]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/amd64/amd64/pmap.c
Upgrade our copies of clang, llvm, lld, lldb, compiler-rt and libc++ to
[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  * Copyright (c) 2014-2018 The FreeBSD Foundation
15  * All rights reserved.
16  *
17  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
18  * the Systems Programming Group of the University of Utah Computer
19  * Science Department and William Jolitz of UUNET Technologies Inc.
20  *
21  * Portions of this software were developed by
22  * Konstantin Belousov <kib@FreeBSD.org> under sponsorship from
23  * the FreeBSD Foundation.
24  *
25  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
26  * modification, are permitted provided that the following conditions
27  * are met:
28  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
29  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
30  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
31  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
32  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
33  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
34  *    must display the following acknowledgement:
35  *      This product includes software developed by the University of
36  *      California, Berkeley and its contributors.
37  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
38  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
39  *    without specific prior written permission.
40  *
41  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
42  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
43  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
44  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
45  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
46  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
47  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
48  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
49  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
50  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
51  * SUCH DAMAGE.
52  *
53  *      from:   @(#)pmap.c      7.7 (Berkeley)  5/12/91
54  */
55 /*-
56  * Copyright (c) 2003 Networks Associates Technology, Inc.
57  * All rights reserved.
58  *
59  * This software was developed for the FreeBSD Project by Jake Burkholder,
60  * Safeport Network Services, and Network Associates Laboratories, the
61  * Security Research Division of Network Associates, Inc. under
62  * DARPA/SPAWAR contract N66001-01-C-8035 ("CBOSS"), as part of the DARPA
63  * CHATS research program.
64  *
65  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
66  * modification, are permitted provided that the following conditions
67  * are met:
68  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
69  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
70  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
71  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
72  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
73  *
74  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
75  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
76  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
77  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
78  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
79  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
80  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
81  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
82  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
83  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
84  * SUCH DAMAGE.
85  */
86
87 #define AMD64_NPT_AWARE
88
89 #include <sys/cdefs.h>
90 __FBSDID("$FreeBSD$");
91
92 /*
93  *      Manages physical address maps.
94  *
95  *      Since the information managed by this module is
96  *      also stored by the logical address mapping module,
97  *      this module may throw away valid virtual-to-physical
98  *      mappings at almost any time.  However, invalidations
99  *      of virtual-to-physical mappings must be done as
100  *      requested.
101  *
102  *      In order to cope with hardware architectures which
103  *      make virtual-to-physical map invalidates expensive,
104  *      this module may delay invalidate or reduced protection
105  *      operations until such time as they are actually
106  *      necessary.  This module is given full information as
107  *      to which processors are currently using which maps,
108  *      and to when physical maps must be made correct.
109  */
110
111 #include "opt_pmap.h"
112 #include "opt_vm.h"
113
114 #include <sys/param.h>
115 #include <sys/bitstring.h>
116 #include <sys/bus.h>
117 #include <sys/systm.h>
118 #include <sys/kernel.h>
119 #include <sys/ktr.h>
120 #include <sys/lock.h>
121 #include <sys/malloc.h>
122 #include <sys/mman.h>
123 #include <sys/mutex.h>
124 #include <sys/proc.h>
125 #include <sys/rwlock.h>
126 #include <sys/sx.h>
127 #include <sys/turnstile.h>
128 #include <sys/vmem.h>
129 #include <sys/vmmeter.h>
130 #include <sys/sched.h>
131 #include <sys/sysctl.h>
132 #include <sys/smp.h>
133
134 #include <vm/vm.h>
135 #include <vm/vm_param.h>
136 #include <vm/vm_kern.h>
137 #include <vm/vm_page.h>
138 #include <vm/vm_map.h>
139 #include <vm/vm_object.h>
140 #include <vm/vm_extern.h>
141 #include <vm/vm_pageout.h>
142 #include <vm/vm_pager.h>
143 #include <vm/vm_phys.h>
144 #include <vm/vm_radix.h>
145 #include <vm/vm_reserv.h>
146 #include <vm/uma.h>
147
148 #include <machine/intr_machdep.h>
149 #include <x86/apicvar.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 /*
377  * pmap_mapdev support pre initialization (i.e. console)
378  */
379 #define PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT      8
380 static struct pmap_preinit_mapping {
381         vm_paddr_t      pa;
382         vm_offset_t     va;
383         vm_size_t       sz;
384         int             mode;
385 } pmap_preinit_mapping[PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT];
386 static int pmap_initialized;
387
388 /*
389  * Data for the pv entry allocation mechanism.
390  * Updates to pv_invl_gen are protected by the pv_list_locks[]
391  * elements, but reads are not.
392  */
393 static TAILQ_HEAD(pch, pv_chunk) pv_chunks = TAILQ_HEAD_INITIALIZER(pv_chunks);
394 static struct mtx __exclusive_cache_line pv_chunks_mutex;
395 static struct rwlock __exclusive_cache_line pv_list_locks[NPV_LIST_LOCKS];
396 static u_long pv_invl_gen[NPV_LIST_LOCKS];
397 static struct md_page *pv_table;
398 static struct md_page pv_dummy;
399
400 /*
401  * All those kernel PT submaps that BSD is so fond of
402  */
403 pt_entry_t *CMAP1 = NULL;
404 caddr_t CADDR1 = 0;
405 static vm_offset_t qframe = 0;
406 static struct mtx qframe_mtx;
407
408 static int pmap_flags = PMAP_PDE_SUPERPAGE;     /* flags for x86 pmaps */
409
410 int pmap_pcid_enabled = 1;
411 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pcid_enabled, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
412     &pmap_pcid_enabled, 0, "Is TLB Context ID enabled ?");
413 int invpcid_works = 0;
414 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, invpcid_works, CTLFLAG_RD, &invpcid_works, 0,
415     "Is the invpcid instruction available ?");
416
417 int pti = 0;
418 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pti, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
419     &pti, 0,
420     "Page Table Isolation enabled");
421 static vm_object_t pti_obj;
422 static pml4_entry_t *pti_pml4;
423 static vm_pindex_t pti_pg_idx;
424 static bool pti_finalized;
425
426 static int
427 pmap_pcid_save_cnt_proc(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
428 {
429         int i;
430         uint64_t res;
431
432         res = 0;
433         CPU_FOREACH(i) {
434                 res += cpuid_to_pcpu[i]->pc_pm_save_cnt;
435         }
436         return (sysctl_handle_64(oidp, &res, 0, req));
437 }
438 SYSCTL_PROC(_vm_pmap, OID_AUTO, pcid_save_cnt, CTLTYPE_U64 | CTLFLAG_RW |
439     CTLFLAG_MPSAFE, NULL, 0, pmap_pcid_save_cnt_proc, "QU",
440     "Count of saved TLB context on switch");
441
442 static LIST_HEAD(, pmap_invl_gen) pmap_invl_gen_tracker =
443     LIST_HEAD_INITIALIZER(&pmap_invl_gen_tracker);
444 static struct mtx invl_gen_mtx;
445 static u_long pmap_invl_gen = 0;
446 /* Fake lock object to satisfy turnstiles interface. */
447 static struct lock_object invl_gen_ts = {
448         .lo_name = "invlts",
449 };
450
451 static bool
452 pmap_not_in_di(void)
453 {
454
455         return (curthread->td_md.md_invl_gen.gen == 0);
456 }
457
458 #define PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI() \
459     KASSERT(pmap_not_in_di(), ("DI already started"))
460
461 /*
462  * Start a new Delayed Invalidation (DI) block of code, executed by
463  * the current thread.  Within a DI block, the current thread may
464  * destroy both the page table and PV list entries for a mapping and
465  * then release the corresponding PV list lock before ensuring that
466  * the mapping is flushed from the TLBs of any processors with the
467  * pmap active.
468  */
469 static void
470 pmap_delayed_invl_started(void)
471 {
472         struct pmap_invl_gen *invl_gen;
473         u_long currgen;
474
475         invl_gen = &curthread->td_md.md_invl_gen;
476         PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI();
477         mtx_lock(&invl_gen_mtx);
478         if (LIST_EMPTY(&pmap_invl_gen_tracker))
479                 currgen = pmap_invl_gen;
480         else
481                 currgen = LIST_FIRST(&pmap_invl_gen_tracker)->gen;
482         invl_gen->gen = currgen + 1;
483         LIST_INSERT_HEAD(&pmap_invl_gen_tracker, invl_gen, link);
484         mtx_unlock(&invl_gen_mtx);
485 }
486
487 /*
488  * Finish the DI block, previously started by the current thread.  All
489  * required TLB flushes for the pages marked by
490  * pmap_delayed_invl_page() must be finished before this function is
491  * called.
492  *
493  * This function works by bumping the global DI generation number to
494  * the generation number of the current thread's DI, unless there is a
495  * pending DI that started earlier.  In the latter case, bumping the
496  * global DI generation number would incorrectly signal that the
497  * earlier DI had finished.  Instead, this function bumps the earlier
498  * DI's generation number to match the generation number of the
499  * current thread's DI.
500  */
501 static void
502 pmap_delayed_invl_finished(void)
503 {
504         struct pmap_invl_gen *invl_gen, *next;
505         struct turnstile *ts;
506
507         invl_gen = &curthread->td_md.md_invl_gen;
508         KASSERT(invl_gen->gen != 0, ("missed invl_started"));
509         mtx_lock(&invl_gen_mtx);
510         next = LIST_NEXT(invl_gen, link);
511         if (next == NULL) {
512                 turnstile_chain_lock(&invl_gen_ts);
513                 ts = turnstile_lookup(&invl_gen_ts);
514                 pmap_invl_gen = invl_gen->gen;
515                 if (ts != NULL) {
516                         turnstile_broadcast(ts, TS_SHARED_QUEUE);
517                         turnstile_unpend(ts, TS_SHARED_LOCK);
518                 }
519                 turnstile_chain_unlock(&invl_gen_ts);
520         } else {
521                 next->gen = invl_gen->gen;
522         }
523         LIST_REMOVE(invl_gen, link);
524         mtx_unlock(&invl_gen_mtx);
525         invl_gen->gen = 0;
526 }
527
528 #ifdef PV_STATS
529 static long invl_wait;
530 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, invl_wait, CTLFLAG_RD, &invl_wait, 0,
531     "Number of times DI invalidation blocked pmap_remove_all/write");
532 #endif
533
534 static u_long *
535 pmap_delayed_invl_genp(vm_page_t m)
536 {
537
538         return (&pv_invl_gen[pa_index(VM_PAGE_TO_PHYS(m)) % NPV_LIST_LOCKS]);
539 }
540
541 /*
542  * Ensure that all currently executing DI blocks, that need to flush
543  * TLB for the given page m, actually flushed the TLB at the time the
544  * function returned.  If the page m has an empty PV list and we call
545  * pmap_delayed_invl_wait(), upon its return we know that no CPU has a
546  * valid mapping for the page m in either its page table or TLB.
