | PMAP_ENTER_NORECLAIM, NULL, lockp) ==
5173             KERN_SUCCESS);
5174 }
5175
5176 /*
5177  * Tries to create the specified 2MB page mapping.  Returns KERN_SUCCESS if
5178  * the mapping was created, and either KERN_FAILURE or KERN_RESOURCE_SHORTAGE
5179  * otherwise.  Returns KERN_FAILURE if PMAP_ENTER_NOREPLACE was specified and
5180  * a mapping already exists at the specified virtual address.  Returns
5181  * KERN_RESOURCE_SHORTAGE if PMAP_ENTER_NOSLEEP was specified and a page table
5182  * page allocation failed.  Returns KERN_RESOURCE_SHORTAGE if
5183  * PMAP_ENTER_NORECLAIM was specified and a PV entry allocation failed.
5184  *
5185  * The parameter "m" is only used when creating a managed, writeable mapping.
5186  */
5187 static int
5188 pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t newpde, u_int flags,
5189     vm_page_t m, struct rwlock **lockp)
5190 {
5191         struct spglist free;
5192         pd_entry_t oldpde, *pde;
5193         pt_entry_t PG_G, PG_RW, PG_V;
5194         vm_page_t mt, pdpg;
5195
5196         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5197         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5198         KASSERT((newpde & (pmap_modified_bit(pmap) | PG_RW)) != PG_RW,
5199             ("pmap_enter_pde: newpde is missing PG_M"));
5200         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5201         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5202
5203         if ((pdpg = pmap_allocpde(pmap, va, (flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0 ?
5204             NULL : lockp)) == NULL) {
5205                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
5206                     " in pmap %p", va, pmap);
5207                 return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
5208         }
5209         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pdpg));
5210         pde = &pde[pmap_pde_index(va)];
5211         oldpde = *pde;
5212         if ((oldpde & PG_V) != 0) {
5213                 KASSERT(pdpg->wire_count > 1,
5214                     ("pmap_enter_pde: pdpg's wire count is too low"));
5215                 if ((flags & PMAP_ENTER_NOREPLACE) != 0) {
5216                         pdpg->wire_count--;
5217                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
5218                             " in pmap %p", va, pmap);
5219                         return (KERN_FAILURE);
5220                 }
5221                 /* Break the existing mapping(s). */
5222                 SLIST_INIT(&free);
5223                 if ((oldpde & PG_PS) != 0) {
5224                         /*
5225                          * The reference to the PD page that was acquired by
5226                          * pmap_allocpde() ensures that it won't be freed.
5227                          * However, if the PDE resulted from a promotion, then
5228                          * a reserved PT page could be freed.
5229                          */
5230                         (void)pmap_remove_pde(pmap, pde, va, &free, lockp);
5231                         if ((oldpde & PG_G) == 0)
5232                                 pmap_invalidate_pde_page(pmap, va, oldpde);
5233                 } else {
5234                         pmap_delayed_invl_started();
5235                         if (pmap_remove_ptes(pmap, va, va + NBPDR, pde, &free,
5236                             lockp))
5237                                pmap_invalidate_all(pmap);
5238                         pmap_delayed_invl_finished();
5239                 }
5240                 vm_page_free_pages_toq(&free, true);
5241                 if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS) {
5242                         mt = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
5243                         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mt)) {
5244                                 /*
5245                                  * XXX Currently, this can't happen because
5246                                  * we do not perform pmap_enter(psind == 1)
5247                                  * on the kernel pmap.
5248                                  */
5249                                 panic("pmap_enter_pde: trie insert failed");
5250                         }
5251                 } else
5252                         KASSERT(*pde == 0, ("pmap_enter_pde: non-zero pde %p",
5253                             pde));
5254         }
5255         if ((newpde & PG_MANAGED) != 0) {
5256                 /*
5257                  * Abort this mapping if its PV entry could not be created.
5258                  */
5259                 if (!pmap_pv_insert_pde(pmap, va, newpde, flags, lockp)) {
5260                         SLIST_INIT(&free);
5261                         if (pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdpg, &free)) {
5262                                 /*
5263                                  * Although "va" is not mapped, paging-
5264                                  * structure caches could nonetheless have
5265                                  * entries that refer to the freed page table
5266                                  * pages.  Invalidate those entries.
5267                                  */
5268                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
5269                                 vm_page_free_pages_toq(&free, true);
5270                         }
5271                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
5272                             " in pmap %p", va, pmap);
5273                         return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
5274                 }
5275                 if ((newpde & PG_RW) != 0) {
5276                         for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
5277                                 vm_page_aflag_set(mt, PGA_WRITEABLE);
5278                 }
5279         }
5280
5281         /*
5282          * Increment counters.
5283          */
5284         if ((newpde & PG_W) != 0)
5285                 pmap->pm_stats.wired_count += NBPDR / PAGE_SIZE;
5286         pmap_resident_count_inc(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
5287
5288         /*
5289          * Map the superpage.  (This is not a promoted mapping; there will not
5290          * be any lingering 4KB page mappings in the TLB.)
5291          */
5292         pde_store(pde, newpde);
5293
5294         atomic_add_long(&pmap_pde_mappings, 1);
5295         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: success for va %#lx"
5296             " in pmap %p", va, pmap);
5297         return (KERN_SUCCESS);
5298 }
5299
5300 /*
5301  * Maps a sequence of resident pages belonging to the same object.
5302  * The sequence begins with the given page m_start.  This page is
5303  * mapped at the given virtual address start.  Each subsequent page is
5304  * mapped at a virtual address that is offset from start by the same
5305  * amount as the page is offset from m_start within the object.  The
5306  * last page in the sequence is the page with the largest offset from
5307  * m_start that can be mapped at a virtual address less than the given
5308  * virtual address end.  Not every virtual page between start and end
5309  * is mapped; only those for which a resident page exists with the
5310  * corresponding offset from m_start are mapped.
5311  */
5312 void
5313 pmap_enter_object(pmap_t pmap, vm_offset_t start, vm_offset_t end,
5314     vm_page_t m_start, vm_prot_t prot)
5315 {
5316         struct rwlock *lock;
5317         vm_offset_t va;
5318         vm_page_t m, mpte;
5319         vm_pindex_t diff, psize;
5320
5321         VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m_start->object);
5322
5323         psize = atop(end - start);
5324         mpte = NULL;
5325         m = m_start;
5326         lock = NULL;
5327         PMAP_LOCK(pmap);
5328         while (m != NULL && (diff = m->pindex - m_start->pindex) < psize) {
5329                 va = start + ptoa(diff);
5330                 if ((va & PDRMASK) == 0 && va + NBPDR <= end &&
5331                     m->psind == 1 && pmap_ps_enabled(pmap) &&
5332                     pmap_enter_2mpage(pmap, va, m, prot, &lock))
5333                         m = &m[NBPDR / PAGE_SIZE - 1];
5334                 else
5335                         mpte = pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot,
5336                             mpte, &lock);
5337                 m = TAILQ_NEXT(m, listq);
5338         }
5339         if (lock != NULL)
5340                 rw_wunlock(lock);
5341         PMAP_UNLOCK(pmap);
5342 }
5343
5344 /*
5345  * this code makes some *MAJOR* assumptions:
5346  * 1. Current pmap & pmap exists.
5347  * 2. Not wired.
5348  * 3. Read access.
5349  * 4. No page table pages.
5350  * but is *MUCH* faster than pmap_enter...
5351  */
5352
5353 void
5354 pmap_enter_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot)
5355 {
5356         struct rwlock *lock;
5357
5358         lock = NULL;
5359         PMAP_LOCK(pmap);
5360         (void)pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot, NULL, &lock);
5361         if (lock != NULL)
5362                 rw_wunlock(lock);
5363         PMAP_UNLOCK(pmap);
5364 }
5365
5366 static vm_page_t
5367 pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
5368     vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp)
5369 {
5370         struct spglist free;
5371         pt_entry_t *pte, PG_V;
5372         vm_paddr_t pa;
5373
5374         KASSERT(va < kmi.clean_sva || va >= kmi.clean_eva ||
5375             (m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0,
5376             ("pmap_enter_quick_locked: managed mapping within the clean submap"));
5377         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5378         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5379
5380         /*
5381          * In the case that a page table page is not
5382          * resident, we are creating it here.
5383          */
5384         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
5385                 vm_pindex_t ptepindex;
5386                 pd_entry_t *ptepa;
5387
5388                 /*
5389                  * Calculate pagetable page index
5390                  */
5391                 ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
5392                 if (mpte && (mpte->pindex == ptepindex)) {
5393                         mpte->wire_count++;
5394                 } else {
5395                         /*
5396                          * Get the page directory entry
5397                          */
5398                         ptepa = pmap_pde(pmap, va);
5399
5400                         /*
5401                          * If the page table page is mapped, we just increment
5402                          * the hold count, and activate it.  Otherwise, we
5403                          * attempt to allocate a page table page.  If this
5404                          * attempt fails, we don't retry.  Instead, we give up.
5405                          */
5406                         if (ptepa && (*ptepa & PG_V) != 0) {
5407                                 if (*ptepa & PG_PS)
5408                                         return (NULL);
5409                                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*ptepa & PG_FRAME);
5410                                 mpte->wire_count++;
5411                         } else {
5412                                 /*
5413                                  * Pass NULL instead of the PV list lock
5414                                  * pointer, because we don't intend to sleep.
5415                                  */
5416                                 mpte = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex, NULL);
5417                                 if (mpte == NULL)
5418                                         return (mpte);
5419                         }
5420                 }
5421                 pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mpte));
5422                 pte = &pte[pmap_pte_index(va)];
5423         } else {
5424                 mpte = NULL;
5425                 pte = vtopte(va);
5426         }
5427         if (*pte) {
5428                 if (mpte != NULL) {
5429                         mpte->wire_count--;
5430                         mpte = NULL;
5431                 }
5432                 return (mpte);
5433         }
5434
5435         /*
5436          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
5437          */
5438         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 &&
5439             !pmap_try_insert_pv_entry(pmap, va, m, lockp)) {
5440                 if (mpte != NULL) {
5441                         SLIST_INIT(&free);
5442                         if (pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpte, &free)) {
5443                                 /*
5444                                  * Although "va" is not mapped, paging-
5445                                  * structure caches could nonetheless have
5446                                  * entries that refer to the freed page table
5447                                  * pages.  Invalidate those entries.
5448                                  */
5449                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
5450                                 vm_page_free_pages_toq(&free, true);
5451                         }
5452                         mpte = NULL;
5453                 }
5454                 return (mpte);
5455         }
5456
5457         /*
5458          * Increment counters
5459          */
5460         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
5461
5462         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, 0);
5463         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
5464                 pa |= pg_nx;
5465
5466         /*
5467          * Now validate mapping with RO protection
5468          */
5469         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
5470                 pte_store(pte, pa | PG_V | PG_U);
5471         else
5472                 pte_store(pte, pa | PG_V | PG_U | PG_MANAGED);
5473         return (mpte);
5474 }
5475
5476 /*
5477  * Make a temporary mapping for a physical address.  This is only intended
5478  * to be used for panic dumps.
5479  */
5480 void *
5481 pmap_kenter_temporary(vm_paddr_t pa, int i)
5482 {
5483         vm_offset_t va;
5484
5485         va = (vm_offset_t)crashdumpmap + (i * PAGE_SIZE);
5486         pmap_kenter(va, pa);
5487         invlpg(va);
5488         return ((void *)crashdumpmap);
5489 }
5490
5491 /*
5492  * This code maps large physical mmap regions into the
5493  * processor address space.  Note that some shortcuts
5494  * are taken, but the code works.
5495  */
5496 void
5497 pmap_object_init_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_object_t object,
5498     vm_pindex_t pindex, vm_size_t size)
5499 {
5500         pd_entry_t *pde;
5501         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
5502         vm_paddr_t pa, ptepa;
5503         vm_page_t p, pdpg;
5504         int pat_mode;
5505
5506         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5507         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5508         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5509         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5510
5511         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
5512         KASSERT(object->type == OBJT_DEVICE || object->type == OBJT_SG,
5513             ("pmap_object_init_pt: non-device object"));
5514         if ((addr & (NBPDR - 1)) == 0 && (size & (NBPDR - 1)) == 0) {
5515                 if (!pmap_ps_enabled(pmap))
5516                         return;
5517                 if (!vm_object_populate(object, pindex, pindex + atop(size)))
5518                         return;
5519                 p = vm_page_lookup(object, pindex);
5520                 KASSERT(p->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
5521                     ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
5522                 pat_mode = p->md.pat_mode;
5523
5524                 /*
5525                  * Abort the mapping if the first page is not physically
5526                  * aligned to a 2MB page boundary.
5527                  */
5528                 ptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(p);
5529                 if (ptepa & (NBPDR - 1))
5530                         return;
5531
5532                 /*
5533                  * Skip the first page.  Abort the mapping if the rest of
5534                  * the pages are not physically contiguous or have differing
5535                  * memory attributes.
5536                  */
5537                 p = TAILQ_NEXT(p, listq);
5538                 for (pa = ptepa + PAGE_SIZE; pa < ptepa + size;
5539                     pa += PAGE_SIZE) {
5540                         KASSERT(p->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
5541                             ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
5542                         if (pa != VM_PAGE_TO_PHYS(p) ||
5543                             pat_mode != p->md.pat_mode)
5544                                 return;
5545                         p = TAILQ_NEXT(p, listq);
5546                 }
5547
5548                 /*
5549                  * Map using 2MB pages.  Since "ptepa" is 2M aligned and
5550                  * "size" is a multiple of 2M, adding the PAT setting to "pa"
5551                  * will not affect the termination of this loop.
5552                  */ 
5553                 PMAP_LOCK(pmap);
5554                 for (pa = ptepa | pmap_cache_bits(pmap, pat_mode, 1);
5555                     pa < ptepa + size; pa += NBPDR) {
5556                         pdpg = pmap_allocpde(pmap, addr, NULL);
5557                         if (pdpg == NULL) {
5558                                 /*
5559                                  * The creation of mappings below is only an
5560                                  * optimization.  If a page directory page
5561                                  * cannot be allocated without blocking,
5562                                  * continue on to the next mapping rather than
5563                                  * blocking.