547  *
548  * This function works by blocking until the global DI generation
549  * number catches up with the generation number associated with the
550  * given page m and its PV list.  Since this function's callers
551  * typically own an object lock and sometimes own a page lock, it
552  * cannot sleep.  Instead, it blocks on a turnstile to relinquish the
553  * processor.
554  */
555 static void
556 pmap_delayed_invl_wait(vm_page_t m)
557 {
558         struct turnstile *ts;
559         u_long *m_gen;
560 #ifdef PV_STATS
561         bool accounted = false;
562 #endif
563
564         m_gen = pmap_delayed_invl_genp(m);
565         while (*m_gen > pmap_invl_gen) {
566 #ifdef PV_STATS
567                 if (!accounted) {
568                         atomic_add_long(&invl_wait, 1);
569                         accounted = true;
570                 }
571 #endif
572                 ts = turnstile_trywait(&invl_gen_ts);
573                 if (*m_gen > pmap_invl_gen)
574                         turnstile_wait(ts, NULL, TS_SHARED_QUEUE);
575                 else
576                         turnstile_cancel(ts);
577         }
578 }
579
580 /*
581  * Mark the page m's PV list as participating in the current thread's
582  * DI block.  Any threads concurrently using m's PV list to remove or
583  * restrict all mappings to m will wait for the current thread's DI
584  * block to complete before proceeding.
585  *
586  * The function works by setting the DI generation number for m's PV
587  * list to at least the DI generation number of the current thread.
588  * This forces a caller of pmap_delayed_invl_wait() to block until
589  * current thread calls pmap_delayed_invl_finished().
590  */
591 static void
592 pmap_delayed_invl_page(vm_page_t m)
593 {
594         u_long gen, *m_gen;
595
596         rw_assert(VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), RA_WLOCKED);
597         gen = curthread->td_md.md_invl_gen.gen;
598         if (gen == 0)
599                 return;
600         m_gen = pmap_delayed_invl_genp(m);
601         if (*m_gen < gen)
602                 *m_gen = gen;
603 }
604
605 /*
606  * Crashdump maps.
607  */
608 static caddr_t crashdumpmap;
609
610 /*
611  * Internal flags for pmap_enter()'s helper functions.
612  */
613 #define PMAP_ENTER_NORECLAIM    0x1000000       /* Don't reclaim PV entries. */
614 #define PMAP_ENTER_NOREPLACE    0x2000000       /* Don't replace mappings. */
615
616 static void     free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc);
617 static void     free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv);
618 static pv_entry_t get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp);
619 static int      popcnt_pc_map_pq(uint64_t *map);
620 static vm_page_t reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp);
621 static void     reserve_pv_entries(pmap_t pmap, int needed,
622                     struct rwlock **lockp);
623 static void     pmap_pv_demote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
624                     struct rwlock **lockp);
625 static bool     pmap_pv_insert_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde,
626                     u_int flags, struct rwlock **lockp);
627 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
628 static void     pmap_pv_promote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
629                     struct rwlock **lockp);
630 #endif
631 static void     pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va);
632 static pv_entry_t pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap,
633                     vm_offset_t va);
634
635 static int pmap_change_attr_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode);
636 static boolean_t pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va);
637 static boolean_t pmap_demote_pde_locked(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde,
638     vm_offset_t va, struct rwlock **lockp);
639 static boolean_t pmap_demote_pdpe(pmap_t pmap, pdp_entry_t *pdpe,
640     vm_offset_t va);
641 static bool     pmap_enter_2mpage(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
642                     vm_prot_t prot, struct rwlock **lockp);
643 static int      pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t newpde,
644                     u_int flags, vm_page_t m, struct rwlock **lockp);
645 static vm_page_t pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
646     vm_page_t m, vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp);
647 static void pmap_fill_ptp(pt_entry_t *firstpte, pt_entry_t newpte);
648 static int pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte);
649 static void pmap_invalidate_pde_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
650                     pd_entry_t pde);
651 static void pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode);
652 static void pmap_pde_attr(pd_entry_t *pde, int cache_bits, int mask);
653 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
654 static void pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
655     struct rwlock **lockp);
656 #endif
657 static boolean_t pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva,
658     vm_prot_t prot);
659 static void pmap_pte_attr(pt_entry_t *pte, int cache_bits, int mask);
660 static void pmap_pti_add_kva_locked(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
661     bool exec);
662 static pdp_entry_t *pmap_pti_pdpe(vm_offset_t va);
663 static pd_entry_t *pmap_pti_pde(vm_offset_t va);
664 static void pmap_pti_wire_pte(void *pte);
665 static int pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
666     struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
667 static int pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t sva,
668     pd_entry_t ptepde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
669 static vm_page_t pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
670 static void pmap_remove_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
671     struct spglist *free);
672 static bool     pmap_remove_ptes(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
673                     pd_entry_t *pde, struct spglist *free,
674                     struct rwlock **lockp);
675 static boolean_t pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
676     vm_page_t m, struct rwlock **lockp);
677 static void pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
678     pd_entry_t newpde);
679 static void pmap_update_pde_invalidate(pmap_t, vm_offset_t va, pd_entry_t pde);
680
681 static vm_page_t _pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex,
682                 struct rwlock **lockp);
683 static vm_page_t pmap_allocpde(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
684                 struct rwlock **lockp);
685 static vm_page_t pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
686                 struct rwlock **lockp);
687
688 static void _pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
689     struct spglist *free);
690 static int pmap_unuse_pt(pmap_t, vm_offset_t, pd_entry_t, struct spglist *);
691 static vm_offset_t pmap_kmem_choose(vm_offset_t addr);
692
693 /*
694  * Move the kernel virtual free pointer to the next
695  * 2MB.  This is used to help improve performance
696  * by using a large (2MB) page for much of the kernel
697  * (.text, .data, .bss)
698  */
699 static vm_offset_t
700 pmap_kmem_choose(vm_offset_t addr)
701 {
702         vm_offset_t newaddr = addr;
703
704         newaddr = roundup2(addr, NBPDR);
705         return (newaddr);
706 }
707
708 /********************/
709 /* Inline functions */
710 /********************/
711
712 /* Return a non-clipped PD index for a given VA */
713 static __inline vm_pindex_t
714 pmap_pde_pindex(vm_offset_t va)
715 {
716         return (va >> PDRSHIFT);
717 }
718
719
720 /* Return a pointer to the PML4 slot that corresponds to a VA */
721 static __inline pml4_entry_t *
722 pmap_pml4e(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
723 {
724
725         return (&pmap->pm_pml4[pmap_pml4e_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_pml4e_to_pdpe(pml4_entry_t *pml4e, vm_offset_t va)
731 {
732         pdp_entry_t *pdpe;
733
734         pdpe = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4e & PG_FRAME);
735         return (&pdpe[pmap_pdpe_index(va)]);
736 }
737
738 /* Return a pointer to the PDP slot that corresponds to a VA */
739 static __inline pdp_entry_t *
740 pmap_pdpe(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
741 {
742         pml4_entry_t *pml4e;
743         pt_entry_t PG_V;
744
745         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
746         pml4e = pmap_pml4e(pmap, va);
747         if ((*pml4e & PG_V) == 0)
748                 return (NULL);
749         return (pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, va));
750 }
751
752 /* Return a pointer to the PD slot that corresponds to a VA */
753 static __inline pd_entry_t *
754 pmap_pdpe_to_pde(pdp_entry_t *pdpe, vm_offset_t va)
755 {
756         pd_entry_t *pde;
757
758         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdpe & PG_FRAME);
759         return (&pde[pmap_pde_index(va)]);
760 }
761
762 /* Return a pointer to the PD slot that corresponds to a VA */
763 static __inline pd_entry_t *
764 pmap_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
765 {
766         pdp_entry_t *pdpe;
767         pt_entry_t PG_V;
768
769         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
770         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
771         if (pdpe == NULL || (*pdpe & PG_V) == 0)
772                 return (NULL);
773         return (pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va));
774 }
775
776 /* Return a pointer to the PT slot that corresponds to a VA */
777 static __inline pt_entry_t *
778 pmap_pde_to_pte(pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
779 {
780         pt_entry_t *pte;
781
782         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pde & PG_FRAME);
783         return (&pte[pmap_pte_index(va)]);
784 }
785
786 /* Return a pointer to the PT slot that corresponds to a VA */
787 static __inline pt_entry_t *
788 pmap_pte(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
789 {
790         pd_entry_t *pde;
791         pt_entry_t PG_V;
792
793         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
794         pde = pmap_pde(pmap, va);
795         if (pde == NULL || (*pde & PG_V) == 0)
796                 return (NULL);
797         if ((*pde & PG_PS) != 0)        /* compat with i386 pmap_pte() */
798                 return ((pt_entry_t *)pde);
799         return (pmap_pde_to_pte(pde, va));
800 }
801
802 static __inline void
803 pmap_resident_count_inc(pmap_t pmap, int count)
804 {
805
806         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
807         pmap->pm_stats.resident_count += count;
808 }
809
810 static __inline void
811 pmap_resident_count_dec(pmap_t pmap, int count)
812 {
813
814         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
815         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count >= count,
816             ("pmap %p resident count underflow %ld %d", pmap,
817             pmap->pm_stats.resident_count, count));
818         pmap->pm_stats.resident_count -= count;
819 }
820
821 PMAP_INLINE pt_entry_t *
822 vtopte(vm_offset_t va)
823 {
824         u_int64_t mask = ((1ul << (NPTEPGSHIFT + NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT)) - 1);
825
826         KASSERT(va >= VM_MAXUSER_ADDRESS, ("vtopte on a uva/gpa 0x%0lx", va));
827
828         return (PTmap + ((va >> PAGE_SHIFT) & mask));
829 }
830
831 static __inline pd_entry_t *
832 vtopde(vm_offset_t va)
833 {
834         u_int64_t mask = ((1ul << (NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT)) - 1);
835
836         KASSERT(va >= VM_MAXUSER_ADDRESS, ("vtopde on a uva/gpa 0x%0lx", va));
837
838         return (PDmap + ((va >> PDRSHIFT) & mask));
839 }
840
841 static u_int64_t
842 allocpages(vm_paddr_t *firstaddr, int n)
843 {
844         u_int64_t ret;
845
846         ret = *firstaddr;
847         bzero((void *)ret, n * PAGE_SIZE);
848         *firstaddr += n * PAGE_SIZE;
849         return (ret);
850 }
851
852 CTASSERT(powerof2(NDMPML4E));
853
854 /* number of kernel PDP slots */
855 #define NKPDPE(ptpgs)           howmany(ptpgs, NPDEPG)
856
857 static void
858 nkpt_init(vm_paddr_t addr)
859 {
860         int pt_pages;
861         
862 #ifdef NKPT
863         pt_pages = NKPT;
864 #else
865         pt_pages = howmany(addr, 1 << PDRSHIFT);
866         pt_pages += NKPDPE(pt_pages);
867
868         /*
869          * Add some slop beyond the bare minimum required for bootstrapping
870          * the kernel.
871          *
872          * This is quite important when allocating KVA for kernel modules.
873          * The modules are required to be linked in the negative 2GB of
874          * the address space.  If we run out of KVA in this region then
875          * pmap_growkernel() will need to allocate page table pages to map
876          * the entire 512GB of KVA space which is an unnecessary tax on
877          * physical memory.
878          *
879          * Secondly, device memory mapped as part of setting up the low-
880          * level console(s) is taken from KVA, starting at virtual_avail.
881          * This is because cninit() is called after pmap_bootstrap() but
882          * before vm_init() and pmap_init(). 20MB for a frame buffer is
883          * not uncommon.
884          */
885         pt_pages += 32;         /* 64MB additional slop. */
886 #endif
887         nkpt = pt_pages;
888 }
889
890 static void
891 create_pagetables(vm_paddr_t *firstaddr)
892 {
893         int i, j, ndm1g, nkpdpe;
894         pt_entry_t *pt_p;
895         pd_entry_t *pd_p;
896         pdp_entry_t *pdp_p;
897         pml4_entry_t *p4_p;
898
899         /* Allocate page table pages for the direct map */
900         ndmpdp = howmany(ptoa(Maxmem), NBPDP);
901         if (ndmpdp < 4)         /* Minimum 4GB of dirmap */
902                 ndmpdp = 4;
903         ndmpdpphys = howmany(ndmpdp, NPDPEPG);
904         if (ndmpdpphys > NDMPML4E) {
905                 /*
906                  * Each NDMPML4E allows 512 GB, so limit to that,
907                  * and then readjust ndmpdp and ndmpdpphys.
908                  */
909                 printf("NDMPML4E limits system to %d GB\n", NDMPML4E * 512);
910                 Maxmem = atop(NDMPML4E * NBPML4);
911                 ndmpdpphys = NDMPML4E;
912                 ndmpdp = NDMPML4E * NPDEPG;
913         }
914         DMPDPphys = allocpages(firstaddr, ndmpdpphys);
915         ndm1g = 0;
916         if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0)
917                 ndm1g = ptoa(Maxmem) >> PDPSHIFT;
918         if (ndm1g < ndmpdp)
919                 DMPDphys = allocpages(firstaddr, ndmpdp - ndm1g);
920         dmaplimit = (vm_paddr_t)ndmpdp << PDPSHIFT;
921
922         /* Allocate pages */
923         KPML4phys = allocpages(firstaddr, 1);
924         KPDPphys = allocpages(firstaddr, NKPML4E);
925
926         /*
927          * Allocate the initial number of kernel page table pages required to
928          * bootstrap.  We defer this until after all memory-size dependent
929          * allocations are done (e.g. direct map), so that we don't have to
930          * build in too much slop in our estimate.
931          *
932          * Note that when NKPML4E > 1, we have an empty page underneath
933          * all but the KPML4I'th one, so we need NKPML4E-1 extra (zeroed)
934          * pages.  (pmap_enter requires a PD page to exist for each KPML4E.)
935          */
936         nkpt_init(*firstaddr);
937         nkpdpe = NKPDPE(nkpt);
938
939         KPTphys = allocpages(firstaddr, nkpt);
940         KPDphys = allocpages(firstaddr, nkpdpe);
941
942         /* Fill in the underlying page table pages */
943         /* Nominally read-only (but really R/W) from zero to physfree */
944         /* XXX not fully used, underneath 2M pages */
945         pt_p = (pt_entry_t *)KPTphys;
946         for (i = 0; ptoa(i) < *firstaddr; i++)
947                 pt_p[i] = ptoa(i) | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_g;
948
949         /* Now map the page tables at their location within PTmap */
950         pd_p = (pd_entry_t *)KPDphys;
951         for (i = 0; i < nkpt; i++)
952                 pd_p[i] = (KPTphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW | X86_PG_V;
953
954         /* Map from zero to end of allocations under 2M pages */
955         /* This replaces some of the KPTphys entries above */
956         for (i = 0; (i << PDRSHIFT) < *firstaddr; i++)
957                 pd_p[i] = (i << PDRSHIFT) | X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_PS |
958                     pg_g;
959
960         /* And connect up the PD to the PDP (leaving room for L4 pages) */
961         pdp_p = (pdp_entry_t *)(KPDPphys + ptoa(KPML4I - KPML4BASE));
962         for (i = 0; i < nkpdpe; i++)
963                 pdp_p[i + KPDPI] = (KPDphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW | X86_PG_V |
964                     PG_U;
965
966         /*
967          * Now, set up the direct map region using 2MB and/or 1GB pages.  If
968          * the end of physical memory is not aligned to a 1GB page boundary,
969          * then the residual physical memory is mapped with 2MB pages.  Later,
970          * if pmap_mapdev{_attr}() uses the direct map for non-write-back
971          * memory, pmap_change_attr() will demote any 2MB or 1GB page mappings
972          * that are partially used. 
973          */
974         pd_p = (pd_entry_t *)DMPDphys;
975         for (i = NPDEPG * ndm1g, j = 0; i < NPDEPG * ndmpdp; i++, j++) {
976                 pd_p[j] = (vm_paddr_t)i << PDRSHIFT;
977                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
978                 pd_p[j] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_PS | pg_g |
979                     X86_PG_M | X86_PG_A | pg_nx;
980         }
981         pdp_p = (pdp_entry_t *)DMPDPphys;
982         for (i = 0; i < ndm1g; i++) {
983                 pdp_p[i] = (vm_paddr_t)i << PDPSHIFT;
984                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
985                 pdp_p[i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_PS | pg_g |
986                     X86_PG_M | X86_PG_A | pg_nx;
987         }
988         for (j = 0; i < ndmpdp; i++, j++) {
989                 pdp_p[i] = DMPDphys + ptoa(j);
990                 pdp_p[i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_U;
991         }
992
993         /* And recursively map PML4 to itself in order to get PTmap */
994         p4_p = (pml4_entry_t *)KPML4phys;
995         p4_p[PML4PML4I] = KPML4phys;
996         p4_p[PML4PML4I] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_U;
997
998         /* Connect the Direct Map slot(s) up to the PML4. */
999         for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++) {
1000                 p4_p[DMPML4I + i] = DMPDPphys + ptoa(i);
1001                 p4_p[DMPML4I + i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_U;
1002         }
1003
1004         /* Connect the KVA slots up to the PML4 */
1005         for (i = 0; i < NKPML4E; i++) {
1006                 p4_p[KPML4BASE + i] = KPDPphys + ptoa(i);
1007                 p4_p[KPML4BASE + i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_U;
1008         }
1009 }
1010
1011 /*
1012  *      Bootstrap the system enough to run with virtual memory.
1013  *
1014  *      On amd64 this is called after mapping has already been enabled
1015  *      and just syncs the pmap module with what has already been done.
1016  *      [We can't call it easily with mapping off since the kernel is not
1017  *      mapped with PA == VA, hence we would have to relocate every address
1018  *      from the linked base (virtual) address "KERNBASE" to the actual
1019  *      (physical) address starting relative to 0]
1020  */
1021 void
1022 pmap_bootstrap(vm_paddr_t *firstaddr)
1023 {
1024         vm_offset_t va;
1025         pt_entry_t *pte;
1026         int i;
1027
1028         if (!pti)
1029                 pg_g = X86_PG_G;
1030
1031         /*
1032          * Create an initial set of page tables to run the kernel in.
1033          */
1034         create_pagetables(firstaddr);
1035
1036         /*
1037          * Add a physical memory segment (vm_phys_seg) corresponding to the
1038          * preallocated kernel page table pages so that vm_page structures
1039          * representing these pages will be created.  The vm_page structures
1040          * are required for promotion of the corresponding kernel virtual
1041          * addresses to superpage mappings.
1042          */
1043         vm_phys_add_seg(KPTphys, KPTphys + ptoa(nkpt));
1044
1045         virtual_avail = (vm_offset_t) KERNBASE + *firstaddr;
1046         virtual_avail = pmap_kmem_choose(virtual_avail);
1047
1048         virtual_end = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS;
1049
1050
1051         /* XXX do %cr0 as well */
1052         load_cr4(rcr4() | CR4_PGE);
1053         load_cr3(KPML4phys);
1054         if (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_SMEP)
1055                 load_cr4(rcr4() | CR4_SMEP);
1056
1057         /*
1058          * Initialize the kernel pmap (which is statically allocated).
1059          */
1060         PMAP_LOCK_INIT(kernel_pmap);
1061         kernel_pmap->pm_pml4 = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(KPML4phys);
1062         kernel_pmap->pm_cr3 = KPML4phys;
1063         CPU_FILL(&kernel_pmap->pm_active);      /* don't allow deactivation */
1064         TAILQ_INIT(&kernel_pmap->pm_pvchunk);
1065         kernel_pmap->pm_flags = pmap_flags;
1066
1067         /*
1068          * Initialize the TLB invalidations generation number lock.
1069          */
1070         mtx_init(&invl_gen_mtx, "invlgn", NULL, MTX_DEF);
1071
1072         /*
1073          * Reserve some special page table entries/VA space for temporary
1074          * mapping of pages.
1075          */
1076 #define SYSMAP(c, p, v, n)      \
1077         v = (c)va; va += ((n)*PAGE_SIZE); p = pte; pte += (n);
1078
1079         va = virtual_avail;
1080         pte = vtopte(va);
1081
1082         /*
1083          * Crashdump maps.  The first page is reused as CMAP1 for the
1084          * memory test.
1085          */
1086         SYSMAP(caddr_t, CMAP1, crashdumpmap, MAXDUMPPGS)
1087         CADDR1 = crashdumpmap;
1088
1089         virtual_avail = va;
1090
1091         /*
1092          * Initialize the PAT MSR.
1093          * pmap_init_pat() clears and sets CR4_PGE, which, as a
1094          * side-effect, invalidates stale PG_G TLB entries that might
1095          * have been created in our pre-boot environment.
1096          */
1097         pmap_init_pat();
1098
1099         /* Initialize TLB Context Id. */
1100         if (pti)
1101                 pmap_pcid_enabled = 0;
1102         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.pcid_enabled", &pmap_pcid_enabled);
1103         if ((cpu_feature2 & CPUID2_PCID) != 0 && pmap_pcid_enabled) {
1104                 /* Check for INVPCID support */
1105                 invpcid_works = (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_INVPCID)
1106                     != 0;
1107                 for (i = 0; i < MAXCPU; i++) {
1108                         kernel_pmap->pm_pcids[i].pm_pcid = PMAP_PCID_KERN;
1109                         kernel_pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 1;
1110                 }
1111                 PCPU_SET(pcid_next, PMAP_PCID_KERN + 1);
1112                 PCPU_SET(pcid_gen, 1);
1113                 /*
1114                  * pcpu area for APs is zeroed during AP startup.
1115                  * pc_pcid_next and pc_pcid_gen are initialized by AP
1116                  * during pcpu setup.