5564                                  */
5565                                 addr += NBPDR;
5566                                 continue;
5567                         }
5568                         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pdpg));
5569                         pde = &pde[pmap_pde_index(addr)];
5570                         if ((*pde & PG_V) == 0) {
5571                                 pde_store(pde, pa | PG_PS | PG_M | PG_A |
5572                                     PG_U | PG_RW | PG_V);
5573                                 pmap_resident_count_inc(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
5574                                 atomic_add_long(&pmap_pde_mappings, 1);
5575                         } else {
5576                                 /* Continue on if the PDE is already valid. */
5577                                 pdpg->wire_count--;
5578                                 KASSERT(pdpg->wire_count > 0,
5579                                     ("pmap_object_init_pt: missing reference "
5580                                     "to page directory page, va: 0x%lx", addr));
5581                         }
5582                         addr += NBPDR;
5583                 }
5584                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5585         }
5586 }
5587
5588 /*
5589  *      Clear the wired attribute from the mappings for the specified range of
5590  *      addresses in the given pmap.  Every valid mapping within that range
5591  *      must have the wired attribute set.  In contrast, invalid mappings
5592  *      cannot have the wired attribute set, so they are ignored.
5593  *
5594  *      The wired attribute of the page table entry is not a hardware
5595  *      feature, so there is no need to invalidate any TLB entries.
5596  *      Since pmap_demote_pde() for the wired entry must never fail,
5597  *      pmap_delayed_invl_started()/finished() calls around the
5598  *      function are not needed.
5599  */
5600 void
5601 pmap_unwire(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
5602 {
5603         vm_offset_t va_next;
5604         pml4_entry_t *pml4e;
5605         pdp_entry_t *pdpe;
5606         pd_entry_t *pde;
5607         pt_entry_t *pte, PG_V;
5608
5609         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5610         PMAP_LOCK(pmap);
5611         for (; sva < eva; sva = va_next) {
5612                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
5613                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
5614                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
5615                         if (va_next < sva)
5616                                 va_next = eva;
5617                         continue;
5618                 }
5619                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
5620                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
5621                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
5622                         if (va_next < sva)
5623                                 va_next = eva;
5624                         continue;
5625                 }
5626                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
5627                 if (va_next < sva)
5628                         va_next = eva;
5629                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
5630                 if ((*pde & PG_V) == 0)
5631                         continue;
5632                 if ((*pde & PG_PS) != 0) {
5633                         if ((*pde & PG_W) == 0)
5634                                 panic("pmap_unwire: pde %#jx is missing PG_W",
5635                                     (uintmax_t)*pde);
5636
5637                         /*
5638                          * Are we unwiring the entire large page?  If not,
5639                          * demote the mapping and fall through.
5640                          */
5641                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
5642                                 atomic_clear_long(pde, PG_W);
5643                                 pmap->pm_stats.wired_count -= NBPDR /
5644                                     PAGE_SIZE;
5645                                 continue;
5646                         } else if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, sva))
5647                                 panic("pmap_unwire: demotion failed");
5648                 }
5649                 if (va_next > eva)
5650                         va_next = eva;
5651                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
5652                     sva += PAGE_SIZE) {
5653                         if ((*pte & PG_V) == 0)
5654                                 continue;
5655                         if ((*pte & PG_W) == 0)
5656                                 panic("pmap_unwire: pte %#jx is missing PG_W",
5657                                     (uintmax_t)*pte);
5658
5659                         /*
5660                          * PG_W must be cleared atomically.  Although the pmap
5661                          * lock synchronizes access to PG_W, another processor
5662                          * could be setting PG_M and/or PG_A concurrently.
5663                          */
5664                         atomic_clear_long(pte, PG_W);
5665                         pmap->pm_stats.wired_count--;
5666                 }
5667         }
5668         PMAP_UNLOCK(pmap);
5669 }
5670
5671 /*
5672  *      Copy the range specified by src_addr/len
5673  *      from the source map to the range dst_addr/len
5674  *      in the destination map.
5675  *
5676  *      This routine is only advisory and need not do anything.
5677  */
5678
5679 void
5680 pmap_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap, vm_offset_t dst_addr, vm_size_t len,
5681     vm_offset_t src_addr)
5682 {
5683         struct rwlock *lock;
5684         struct spglist free;
5685         vm_offset_t addr;
5686         vm_offset_t end_addr = src_addr + len;
5687         vm_offset_t va_next;
5688         vm_page_t dst_pdpg, dstmpte, srcmpte;
5689         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_V;
5690
5691         if (dst_addr != src_addr)
5692                 return;
5693
5694         if (dst_pmap->pm_type != src_pmap->pm_type)
5695                 return;
5696
5697         /*
5698          * EPT page table entries that require emulation of A/D bits are
5699          * sensitive to clearing the PG_A bit (aka EPT_PG_READ). Although
5700          * we clear PG_M (aka EPT_PG_WRITE) concomitantly, the PG_U bit
5701          * (aka EPT_PG_EXECUTE) could still be set. Since some EPT
5702          * implementations flag an EPT misconfiguration for exec-only
5703          * mappings we skip this function entirely for emulated pmaps.
5704          */
5705         if (pmap_emulate_ad_bits(dst_pmap))
5706                 return;
5707
5708         lock = NULL;
5709         if (dst_pmap < src_pmap) {
5710                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
5711                 PMAP_LOCK(src_pmap);
5712         } else {
5713                 PMAP_LOCK(src_pmap);
5714                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
5715         }
5716
5717         PG_A = pmap_accessed_bit(dst_pmap);
5718         PG_M = pmap_modified_bit(dst_pmap);
5719         PG_V = pmap_valid_bit(dst_pmap);
5720
5721         for (addr = src_addr; addr < end_addr; addr = va_next) {
5722                 pt_entry_t *src_pte, *dst_pte;
5723                 pml4_entry_t *pml4e;
5724                 pdp_entry_t *pdpe;
5725                 pd_entry_t srcptepaddr, *pde;
5726
5727                 KASSERT(addr < UPT_MIN_ADDRESS,
5728                     ("pmap_copy: invalid to pmap_copy page tables"));
5729
5730                 pml4e = pmap_pml4e(src_pmap, addr);
5731                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
5732                         va_next = (addr + NBPML4) & ~PML4MASK;
5733                         if (va_next < addr)
5734                                 va_next = end_addr;
5735                         continue;
5736                 }
5737
5738                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, addr);
5739                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
5740                         va_next = (addr + NBPDP) & ~PDPMASK;
5741                         if (va_next < addr)
5742                                 va_next = end_addr;
5743                         continue;
5744                 }
5745
5746                 va_next = (addr + NBPDR) & ~PDRMASK;
5747                 if (va_next < addr)
5748                         va_next = end_addr;
5749
5750                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, addr);
5751                 srcptepaddr = *pde;
5752                 if (srcptepaddr == 0)
5753                         continue;
5754                         
5755                 if (srcptepaddr & PG_PS) {
5756                         if ((addr & PDRMASK) != 0 || addr + NBPDR > end_addr)
5757                                 continue;
5758                         dst_pdpg = pmap_allocpde(dst_pmap, addr, NULL);
5759                         if (dst_pdpg == NULL)
5760                                 break;
5761                         pde = (pd_entry_t *)
5762                             PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(dst_pdpg));
5763                         pde = &pde[pmap_pde_index(addr)];
5764                         if (*pde == 0 && ((srcptepaddr & PG_MANAGED) == 0 ||
5765                             pmap_pv_insert_pde(dst_pmap, addr, srcptepaddr,
5766                             PMAP_ENTER_NORECLAIM, &lock))) {
5767                                 *pde = srcptepaddr & ~PG_W;
5768                                 pmap_resident_count_inc(dst_pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
5769                                 atomic_add_long(&pmap_pde_mappings, 1);
5770                         } else
5771                                 dst_pdpg->wire_count--;
5772                         continue;
5773                 }
5774
5775                 srcptepaddr &= PG_FRAME;
5776                 srcmpte = PHYS_TO_VM_PAGE(srcptepaddr);
5777                 KASSERT(srcmpte->wire_count > 0,
5778                     ("pmap_copy: source page table page is unused"));
5779
5780                 if (va_next > end_addr)
5781                         va_next = end_addr;
5782
5783                 src_pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(srcptepaddr);
5784                 src_pte = &src_pte[pmap_pte_index(addr)];
5785                 dstmpte = NULL;
5786                 while (addr < va_next) {
5787                         pt_entry_t ptetemp;
5788                         ptetemp = *src_pte;
5789                         /*
5790                          * we only virtual copy managed pages
5791                          */
5792                         if ((ptetemp & PG_MANAGED) != 0) {
5793                                 if (dstmpte != NULL &&
5794                                     dstmpte->pindex == pmap_pde_pindex(addr))
5795                                         dstmpte->wire_count++;
5796                                 else if ((dstmpte = pmap_allocpte(dst_pmap,
5797                                     addr, NULL)) == NULL)
5798                                         goto out;
5799                                 dst_pte = (pt_entry_t *)
5800                                     PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(dstmpte));
5801                                 dst_pte = &dst_pte[pmap_pte_index(addr)];
5802                                 if (*dst_pte == 0 &&
5803                                     pmap_try_insert_pv_entry(dst_pmap, addr,
5804                                     PHYS_TO_VM_PAGE(ptetemp & PG_FRAME),
5805                                     &lock)) {
5806                                         /*
5807                                          * Clear the wired, modified, and
5808                                          * accessed (referenced) bits
5809                                          * during the copy.
5810                                          */
5811                                         *dst_pte = ptetemp & ~(PG_W | PG_M |
5812                                             PG_A);
5813                                         pmap_resident_count_inc(dst_pmap, 1);
5814                                 } else {
5815                                         SLIST_INIT(&free);
5816                                         if (pmap_unwire_ptp(dst_pmap, addr,
5817                                             dstmpte, &free)) {
5818                                                 /*
5819                                                  * Although "addr" is not
5820                                                  * mapped, paging-structure
5821                                                  * caches could nonetheless
5822                                                  * have entries that refer to
5823                                                  * the freed page table pages.
5824                                                  * Invalidate those entries.
5825                                                  */
5826                                                 pmap_invalidate_page(dst_pmap,
5827                                                     addr);
5828                                                 vm_page_free_pages_toq(&free,
5829                                                     true);
5830                                         }
5831                                         goto out;
5832                                 }
5833                                 if (dstmpte->wire_count >= srcmpte->wire_count)
5834                                         break;
5835                         }
5836                         addr += PAGE_SIZE;
5837                         src_pte++;
5838                 }
5839         }
5840 out:
5841         if (lock != NULL)
5842                 rw_wunlock(lock);
5843         PMAP_UNLOCK(src_pmap);
5844         PMAP_UNLOCK(dst_pmap);
5845 }
5846
5847 /*
5848  * Zero the specified hardware page.
5849  */
5850 void
5851 pmap_zero_page(vm_page_t m)
5852 {
5853         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5854
5855         pagezero((void *)va);
5856 }
5857
5858 /*
5859  * Zero an an area within a single hardware page.  off and size must not
5860  * cover an area beyond a single hardware page.
5861  */
5862 void
5863 pmap_zero_page_area(vm_page_t m, int off, int size)
5864 {
5865         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5866
5867         if (off == 0 && size == PAGE_SIZE)
5868                 pagezero((void *)va);
5869         else
5870                 bzero((char *)va + off, size);
5871 }
5872
5873 /*
5874  * Copy 1 specified hardware page to another.
5875  */
5876 void
5877 pmap_copy_page(vm_page_t msrc, vm_page_t mdst)
5878 {
5879         vm_offset_t src = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(msrc));
5880         vm_offset_t dst = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mdst));
5881
5882         pagecopy((void *)src, (void *)dst);
5883 }
5884
5885 int unmapped_buf_allowed = 1;
5886
5887 void
5888 pmap_copy_pages(vm_page_t ma[], vm_offset_t a_offset, vm_page_t mb[],
5889     vm_offset_t b_offset, int xfersize)
5890 {
5891         void *a_cp, *b_cp;
5892         vm_page_t pages[2];
5893         vm_offset_t vaddr[2], a_pg_offset, b_pg_offset;
5894         int cnt;
5895         boolean_t mapped;
5896
5897         while (xfersize > 0) {
5898                 a_pg_offset = a_offset & PAGE_MASK;
5899                 pages[0] = ma[a_offset >> PAGE_SHIFT];
5900                 b_pg_offset = b_offset & PAGE_MASK;
5901                 pages[1] = mb[b_offset >> PAGE_SHIFT];
5902                 cnt = min(xfersize, PAGE_SIZE - a_pg_offset);
5903                 cnt = min(cnt, PAGE_SIZE - b_pg_offset);
5904                 mapped = pmap_map_io_transient(pages, vaddr, 2, FALSE);
5905                 a_cp = (char *)vaddr[0] + a_pg_offset;
5906                 b_cp = (char *)vaddr[1] + b_pg_offset;
5907                 bcopy(a_cp, b_cp, cnt);
5908                 if (__predict_false(mapped))
5909                         pmap_unmap_io_transient(pages, vaddr, 2, FALSE);
5910                 a_offset += cnt;
5911                 b_offset += cnt;
5912                 xfersize -= cnt;
5913         }
5914 }
5915
5916 /*
5917  * Returns true if the pmap's pv is one of the first
5918  * 16 pvs linked to from this page.  This count may
5919  * be changed upwards or downwards in the future; it
5920  * is only necessary that true be returned for a small
5921  * subset of pmaps for proper page aging.
5922  */
5923 boolean_t
5924 pmap_page_exists_quick(pmap_t pmap, vm_page_t m)
5925 {
5926         struct md_page *pvh;
5927         struct rwlock *lock;
5928         pv_entry_t pv;
5929         int loops = 0;
5930         boolean_t rv;
5931
5932         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5933             ("pmap_page_exists_quick: page %p is not managed", m));
5934         rv = FALSE;
5935         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5936         rw_rlock(lock);
5937         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5938                 if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
5939                         rv = TRUE;
5940                         break;
5941                 }
5942                 loops++;
5943                 if (loops >= 16)
5944                         break;
5945         }
5946         if (!rv && loops < 16 && (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5947                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5948                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
5949                         if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
5950                                 rv = TRUE;
5951                                 break;
5952                         }
5953                         loops++;
5954                         if (loops >= 16)
5955                                 break;
5956                 }
5957         }
5958         rw_runlock(lock);
5959         return (rv);
5960 }
5961
5962 /*
5963  *      pmap_page_wired_mappings:
5964  *
5965  *      Return the number of managed mappings to the given physical page
5966  *      that are wired.
5967  */
5968 int
5969 pmap_page_wired_mappings(vm_page_t m)
5970 {
5971         struct rwlock *lock;
5972         struct md_page *pvh;
5973         pmap_t pmap;
5974         pt_entry_t *pte;
5975         pv_entry_t pv;
5976         int count, md_gen, pvh_gen;
5977
5978         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
5979                 return (0);
5980         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5981         rw_rlock(lock);
5982 restart:
5983         count = 0;
5984         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5985                 pmap = PV_PMAP(pv);
5986                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5987                         md_gen = m->md.pv_gen;
5988                         rw_runlock(lock);
5989                         PMAP_LOCK(pmap);
5990                         rw_rlock(lock);
5991                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
5992                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5993                                 goto restart;
5994                         }
5995                 }
5996                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va);
5997                 if ((*pte & PG_W) != 0)
5998                         count++;
5999                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6000         }
6001         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
6002                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
6003                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
6004                         pmap = PV_PMAP(pv);
6005                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6006                                 md_gen = m->md.pv_gen;
6007                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
6008                                 rw_runlock(lock);
6009                                 PMAP_LOCK(pmap);
6010                                 rw_rlock(lock);
6011                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
6012                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
6013                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
6014                                         goto restart;
6015                                 }
6016                         }
6017                         pte = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
6018                         if ((*pte & PG_W) != 0)
6019                                 count++;
6020                         PMAP_UNLOCK(pmap);
6021                 }
6022         }
6023         rw_runlock(lock);
6024         return (count);
6025 }
6026
6027 /*
6028  * Returns TRUE if the given page is mapped individually or as part of
6029  * a 2mpage.  Otherwise, returns FALSE.
6030  */
6031 boolean_t
6032 pmap_page_is_mapped(vm_page_t m)
6033 {
6034         struct rwlock *lock;
6035         boolean_t rv;
6036
6037         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
6038                 return (FALSE);
6039         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
6040         rw_rlock(lock);
6041         rv = !TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) ||
6042             ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
6043             !TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m))->pv_list));
6044         rw_runlock(lock);
6045         return (rv);
6046 }
6047
6048 /*
6049  * Destroy all managed, non-wired mappings in the given user-space
6050  * pmap.  This pmap cannot be active on any processor besides the
6051  * caller.
6052  *
6053  * This function cannot be applied to the kernel pmap.  Moreover, it
6054  * is not intended for general use.  It is only to be used during
6055  * process termination.  Consequently, it can be implemented in ways
6056  * that make it faster than pmap_remove().  First, it can more quickly
6057  * destroy mappings by iterating over the pmap's collection of PV
6058  * entries, rather than searching the page table.  Second, it doesn't
6059  * have to test and clear the page table entries atomically, because
6060  * no processor is currently accessing the user address space.  In
6061  * particular, a page table entry's dirty bit won't change state once
6062  * this function starts.
6063  *
6064  * Although this function destroys all of the pmap's managed,
6065  * non-wired mappings, it can delay and batch the invalidation of TLB
6066  * entries without calling pmap_delayed_invl_started() and
6067  * pmap_delayed_invl_finished().  Because the pmap is not active on
6068  * any other processor, none of these TLB entries will ever be used
6069  * before their eventual invalidation.  Consequently, there is no need
6070  * for either pmap_remove_all() or pmap_remove_write() to wait for
6071  * that eventual TLB invalidation.
6072  */
6073 void
6074 pmap_remove_pages(pmap_t pmap)
6075 {
6076         pd_entry_t ptepde;
6077         pt_entry_t *pte, tpte;
6078         pt_entry_t PG_M, PG_RW, PG_V;
6079         struct spglist free;
6080         vm_page_t m, mpte, mt;
6081         pv_entry_t pv;
6082         struct md_page *pvh;
6083         struct pv_chunk *pc, *npc;
6084         struct rwlock *lock;
6085         int64_t bit;
6086         uint64_t inuse, bitmask;
6087         int allfree, field, freed, idx;
6088         boolean_t superpage;
6089         vm_paddr_t pa;
6090
6091         /*
6092          * Assert that the given pmap is only active on the current
6093          * CPU.  Unfortunately, we cannot block another CPU from
6094          * activating the pmap while this function is executing.
6095          */
6096         KASSERT(pmap == PCPU_GET(curpmap), ("non-current pmap %p", pmap));
6097 #ifdef INVARIANTS
6098         {
6099                 cpuset_t other_cpus;
6100
6101                 other_cpus = all_cpus;
6102                 critical_enter();
6103                 CPU_CLR(PCPU_GET(cpuid), &other_cpus);
6104                 CPU_AND(&other_cpus, &pmap->pm_active);
6105                 critical_exit();
6106                 KASSERT(CPU_EMPTY(&other_cpus), ("pmap active %p", pmap));
6107         }
6108 #endif
6109
6110         lock = NULL;
6111         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6112         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6113         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6114
6115         SLIST_INIT(&free);
6116         PMAP_LOCK(pmap);
6117         TAILQ_FOREACH_SAFE(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list, npc) {
6118                 allfree = 1;
6119                 freed = 0;
6120                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
6121                         inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
6122                         while (inuse != 0) {
6123                                 bit = bsfq(inuse);
6124                                 bitmask = 1UL << bit;
6125                                 idx = field * 64 + bit;
6126                                 pv = &pc->pc_pventry[idx];
6127                                 inuse &= ~bitmask;
6128
6129                                 pte = pmap_pdpe(pmap, pv->pv_va);
6130                                 ptepde = *pte;
6131                                 pte = pmap_pdpe_to_pde(pte, pv->pv_va);
6132                                 tpte = *pte;
6133                                 if ((tpte & (PG_PS | PG_V)) == PG_V) {
6134                                         superpage = FALSE;
6135                                         ptepde = tpte;
6136                                         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(tpte &
6137                                             PG_FRAME);
6138                                         pte = &pte[pmap_pte_index(pv->pv_va)];
6139                                         tpte = *pte;
6140                                 } else {
6141                                         /*
6142                                          * Keep track whether 'tpte' is a
6143                                          * superpage explicitly instead of
6144                                          * relying on PG_PS being set.
6145                                          *
6146                                          * This is because PG_PS is numerically
6147                                          * identical to PG_PTE_PAT and thus a
6148                                          * regular page could be mistaken for
6149                                          * a superpage.
6150                                          */
6151                                         superpage = TRUE;
6152                                 }
6153
6154                                 if ((tpte & PG_V) == 0) {
6155                                         panic("bad pte va %lx pte %lx",
6156                                             pv->pv_va, tpte);
6157                                 }
6158
6159 /*
6160  * We cannot remove wired pages from a process' mapping at this time
6161  */
6162                                 if (tpte & PG_W) {
6163                                         allfree = 0;
6164                                         continue;
6165                                 }
6166
6167                                 if (superpage)
6168                                         pa = tpte & PG_PS_FRAME;
6169                                 else
6170                                         pa = tpte & PG_FRAME;
6171
6172                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
6173                                 KASSERT(m->phys_addr == pa,
6174                                     ("vm_page_t %p phys_addr mismatch %016jx %016jx",
6175                                     m, (uintmax_t)m->phys_addr,
6176                                     (uintmax_t)tpte));
6177
6178                                 KASSERT((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
6179                                     m < &vm_page_array[vm_page_array_size],
6180                                     ("pmap_remove_pages: bad tpte %#jx",
6181                                     (uintmax_t)tpte));
6182
6183                                 pte_clear(pte);
6184
6185                                 /*
6186                                  * Update the vm_page_t clean/reference bits.
6187                                  */
6188                                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
6189                                         if (superpage) {
6190                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
6191                                                         vm_page_dirty(mt);
6192                                         } else
6193                                                 vm_page_dirty(m);
6194                                 }
6195
6196                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(&lock, m);
6197
6198                                 /* Mark free */
6199                                 pc->pc_map[field] |= bitmask;
6200                                 if (superpage) {
6201                                         pmap_resident_count_dec(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
6202                                         pvh = pa_to_pvh(tpte & PG_PS_FRAME);
6203                                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
6204                                         pvh->pv_gen++;
6205                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
6206                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
6207                                                         if ((mt->aflags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
6208                                                             TAILQ_EMPTY(&mt->md.pv_list))
6209                                                                 vm_page_aflag_clear(mt, PGA_WRITEABLE);
6210                                         }
6211                                         mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, pv->pv_va);
6212                                         if (mpte != NULL) {
6213                                                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
6214                                                 KASSERT(mpte->wire_count == NPTEPG,
6215                                                     ("pmap_remove_pages: pte page wire count error"));
6216                                                 mpte->wire_count = 0;
6217                                                 pmap_add_delayed_free_list(mpte, &free, FALSE);
6218                                         }
6219                                 } else {
6220                                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
6221                                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
6222                                         m->md.pv_gen++;
6223                                         if ((m->aflags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
6224                                             TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
6225                                             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
6226                                                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
6227                                                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
6228                                                         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
6229                                         }
6230                                 }
6231                                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, ptepde, &free);
6232                                 freed++;
6233                         }
6234                 }
6235                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
6236                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
6237                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
6238                 if (allfree) {
6239                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
6240                         free_pv_chunk(pc);
6241                 }
6242         }
6243         if (lock != NULL)
6244                 rw_wunlock(lock);
6245         pmap_invalidate_all(pmap);
6246         PMAP_UNLOCK(pmap);
6247         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
6248 }
6249
6250 static boolean_t
6251 pmap_page_test_mappings(vm_page_t m, boolean_t accessed, boolean_t modified)
6252 {
6253         struct rwlock *lock;
6254         pv_entry_t pv;
6255         struct md_page *pvh;
6256         pt_entry_t *pte, mask;
6257         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
6258         pmap_t pmap;
6259         int md_gen, pvh_gen;
6260         boolean_t rv;
6261
6262         rv = FALSE;
6263         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
6264         rw_rlock(lock);
6265 restart:
6266         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
6267                 pmap = PV_PMAP(pv);
6268                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6269                         md_gen = m->md.pv_gen;
6270                         rw_runlock(lock);
6271                         PMAP_LOCK(pmap);
6272                         rw_rlock(lock);
6273                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
6274                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6275                                 goto restart;
6276                         }
6277                 }
6278                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va);
6279                 mask = 0;
6280                 if (modified) {
6281                         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6282                         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6283                         mask |= PG_RW | PG_M;
6284                 }
6285                 if (accessed) {
6286                         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6287                         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6288                         mask |= PG_V | PG_A;
6289                 }
6290                 rv = (*pte & mask) == mask;
6291                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6292                 if (rv)
6293                         goto out;
6294         }
6295         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
6296                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
6297                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
6298                         pmap = PV_PMAP(pv);
6299                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6300                                 md_gen = m->md.pv_gen;
6301                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
6302                                 rw_runlock(lock);
6303                                 PMAP_LOCK(pmap);
6304                                 rw_rlock(lock);
6305                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
6306                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
6307                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
6308                                         goto restart;
6309                                 }
6310                         }
6311                         pte = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
6312                         mask = 0;
6313                         if (modified) {
6314                                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6315                                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6316                                 mask |= PG_RW | PG_M;
6317                         }
6318                         if (accessed) {
6319                                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6320                                 PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6321                                 mask |= PG_V | PG_A;
6322                         }
6323                         rv = (*pte & mask) == mask;
6324                         PMAP_UNLOCK(pmap);
6325                         if (rv)
6326                                 goto out;
6327                 }
6328         }
6329 out:
6330         rw_runlock(lock);
6331         return (rv);
6332 }
6333
6334 /*
6335  *      pmap_is_modified:
6336  *
6337  *      Return whether or not the specified physical page was modified
6338  *      in any physical maps.
6339  */
6340 boolean_t
6341 pmap_is_modified(vm_page_t m)
6342 {
6343
6344         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
6345             ("pmap_is_modified: page %p is not managed", m));
6346
6347         /*
6348          * If the page is not exclusive busied, then PGA_WRITEABLE cannot be
6349          * concurrently set while the object is locked.  Thus, if PGA_WRITEABLE
6350          * is clear, no PTEs can have PG_M set.
6351          */
6352         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
6353         if (!vm_page_xbusied(m) && (m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
6354                 return (FALSE);
6355         return (pmap_page_test_mappings(m, FALSE, TRUE));
6356 }
6357
6358 /*
6359  *      pmap_is_prefaultable:
6360  *
6361  *      Return whether or not the specified virtual address is eligible
6362  *      for prefault.
6363  */
6364 boolean_t
6365 pmap_is_prefaultable(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
6366 {
6367         pd_entry_t *pde;
6368         pt_entry_t *pte, PG_V;
6369         boolean_t rv;
6370
6371         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6372         rv = FALSE;
6373         PMAP_LOCK(pmap);
6374         pde = pmap_pde(pmap, addr);
6375         if (pde != NULL && (*pde & (PG_PS | PG_V)) == PG_V) {
6376                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, addr);
6377                 rv = (*pte & PG_V) == 0;
6378         }
6379         PMAP_UNLOCK(pmap);
6380         return (rv);
6381 }
6382
6383 /*
6384  *      pmap_is_referenced:
6385  *
6386  *      Return whether or not the specified physical page was referenced
6387  *      in any physical maps.
6388  */
6389 boolean_t
6390 pmap_is_referenced(vm_page_t m)
6391 {
6392
6393         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
6394             ("pmap_is_referenced: page %p is not managed", m));
6395         return (pmap_page_test_mappings(m, TRUE, FALSE));
6396 }
6397
6398 /*
6399  * Clear the write and modified bits in each of the given page's mappings.
6400  */
6401 void
6402 pmap_remove_write(vm_page_t m)
6403 {
6404         struct md_page *pvh;
6405         pmap_t pmap;
6406         struct rwlock *lock;
6407         pv_entry_t next_pv, pv;
6408         pd_entry_t *pde;
6409         pt_entry_t oldpte, *pte, PG_M, PG_RW;
6410         vm_offset_t va;
6411         int pvh_gen, md_gen;
6412
6413         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
6414             ("pmap_remove_write: page %p is not managed", m));
6415
6416         /*
6417          * If the page is not exclusive busied, then PGA_WRITEABLE cannot be
6418          * set by another thread while the object is locked.  Thus,
6419          * if PGA_WRITEABLE is clear, no page table entries need updating.