1117                  */
1118                 load_cr4(rcr4() | CR4_PCIDE);
1119         } else {
1120                 pmap_pcid_enabled = 0;
1121         }
1122 }
1123
1124 /*
1125  * Setup the PAT MSR.
1126  */
1127 void
1128 pmap_init_pat(void)
1129 {
1130         int pat_table[PAT_INDEX_SIZE];
1131         uint64_t pat_msr;
1132         u_long cr0, cr4;
1133         int i;
1134
1135         /* Bail if this CPU doesn't implement PAT. */
1136         if ((cpu_feature & CPUID_PAT) == 0)
1137                 panic("no PAT??");
1138
1139         /* Set default PAT index table. */
1140         for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
1141                 pat_table[i] = -1;
1142         pat_table[PAT_WRITE_BACK] = 0;
1143         pat_table[PAT_WRITE_THROUGH] = 1;
1144         pat_table[PAT_UNCACHEABLE] = 3;
1145         pat_table[PAT_WRITE_COMBINING] = 3;
1146         pat_table[PAT_WRITE_PROTECTED] = 3;
1147         pat_table[PAT_UNCACHED] = 3;
1148
1149         /* Initialize default PAT entries. */
1150         pat_msr = PAT_VALUE(0, PAT_WRITE_BACK) |
1151             PAT_VALUE(1, PAT_WRITE_THROUGH) |
1152             PAT_VALUE(2, PAT_UNCACHED) |
1153             PAT_VALUE(3, PAT_UNCACHEABLE) |
1154             PAT_VALUE(4, PAT_WRITE_BACK) |
1155             PAT_VALUE(5, PAT_WRITE_THROUGH) |
1156             PAT_VALUE(6, PAT_UNCACHED) |
1157             PAT_VALUE(7, PAT_UNCACHEABLE);
1158
1159         if (pat_works) {
1160                 /*
1161                  * Leave the indices 0-3 at the default of WB, WT, UC-, and UC.
1162                  * Program 5 and 6 as WP and WC.
1163                  * Leave 4 and 7 as WB and UC.
1164                  */
1165                 pat_msr &= ~(PAT_MASK(5) | PAT_MASK(6));
1166                 pat_msr |= PAT_VALUE(5, PAT_WRITE_PROTECTED) |
1167                     PAT_VALUE(6, PAT_WRITE_COMBINING);
1168                 pat_table[PAT_UNCACHED] = 2;
1169                 pat_table[PAT_WRITE_PROTECTED] = 5;
1170                 pat_table[PAT_WRITE_COMBINING] = 6;
1171         } else {
1172                 /*
1173                  * Just replace PAT Index 2 with WC instead of UC-.
1174                  */
1175                 pat_msr &= ~PAT_MASK(2);
1176                 pat_msr |= PAT_VALUE(2, PAT_WRITE_COMBINING);
1177                 pat_table[PAT_WRITE_COMBINING] = 2;
1178         }
1179
1180         /* Disable PGE. */
1181         cr4 = rcr4();
1182         load_cr4(cr4 & ~CR4_PGE);
1183
1184         /* Disable caches (CD = 1, NW = 0). */
1185         cr0 = rcr0();
1186         load_cr0((cr0 & ~CR0_NW) | CR0_CD);
1187
1188         /* Flushes caches and TLBs. */
1189         wbinvd();
1190         invltlb();
1191
1192         /* Update PAT and index table. */
1193         wrmsr(MSR_PAT, pat_msr);
1194         for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
1195                 pat_index[i] = pat_table[i];
1196
1197         /* Flush caches and TLBs again. */
1198         wbinvd();
1199         invltlb();
1200
1201         /* Restore caches and PGE. */
1202         load_cr0(cr0);
1203         load_cr4(cr4);
1204 }
1205
1206 /*
1207  *      Initialize a vm_page's machine-dependent fields.
1208  */
1209 void
1210 pmap_page_init(vm_page_t m)
1211 {
1212
1213         TAILQ_INIT(&m->md.pv_list);
1214         m->md.pat_mode = PAT_WRITE_BACK;
1215 }
1216
1217 /*
1218  *      Initialize the pmap module.
1219  *      Called by vm_init, to initialize any structures that the pmap
1220  *      system needs to map virtual memory.
1221  */
1222 void
1223 pmap_init(void)
1224 {
1225         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
1226         vm_page_t mpte;
1227         vm_size_t s;
1228         int error, i, pv_npg;
1229
1230         /*
1231          * Initialize the vm page array entries for the kernel pmap's
1232          * page table pages.
1233          */ 
1234         for (i = 0; i < nkpt; i++) {
1235                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(KPTphys + (i << PAGE_SHIFT));
1236                 KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
1237                     mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
1238                     ("pmap_init: page table page is out of range"));
1239                 mpte->pindex = pmap_pde_pindex(KERNBASE) + i;
1240                 mpte->phys_addr = KPTphys + (i << PAGE_SHIFT);
1241         }
1242
1243         /*
1244          * If the kernel is running on a virtual machine, then it must assume
1245          * that MCA is enabled by the hypervisor.  Moreover, the kernel must
1246          * be prepared for the hypervisor changing the vendor and family that
1247          * are reported by CPUID.  Consequently, the workaround for AMD Family
1248          * 10h Erratum 383 is enabled if the processor's feature set does not
1249          * include at least one feature that is only supported by older Intel
1250          * or newer AMD processors.
1251          */
1252         if (vm_guest != VM_GUEST_NO && (cpu_feature & CPUID_SS) == 0 &&
1253             (cpu_feature2 & (CPUID2_SSSE3 | CPUID2_SSE41 | CPUID2_AESNI |
1254             CPUID2_AVX | CPUID2_XSAVE)) == 0 && (amd_feature2 & (AMDID2_XOP |
1255             AMDID2_FMA4)) == 0)
1256                 workaround_erratum383 = 1;
1257
1258         /*
1259          * Are large page mappings enabled?
1260          */
1261         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.pg_ps_enabled", &pg_ps_enabled);
1262         if (pg_ps_enabled) {
1263                 KASSERT(MAXPAGESIZES > 1 && pagesizes[1] == 0,
1264                     ("pmap_init: can't assign to pagesizes[1]"));
1265                 pagesizes[1] = NBPDR;
1266         }
1267
1268         /*
1269          * Initialize the pv chunk list mutex.
1270          */
1271         mtx_init(&pv_chunks_mutex, "pmap pv chunk list", NULL, MTX_DEF);
1272
1273         /*
1274          * Initialize the pool of pv list locks.
1275          */
1276         for (i = 0; i < NPV_LIST_LOCKS; i++)
1277                 rw_init(&pv_list_locks[i], "pmap pv list");
1278
1279         /*
1280          * Calculate the size of the pv head table for superpages.
1281          */
1282         pv_npg = howmany(vm_phys_segs[vm_phys_nsegs - 1].end, NBPDR);
1283
1284         /*
1285          * Allocate memory for the pv head table for superpages.
1286          */
1287         s = (vm_size_t)(pv_npg * sizeof(struct md_page));
1288         s = round_page(s);
1289         pv_table = (struct md_page *)kmem_malloc(kernel_arena, s,
1290             M_WAITOK | M_ZERO);
1291         for (i = 0; i < pv_npg; i++)
1292                 TAILQ_INIT(&pv_table[i].pv_list);
1293         TAILQ_INIT(&pv_dummy.pv_list);
1294
1295         pmap_initialized = 1;
1296         for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
1297                 ppim = pmap_preinit_mapping + i;
1298                 if (ppim->va == 0)
1299                         continue;
1300                 /* Make the direct map consistent */
1301                 if (ppim->pa < dmaplimit && ppim->pa + ppim->sz < dmaplimit) {
1302                         (void)pmap_change_attr(PHYS_TO_DMAP(ppim->pa),
1303                             ppim->sz, ppim->mode);
1304                 }
1305                 if (!bootverbose)
1306                         continue;
1307                 printf("PPIM %u: PA=%#lx, VA=%#lx, size=%#lx, mode=%#x\n", i,
1308                     ppim->pa, ppim->va, ppim->sz, ppim->mode);
1309         }
1310
1311         mtx_init(&qframe_mtx, "qfrmlk", NULL, MTX_SPIN);
1312         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE, M_BESTFIT | M_WAITOK,
1313             (vmem_addr_t *)&qframe);
1314         if (error != 0)
1315                 panic("qframe allocation failed");
1316 }
1317
1318 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, pde, CTLFLAG_RD, 0,
1319     "2MB page mapping counters");
1320
1321 static u_long pmap_pde_demotions;
1322 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
1323     &pmap_pde_demotions, 0, "2MB page demotions");
1324
1325 static u_long pmap_pde_mappings;
1326 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, mappings, CTLFLAG_RD,
1327     &pmap_pde_mappings, 0, "2MB page mappings");
1328
1329 static u_long pmap_pde_p_failures;
1330 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, p_failures, CTLFLAG_RD,
1331     &pmap_pde_p_failures, 0, "2MB page promotion failures");
1332
1333 static u_long pmap_pde_promotions;
1334 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, promotions, CTLFLAG_RD,
1335     &pmap_pde_promotions, 0, "2MB page promotions");
1336
1337 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, pdpe, CTLFLAG_RD, 0,
1338     "1GB page mapping counters");
1339
1340 static u_long pmap_pdpe_demotions;
1341 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pdpe, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
1342     &pmap_pdpe_demotions, 0, "1GB page demotions");
1343
1344 /***************************************************
1345  * Low level helper routines.....
1346  ***************************************************/
1347
1348 static pt_entry_t
1349 pmap_swap_pat(pmap_t pmap, pt_entry_t entry)
1350 {
1351         int x86_pat_bits = X86_PG_PTE_PAT | X86_PG_PDE_PAT;
1352
1353         switch (pmap->pm_type) {
1354         case PT_X86:
1355         case PT_RVI:
1356                 /* Verify that both PAT bits are not set at the same time */
1357                 KASSERT((entry & x86_pat_bits) != x86_pat_bits,
1358                     ("Invalid PAT bits in entry %#lx", entry));
1359
1360                 /* Swap the PAT bits if one of them is set */
1361                 if ((entry & x86_pat_bits) != 0)
1362                         entry ^= x86_pat_bits;
1363                 break;
1364         case PT_EPT:
1365                 /*
1366                  * Nothing to do - the memory attributes are represented
1367                  * the same way for regular pages and superpages.
1368                  */
1369                 break;
1370         default:
1371                 panic("pmap_switch_pat_bits: bad pm_type %d", pmap->pm_type);
1372         }
1373
1374         return (entry);
1375 }
1376
1377 /*
1378  * Determine the appropriate bits to set in a PTE or PDE for a specified
1379  * caching mode.