6420          */
6421         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
6422         if (!vm_page_xbusied(m) && (m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
6423                 return;
6424         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
6425         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
6426             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
6427 retry_pv_loop:
6428         rw_wlock(lock);
6429         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
6430                 pmap = PV_PMAP(pv);
6431                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6432                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
6433                         rw_wunlock(lock);
6434                         PMAP_LOCK(pmap);
6435                         rw_wlock(lock);
6436                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
6437                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6438                                 rw_wunlock(lock);
6439                                 goto retry_pv_loop;
6440                         }
6441                 }
6442                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6443                 va = pv->pv_va;
6444                 pde = pmap_pde(pmap, va);
6445                 if ((*pde & PG_RW) != 0)
6446                         (void)pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
6447                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
6448                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
6449                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
6450                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6451         }
6452         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
6453                 pmap = PV_PMAP(pv);
6454                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6455                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
6456                         md_gen = m->md.pv_gen;
6457                         rw_wunlock(lock);
6458                         PMAP_LOCK(pmap);
6459                         rw_wlock(lock);
6460                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen ||
6461                             md_gen != m->md.pv_gen) {
6462                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6463                                 rw_wunlock(lock);
6464                                 goto retry_pv_loop;
6465                         }
6466                 }
6467                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6468                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6469                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
6470                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0,
6471                     ("pmap_remove_write: found a 2mpage in page %p's pv list",
6472                     m));
6473                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
6474 retry:
6475                 oldpte = *pte;
6476                 if (oldpte & PG_RW) {
6477                         if (!atomic_cmpset_long(pte, oldpte, oldpte &
6478                             ~(PG_RW | PG_M)))
6479                                 goto retry;
6480                         if ((oldpte & PG_M) != 0)
6481                                 vm_page_dirty(m);
6482                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
6483                 }
6484                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6485         }
6486         rw_wunlock(lock);
6487         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
6488         pmap_delayed_invl_wait(m);
6489 }
6490
6491 static __inline boolean_t
6492 safe_to_clear_referenced(pmap_t pmap, pt_entry_t pte)
6493 {
6494
6495         if (!pmap_emulate_ad_bits(pmap))
6496                 return (TRUE);
6497
6498         KASSERT(pmap->pm_type == PT_EPT, ("invalid pm_type %d", pmap->pm_type));
6499
6500         /*
6501          * XWR = 010 or 110 will cause an unconditional EPT misconfiguration
6502          * so we don't let the referenced (aka EPT_PG_READ) bit to be cleared
6503          * if the EPT_PG_WRITE bit is set.
6504          */
6505         if ((pte & EPT_PG_WRITE) != 0)
6506                 return (FALSE);
6507
6508         /*
6509          * XWR = 100 is allowed only if the PMAP_SUPPORTS_EXEC_ONLY is set.
6510          */
6511         if ((pte & EPT_PG_EXECUTE) == 0 ||
6512             ((pmap->pm_flags & PMAP_SUPPORTS_EXEC_ONLY) != 0))
6513                 return (TRUE);
6514         else
6515                 return (FALSE);
6516 }
6517
6518 /*
6519  *      pmap_ts_referenced:
6520  *
6521  *      Return a count of reference bits for a page, clearing those bits.
6522  *      It is not necessary for every reference bit to be cleared, but it
6523  *      is necessary that 0 only be returned when there are truly no
6524  *      reference bits set.
6525  *
6526  *      As an optimization, update the page's dirty field if a modified bit is
6527  *      found while counting reference bits.  This opportunistic update can be
6528  *      performed at low cost and can eliminate the need for some future calls
6529  *      to pmap_is_modified().  However, since this function stops after
6530  *      finding PMAP_TS_REFERENCED_MAX reference bits, it may not detect some
6531  *      dirty pages.  Those dirty pages will only be detected by a future call
6532  *      to pmap_is_modified().
6533  *
6534  *      A DI block is not needed within this function, because
6535  *      invalidations are performed before the PV list lock is
6536  *      released.
6537  */
6538 int
6539 pmap_ts_referenced(vm_page_t m)
6540 {
6541         struct md_page *pvh;
6542         pv_entry_t pv, pvf;
6543         pmap_t pmap;
6544         struct rwlock *lock;
6545         pd_entry_t oldpde, *pde;
6546         pt_entry_t *pte, PG_A, PG_M, PG_RW;
6547         vm_offset_t va;
6548         vm_paddr_t pa;
6549         int cleared, md_gen, not_cleared, pvh_gen;
6550         struct spglist free;
6551         boolean_t demoted;
6552
6553         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
6554             ("pmap_ts_referenced: page %p is not managed", m));
6555         SLIST_INIT(&free);
6556         cleared = 0;
6557         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
6558         lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);
6559         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy : pa_to_pvh(pa);
6560         rw_wlock(lock);
6561 retry:
6562         not_cleared = 0;
6563         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) == NULL)
6564                 goto small_mappings;
6565         pv = pvf;
6566         do {
6567                 if (pvf == NULL)
6568                         pvf = pv;
6569                 pmap = PV_PMAP(pv);
6570                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6571                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
6572                         rw_wunlock(lock);
6573                         PMAP_LOCK(pmap);
6574                         rw_wlock(lock);
6575                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
6576                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6577                                 goto retry;
6578                         }
6579                 }
6580                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6581                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6582                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6583                 va = pv->pv_va;
6584                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
6585                 oldpde = *pde;
6586                 if ((oldpde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
6587                         /*
6588                          * Although "oldpde" is mapping a 2MB page, because
6589                          * this function is called at a 4KB page granularity,
6590                          * we only update the 4KB page under test.
6591                          */
6592                         vm_page_dirty(m);
6593                 }
6594                 if ((oldpde & PG_A) != 0) {
6595                         /*
6596                          * Since this reference bit is shared by 512 4KB
6597                          * pages, it should not be cleared every time it is
6598                          * tested.  Apply a simple "hash" function on the
6599                          * physical page number, the virtual superpage number,
6600                          * and the pmap address to select one 4KB page out of
6601                          * the 512 on which testing the reference bit will
6602                          * result in clearing that reference bit.  This
6603                          * function is designed to avoid the selection of the
6604                          * same 4KB page for every 2MB page mapping.
6605                          *
6606                          * On demotion, a mapping that hasn't been referenced
6607                          * is simply destroyed.  To avoid the possibility of a
6608                          * subsequent page fault on a demoted wired mapping,
6609                          * always leave its reference bit set.  Moreover,
6610                          * since the superpage is wired, the current state of
6611                          * its reference bit won't affect page replacement.
6612                          */
6613                         if ((((pa >> PAGE_SHIFT) ^ (pv->pv_va >> PDRSHIFT) ^
6614                             (uintptr_t)pmap) & (NPTEPG - 1)) == 0 &&
6615                             (oldpde & PG_W) == 0) {
6616                                 if (safe_to_clear_referenced(pmap, oldpde)) {
6617                                         atomic_clear_long(pde, PG_A);
6618                                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
6619                                         demoted = FALSE;
6620                                 } else if (pmap_demote_pde_locked(pmap, pde,
6621                                     pv->pv_va, &lock)) {
6622                                         /*
6623                                          * Remove the mapping to a single page
6624                                          * so that a subsequent access may
6625                                          * repromote.  Since the underlying
6626                                          * page table page is fully populated,
6627                                          * this removal never frees a page
6628                                          * table page.
6629                                          */
6630                                         demoted = TRUE;
6631                                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde &
6632                                             PG_PS_FRAME);
6633                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
6634                                         pmap_remove_pte(pmap, pte, va, *pde,
6635                                             NULL, &lock);
6636                                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
6637                                 } else
6638                                         demoted = TRUE;
6639
6640                                 if (demoted) {
6641                                         /*
6642                                          * The superpage mapping was removed
6643                                          * entirely and therefore 'pv' is no
6644                                          * longer valid.
6645                                          */
6646                                         if (pvf == pv)
6647                                                 pvf = NULL;
6648                                         pv = NULL;
6649                                 }
6650                                 cleared++;
6651                                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
6652                                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
6653                                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
6654                         } else
6655                                 not_cleared++;
6656                 }
6657                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6658                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
6659                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
6660                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
6661                         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
6662                         pvh->pv_gen++;
6663                 }
6664                 if (cleared + not_cleared >= PMAP_TS_REFERENCED_MAX)
6665                         goto out;
6666         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != pvf);
6667 small_mappings:
6668         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) == NULL)
6669                 goto out;
6670         pv = pvf;
6671         do {
6672                 if (pvf == NULL)
6673                         pvf = pv;
6674                 pmap = PV_PMAP(pv);
6675                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6676                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
6677                         md_gen = m->md.pv_gen;
6678                         rw_wunlock(lock);
6679                         PMAP_LOCK(pmap);
6680                         rw_wlock(lock);
6681                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
6682                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6683                                 goto retry;
6684                         }
6685                 }
6686                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6687                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6688                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6689                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
6690                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0,
6691                     ("pmap_ts_referenced: found a 2mpage in page %p's pv list",
6692                     m));
6693                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
6694                 if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
6695                         vm_page_dirty(m);
6696                 if ((*pte & PG_A) != 0) {
6697                         if (safe_to_clear_referenced(pmap, *pte)) {
6698                                 atomic_clear_long(pte, PG_A);
6699                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
6700                                 cleared++;
6701                         } else if ((*pte & PG_W) == 0) {
6702                                 /*
6703                                  * Wired pages cannot be paged out so
6704                                  * doing accessed bit emulation for
6705                                  * them is wasted effort. We do the
6706                                  * hard work for unwired pages only.
6707                                  */
6708                                 pmap_remove_pte(pmap, pte, pv->pv_va,
6709                                     *pde, &free, &lock);
6710                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
6711                                 cleared++;
6712                                 if (pvf == pv)
6713                                         pvf = NULL;
6714                                 pv = NULL;
6715                                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
6716                                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
6717                                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
6718                         } else
6719                                 not_cleared++;
6720                 }
6721                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6722                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
6723                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
6724                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
6725                         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
6726                         m->md.pv_gen++;
6727                 }
6728         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != pvf && cleared +
6729             not_cleared < PMAP_TS_REFERENCED_MAX);
6730 out:
6731         rw_wunlock(lock);
6732         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
6733         return (cleared + not_cleared);
6734 }
6735
6736 /*
6737  *      Apply the given advice to the specified range of addresses within the
6738  *      given pmap.  Depending on the advice, clear the referenced and/or
6739  *      modified flags in each mapping and set the mapped page's dirty field.
6740  */
6741 void
6742 pmap_advise(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, int advice)
6743 {
6744         struct rwlock *lock;
6745         pml4_entry_t *pml4e;
6746         pdp_entry_t *pdpe;
6747         pd_entry_t oldpde, *pde;
6748         pt_entry_t *pte, PG_A, PG_G, PG_M, PG_RW, PG_V;
6749         vm_offset_t va, va_next;
6750         vm_page_t m;
6751         boolean_t anychanged;
6752
6753         if (advice != MADV_DONTNEED && advice != MADV_FREE)
6754                 return;
6755
6756         /*
6757          * A/D bit emulation requires an alternate code path when clearing
6758          * the modified and accessed bits below. Since this function is
6759          * advisory in nature we skip it entirely for pmaps that require
6760          * A/D bit emulation.
6761          */
6762         if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
6763                 return;
6764
6765         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6766         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
6767         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6768         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6769         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6770         anychanged = FALSE;
6771         pmap_delayed_invl_started();
6772         PMAP_LOCK(pmap);
6773         for (; sva < eva; sva = va_next) {
6774                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
6775                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
6776                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
6777                         if (va_next < sva)
6778                                 va_next = eva;
6779                         continue;
6780                 }
6781                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
6782                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
6783                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
6784                         if (va_next < sva)
6785                                 va_next = eva;
6786                         continue;
6787                 }
6788                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
6789                 if (va_next < sva)
6790                         va_next = eva;
6791                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
6792                 oldpde = *pde;
6793                 if ((oldpde & PG_V) == 0)
6794                         continue;
6795                 else if ((oldpde & PG_PS) != 0) {
6796                         if ((oldpde & PG_MANAGED) == 0)
6797                                 continue;
6798                         lock = NULL;
6799                         if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, sva, &lock)) {
6800                                 if (lock != NULL)
6801                                         rw_wunlock(lock);
6802
6803                                 /*
6804                                  * The large page mapping was destroyed.
6805                                  */
6806                                 continue;
6807                         }
6808
6809                         /*
6810                          * Unless the page mappings are wired, remove the
6811                          * mapping to a single page so that a subsequent
6812                          * access may repromote.  Since the underlying page
6813                          * table page is fully populated, this removal never
6814                          * frees a page table page.
6815                          */
6816                         if ((oldpde & PG_W) == 0) {
6817                                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva);
6818                                 KASSERT((*pte & PG_V) != 0,
6819                                     ("pmap_advise: invalid PTE"));
6820                                 pmap_remove_pte(pmap, pte, sva, *pde, NULL,
6821                                     &lock);
6822                                 anychanged = TRUE;
6823                         }
6824                         if (lock != NULL)
6825                                 rw_wunlock(lock);
6826                 }
6827                 if (va_next > eva)
6828                         va_next = eva;
6829                 va = va_next;
6830                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
6831                     sva += PAGE_SIZE) {
6832                         if ((*pte & (PG_MANAGED | PG_V)) != (PG_MANAGED | PG_V))
6833                                 goto maybe_invlrng;
6834                         else if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
6835                                 if (advice == MADV_DONTNEED) {
6836                                         /*
6837                                          * Future calls to pmap_is_modified()
6838                                          * can be avoided by making the page
6839                                          * dirty now.
6840                                          */
6841                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pte & PG_FRAME);
6842                                         vm_page_dirty(m);
6843                                 }
6844                                 atomic_clear_long(pte, PG_M | PG_A);
6845                         } else if ((*pte & PG_A) != 0)
6846                                 atomic_clear_long(pte, PG_A);
6847                         else
6848                                 goto maybe_invlrng;
6849
6850                         if ((*pte & PG_G) != 0) {
6851                                 if (va == va_next)
6852                                         va = sva;
6853                         } else
6854                                 anychanged = TRUE;
6855                         continue;
6856 maybe_invlrng:
6857                         if (va != va_next) {
6858                                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
6859                                 va = va_next;
6860                         }
6861                 }
6862                 if (va != va_next)
6863                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
6864         }
6865         if (anychanged)
6866                 pmap_invalidate_all(pmap);
6867         PMAP_UNLOCK(pmap);
6868         pmap_delayed_invl_finished();
6869 }
6870
6871 /*
6872  *      Clear the modify bits on the specified physical page.
6873  */
6874 void
6875 pmap_clear_modify(vm_page_t m)
6876 {
6877         struct md_page *pvh;
6878         pmap_t pmap;
6879         pv_entry_t next_pv, pv;
6880         pd_entry_t oldpde, *pde;
6881         pt_entry_t oldpte, *pte, PG_M, PG_RW, PG_V;
6882         struct rwlock *lock;
6883         vm_offset_t va;
6884         int md_gen, pvh_gen;
6885
6886         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
6887             ("pmap_clear_modify: page %p is not managed", m));
6888         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
6889         KASSERT(!vm_page_xbusied(m),
6890             ("pmap_clear_modify: page %p is exclusive busied", m));
6891
6892         /*
6893          * If the page is not PGA_WRITEABLE, then no PTEs can have PG_M set.
6894          * If the object containing the page is locked and the page is not
6895          * exclusive busied, then PGA_WRITEABLE cannot be concurrently set.
6896          */
6897         if ((m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
6898                 return;
6899         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
6900             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
6901         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
6902         rw_wlock(lock);
6903 restart:
6904         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
6905                 pmap = PV_PMAP(pv);
6906                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6907                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
6908                         rw_wunlock(lock);
6909                         PMAP_LOCK(pmap);
6910                         rw_wlock(lock);
6911                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
6912                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6913                                 goto restart;
6914                         }
6915                 }
6916                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6917                 PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6918                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6919                 va = pv->pv_va;
6920                 pde = pmap_pde(pmap, va);
6921                 oldpde = *pde;
6922                 if ((oldpde & PG_RW) != 0) {
6923                         if (pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock)) {
6924                                 if ((oldpde & PG_W) == 0) {
6925                                         /*
6926                                          * Write protect the mapping to a
6927                                          * single page so that a subsequent
6928                                          * write access may repromote.
6929                                          */
6930                                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde &
6931                                             PG_PS_FRAME);
6932                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
6933                                         oldpte = *pte;
6934                                         if ((oldpte & PG_V) != 0) {
6935                                                 while (!atomic_cmpset_long(pte,
6936                                                     oldpte,
6937                                                     oldpte & ~(PG_M | PG_RW)))
6938                                                         oldpte = *pte;
6939                                                 vm_page_dirty(m);
6940                                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
6941                                         }
6942                                 }
6943                         }
6944                 }
6945                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6946         }
6947         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
6948                 pmap = PV_PMAP(pv);
6949                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6950                         md_gen = m->md.pv_gen;
6951                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
6952                         rw_wunlock(lock);
6953                         PMAP_LOCK(pmap);
6954                         rw_wlock(lock);
6955                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
6956                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6957                                 goto restart;
6958                         }
6959                 }
6960                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6961                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6962                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
6963                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_clear_modify: found"
6964                     " a 2mpage in page %p's pv list", m));
6965                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
6966                 if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
6967                         atomic_clear_long(pte, PG_M);
6968                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
6969                 }
6970                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6971         }
6972         rw_wunlock(lock);
6973 }
6974
6975 /*
6976  * Miscellaneous support routines follow
6977  */
6978
6979 /* Adjust the cache mode for a 4KB page mapped via a PTE. */
6980 static __inline void
6981 pmap_pte_attr(pt_entry_t *pte, int cache_bits, int mask)
6982 {
6983         u_int opte, npte;
6984
6985         /*
6986          * The cache mode bits are all in the low 32-bits of the
6987          * PTE, so we can just spin on updating the low 32-bits.
6988          */
6989         do {
6990                 opte = *(u_int *)pte;
6991                 npte = opte & ~mask;
6992                 npte |= cache_bits;
6993         } while (npte != opte && !atomic_cmpset_int((u_int *)pte, opte, npte));
6994 }
6995
6996 /* Adjust the cache mode for a 2MB page mapped via a PDE. */
6997 static __inline void
6998 pmap_pde_attr(pd_entry_t *pde, int cache_bits, int mask)
6999 {
7000         u_int opde, npde;
7001
7002         /*
7003          * The cache mode bits are all in the low 32-bits of the
7004          * PDE, so we can just spin on updating the low 32-bits.
7005          */
7006         do {
7007                 opde = *(u_int *)pde;
7008                 npde = opde & ~mask;
7009                 npde |= cache_bits;
7010         } while (npde != opde && !atomic_cmpset_int((u_int *)pde, opde, npde));
7011 }
7012
7013 /*
7014  * Map a set of physical memory pages into the kernel virtual
7015  * address space. Return a pointer to where it is mapped. This
7016  * routine is intended to be used for mapping device memory,
7017  * NOT real memory.
7018  */
7019 void *
7020 pmap_mapdev_attr(vm_paddr_t pa, vm_size_t size, int mode)
7021 {
7022         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
7023         vm_offset_t va, offset;
7024         vm_size_t tmpsize;
7025         int i;
7026
7027         offset = pa & PAGE_MASK;
7028         size = round_page(offset + size);
7029         pa = trunc_page(pa);
7030
7031         if (!pmap_initialized) {
7032                 va = 0;
7033                 for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
7034                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
7035                         if (ppim->va == 0) {
7036                                 ppim->pa = pa;
7037                                 ppim->sz = size;
7038                                 ppim->mode = mode;
7039                                 ppim->va = virtual_avail;
7040                                 virtual_avail += size;
7041                                 va = ppim->va;
7042                                 break;
7043                         }
7044                 }
7045                 if (va == 0)
7046                         panic("%s: too many preinit mappings", __func__);
7047         } else {
7048                 /*
7049                  * If we have a preinit mapping, re-use it.
7050                  */
7051                 for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
7052                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
7053                         if (ppim->pa == pa && ppim->sz == size &&
7054                             ppim->mode == mode)
7055                                 return ((void *)(ppim->va + offset));
7056                 }
7057                 /*
7058                  * If the specified range of physical addresses fits within
7059                  * the direct map window, use the direct map.
7060                  */
7061                 if (pa < dmaplimit && pa + size <= dmaplimit) {
7062                         va = PHYS_TO_DMAP(pa);
7063                         if (!pmap_change_attr(va, size, mode))
7064                                 return ((void *)(va + offset));
7065                 }
7066                 va = kva_alloc(size);
7067                 if (va == 0)
7068                         panic("%s: Couldn't allocate KVA", __func__);
7069         }
7070         for (tmpsize = 0; tmpsize < size; tmpsize += PAGE_SIZE)
7071                 pmap_kenter_attr(va + tmpsize, pa + tmpsize, mode);
7072         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, va, va + tmpsize);
7073         pmap_invalidate_cache_range(va, va + tmpsize);
7074         return ((void *)(va + offset));
7075 }
7076
7077 void *
7078 pmap_mapdev(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
7079 {
7080
7081         return (pmap_mapdev_attr(pa, size, PAT_UNCACHEABLE));
7082 }
7083
7084 void *
7085 pmap_mapbios(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
7086 {
7087
7088         return (pmap_mapdev_attr(pa, size, PAT_WRITE_BACK));
7089 }
7090
7091 void
7092 pmap_unmapdev(vm_offset_t va, vm_size_t size)
7093 {
7094         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
7095         vm_offset_t offset;
7096         int i;
7097
7098         /* If we gave a direct map region in pmap_mapdev, do nothing */
7099         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS)
7100                 return;
7101         offset = va & PAGE_MASK;
7102         size = round_page(offset + size);
7103         va = trunc_page(va);
7104         for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
7105                 ppim = pmap_preinit_mapping + i;
7106                 if (ppim->va == va && ppim->sz == size) {
7107                         if (pmap_initialized)
7108                                 return;
7109                         ppim->pa = 0;
7110                         ppim->va = 0;
7111                         ppim->sz = 0;
7112                         ppim->mode = 0;
7113                         if (va + size == virtual_avail)
7114                                 virtual_avail = va;
7115                         return;
7116                 }
7117         }
7118         if (pmap_initialized)
7119                 kva_free(va, size);
7120 }
7121
7122 /*
7123  * Tries to demote a 1GB page mapping.
7124  */
7125 static boolean_t
7126 pmap_demote_pdpe(pmap_t pmap, pdp_entry_t *pdpe, vm_offset_t va)
7127 {
7128         pdp_entry_t newpdpe, oldpdpe;
7129         pd_entry_t *firstpde, newpde, *pde;
7130         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
7131         vm_paddr_t pdpgpa;
7132         vm_page_t pdpg;
7133
7134         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
7135         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7136         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7137         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7138
7139         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
7140         oldpdpe = *pdpe;
7141         KASSERT((oldpdpe & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V),
7142             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_PS and/or PG_V"));
7143         if ((pdpg = vm_page_alloc(NULL, va >> PDPSHIFT, VM_ALLOC_INTERRUPT |
7144             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED)) == NULL) {
7145                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pdpe: failure for va %#lx"
7146                     " in pmap %p", va, pmap);
7147                 return (FALSE);
7148         }
7149         pdpgpa = VM_PAGE_TO_PHYS(pdpg);
7150         firstpde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pdpgpa);
7151         newpdpe = pdpgpa | PG_M | PG_A | (oldpdpe & PG_U) | PG_RW | PG_V;
7152         KASSERT((oldpdpe & PG_A) != 0,
7153             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_A"));
7154         KASSERT((oldpdpe & (PG_M | PG_RW)) != PG_RW,
7155             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_M"));
7156         newpde = oldpdpe;
7157
7158         /*
7159          * Initialize the page directory page.
7160          */
7161         for (pde = firstpde; pde < firstpde + NPDEPG; pde++) {
7162                 *pde = newpde;
7163                 newpde += NBPDR;
7164         }
7165
7166         /*
7167          * Demote the mapping.
7168          */
7169         *pdpe = newpdpe;
7170
7171         /*
7172          * Invalidate a stale recursive mapping of the page directory page.
7173          */
7174         pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopde(va));
7175
7176         pmap_pdpe_demotions++;
7177         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pdpe: success for va %#lx"
7178             " in pmap %p", va, pmap);
7179         return (TRUE);
7180 }
7181
7182 /*
7183  * Sets the memory attribute for the specified page.
7184  */
7185 void
7186 pmap_page_set_memattr(vm_page_t m, vm_memattr_t ma)
7187 {
7188
7189         m->md.pat_mode = ma;
7190
7191         /*
7192          * If "m" is a normal page, update its direct mapping.  This update
7193          * can be relied upon to perform any cache operations that are
7194          * required for data coherence.
7195          */
7196         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
7197             pmap_change_attr(PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m)), PAGE_SIZE,
7198             m->md.pat_mode))
7199                 panic("memory attribute change on the direct map failed");
7200 }
7201
7202 /*
7203  * Changes the specified virtual address range's memory type to that given by
7204  * the parameter "mode".  The specified virtual address range must be
7205  * completely contained within either the direct map or the kernel map.  If
7206  * the virtual address range is contained within the kernel map, then the
7207  * memory type for each of the corresponding ranges of the direct map is also
7208  * changed.  (The corresponding ranges of the direct map are those ranges that
7209  * map the same physical pages as the specified virtual address range.)  These
7210  * changes to the direct map are necessary because Intel describes the
7211  * behavior of their processors as "undefined" if two or more mappings to the
7212  * same physical page have different memory types.
7213  *
7214  * Returns zero if the change completed successfully, and either EINVAL or
7215  * ENOMEM if the change failed.  Specifically, EINVAL is returned if some part
7216  * of the virtual address range was not mapped, and ENOMEM is returned if
7217  * there was insufficient memory available to complete the change.  In the
7218  * latter case, the memory type may have been changed on some part of the
7219  * virtual address range or the direct map.
7220  */
7221 int
7222 pmap_change_attr(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
7223 {
7224         int error;
7225
7226         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
7227         error = pmap_change_attr_locked(va, size, mode);
7228         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
7229         return (error);
7230 }
7231
7232 static int
7233 pmap_change_attr_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
7234 {
7235         vm_offset_t base, offset, tmpva;
7236         vm_paddr_t pa_start, pa_end, pa_end1;
7237         pdp_entry_t *pdpe;
7238         pd_entry_t *pde;
7239         pt_entry_t *pte;
7240         int cache_bits_pte, cache_bits_pde, error;
7241         boolean_t changed;
7242
7243         PMAP_LOCK_ASSERT(kernel_pmap, MA_OWNED);
7244         base = trunc_page(va);
7245         offset = va & PAGE_MASK;
7246         size = round_page(offset + size);
7247
7248         /*
7249          * Only supported on kernel virtual addresses, including the direct
7250          * map but excluding the recursive map.
7251          */
7252         if (base < DMAP_MIN_ADDRESS)
7253                 return (EINVAL);
7254
7255         cache_bits_pde = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, 1);
7256         cache_bits_pte = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, 0);
7257         changed = FALSE;
7258
7259         /*
7260          * Pages that aren't mapped aren't supported.  Also break down 2MB pages
7261          * into 4KB pages if required.
7262          */
7263         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
7264                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, tmpva);
7265                 if (pdpe == NULL || *pdpe == 0)
7266                         return (EINVAL);
7267                 if (*pdpe & PG_PS) {
7268                         /*
7269                          * If the current 1GB page already has the required
7270                          * memory type, then we need not demote this page. Just
7271                          * increment tmpva to the next 1GB page frame.
7272                          */
7273                         if ((*pdpe & X86_PG_PDE_CACHE) == cache_bits_pde) {
7274                                 tmpva = trunc_1gpage(tmpva) + NBPDP;
7275                                 continue;
7276                         }
7277
7278                         /*
7279                          * If the current offset aligns with a 1GB page frame
7280                          * and there is at least 1GB left within the range, then
7281                          * we need not break down this page into 2MB pages.
7282                          */
7283                         if ((tmpva & PDPMASK) == 0 &&
7284                             tmpva + PDPMASK < base + size) {
7285                                 tmpva += NBPDP;
7286                                 continue;
7287                         }
7288                         if (!pmap_demote_pdpe(kernel_pmap, pdpe, tmpva))
7289                                 return (ENOMEM);
7290                 }
7291                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, tmpva);
7292                 if (*pde == 0)
7293                         return (EINVAL);
7294                 if (*pde & PG_PS) {
7295                         /*
7296                          * If the current 2MB page already has the required
7297                          * memory type, then we need not demote this page. Just
7298                          * increment tmpva to the next 2MB page frame.
7299                          */
7300                         if ((*pde & X86_PG_PDE_CACHE) == cache_bits_pde) {
7301                                 tmpva = trunc_2mpage(tmpva) + NBPDR;
7302                                 continue;
7303                         }
7304
7305                         /*
7306                          * If the current offset aligns with a 2MB page frame
7307                          * and there is at least 2MB left within the range, then
7308                          * we need not break down this page into 4KB pages.