1380  */
1381 int
1382 pmap_cache_bits(pmap_t pmap, int mode, boolean_t is_pde)
1383 {
1384         int cache_bits, pat_flag, pat_idx;
1385
1386         if (mode < 0 || mode >= PAT_INDEX_SIZE || pat_index[mode] < 0)
1387                 panic("Unknown caching mode %d\n", mode);
1388
1389         switch (pmap->pm_type) {
1390         case PT_X86:
1391         case PT_RVI:
1392                 /* The PAT bit is different for PTE's and PDE's. */
1393                 pat_flag = is_pde ? X86_PG_PDE_PAT : X86_PG_PTE_PAT;
1394
1395                 /* Map the caching mode to a PAT index. */
1396                 pat_idx = pat_index[mode];
1397
1398                 /* Map the 3-bit index value into the PAT, PCD, and PWT bits. */
1399                 cache_bits = 0;
1400                 if (pat_idx & 0x4)
1401                         cache_bits |= pat_flag;
1402                 if (pat_idx & 0x2)
1403                         cache_bits |= PG_NC_PCD;
1404                 if (pat_idx & 0x1)
1405                         cache_bits |= PG_NC_PWT;
1406                 break;
1407
1408         case PT_EPT:
1409                 cache_bits = EPT_PG_IGNORE_PAT | EPT_PG_MEMORY_TYPE(mode);
1410                 break;
1411
1412         default:
1413                 panic("unsupported pmap type %d", pmap->pm_type);
1414         }
1415
1416         return (cache_bits);
1417 }
1418
1419 static int
1420 pmap_cache_mask(pmap_t pmap, boolean_t is_pde)
1421 {
1422         int mask;
1423
1424         switch (pmap->pm_type) {
1425         case PT_X86:
1426         case PT_RVI:
1427                 mask = is_pde ? X86_PG_PDE_CACHE : X86_PG_PTE_CACHE;
1428                 break;
1429         case PT_EPT:
1430                 mask = EPT_PG_IGNORE_PAT | EPT_PG_MEMORY_TYPE(0x7);
1431                 break;
1432         default:
1433                 panic("pmap_cache_mask: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
1434         }
1435
1436         return (mask);
1437 }
1438
1439 bool
1440 pmap_ps_enabled(pmap_t pmap)
1441 {
1442
1443         return (pg_ps_enabled && (pmap->pm_flags & PMAP_PDE_SUPERPAGE) != 0);
1444 }
1445
1446 static void
1447 pmap_update_pde_store(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
1448 {
1449
1450         switch (pmap->pm_type) {
1451         case PT_X86:
1452                 break;
1453         case PT_RVI:
1454         case PT_EPT:
1455                 /*
1456                  * XXX
1457                  * This is a little bogus since the generation number is
1458                  * supposed to be bumped up when a region of the address
1459                  * space is invalidated in the page tables.
1460                  *
1461                  * In this case the old PDE entry is valid but yet we want
1462                  * to make sure that any mappings using the old entry are
1463                  * invalidated in the TLB.
1464                  *
1465                  * The reason this works as expected is because we rendezvous
1466                  * "all" host cpus and force any vcpu context to exit as a
1467                  * side-effect.
1468                  */
1469                 atomic_add_acq_long(&pmap->pm_eptgen, 1);
1470                 break;
1471         default:
1472                 panic("pmap_update_pde_store: bad pm_type %d", pmap->pm_type);
1473         }
1474         pde_store(pde, newpde);
1475 }
1476
1477 /*
1478  * After changing the page size for the specified virtual address in the page
1479  * table, flush the corresponding entries from the processor's TLB.  Only the
1480  * calling processor's TLB is affected.
1481  *
1482  * The calling thread must be pinned to a processor.
1483  */
1484 static void
1485 pmap_update_pde_invalidate(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t newpde)
1486 {
1487         pt_entry_t PG_G;
1488
1489         if (pmap_type_guest(pmap))
1490                 return;
1491
1492         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
1493             ("pmap_update_pde_invalidate: invalid type %d", pmap->pm_type));
1494
1495         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
1496
1497         if ((newpde & PG_PS) == 0)
1498                 /* Demotion: flush a specific 2MB page mapping. */
1499                 invlpg(va);
1500         else if ((newpde & PG_G) == 0)
1501                 /*
1502                  * Promotion: flush every 4KB page mapping from the TLB
1503                  * because there are too many to flush individually.
1504                  */
1505                 invltlb();
1506         else {
1507                 /*
1508                  * Promotion: flush every 4KB page mapping from the TLB,
1509                  * including any global (PG_G) mappings.
1510                  */
1511                 invltlb_glob();
1512         }
1513 }
1514 #ifdef SMP
1515
1516 /*
1517  * For SMP, these functions have to use the IPI mechanism for coherence.
1518  *
1519  * N.B.: Before calling any of the following TLB invalidation functions,
1520  * the calling processor must ensure that all stores updating a non-
1521  * kernel page table are globally performed.  Otherwise, another
1522  * processor could cache an old, pre-update entry without being
1523  * invalidated.  This can happen one of two ways: (1) The pmap becomes
1524  * active on another processor after its pm_active field is checked by
1525  * one of the following functions but before a store updating the page
1526  * table is globally performed. (2) The pmap becomes active on another
1527  * processor before its pm_active field is checked but due to
1528  * speculative loads one of the following functions stills reads the
1529  * pmap as inactive on the other processor.
1530  * 
1531  * The kernel page table is exempt because its pm_active field is
1532  * immutable.  The kernel page table is always active on every
1533  * processor.
1534  */
1535
1536 /*
1537  * Interrupt the cpus that are executing in the guest context.
1538  * This will force the vcpu to exit and the cached EPT mappings
1539  * will be invalidated by the host before the next vmresume.
1540  */
1541 static __inline void
1542 pmap_invalidate_ept(pmap_t pmap)
1543 {
1544         int ipinum;
1545
1546         sched_pin();
1547         KASSERT(!CPU_ISSET(curcpu, &pmap->pm_active),
1548             ("pmap_invalidate_ept: absurd pm_active"));
1549
1550         /*
1551          * The TLB mappings associated with a vcpu context are not
1552          * flushed each time a different vcpu is chosen to execute.
1553          *
1554          * This is in contrast with a process's vtop mappings that
1555          * are flushed from the TLB on each context switch.
1556          *
1557          * Therefore we need to do more than just a TLB shootdown on
1558          * the active cpus in 'pmap->pm_active'. To do this we keep
1559          * track of the number of invalidations performed on this pmap.
1560          *
1561          * Each vcpu keeps a cache of this counter and compares it
1562          * just before a vmresume. If the counter is out-of-date an
1563          * invept will be done to flush stale mappings from the TLB.
1564          */
1565         atomic_add_acq_long(&pmap->pm_eptgen, 1);
1566
1567         /*
1568          * Force the vcpu to exit and trap back into the hypervisor.
1569          */
1570         ipinum = pmap->pm_flags & PMAP_NESTED_IPIMASK;
1571         ipi_selected(pmap->pm_active, ipinum);
1572         sched_unpin();
1573 }
1574
1575 void
1576 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1577 {
1578         cpuset_t *mask;
1579         u_int cpuid, i;
1580
1581         if (pmap_type_guest(pmap)) {
1582                 pmap_invalidate_ept(pmap);
1583                 return;
1584         }
1585
1586         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
1587             ("pmap_invalidate_page: invalid type %d", pmap->pm_type));
1588
1589         sched_pin();
1590         if (pmap == kernel_pmap) {
1591                 invlpg(va);
1592                 mask = &all_cpus;
1593         } else {
1594                 cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1595                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap))
1596                         invlpg(va);
1597                 else if (pmap_pcid_enabled)
1598                         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = 0;
1599                 if (pmap_pcid_enabled) {
1600                         CPU_FOREACH(i) {
1601                                 if (cpuid != i)
1602                                         pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
1603                         }
1604                 }
1605                 mask = &pmap->pm_active;
1606         }
1607         smp_masked_invlpg(*mask, va);
1608         sched_unpin();
1609 }
1610
1611 /* 4k PTEs -- Chosen to exceed the total size of Broadwell L2 TLB */
1612 #define PMAP_INVLPG_THRESHOLD   (4 * 1024 * PAGE_SIZE)
1613
1614 void
1615 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
1616 {
1617         cpuset_t *mask;
1618         vm_offset_t addr;
1619         u_int cpuid, i;
1620
1621         if (eva - sva >= PMAP_INVLPG_THRESHOLD) {
1622                 pmap_invalidate_all(pmap);
1623                 return;
1624         }
1625
1626         if (pmap_type_guest(pmap)) {
1627                 pmap_invalidate_ept(pmap);
1628                 return;
1629         }
1630
1631         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
1632             ("pmap_invalidate_range: invalid type %d", pmap->pm_type));
1633
1634         sched_pin();
1635         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1636         if (pmap == kernel_pmap) {
1637                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
1638                         invlpg(addr);
1639                 mask = &all_cpus;
1640         } else {
1641                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
1642                         for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
1643                                 invlpg(addr);
1644                 } else if (pmap_pcid_enabled) {
1645                         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = 0;
1646                 }
1647                 if (pmap_pcid_enabled) {
1648                         CPU_FOREACH(i) {
1649                                 if (cpuid != i)
1650                                         pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
1651                         }
1652                 }
1653                 mask = &pmap->pm_active;
1654         }
1655         smp_masked_invlpg_range(*mask, sva, eva);
1656         sched_unpin();
1657 }
1658
1659 void
1660 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
1661 {
1662         cpuset_t *mask;
1663         struct invpcid_descr d;
1664         u_int cpuid, i;
1665
1666         if (pmap_type_guest(pmap)) {
1667                 pmap_invalidate_ept(pmap);
1668                 return;
1669         }
1670
1671         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
1672             ("pmap_invalidate_all: invalid type %d", pmap->pm_type));
1673
1674         sched_pin();
1675         if (pmap == kernel_pmap) {
1676                 if (pmap_pcid_enabled && invpcid_works) {
1677                         bzero(&d, sizeof(d));
1678                         invpcid(&d, INVPCID_CTXGLOB);
1679                 } else {
1680                         invltlb_glob();
1681                 }
1682                 mask = &all_cpus;
1683         } else {
1684                 cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1685                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
1686                         if (pmap_pcid_enabled) {
1687                                 if (invpcid_works) {
1688                                         d.pcid = pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
1689                                         d.pad = 0;
1690                                         d.addr = 0;
1691                                         invpcid(&d, INVPCID_CTX);
1692                                 } else {
1693                                         load_cr3(pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids
1694                                             [PCPU_GET(cpuid)].pm_pcid);
1695                                 }
1696                         } else {
1697                                 invltlb();
1698                         }
1699                 } else if (pmap_pcid_enabled) {
1700                         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = 0;
1701                 }
1702                 if (pmap_pcid_enabled) {
1703                         CPU_FOREACH(i) {
1704                                 if (cpuid != i)
1705                                         pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
1706                         }
1707                 }
1708                 mask = &pmap->pm_active;
1709         }
1710         smp_masked_invltlb(*mask, pmap);
1711         sched_unpin();
1712 }
1713
1714 void
1715 pmap_invalidate_cache(void)
1716 {
1717
1718         sched_pin();
1719         wbinvd();
1720         smp_cache_flush();
1721         sched_unpin();
1722 }
1723
1724 struct pde_action {
1725         cpuset_t invalidate;    /* processors that invalidate their TLB */
1726         pmap_t pmap;
1727         vm_offset_t va;
1728         pd_entry_t *pde;
1729         pd_entry_t newpde;
1730         u_int store;            /* processor that updates the PDE */
1731 };
1732
1733 static void
1734 pmap_update_pde_action(void *arg)
1735 {
1736         struct pde_action *act = arg;
1737
1738         if (act->store == PCPU_GET(cpuid))
1739                 pmap_update_pde_store(act->pmap, act->pde, act->newpde);
1740 }
1741
1742 static void
1743 pmap_update_pde_teardown(void *arg)
1744 {
1745         struct pde_action *act = arg;
1746
1747         if (CPU_ISSET(PCPU_GET(cpuid), &act->invalidate))
1748                 pmap_update_pde_invalidate(act->pmap, act->va, act->newpde);
1749 }
1750
1751 /*
1752  * Change the page size for the specified virtual address in a way that
1753  * prevents any possibility of the TLB ever having two entries that map the
1754  * same virtual address using different page sizes.  This is the recommended
1755  * workaround for Erratum 383 on AMD Family 10h processors.  It prevents a
1756  * machine check exception for a TLB state that is improperly diagnosed as a
1757  * hardware error.