7309                          */
7310                         if ((tmpva & PDRMASK) == 0 &&
7311                             tmpva + PDRMASK < base + size) {
7312                                 tmpva += NBPDR;
7313                                 continue;
7314                         }
7315                         if (!pmap_demote_pde(kernel_pmap, pde, tmpva))
7316                                 return (ENOMEM);
7317                 }
7318                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, tmpva);
7319                 if (*pte == 0)
7320                         return (EINVAL);
7321                 tmpva += PAGE_SIZE;
7322         }
7323         error = 0;
7324
7325         /*
7326          * Ok, all the pages exist, so run through them updating their
7327          * cache mode if required.
7328          */
7329         pa_start = pa_end = 0;
7330         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
7331                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, tmpva);
7332                 if (*pdpe & PG_PS) {
7333                         if ((*pdpe & X86_PG_PDE_CACHE) != cache_bits_pde) {
7334                                 pmap_pde_attr(pdpe, cache_bits_pde,
7335                                     X86_PG_PDE_CACHE);
7336                                 changed = TRUE;
7337                         }
7338                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS &&
7339                             (*pdpe & PG_PS_FRAME) < dmaplimit) {
7340                                 if (pa_start == pa_end) {
7341                                         /* Start physical address run. */
7342                                         pa_start = *pdpe & PG_PS_FRAME;
7343                                         pa_end = pa_start + NBPDP;
7344                                 } else if (pa_end == (*pdpe & PG_PS_FRAME))
7345                                         pa_end += NBPDP;
7346                                 else {
7347                                         /* Run ended, update direct map. */
7348                                         error = pmap_change_attr_locked(
7349                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
7350                                             pa_end - pa_start, mode);
7351                                         if (error != 0)
7352                                                 break;
7353                                         /* Start physical address run. */
7354                                         pa_start = *pdpe & PG_PS_FRAME;
7355                                         pa_end = pa_start + NBPDP;
7356                                 }
7357                         }
7358                         tmpva = trunc_1gpage(tmpva) + NBPDP;
7359                         continue;
7360                 }
7361                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, tmpva);
7362                 if (*pde & PG_PS) {
7363                         if ((*pde & X86_PG_PDE_CACHE) != cache_bits_pde) {
7364                                 pmap_pde_attr(pde, cache_bits_pde,
7365                                     X86_PG_PDE_CACHE);
7366                                 changed = TRUE;
7367                         }
7368                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS &&
7369                             (*pde & PG_PS_FRAME) < dmaplimit) {
7370                                 if (pa_start == pa_end) {
7371                                         /* Start physical address run. */
7372                                         pa_start = *pde & PG_PS_FRAME;
7373                                         pa_end = pa_start + NBPDR;
7374                                 } else if (pa_end == (*pde & PG_PS_FRAME))
7375                                         pa_end += NBPDR;
7376                                 else {
7377                                         /* Run ended, update direct map. */
7378                                         error = pmap_change_attr_locked(
7379                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
7380                                             pa_end - pa_start, mode);
7381                                         if (error != 0)
7382                                                 break;
7383                                         /* Start physical address run. */
7384                                         pa_start = *pde & PG_PS_FRAME;
7385                                         pa_end = pa_start + NBPDR;
7386                                 }
7387                         }
7388                         tmpva = trunc_2mpage(tmpva) + NBPDR;
7389                 } else {
7390                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, tmpva);
7391                         if ((*pte & X86_PG_PTE_CACHE) != cache_bits_pte) {
7392                                 pmap_pte_attr(pte, cache_bits_pte,
7393                                     X86_PG_PTE_CACHE);
7394                                 changed = TRUE;
7395                         }
7396                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS &&
7397                             (*pte & PG_FRAME) < dmaplimit) {
7398                                 if (pa_start == pa_end) {
7399                                         /* Start physical address run. */
7400                                         pa_start = *pte & PG_FRAME;
7401                                         pa_end = pa_start + PAGE_SIZE;
7402                                 } else if (pa_end == (*pte & PG_FRAME))
7403                                         pa_end += PAGE_SIZE;
7404                                 else {
7405                                         /* Run ended, update direct map. */
7406                                         error = pmap_change_attr_locked(
7407                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
7408                                             pa_end - pa_start, mode);
7409                                         if (error != 0)
7410                                                 break;
7411                                         /* Start physical address run. */
7412                                         pa_start = *pte & PG_FRAME;
7413                                         pa_end = pa_start + PAGE_SIZE;
7414                                 }
7415                         }
7416                         tmpva += PAGE_SIZE;
7417                 }
7418         }
7419         if (error == 0 && pa_start != pa_end && pa_start < dmaplimit) {
7420                 pa_end1 = MIN(pa_end, dmaplimit);
7421                 if (pa_start != pa_end1)
7422                         error = pmap_change_attr_locked(PHYS_TO_DMAP(pa_start),
7423                             pa_end1 - pa_start, mode);
7424         }
7425
7426         /*
7427          * Flush CPU caches if required to make sure any data isn't cached that
7428          * shouldn't be, etc.
7429          */
7430         if (changed) {
7431                 pmap_invalidate_range(kernel_pmap, base, tmpva);
7432                 pmap_invalidate_cache_range(base, tmpva);
7433         }
7434         return (error);
7435 }
7436
7437 /*
7438  * Demotes any mapping within the direct map region that covers more than the
7439  * specified range of physical addresses.  This range's size must be a power
7440  * of two and its starting address must be a multiple of its size.  Since the
7441  * demotion does not change any attributes of the mapping, a TLB invalidation
7442  * is not mandatory.  The caller may, however, request a TLB invalidation.
7443  */
7444 void
7445 pmap_demote_DMAP(vm_paddr_t base, vm_size_t len, boolean_t invalidate)
7446 {
7447         pdp_entry_t *pdpe;
7448         pd_entry_t *pde;
7449         vm_offset_t va;
7450         boolean_t changed;
7451
7452         if (len == 0)
7453                 return;
7454         KASSERT(powerof2(len), ("pmap_demote_DMAP: len is not a power of 2"));
7455         KASSERT((base & (len - 1)) == 0,
7456             ("pmap_demote_DMAP: base is not a multiple of len"));
7457         if (len < NBPDP && base < dmaplimit) {
7458                 va = PHYS_TO_DMAP(base);
7459                 changed = FALSE;
7460                 PMAP_LOCK(kernel_pmap);
7461                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, va);
7462                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0)
7463                         panic("pmap_demote_DMAP: invalid PDPE");
7464                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0) {
7465                         if (!pmap_demote_pdpe(kernel_pmap, pdpe, va))
7466                                 panic("pmap_demote_DMAP: PDPE failed");
7467                         changed = TRUE;
7468                 }
7469                 if (len < NBPDR) {
7470                         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
7471                         if ((*pde & X86_PG_V) == 0)
7472                                 panic("pmap_demote_DMAP: invalid PDE");
7473                         if ((*pde & PG_PS) != 0) {
7474                                 if (!pmap_demote_pde(kernel_pmap, pde, va))
7475                                         panic("pmap_demote_DMAP: PDE failed");
7476                                 changed = TRUE;
7477                         }
7478                 }
7479                 if (changed && invalidate)
7480                         pmap_invalidate_page(kernel_pmap, va);
7481                 PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
7482         }
7483 }
7484
7485 /*
7486  * perform the pmap work for mincore
7487  */
7488 int
7489 pmap_mincore(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_paddr_t *locked_pa)
7490 {
7491         pd_entry_t *pdep;
7492         pt_entry_t pte, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
7493         vm_paddr_t pa;
7494         int val;
7495
7496         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
7497         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7498         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7499         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7500
7501         PMAP_LOCK(pmap);
7502 retry:
7503         pdep = pmap_pde(pmap, addr);
7504         if (pdep != NULL && (*pdep & PG_V)) {
7505                 if (*pdep & PG_PS) {
7506                         pte = *pdep;
7507                         /* Compute the physical address of the 4KB page. */
7508                         pa = ((*pdep & PG_PS_FRAME) | (addr & PDRMASK)) &
7509                             PG_FRAME;
7510                         val = MINCORE_SUPER;
7511                 } else {
7512                         pte = *pmap_pde_to_pte(pdep, addr);
7513                         pa = pte & PG_FRAME;
7514                         val = 0;
7515                 }
7516         } else {
7517                 pte = 0;
7518                 pa = 0;
7519                 val = 0;
7520         }
7521         if ((pte & PG_V) != 0) {
7522                 val |= MINCORE_INCORE;
7523                 if ((pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
7524                         val |= MINCORE_MODIFIED | MINCORE_MODIFIED_OTHER;
7525                 if ((pte & PG_A) != 0)
7526                         val |= MINCORE_REFERENCED | MINCORE_REFERENCED_OTHER;
7527         }
7528         if ((val & (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER)) !=
7529             (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER) &&
7530             (pte & (PG_MANAGED | PG_V)) == (PG_MANAGED | PG_V)) {
7531                 /* Ensure that "PHYS_TO_VM_PAGE(pa)->object" doesn't change. */
7532                 if (vm_page_pa_tryrelock(pmap, pa, locked_pa))
7533                         goto retry;
7534         } else
7535                 PA_UNLOCK_COND(*locked_pa);
7536         PMAP_UNLOCK(pmap);
7537         return (val);
7538 }
7539
7540 static uint64_t
7541 pmap_pcid_alloc(pmap_t pmap, u_int cpuid)
7542 {
7543         uint32_t gen, new_gen, pcid_next;
7544
7545         CRITICAL_ASSERT(curthread);
7546         gen = PCPU_GET(pcid_gen);
7547         if (pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid == PMAP_PCID_KERN)
7548                 return (pti ? 0 : CR3_PCID_SAVE);
7549         if (pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen == gen)
7550                 return (CR3_PCID_SAVE);
7551         pcid_next = PCPU_GET(pcid_next);
7552         KASSERT((!pti && pcid_next <= PMAP_PCID_OVERMAX) ||
7553             (pti && pcid_next <= PMAP_PCID_OVERMAX_KERN),
7554             ("cpu %d pcid_next %#x", cpuid, pcid_next));
7555         if ((!pti && pcid_next == PMAP_PCID_OVERMAX) ||
7556             (pti && pcid_next == PMAP_PCID_OVERMAX_KERN)) {
7557                 new_gen = gen + 1;
7558                 if (new_gen == 0)
7559                         new_gen = 1;
7560                 PCPU_SET(pcid_gen, new_gen);
7561                 pcid_next = PMAP_PCID_KERN + 1;
7562         } else {
7563                 new_gen = gen;
7564         }
7565         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid = pcid_next;
7566         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = new_gen;
7567         PCPU_SET(pcid_next, pcid_next + 1);
7568         return (0);
7569 }
7570
7571 static uint64_t
7572 pmap_pcid_alloc_checked(pmap_t pmap, u_int cpuid)
7573 {
7574         uint64_t cached;
7575
7576         cached = pmap_pcid_alloc(pmap, cpuid);
7577         KASSERT(pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid < PMAP_PCID_OVERMAX,
7578             ("pmap %p cpu %d pcid %#x", pmap, cpuid,
7579             pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid));
7580         KASSERT(pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid != PMAP_PCID_KERN ||
7581             pmap == kernel_pmap,
7582             ("non-kernel pmap pmap %p cpu %d pcid %#x",
7583             pmap, cpuid, pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid));
7584         return (cached);
7585 }
7586
7587 static void
7588 pmap_activate_sw_pti_post(pmap_t pmap)
7589 {
7590
7591         if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3)
7592                 PCPU_GET(tssp)->tss_rsp0 = ((vm_offset_t)PCPU_PTR(pti_stack) +
7593                     PC_PTI_STACK_SZ * sizeof(uint64_t)) & ~0xful;
7594 }
7595
7596 static void inline
7597 pmap_activate_sw_pcid_pti(pmap_t pmap, u_int cpuid, const bool invpcid_works1)
7598 {
7599         struct invpcid_descr d;
7600         uint64_t cached, cr3, kcr3, ucr3;
7601
7602         cached = pmap_pcid_alloc_checked(pmap, cpuid);
7603         cr3 = rcr3();
7604         if ((cr3 & ~CR3_PCID_MASK) != pmap->pm_cr3)
7605                 load_cr3(pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid);
7606         PCPU_SET(curpmap, pmap);
7607         kcr3 = pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
7608         ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid |
7609             PMAP_PCID_USER_PT;
7610
7611         if (!cached && pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
7612                 /*
7613                  * Explicitly invalidate translations cached from the
7614                  * user page table.  They are not automatically
7615                  * flushed by reload of cr3 with the kernel page table
7616                  * pointer above.
7617                  *
7618                  * Note that the if() condition is resolved statically
7619                  * by using the function argument instead of
7620                  * runtime-evaluated invpcid_works value.
7621                  */
7622                 if (invpcid_works1) {
7623                         d.pcid = PMAP_PCID_USER_PT |
7624                             pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
7625                         d.pad = 0;
7626                         d.addr = 0;
7627                         invpcid(&d, INVPCID_CTX);
7628                 } else {
7629                         pmap_pti_pcid_invalidate(ucr3, kcr3);
7630                 }
7631         }
7632
7633         PCPU_SET(kcr3, kcr3 | CR3_PCID_SAVE);
7634         PCPU_SET(ucr3, ucr3 | CR3_PCID_SAVE);
7635         if (cached)
7636                 PCPU_INC(pm_save_cnt);
7637 }
7638
7639 static void
7640 pmap_activate_sw_pcid_invpcid_pti(pmap_t pmap, u_int cpuid)
7641 {
7642
7643         pmap_activate_sw_pcid_pti(pmap, cpuid, true);
7644         pmap_activate_sw_pti_post(pmap);
7645 }
7646
7647 static void
7648 pmap_activate_sw_pcid_noinvpcid_pti(pmap_t pmap, u_int cpuid)
7649 {
7650         register_t rflags;
7651
7652         /*
7653          * If the INVPCID instruction is not available,
7654          * invltlb_pcid_handler() is used to handle an invalidate_all
7655          * IPI, which checks for curpmap == smp_tlb_pmap.  The below
7656          * sequence of operations has a window where %CR3 is loaded
7657          * with the new pmap's PML4 address, but the curpmap value has
7658          * not yet been updated.  This causes the invltlb IPI handler,
7659          * which is called between the updates, to execute as a NOP,
7660          * which leaves stale TLB entries.
7661          *
7662          * Note that the most typical use of pmap_activate_sw(), from
7663          * the context switch, is immune to this race, because
7664          * interrupts are disabled (while the thread lock is owned),
7665          * and the IPI happens after curpmap is updated.  Protect
7666          * other callers in a similar way, by disabling interrupts
7667          * around the %cr3 register reload and curpmap assignment.