1758  */
1759 static void
1760 pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
1761 {
1762         struct pde_action act;
1763         cpuset_t active, other_cpus;
1764         u_int cpuid;
1765
1766         sched_pin();
1767         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1768         other_cpus = all_cpus;
1769         CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
1770         if (pmap == kernel_pmap || pmap_type_guest(pmap)) 
1771                 active = all_cpus;
1772         else {
1773                 active = pmap->pm_active;
1774         }
1775         if (CPU_OVERLAP(&active, &other_cpus)) { 
1776                 act.store = cpuid;
1777                 act.invalidate = active;
1778                 act.va = va;
1779                 act.pmap = pmap;
1780                 act.pde = pde;
1781                 act.newpde = newpde;
1782                 CPU_SET(cpuid, &active);
1783                 smp_rendezvous_cpus(active,
1784                     smp_no_rendezvous_barrier, pmap_update_pde_action,
1785                     pmap_update_pde_teardown, &act);
1786         } else {
1787                 pmap_update_pde_store(pmap, pde, newpde);
1788                 if (CPU_ISSET(cpuid, &active))
1789                         pmap_update_pde_invalidate(pmap, va, newpde);
1790         }
1791         sched_unpin();
1792 }
1793 #else /* !SMP */
1794 /*
1795  * Normal, non-SMP, invalidation functions.
1796  */
1797 void
1798 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1799 {
1800
1801         if (pmap->pm_type == PT_RVI || pmap->pm_type == PT_EPT) {
1802                 pmap->pm_eptgen++;
1803                 return;
1804         }
1805         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
1806             ("pmap_invalidate_range: unknown type %d", pmap->pm_type));
1807
1808         if (pmap == kernel_pmap || pmap == PCPU_GET(curpmap))
1809                 invlpg(va);
1810         else if (pmap_pcid_enabled)
1811                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
1812 }
1813
1814 void
1815 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
1816 {
1817         vm_offset_t addr;
1818
1819         if (pmap->pm_type == PT_RVI || pmap->pm_type == PT_EPT) {
1820                 pmap->pm_eptgen++;
1821                 return;
1822         }
1823         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
1824             ("pmap_invalidate_range: unknown type %d", pmap->pm_type));
1825
1826         if (pmap == kernel_pmap || pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
1827                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
1828                         invlpg(addr);
1829         } else if (pmap_pcid_enabled) {
1830                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
1831         }
1832 }
1833
1834 void
1835 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
1836 {
1837         struct invpcid_descr d;
1838
1839         if (pmap->pm_type == PT_RVI || pmap->pm_type == PT_EPT) {
1840                 pmap->pm_eptgen++;
1841                 return;
1842         }
1843         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
1844             ("pmap_invalidate_all: unknown type %d", pmap->pm_type));
1845
1846         if (pmap == kernel_pmap) {
1847                 if (pmap_pcid_enabled && invpcid_works) {
1848                         bzero(&d, sizeof(d));
1849                         invpcid(&d, INVPCID_CTXGLOB);
1850                 } else {
1851                         invltlb_glob();
1852                 }
1853         } else if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
1854                 if (pmap_pcid_enabled) {
1855                         if (invpcid_works) {
1856                                 d.pcid = pmap->pm_pcids[0].pm_pcid;
1857                                 d.pad = 0;
1858                                 d.addr = 0;
1859                                 invpcid(&d, INVPCID_CTX);
1860                         } else {
1861                                 load_cr3(pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[0].
1862                                     pm_pcid);
1863                         }
1864                 } else {
1865                         invltlb();
1866                 }
1867         } else if (pmap_pcid_enabled) {
1868                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
1869         }
1870 }
1871
1872 PMAP_INLINE void
1873 pmap_invalidate_cache(void)
1874 {
1875
1876         wbinvd();
1877 }
1878
1879 static void
1880 pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
1881 {
1882
1883         pmap_update_pde_store(pmap, pde, newpde);
1884         if (pmap == kernel_pmap || pmap == PCPU_GET(curpmap))
1885                 pmap_update_pde_invalidate(pmap, va, newpde);
1886         else
1887                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
1888 }
1889 #endif /* !SMP */
1890
1891 static void
1892 pmap_invalidate_pde_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde)
1893 {
1894
1895         /*
1896          * When the PDE has PG_PROMOTED set, the 2MB page mapping was created
1897          * by a promotion that did not invalidate the 512 4KB page mappings
1898          * that might exist in the TLB.  Consequently, at this point, the TLB
1899          * may hold both 4KB and 2MB page mappings for the address range [va,
1900          * va + NBPDR).  Therefore, the entire range must be invalidated here.
1901          * In contrast, when PG_PROMOTED is clear, the TLB will not hold any
1902          * 4KB page mappings for the address range [va, va + NBPDR), and so a
1903          * single INVLPG suffices to invalidate the 2MB page mapping from the
1904          * TLB.
1905          */
1906         if ((pde & PG_PROMOTED) != 0)
1907                 pmap_invalidate_range(pmap, va, va + NBPDR - 1);
1908         else
1909                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
1910 }
1911
1912 #define PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD   (2 * 1024 * 1024)
1913
1914 void
1915 pmap_invalidate_cache_range(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, boolean_t force)
1916 {
1917
1918         if (force) {
1919                 sva &= ~(vm_offset_t)(cpu_clflush_line_size - 1);
1920         } else {
1921                 KASSERT((sva & PAGE_MASK) == 0,
1922                     ("pmap_invalidate_cache_range: sva not page-aligned"));
1923                 KASSERT((eva & PAGE_MASK) == 0,
1924                     ("pmap_invalidate_cache_range: eva not page-aligned"));
1925         }
1926
1927         if ((cpu_feature & CPUID_SS) != 0 && !force)
1928                 ; /* If "Self Snoop" is supported and allowed, do nothing. */
1929         else if ((cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT) != 0 &&
1930             eva - sva < PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD) {
1931                 /*
1932                  * XXX: Some CPUs fault, hang, or trash the local APIC
1933                  * registers if we use CLFLUSH on the local APIC
1934                  * range.  The local APIC is always uncached, so we
1935                  * don't need to flush for that range anyway.
1936                  */
1937                 if (pmap_kextract(sva) == lapic_paddr)
1938                         return;
1939
1940                 /*
1941                  * Otherwise, do per-cache line flush.  Use the sfence
1942                  * instruction to insure that previous stores are
1943                  * included in the write-back.  The processor
1944                  * propagates flush to other processors in the cache
1945                  * coherence domain.
1946                  */
1947                 sfence();
1948                 for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size)
1949                         clflushopt(sva);
1950                 sfence();
1951         } else if ((cpu_feature & CPUID_CLFSH) != 0 &&
1952             eva - sva < PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD) {
1953                 if (pmap_kextract(sva) == lapic_paddr)
1954                         return;
1955                 /*
1956                  * Writes are ordered by CLFLUSH on Intel CPUs.
1957                  */
1958                 if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
1959                         mfence();
1960                 for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size)
1961                         clflush(sva);
1962                 if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
1963                         mfence();
1964         } else {
1965
1966                 /*
1967                  * No targeted cache flush methods are supported by CPU,
1968                  * or the supplied range is bigger than 2MB.
1969                  * Globally invalidate cache.
1970                  */
1971                 pmap_invalidate_cache();
1972         }
1973 }
1974
1975 /*
1976  * Remove the specified set of pages from the data and instruction caches.
1977  *
1978  * In contrast to pmap_invalidate_cache_range(), this function does not
1979  * rely on the CPU's self-snoop feature, because it is intended for use
1980  * when moving pages into a different cache domain.
1981  */
1982 void
1983 pmap_invalidate_cache_pages(vm_page_t *pages, int count)
1984 {
1985         vm_offset_t daddr, eva;
1986         int i;
1987         bool useclflushopt;
1988
1989         useclflushopt = (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT) != 0;
1990         if (count >= PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD / PAGE_SIZE ||
1991             ((cpu_feature & CPUID_CLFSH) == 0 && !useclflushopt))
1992                 pmap_invalidate_cache();
1993         else {
1994                 if (useclflushopt)
1995                         sfence();
1996                 else if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
1997                         mfence();
1998                 for (i = 0; i < count; i++) {
1999                         daddr = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pages[i]));
2000                         eva = daddr + PAGE_SIZE;
2001                         for (; daddr < eva; daddr += cpu_clflush_line_size) {
2002                                 if (useclflushopt)
2003                                         clflushopt(daddr);
2004                                 else
2005                                         clflush(daddr);
2006                         }
2007                 }
2008                 if (useclflushopt)
2009                         sfence();
2010                 else if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
2011                         mfence();
2012         }
2013 }
2014
2015 /*
2016  *      Routine:        pmap_extract
2017  *      Function:
2018  *              Extract the physical page address associated
2019  *              with the given map/virtual_address pair.
2020  */
2021 vm_paddr_t 
2022 pmap_extract(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2023 {
2024         pdp_entry_t *pdpe;
2025         pd_entry_t *pde;
2026         pt_entry_t *pte, PG_V;
2027         vm_paddr_t pa;
2028
2029         pa = 0;
2030         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
2031         PMAP_LOCK(pmap);
2032         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
2033         if (pdpe != NULL && (*pdpe & PG_V) != 0) {
2034                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0)
2035                         pa = (*pdpe & PG_PS_FRAME) | (va & PDPMASK);
2036                 else {
2037                         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
2038                         if ((*pde & PG_V) != 0) {
2039                                 if ((*pde & PG_PS) != 0) {
2040                                         pa = (*pde & PG_PS_FRAME) |
2041                                             (va & PDRMASK);
2042                                 } else {
2043                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
2044                                         pa = (*pte & PG_FRAME) |
2045                                             (va & PAGE_MASK);
2046                                 }
2047                         }
2048                 }
2049         }
2050         PMAP_UNLOCK(pmap);
2051         return (pa);
2052 }
2053
2054 /*
2055  *      Routine:        pmap_extract_and_hold
2056  *      Function:
2057  *              Atomically extract and hold the physical page
2058  *              with the given pmap and virtual address pair
2059  *              if that mapping permits the given protection.
2060  */
2061 vm_page_t
2062 pmap_extract_and_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_prot_t prot)
2063 {
2064         pd_entry_t pde, *pdep;
2065         pt_entry_t pte, PG_RW, PG_V;
2066         vm_paddr_t pa;
2067         vm_page_t m;
2068
2069         pa = 0;
2070         m = NULL;
2071         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
2072         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
2073         PMAP_LOCK(pmap);
2074 retry:
2075         pdep = pmap_pde(pmap, va);
2076         if (pdep != NULL && (pde = *pdep)) {
2077                 if (pde & PG_PS) {
2078                         if ((pde & PG_RW) || (prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
2079                                 if (vm_page_pa_tryrelock(pmap, (pde &
2080                                     PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK), &pa))
2081                                         goto retry;
2082                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE((pde & PG_PS_FRAME) |
2083                                     (va & PDRMASK));
2084                                 vm_page_hold(m);
2085                         }
2086                 } else {
2087                         pte = *pmap_pde_to_pte(pdep, va);
2088                         if ((pte & PG_V) &&
2089                             ((pte & PG_RW) || (prot & VM_PROT_WRITE) == 0)) {
2090                                 if (vm_page_pa_tryrelock(pmap, pte & PG_FRAME,
2091                                     &pa))
2092                                         goto retry;
2093                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pte & PG_FRAME);
2094                                 vm_page_hold(m);
2095                         }
2096                 }
2097         }
2098         PA_UNLOCK_COND(pa);
2099         PMAP_UNLOCK(pmap);
2100         return (m);
2101 }
2102
2103 vm_paddr_t
2104 pmap_kextract(vm_offset_t va)
2105 {
2106         pd_entry_t pde;
2107         vm_paddr_t pa;
2108
2109         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS) {
2110                 pa = DMAP_TO_PHYS(va);
2111         } else {
2112                 pde = *vtopde(va);
2113                 if (pde & PG_PS) {
2114                         pa = (pde & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK);
2115                 } else {
2116                         /*
2117                          * Beware of a concurrent promotion that changes the
2118                          * PDE at this point!  For example, vtopte() must not
2119                          * be used to access the PTE because it would use the
2120                          * new PDE.  It is, however, safe to use the old PDE
2121                          * because the page table page is preserved by the
2122                          * promotion.
2123                          */
2124                         pa = *pmap_pde_to_pte(&pde, va);
2125                         pa = (pa & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK);
2126                 }
2127         }
2128         return (pa);
2129 }
2130
2131 /***************************************************
2132  * Low level mapping routines.....
2133  ***************************************************/
2134
2135 /*
2136  * Add a wired page to the kva.
2137  * Note: not SMP coherent.
2138  */
2139 PMAP_INLINE void 
2140 pmap_kenter(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
2141 {
2142         pt_entry_t *pte;
2143
2144         pte = vtopte(va);
2145         pte_store(pte, pa | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_g);
2146 }
2147
2148 static __inline void
2149 pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode)
2150 {
2151         pt_entry_t *pte;
2152         int cache_bits;
2153
2154         pte = vtopte(va);
2155         cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, 0);
2156         pte_store(pte, pa | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_g | cache_bits);
2157 }
2158
2159 /*
2160  * Remove a page from the kernel pagetables.
2161  * Note: not SMP coherent.
2162  */
2163 PMAP_INLINE void
2164 pmap_kremove(vm_offset_t va)
2165 {
2166         pt_entry_t *pte;
2167
2168         pte = vtopte(va);
2169         pte_clear(pte);
2170 }
2171
2172 /*
2173  *      Used to map a range of physical addresses into kernel
2174  *      virtual address space.
2175  *
2176  *      The value passed in '*virt' is a suggested virtual address for
2177  *      the mapping. Architectures which can support a direct-mapped
2178  *      physical to virtual region can return the appropriate address
2179  *      within that region, leaving '*virt' unchanged. Other
2180  *      architectures should map the pages starting at '*virt' and
2181  *      update '*virt' with the first usable address after the mapped
2182  *      region.
2183  */
2184 vm_offset_t
2185 pmap_map(vm_offset_t *virt, vm_paddr_t start, vm_paddr_t end, int prot)
2186 {
2187         return PHYS_TO_DMAP(start);
2188 }
2189
2190
2191 /*
2192  * Add a list of wired pages to the kva
2193  * this routine is only used for temporary
2194  * kernel mappings that do not need to have
2195  * page modification or references recorded.
2196  * Note that old mappings are simply written
2197  * over.  The page *must* be wired.
2198  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
2199  */
2200 void
2201 pmap_qenter(vm_offset_t sva, vm_page_t *ma, int count)
2202 {
2203         pt_entry_t *endpte, oldpte, pa, *pte;
2204         vm_page_t m;
2205         int cache_bits;
2206
2207         oldpte = 0;
2208         pte = vtopte(sva);
2209         endpte = pte + count;
2210         while (pte < endpte) {
2211                 m = *ma++;
2212                 cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap, m->md.pat_mode, 0);
2213                 pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | cache_bits;
2214                 if ((*pte & (PG_FRAME | X86_PG_PTE_CACHE)) != pa) {
2215                         oldpte |= *pte;
2216                         pte_store(pte, pa | pg_g | X86_PG_RW | X86_PG_V);
2217                 }
2218                 pte++;
2219         }
2220         if (__predict_false((oldpte & X86_PG_V) != 0))
2221                 pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, sva + count *
2222                     PAGE_SIZE);
2223 }
2224
2225 /*
2226  * This routine tears out page mappings from the
2227  * kernel -- it is meant only for temporary mappings.
2228  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
2229  */
2230 void
2231 pmap_qremove(vm_offset_t sva, int count)
2232 {
2233         vm_offset_t va;
2234
2235         va = sva;
2236         while (count-- > 0) {
2237                 KASSERT(va >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS, ("usermode va %lx", va));
2238                 pmap_kremove(va);
2239                 va += PAGE_SIZE;
2240         }
2241         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
2242 }
2243
2244 /***************************************************
2245  * Page table page management routines.....
2246  ***************************************************/
2247 static __inline void
2248 pmap_free_zero_pages(struct spglist *free)
2249 {
2250         vm_page_t m;
2251         int count;
2252
2253         for (count = 0; (m = SLIST_FIRST(free)) != NULL; count++) {
2254                 SLIST_REMOVE_HEAD(free, plinks.s.ss);
2255                 /* Preserve the page's PG_ZERO setting. */
2256                 vm_page_free_toq(m);
2257         }
2258         atomic_subtract_int(&vm_cnt.v_wire_count, count);
2259 }
2260
2261 /*
2262  * Schedule the specified unused page table page to be freed.  Specifically,
2263  * add the page to the specified list of pages that will be released to the
2264  * physical memory manager after the TLB has been updated.
2265  */
2266 static __inline void
2267 pmap_add_delayed_free_list(vm_page_t m, struct spglist *free,
2268     boolean_t set_PG_ZERO)
2269 {
2270
2271         if (set_PG_ZERO)
2272                 m->flags |= PG_ZERO;
2273         else
2274                 m->flags &= ~PG_ZERO;
2275         SLIST_INSERT_HEAD(free, m, plinks.s.ss);
2276 }
2277         
2278 /*
2279  * Inserts the specified page table page into the specified pmap's collection
2280  * of idle page table pages.  Each of a pmap's page table pages is responsible
2281  * for mapping a distinct range of virtual addresses.  The pmap's collection is
2282  * ordered by this virtual address range.
2283  */
2284 static __inline int
2285 pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte)
2286 {
2287
2288         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2289         return (vm_radix_insert(&pmap->pm_root, mpte));
2290 }
2291
2292 /*
2293  * Removes the page table page mapping the specified virtual address from the
2294  * specified pmap's collection of idle page table pages, and returns it.
2295  * Otherwise, returns NULL if there is no page table page corresponding to the
2296  * specified virtual address.
2297  */
2298 static __inline vm_page_t
2299 pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2300 {
2301
2302         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2303         return (vm_radix_remove(&pmap->pm_root, pmap_pde_pindex(va)));
2304 }
2305
2306 /*
2307  * Decrements a page table page's wire count, which is used to record the
2308  * number of valid page table entries within the page.  If the wire count
2309  * drops to zero, then the page table page is unmapped.  Returns TRUE if the
2310  * page table page was unmapped and FALSE otherwise.
2311  */
2312 static inline boolean_t
2313 pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
2314 {
2315
2316         --m->wire_count;
2317         if (m->wire_count == 0) {
2318                 _pmap_unwire_ptp(pmap, va, m, free);
2319                 return (TRUE);
2320         } else
2321                 return (FALSE);
2322 }
2323
2324 static void
2325 _pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
2326 {
2327
2328         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2329         /*
2330          * unmap the page table page
2331          */
2332         if (m->pindex >= (NUPDE + NUPDPE)) {
2333                 /* PDP page */
2334                 pml4_entry_t *pml4;
2335                 pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
2336                 *pml4 = 0;
2337                 if (pmap->pm_pml4u != NULL && va <= VM_MAXUSER_ADDRESS) {
2338                         pml4 = &pmap->pm_pml4u[pmap_pml4e_index(va)];
2339                         *pml4 = 0;
2340                 }
2341         } else if (m->pindex >= NUPDE) {
2342                 /* PD page */
2343                 pdp_entry_t *pdp;
2344                 pdp = pmap_pdpe(pmap, va);
2345                 *pdp = 0;
2346         } else {
2347                 /* PTE page */
2348                 pd_entry_t *pd;
2349                 pd = pmap_pde(pmap, va);
2350                 *pd = 0;
2351         }
2352         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
2353         if (m->pindex < NUPDE) {
2354                 /* We just released a PT, unhold the matching PD */
2355                 vm_page_t pdpg;
2356
2357                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pdpe(pmap, va) & PG_FRAME);
2358                 pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdpg, free);
2359         }
2360         if (m->pindex >= NUPDE && m->pindex < (NUPDE + NUPDPE)) {
2361                 /* We just released a PD, unhold the matching PDP */
2362                 vm_page_t pdppg;
2363
2364                 pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pml4e(pmap, va) & PG_FRAME);
2365                 pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdppg, free);
2366         }
2367
2368         /* 
2369          * Put page on a list so that it is released after
2370          * *ALL* TLB shootdown is done
2371          */
2372         pmap_add_delayed_free_list(m, free, TRUE);
2373 }
2374
2375 /*
2376  * After removing a page table entry, this routine is used to
2377  * conditionally free the page, and manage the hold/wire counts.