7668          */
7669         rflags = intr_disable();
7670         pmap_activate_sw_pcid_pti(pmap, cpuid, false);
7671         intr_restore(rflags);
7672         pmap_activate_sw_pti_post(pmap);
7673 }
7674
7675 static void
7676 pmap_activate_sw_pcid_nopti(pmap_t pmap, u_int cpuid)
7677 {
7678         uint64_t cached, cr3;
7679
7680         cached = pmap_pcid_alloc_checked(pmap, cpuid);
7681         cr3 = rcr3();
7682         if (!cached || (cr3 & ~CR3_PCID_MASK) != pmap->pm_cr3)
7683                 load_cr3(pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid |
7684                     cached);
7685         PCPU_SET(curpmap, pmap);
7686         if (cached)
7687                 PCPU_INC(pm_save_cnt);
7688 }
7689
7690 static void
7691 pmap_activate_sw_pcid_noinvpcid_nopti(pmap_t pmap, u_int cpuid)
7692 {
7693         register_t rflags;
7694
7695         rflags = intr_disable();
7696         pmap_activate_sw_pcid_nopti(pmap, cpuid);
7697         intr_restore(rflags);
7698 }
7699
7700 static void
7701 pmap_activate_sw_nopcid_nopti(pmap_t pmap, u_int cpuid __unused)
7702 {
7703
7704         load_cr3(pmap->pm_cr3);
7705         PCPU_SET(curpmap, pmap);
7706 }
7707
7708 static void
7709 pmap_activate_sw_nopcid_pti(pmap_t pmap, u_int cpuid __unused)
7710 {
7711
7712         pmap_activate_sw_nopcid_nopti(pmap, cpuid);
7713         PCPU_SET(kcr3, pmap->pm_cr3);
7714         PCPU_SET(ucr3, pmap->pm_ucr3);
7715         pmap_activate_sw_pti_post(pmap);
7716 }
7717
7718 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_activate_sw_mode, (pmap_t, u_int), static)
7719 {
7720
7721         if (pmap_pcid_enabled && pti && invpcid_works)
7722                 return (pmap_activate_sw_pcid_invpcid_pti);
7723         else if (pmap_pcid_enabled && pti && !invpcid_works)
7724                 return (pmap_activate_sw_pcid_noinvpcid_pti);
7725         else if (pmap_pcid_enabled && !pti && invpcid_works)
7726                 return (pmap_activate_sw_pcid_nopti);
7727         else if (pmap_pcid_enabled && !pti && !invpcid_works)
7728                 return (pmap_activate_sw_pcid_noinvpcid_nopti);
7729         else if (!pmap_pcid_enabled && pti)
7730                 return (pmap_activate_sw_nopcid_pti);
7731         else /* if (!pmap_pcid_enabled && !pti) */
7732                 return (pmap_activate_sw_nopcid_nopti);
7733 }
7734
7735 void
7736 pmap_activate_sw(struct thread *td)
7737 {
7738         pmap_t oldpmap, pmap;
7739         u_int cpuid;
7740
7741         oldpmap = PCPU_GET(curpmap);
7742         pmap = vmspace_pmap(td->td_proc->p_vmspace);
7743         if (oldpmap == pmap)
7744                 return;
7745         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
7746 #ifdef SMP
7747         CPU_SET_ATOMIC(cpuid, &pmap->pm_active);
7748 #else
7749         CPU_SET(cpuid, &pmap->pm_active);
7750 #endif
7751         pmap_activate_sw_mode(pmap, cpuid);
7752 #ifdef SMP
7753         CPU_CLR_ATOMIC(cpuid, &oldpmap->pm_active);
7754 #else
7755         CPU_CLR(cpuid, &oldpmap->pm_active);
7756 #endif
7757 }
7758
7759 void
7760 pmap_activate(struct thread *td)
7761 {
7762
7763         critical_enter();
7764         pmap_activate_sw(td);
7765         critical_exit();
7766 }
7767
7768 void
7769 pmap_activate_boot(pmap_t pmap)
7770 {
7771         uint64_t kcr3;
7772         u_int cpuid;
7773
7774         /*
7775          * kernel_pmap must be never deactivated, and we ensure that
7776          * by never activating it at all.
7777          */
7778         MPASS(pmap != kernel_pmap);
7779
7780         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
7781 #ifdef SMP
7782         CPU_SET_ATOMIC(cpuid, &pmap->pm_active);
7783 #else
7784         CPU_SET(cpuid, &pmap->pm_active);
7785 #endif
7786         PCPU_SET(curpmap, pmap);
7787         if (pti) {
7788                 kcr3 = pmap->pm_cr3;
7789                 if (pmap_pcid_enabled)
7790                         kcr3 |= pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid | CR3_PCID_SAVE;
7791         } else {
7792                 kcr3 = PMAP_NO_CR3;
7793         }
7794         PCPU_SET(kcr3, kcr3);
7795         PCPU_SET(ucr3, PMAP_NO_CR3);
7796 }
7797
7798 void
7799 pmap_sync_icache(pmap_t pm, vm_offset_t va, vm_size_t sz)
7800 {
7801 }
7802
7803 /*
7804  *      Increase the starting virtual address of the given mapping if a
7805  *      different alignment might result in more superpage mappings.
7806  */
7807 void
7808 pmap_align_superpage(vm_object_t object, vm_ooffset_t offset,
7809     vm_offset_t *addr, vm_size_t size)
7810 {
7811         vm_offset_t superpage_offset;
7812
7813         if (size < NBPDR)
7814                 return;
7815         if (object != NULL && (object->flags & OBJ_COLORED) != 0)
7816                 offset += ptoa(object->pg_color);
7817         superpage_offset = offset & PDRMASK;
7818         if (size - ((NBPDR - superpage_offset) & PDRMASK) < NBPDR ||
7819             (*addr & PDRMASK) == superpage_offset)
7820                 return;
7821         if ((*addr & PDRMASK) < superpage_offset)
7822                 *addr = (*addr & ~PDRMASK) + superpage_offset;
7823         else
7824                 *addr = ((*addr + PDRMASK) & ~PDRMASK) + superpage_offset;
7825 }
7826
7827 #ifdef INVARIANTS
7828 static unsigned long num_dirty_emulations;
7829 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_dirty_emulations, CTLFLAG_RW,
7830              &num_dirty_emulations, 0, NULL);
7831
7832 static unsigned long num_accessed_emulations;
7833 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_accessed_emulations, CTLFLAG_RW,
7834              &num_accessed_emulations, 0, NULL);
7835
7836 static unsigned long num_superpage_accessed_emulations;
7837 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_superpage_accessed_emulations, CTLFLAG_RW,
7838              &num_superpage_accessed_emulations, 0, NULL);
7839
7840 static unsigned long ad_emulation_superpage_promotions;
7841 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, ad_emulation_superpage_promotions, CTLFLAG_RW,
7842              &ad_emulation_superpage_promotions, 0, NULL);
7843 #endif  /* INVARIANTS */
7844
7845 int
7846 pmap_emulate_accessed_dirty(pmap_t pmap, vm_offset_t va, int ftype)
7847 {
7848         int rv;
7849         struct rwlock *lock;
7850 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
7851         vm_page_t m, mpte;
7852 #endif
7853         pd_entry_t *pde;
7854         pt_entry_t *pte, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
7855
7856         KASSERT(ftype == VM_PROT_READ || ftype == VM_PROT_WRITE,
7857             ("pmap_emulate_accessed_dirty: invalid fault type %d", ftype));
7858
7859         if (!pmap_emulate_ad_bits(pmap))
7860                 return (-1);
7861
7862         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
7863         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7864         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7865         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7866
7867         rv = -1;
7868         lock = NULL;
7869         PMAP_LOCK(pmap);
7870
7871         pde = pmap_pde(pmap, va);
7872         if (pde == NULL || (*pde & PG_V) == 0)
7873                 goto done;
7874
7875         if ((*pde & PG_PS) != 0) {
7876                 if (ftype == VM_PROT_READ) {
7877 #ifdef INVARIANTS
7878                         atomic_add_long(&num_superpage_accessed_emulations, 1);
7879 #endif
7880                         *pde |= PG_A;
7881                         rv = 0;
7882                 }
7883                 goto done;
7884         }
7885
7886         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
7887         if ((*pte & PG_V) == 0)
7888                 goto done;
7889
7890         if (ftype == VM_PROT_WRITE) {
7891                 if ((*pte & PG_RW) == 0)
7892                         goto done;
7893                 /*
7894                  * Set the modified and accessed bits simultaneously.
7895                  *
7896                  * Intel EPT PTEs that do software emulation of A/D bits map
7897                  * PG_A and PG_M to EPT_PG_READ and EPT_PG_WRITE respectively.
7898                  * An EPT misconfiguration is triggered if the PTE is writable
7899                  * but not readable (WR=10). This is avoided by setting PG_A
7900                  * and PG_M simultaneously.
7901                  */
7902                 *pte |= PG_M | PG_A;
7903         } else {
7904                 *pte |= PG_A;
7905         }
7906
7907 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
7908         /* try to promote the mapping */
7909         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
7910                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
7911         else
7912                 mpte = NULL;
7913
7914         m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pte & PG_FRAME);
7915
7916         if ((mpte == NULL || mpte->wire_count == NPTEPG) &&
7917             pmap_ps_enabled(pmap) &&
7918             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
7919             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0) {
7920                 pmap_promote_pde(pmap, pde, va, &lock);
7921 #ifdef INVARIANTS
7922                 atomic_add_long(&ad_emulation_superpage_promotions, 1);
7923 #endif
7924         }
7925 #endif
7926
7927 #ifdef INVARIANTS
7928         if (ftype == VM_PROT_WRITE)
7929                 atomic_add_long(&num_dirty_emulations, 1);
7930         else
7931                 atomic_add_long(&num_accessed_emulations, 1);
7932 #endif
7933         rv = 0;         /* success */
7934 done:
7935         if (lock != NULL)
7936                 rw_wunlock(lock);
7937         PMAP_UNLOCK(pmap);
7938         return (rv);
7939 }
7940
7941 void
7942 pmap_get_mapping(pmap_t pmap, vm_offset_t va, uint64_t *ptr, int *num)
7943 {
7944         pml4_entry_t *pml4;
7945         pdp_entry_t *pdp;
7946         pd_entry_t *pde;
7947         pt_entry_t *pte, PG_V;
7948         int idx;
7949
7950         idx = 0;
7951         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7952         PMAP_LOCK(pmap);
7953
7954         pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
7955         ptr[idx++] = *pml4;
7956         if ((*pml4 & PG_V) == 0)
7957                 goto done;
7958
7959         pdp = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4, va);
7960         ptr[idx++] = *pdp;
7961         if ((*pdp & PG_V) == 0 || (*pdp & PG_PS) != 0)
7962                 goto done;
7963
7964         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdp, va);
7965         ptr[idx++] = *pde;
7966         if ((*pde & PG_V) == 0 || (*pde & PG_PS) != 0)
7967                 goto done;
7968
7969         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
7970         ptr[idx++] = *pte;
7971
7972 done:
7973         PMAP_UNLOCK(pmap);
7974         *num = idx;
7975 }
7976
7977 /**
7978  * Get the kernel virtual address of a set of physical pages. If there are
7979  * physical addresses not covered by the DMAP perform a transient mapping
7980  * that will be removed when calling pmap_unmap_io_transient.
7981  *
7982  * \param page        The pages the caller wishes to obtain the virtual
7983  *                    address on the kernel memory map.
7984  * \param vaddr       On return contains the kernel virtual memory address
7985  *                    of the pages passed in the page parameter.
7986  * \param count       Number of pages passed in.
7987  * \param can_fault   TRUE if the thread using the mapped pages can take
7988  *                    page faults, FALSE otherwise.
7989  *
7990  * \returns TRUE if the caller must call pmap_unmap_io_transient when
7991  *          finished or FALSE otherwise.
7992  *
7993  */
7994 boolean_t
7995 pmap_map_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
7996     boolean_t can_fault)
7997 {
7998         vm_paddr_t paddr;
7999         boolean_t needs_mapping;
8000         pt_entry_t *pte;
8001         int cache_bits, error __unused, i;
8002
8003         /*
8004          * Allocate any KVA space that we need, this is done in a separate
8005          * loop to prevent calling vmem_alloc while pinned.
8006          */
8007         needs_mapping = FALSE;
8008         for (i = 0; i < count; i++) {
8009                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
8010                 if (__predict_false(paddr >= dmaplimit)) {
8011                         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE,
8012                             M_BESTFIT | M_WAITOK, &vaddr[i]);
8013                         KASSERT(error == 0, ("vmem_alloc failed: %d", error));
8014                         needs_mapping = TRUE;
8015                 } else {
8016                         vaddr[i] = PHYS_TO_DMAP(paddr);
8017                 }
8018         }
8019
8020         /* Exit early if everything is covered by the DMAP */
8021         if (!needs_mapping)
8022                 return (FALSE);
8023
8024         /*
8025          * NB:  The sequence of updating a page table followed by accesses
8026          * to the corresponding pages used in the !DMAP case is subject to
8027          * the situation described in the "AMD64 Architecture Programmer's
8028          * Manual Volume 2: System Programming" rev. 3.23, "7.3.1 Special
8029          * Coherency Considerations".  Therefore, issuing the INVLPG right
8030          * after modifying the PTE bits is crucial.
8031          */
8032         if (!can_fault)
8033                 sched_pin();
8034         for (i = 0; i < count; i++) {
8035                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
8036                 if (paddr >= dmaplimit) {
8037                         if (can_fault) {
8038                                 /*
8039                                  * Slow path, since we can get page faults
8040                                  * while mappings are active don't pin the
8041                                  * thread to the CPU and instead add a global
8042                                  * mapping visible to all CPUs.
8043                                  */
8044                                 pmap_qenter(vaddr[i], &page[i], 1);
8045                         } else {
8046                                 pte = vtopte(vaddr[i]);
8047                                 cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap,
8048                                     page[i]->md.pat_mode, 0);
8049                                 pte_store(pte, paddr | X86_PG_RW | X86_PG_V |
8050                                     cache_bits);
8051                                 invlpg(vaddr[i]);
8052                         }
8053                 }
8054         }
8055
8056         return (needs_mapping);
8057 }
8058
8059 void
8060 pmap_unmap_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
8061     boolean_t can_fault)
8062 {
8063         vm_paddr_t paddr;
8064         int i;
8065
8066         if (!can_fault)
8067                 sched_unpin();
8068         for (i = 0; i < count; i++) {
8069                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
8070                 if (paddr >= dmaplimit) {
8071                         if (can_fault)
8072                                 pmap_qremove(vaddr[i], 1);
8073                         vmem_free(kernel_arena, vaddr[i], PAGE_SIZE);
8074                 }
8075         }
8076 }
8077
8078 vm_offset_t
8079 pmap_quick_enter_page(vm_page_t m)
8080 {
8081         vm_paddr_t paddr;
8082
8083         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
8084         if (paddr < dmaplimit)
8085                 return (PHYS_TO_DMAP(paddr));
8086         mtx_lock_spin(&qframe_mtx);
8087         KASSERT(*vtopte(qframe) == 0, ("qframe busy"));
8088         pte_store(vtopte(qframe), paddr | X86_PG_RW | X86_PG_V | X86_PG_A |
8089             X86_PG_M | pmap_cache_bits(kernel_pmap, m->md.pat_mode, 0));
8090         return (qframe);
8091 }
8092
8093 void
8094 pmap_quick_remove_page(vm_offset_t addr)
8095 {
8096
8097         if (addr != qframe)
8098                 return;
8099         pte_store(vtopte(qframe), 0);
8100         invlpg(qframe);
8101         mtx_unlock_spin(&qframe_mtx);
8102 }
8103
8104 static vm_page_t
8105 pmap_pti_alloc_page(void)
8106 {
8107         vm_page_t m;
8108
8109         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
8110         m = vm_page_grab(pti_obj, pti_pg_idx++, VM_ALLOC_NOBUSY |
8111             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
8112         return (m);
8113 }
8114
8115 static bool
8116 pmap_pti_free_page(vm_page_t m)
8117 {
8118
8119         KASSERT(m->wire_count > 0, ("page %p not wired", m));
8120         if (!vm_page_unwire_noq(m))
8121                 return (false);
8122         vm_page_free_zero(m);
8123         return (true);
8124 }
8125
8126 static void
8127 pmap_pti_init(void)
8128 {
8129         vm_page_t pml4_pg;
8130         pdp_entry_t *pdpe;
8131         vm_offset_t va;
8132         int i;
8133
8134         if (!pti)
8135                 return;
8136         pti_obj = vm_pager_allocate(OBJT_PHYS, NULL, 0, VM_PROT_ALL, 0, NULL);
8137         VM_OBJECT_WLOCK(pti_obj);
8138         pml4_pg = pmap_pti_alloc_page();
8139         pti_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml4_pg));
8140         for (va = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS; va <= VM_MAX_KERNEL_ADDRESS &&
8141             va >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS && va > NBPML4; va += NBPML4) {
8142                 pdpe = pmap_pti_pdpe(va);
8143                 pmap_pti_wire_pte(pdpe);
8144         }
8145         pmap_pti_add_kva_locked((vm_offset_t)&__pcpu[0],
8146             (vm_offset_t)&__pcpu[0] + sizeof(__pcpu[0]) * MAXCPU, false);
8147         pmap_pti_add_kva_locked((vm_offset_t)gdt, (vm_offset_t)gdt +
8148             sizeof(struct user_segment_descriptor) * NGDT * MAXCPU, false);
8149         pmap_pti_add_kva_locked((vm_offset_t)idt, (vm_offset_t)idt +
8150             sizeof(struct gate_descriptor) * NIDT, false);
8151         pmap_pti_add_kva_locked((vm_offset_t)common_tss,
8152             (vm_offset_t)common_tss + sizeof(struct amd64tss) * MAXCPU, false);
8153         CPU_FOREACH(i) {
8154                 /* Doublefault stack IST 1 */
8155                 va = common_tss[i].tss_ist1;
8156                 pmap_pti_add_kva_locked(va - PAGE_SIZE, va, false);
8157                 /* NMI stack IST 2 */
8158                 va = common_tss[i].tss_ist2 + sizeof(struct nmi_pcpu);
8159                 pmap_pti_add_kva_locked(va - PAGE_SIZE, va, false);
8160                 /* MC# stack IST 3 */
8161                 va = common_tss[i].tss_ist3 + sizeof(struct nmi_pcpu);
8162                 pmap_pti_add_kva_locked(va - PAGE_SIZE, va, false);
8163                 /* DB# stack IST 4 */
8164                 va = common_tss[i].tss_ist4 + sizeof(struct nmi_pcpu);
8165                 pmap_pti_add_kva_locked(va - PAGE_SIZE, va, false);
8166         }
8167         pmap_pti_add_kva_locked((vm_offset_t)kernphys + KERNBASE,
8168             (vm_offset_t)etext, true);
8169         pti_finalized = true;
8170         VM_OBJECT_WUNLOCK(pti_obj);
8171 }
8172 SYSINIT(pmap_pti, SI_SUB_CPU + 1, SI_ORDER_ANY, pmap_pti_init, NULL);
8173
8174 static pdp_entry_t *
8175 pmap_pti_pdpe(vm_offset_t va)
8176 {
8177         pml4_entry_t *pml4e;
8178         pdp_entry_t *pdpe;
8179         vm_page_t m;
8180         vm_pindex_t pml4_idx;
8181         vm_paddr_t mphys;
8182
8183         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
8184
8185         pml4_idx = pmap_pml4e_index(va);
8186         pml4e = &pti_pml4[pml4_idx];
8187         m = NULL;
8188         if (*pml4e == 0) {
8189                 if (pti_finalized)
8190                         panic("pml4 alloc after finalization\n");
8191                 m = pmap_pti_alloc_page();
8192                 if (*pml4e != 0) {
8193                         pmap_pti_free_page(m);
8194                         mphys = *pml4e & ~PAGE_MASK;
8195                 } else {
8196                         mphys = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
8197                         *pml4e = mphys | X86_PG_RW | X86_PG_V;
8198                 }
8199         } else {
8200                 mphys = *pml4e & ~PAGE_MASK;
8201         }
8202         pdpe = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys) + pmap_pdpe_index(va);
8203         return (pdpe);
8204 }
8205
8206 static void
8207 pmap_pti_wire_pte(void *pte)
8208 {
8209         vm_page_t m;
8210
8211         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
8212         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pte));
8213         m->wire_count++;
8214 }
8215
8216 static void
8217 pmap_pti_unwire_pde(void *pde, bool only_ref)
8218 {
8219         vm_page_t m;
8220
8221         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
8222         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pde));
8223         MPASS(m->wire_count > 0);
8224         MPASS(only_ref || m->wire_count > 1);
8225         pmap_pti_free_page(m);
8226 }
8227
8228 static void
8229 pmap_pti_unwire_pte(void *pte, vm_offset_t va)
8230 {
8231         vm_page_t m;
8232         pd_entry_t *pde;
8233
8234         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
8235         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pte));
8236         MPASS(m->wire_count > 0);
8237         if (pmap_pti_free_page(m)) {
8238                 pde = pmap_pti_pde(va);
8239                 MPASS((*pde & (X86_PG_PS | X86_PG_V)) == X86_PG_V);
8240                 *pde = 0;
8241                 pmap_pti_unwire_pde(pde, false);
8242         }
8243 }
8244
8245 static pd_entry_t *
8246 pmap_pti_pde(vm_offset_t va)
8247 {
8248         pdp_entry_t *pdpe;
8249         pd_entry_t *pde;
8250         vm_page_t m;
8251         vm_pindex_t pd_idx;
8252         vm_paddr_t mphys;
8253
8254         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
8255
8256         pdpe = pmap_pti_pdpe(va);
8257         if (*pdpe == 0) {
8258                 m = pmap_pti_alloc_page();
8259                 if (*pdpe != 0) {
8260                         pmap_pti_free_page(m);
8261                         MPASS((*pdpe & X86_PG_PS) == 0);
8262                         mphys = *pdpe & ~PAGE_MASK;
8263                 } else {
8264                         mphys =  VM_PAGE_TO_PHYS(m);
8265                         *pdpe = mphys | X86_PG_RW | X86_PG_V;
8266                 }
8267         } else {
8268                 MPASS((*pdpe & X86_PG_PS) == 0);
8269                 mphys = *pdpe & ~PAGE_MASK;
8270         }
8271
8272         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys);
8273         pd_idx = pmap_pde_index(va);
8274         pde += pd_idx;
8275         return (pde);
8276 }
8277
8278 static pt_entry_t *
8279 pmap_pti_pte(vm_offset_t va, bool *unwire_pde)
8280 {
8281         pd_entry_t *pde;
8282         pt_entry_t *pte;
8283         vm_page_t m;
8284         vm_paddr_t mphys;
8285
8286         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
8287
8288         pde = pmap_pti_pde(va);
8289         if (unwire_pde != NULL) {
8290                 *unwire_pde = true;
8291                 pmap_pti_wire_pte(pde);
8292         }
8293         if (*pde == 0) {
8294                 m = pmap_pti_alloc_page();
8295                 if (*pde != 0) {
8296                         pmap_pti_free_page(m);
8297                         MPASS((*pde & X86_PG_PS) == 0);
8298                         mphys = *pde & ~(PAGE_MASK | pg_nx);
8299                 } else {
8300                         mphys = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
8301                         *pde = mphys | X86_PG_RW | X86_PG_V;
8302                         if (unwire_pde != NULL)
8303                                 *unwire_pde = false;
8304                 }
8305         } else {
8306                 MPASS((*pde & X86_PG_PS) == 0);
8307                 mphys = *pde & ~(PAGE_MASK | pg_nx);
8308         }
8309
8310         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys);
8311         pte += pmap_pte_index(va);
8312
8313         return (pte);
8314 }
8315
8316 static void
8317 pmap_pti_add_kva_locked(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, bool exec)
8318 {
8319         vm_paddr_t pa;
8320         pd_entry_t *pde;
8321         pt_entry_t *pte, ptev;
8322         bool unwire_pde;
8323
8324         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
8325
8326         sva = trunc_page(sva);
8327         MPASS(sva > VM_MAXUSER_ADDRESS);
8328         eva = round_page(eva);
8329         MPASS(sva < eva);
8330         for (; sva < eva; sva += PAGE_SIZE) {
8331                 pte = pmap_pti_pte(sva, &unwire_pde);
8332                 pa = pmap_kextract(sva);
8333                 ptev = pa | X86_PG_RW | X86_PG_V | X86_PG_A | X86_PG_G |
8334                     (exec ? 0 : pg_nx) | pmap_cache_bits(kernel_pmap,
8335                     VM_MEMATTR_DEFAULT, FALSE);
8336                 if (*pte == 0) {
8337                         pte_store(pte, ptev);
8338                         pmap_pti_wire_pte(pte);
8339                 } else {
8340                         KASSERT(!pti_finalized,
8341                             ("pti overlap after fin %#lx %#lx %#lx",
8342                             sva, *pte, ptev));
8343                         KASSERT(*pte == ptev,
8344                             ("pti non-identical pte after fin %#lx %#lx %#lx",
8345                             sva, *pte, ptev));
8346                 }
8347                 if (unwire_pde) {
8348                         pde = pmap_pti_pde(sva);
8349                         pmap_pti_unwire_pde(pde, true);
8350                 }
8351         }
8352 }
8353
8354 void
8355 pmap_pti_add_kva(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, bool exec)
8356 {
8357
8358         if (!pti)
8359                 return;
8360         VM_OBJECT_WLOCK(pti_obj);
8361         pmap_pti_add_kva_locked(sva, eva, exec);
8362         VM_OBJECT_WUNLOCK(pti_obj);
8363 }
8364
8365 void
8366 pmap_pti_remove_kva(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
8367 {
8368         pt_entry_t *pte;
8369         vm_offset_t va;
8370
8371         if (!pti)
8372                 return;
8373         sva = rounddown2(sva, PAGE_SIZE);
8374         MPASS(sva > VM_MAXUSER_ADDRESS);
8375         eva = roundup2(eva, PAGE_SIZE);
8376         MPASS(sva < eva);
8377         VM_OBJECT_WLOCK(pti_obj);
8378         for (va = sva; va < eva; va += PAGE_SIZE) {
8379                 pte = pmap_pti_pte(va, NULL);
8380                 KASSERT((*pte & X86_PG_V) != 0,
8381                     ("invalid pte va %#lx pte %#lx pt %#lx", va,
8382                     (u_long)pte, *pte));
8383                 pte_clear(pte);
8384                 pmap_pti_unwire_pte(pte, va);
8385         }
8386         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, eva);
8387         VM_OBJECT_WUNLOCK(pti_obj);
8388 }
8389
8390 #include "opt_ddb.h"
8391 #ifdef DDB
8392 #include <sys/kdb.h>
8393 #include <ddb/ddb.h>
8394
8395 DB_SHOW_COMMAND(pte, pmap_print_pte)
8396 {
8397         pmap_t pmap;
8398         pml4_entry_t *pml4;
8399         pdp_entry_t *pdp;
8400         pd_entry_t *pde;
8401         pt_entry_t *pte, PG_V;
8402         vm_offset_t va;
8403
8404         if (!have_addr) {
8405                 db_printf("show pte addr\n");
8406                 return;
8407         }
8408         va = (vm_offset_t)addr;
8409
8410         if (kdb_thread != NULL)
8411                 pmap = vmspace_pmap(kdb_thread->td_proc->p_vmspace);
8412         else
8413                 pmap = PCPU_GET(curpmap);
8414
8415         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
8416         pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
8417         db_printf("VA %#016lx pml4e %#016lx", va, *pml4);
8418         if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
8419                 db_printf("\n");
8420                 return;
8421         }
8422         pdp = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4, va);
8423         db_printf(" pdpe %#016lx", *pdp);
8424         if ((*pdp & PG_V) == 0 || (*pdp & PG_PS) != 0) {
8425                 db_printf("\n");
8426                 return;
8427         }
8428         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdp, va);
8429         db_printf(" pde %#016lx", *pde);
8430         if ((*pde & PG_V) == 0 || (*pde & PG_PS) != 0) {
8431                 db_printf("\n");
8432                 return;
8433         }
8434         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
8435         db_printf(" pte %#016lx\n", *pte);
8436 }
8437
8438 DB_SHOW_COMMAND(phys2dmap, pmap_phys2dmap)
8439 {
8440         vm_paddr_t a;
8441
8442         if (have_addr) {
8443                 a = (vm_paddr_t)addr;
8444                 db_printf("0x%jx\n", (uintmax_t)PHYS_TO_DMAP(a));
8445         } else {
8446                 db_printf("show phys2dmap addr\n");
8447         }
8448 }
8449 #endif