2378  */
2379 static int
2380 pmap_unuse_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t ptepde,
2381     struct spglist *free)
2382 {
2383         vm_page_t mpte;
2384
2385         if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
2386                 return (0);
2387         KASSERT(ptepde != 0, ("pmap_unuse_pt: ptepde != 0"));
2388         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(ptepde & PG_FRAME);
2389         return (pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpte, free));
2390 }
2391
2392 void
2393 pmap_pinit0(pmap_t pmap)
2394 {
2395         int i;
2396
2397         PMAP_LOCK_INIT(pmap);
2398         pmap->pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(KPML4phys);
2399         pmap->pm_pml4u = NULL;
2400         pmap->pm_cr3 = KPML4phys;
2401         pmap->pm_ucr3 = ~0UL;
2402         pmap->pm_root.rt_root = 0;
2403         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
2404         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
2405         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
2406         pmap->pm_flags = pmap_flags;
2407         CPU_FOREACH(i) {
2408                 pmap->pm_pcids[i].pm_pcid = PMAP_PCID_NONE;
2409                 pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
2410                 if (!pti)
2411                         __pcpu[i].pc_kcr3 = ~0ul;
2412         }
2413         PCPU_SET(curpmap, kernel_pmap);
2414         pmap_activate(curthread);
2415         CPU_FILL(&kernel_pmap->pm_active);
2416 }
2417
2418 void
2419 pmap_pinit_pml4(vm_page_t pml4pg)
2420 {
2421         pml4_entry_t *pm_pml4;
2422         int i;
2423
2424         pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg));
2425
2426         /* Wire in kernel global address entries. */
2427         for (i = 0; i < NKPML4E; i++) {
2428                 pm_pml4[KPML4BASE + i] = (KPDPphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW |
2429                     X86_PG_V | PG_U;
2430         }
2431         for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++) {
2432                 pm_pml4[DMPML4I + i] = (DMPDPphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW |
2433                     X86_PG_V | PG_U;
2434         }
2435
2436         /* install self-referential address mapping entry(s) */
2437         pm_pml4[PML4PML4I] = VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg) | X86_PG_V | X86_PG_RW |
2438             X86_PG_A | X86_PG_M;
2439 }
2440
2441 static void
2442 pmap_pinit_pml4_pti(vm_page_t pml4pg)
2443 {
2444         pml4_entry_t *pm_pml4;
2445         int i;
2446
2447         pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg));
2448         for (i = 0; i < NPML4EPG; i++)
2449                 pm_pml4[i] = pti_pml4[i];
2450 }
2451
2452 /*
2453  * Initialize a preallocated and zeroed pmap structure,
2454  * such as one in a vmspace structure.
2455  */
2456 int
2457 pmap_pinit_type(pmap_t pmap, enum pmap_type pm_type, int flags)
2458 {
2459         vm_page_t pml4pg, pml4pgu;
2460         vm_paddr_t pml4phys;
2461         int i;
2462
2463         /*
2464          * allocate the page directory page
2465          */
2466         pml4pg = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
2467             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO | VM_ALLOC_WAITOK);
2468
2469         pml4phys = VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg);
2470         pmap->pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pml4phys);
2471         CPU_FOREACH(i) {
2472                 pmap->pm_pcids[i].pm_pcid = PMAP_PCID_NONE;
2473                 pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
2474         }
2475         pmap->pm_cr3 = ~0l;     /* initialize to an invalid value */
2476         pmap->pm_pml4u = NULL;
2477
2478         pmap->pm_type = pm_type;
2479         if ((pml4pg->flags & PG_ZERO) == 0)
2480                 pagezero(pmap->pm_pml4);
2481
2482         /*
2483          * Do not install the host kernel mappings in the nested page
2484          * tables. These mappings are meaningless in the guest physical
2485          * address space.
2486          * Install minimal kernel mappings in PTI case.
2487          */
2488         if (pm_type == PT_X86) {
2489                 pmap->pm_cr3 = pml4phys;
2490                 pmap_pinit_pml4(pml4pg);
2491                 if (pti) {
2492                         pml4pgu = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL |
2493                             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_WAITOK);
2494                         pmap->pm_pml4u = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(
2495                             VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pgu));
2496                         pmap_pinit_pml4_pti(pml4pgu);
2497                         pmap->pm_ucr3 = VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pgu);
2498                 }
2499         }
2500
2501         pmap->pm_root.rt_root = 0;
2502         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
2503         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
2504         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
2505         pmap->pm_flags = flags;
2506         pmap->pm_eptgen = 0;
2507
2508         return (1);
2509 }
2510
2511 int
2512 pmap_pinit(pmap_t pmap)
2513 {
2514
2515         return (pmap_pinit_type(pmap, PT_X86, pmap_flags));
2516 }
2517
2518 /*
2519  * This routine is called if the desired page table page does not exist.
2520  *
2521  * If page table page allocation fails, this routine may sleep before
2522  * returning NULL.  It sleeps only if a lock pointer was given.
2523  *
2524  * Note: If a page allocation fails at page table level two or three,
2525  * one or two pages may be held during the wait, only to be released
2526  * afterwards.  This conservative approach is easily argued to avoid
2527  * race conditions.
2528  */
2529 static vm_page_t
2530 _pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex, struct rwlock **lockp)
2531 {
2532         vm_page_t m, pdppg, pdpg;
2533         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
2534
2535         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2536
2537         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
2538         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
2539         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
2540         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
2541
2542         /*
2543          * Allocate a page table page.
2544          */
2545         if ((m = vm_page_alloc(NULL, ptepindex, VM_ALLOC_NOOBJ |
2546             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO)) == NULL) {
2547                 if (lockp != NULL) {
2548                         RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
2549                         PMAP_UNLOCK(pmap);
2550                         PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI();
2551                         VM_WAIT;
2552                         PMAP_LOCK(pmap);
2553                 }
2554
2555                 /*
2556                  * Indicate the need to retry.  While waiting, the page table
2557                  * page may have been allocated.
2558                  */
2559                 return (NULL);
2560         }
2561         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0)
2562                 pmap_zero_page(m);
2563
2564         /*
2565          * Map the pagetable page into the process address space, if
2566          * it isn't already there.
2567          */
2568
2569         if (ptepindex >= (NUPDE + NUPDPE)) {
2570                 pml4_entry_t *pml4, *pml4u;
2571                 vm_pindex_t pml4index;
2572
2573                 /* Wire up a new PDPE page */
2574                 pml4index = ptepindex - (NUPDE + NUPDPE);
2575                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
2576                 *pml4 = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
2577                 if (pmap->pm_pml4u != NULL && pml4index < NUPML4E) {
2578                         /*
2579                          * PTI: Make all user-space mappings in the
2580                          * kernel-mode page table no-execute so that
2581                          * we detect any programming errors that leave
2582                          * the kernel-mode page table active on return
2583                          * to user space.
2584                          */
2585                         *pml4 |= pg_nx;
2586
2587                         pml4u = &pmap->pm_pml4u[pml4index];
2588                         *pml4u = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V |
2589                             PG_A | PG_M;
2590                 }
2591
2592         } else if (ptepindex >= NUPDE) {
2593                 vm_pindex_t pml4index;
2594                 vm_pindex_t pdpindex;
2595                 pml4_entry_t *pml4;
2596                 pdp_entry_t *pdp;
2597
2598                 /* Wire up a new PDE page */
2599                 pdpindex = ptepindex - NUPDE;
2600                 pml4index = pdpindex >> NPML4EPGSHIFT;
2601
2602                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
2603                 if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
2604                         /* Have to allocate a new pdp, recurse */
2605                         if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + NUPDPE + pml4index,
2606                             lockp) == NULL) {
2607                                 --m->wire_count;
2608                                 atomic_subtract_int(&vm_cnt.v_wire_count, 1);
2609                                 vm_page_free_zero(m);
2610                                 return (NULL);
2611                         }
2612                 } else {
2613                         /* Add reference to pdp page */
2614                         pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pml4 & PG_FRAME);
2615                         pdppg->wire_count++;
2616                 }
2617                 pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
2618
2619                 /* Now find the pdp page */
2620                 pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
2621                 *pdp = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
2622
2623         } else {
2624                 vm_pindex_t pml4index;
2625                 vm_pindex_t pdpindex;
2626                 pml4_entry_t *pml4;
2627                 pdp_entry_t *pdp;
2628                 pd_entry_t *pd;
2629
2630                 /* Wire up a new PTE page */
2631                 pdpindex = ptepindex >> NPDPEPGSHIFT;
2632                 pml4index = pdpindex >> NPML4EPGSHIFT;
2633
2634                 /* First, find the pdp and check that its valid. */
2635                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
2636                 if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
2637                         /* Have to allocate a new pd, recurse */
2638                         if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex,
2639                             lockp) == NULL) {
2640                                 --m->wire_count;
2641                                 atomic_subtract_int(&vm_cnt.v_wire_count, 1);
2642                                 vm_page_free_zero(m);
2643                                 return (NULL);
2644                         }
2645                         pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
2646                         pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
2647                 } else {
2648                         pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
2649                         pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
2650                         if ((*pdp & PG_V) == 0) {
2651                                 /* Have to allocate a new pd, recurse */
2652                                 if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex,
2653                                     lockp) == NULL) {
2654                                         --m->wire_count;
2655                                         atomic_subtract_int(&vm_cnt.v_wire_count,
2656                                             1);
2657                                         vm_page_free_zero(m);
2658                                         return (NULL);
2659                                 }
2660                         } else {
2661                                 /* Add reference to the pd page */
2662                                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdp & PG_FRAME);
2663                                 pdpg->wire_count++;
2664                         }
2665                 }
2666                 pd = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdp & PG_FRAME);
2667
2668                 /* Now we know where the page directory page is */
2669                 pd = &pd[ptepindex & ((1ul << NPDEPGSHIFT) - 1)];
2670                 *pd = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
2671         }
2672
2673         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
2674
2675         return (m);
2676 }
2677
2678 static vm_page_t
2679 pmap_allocpde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct rwlock **lockp)
2680 {
2681         vm_pindex_t pdpindex, ptepindex;
2682         pdp_entry_t *pdpe, PG_V;
2683         vm_page_t pdpg;
2684
2685         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
2686
2687 retry:
2688         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
2689         if (pdpe != NULL && (*pdpe & PG_V) != 0) {
2690                 /* Add a reference to the pd page. */
2691                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdpe & PG_FRAME);
2692                 pdpg->wire_count++;
2693         } else {
2694                 /* Allocate a pd page. */
2695                 ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
2696                 pdpindex = ptepindex >> NPDPEPGSHIFT;
2697                 pdpg = _pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex, lockp);
2698                 if (pdpg == NULL && lockp != NULL)
2699                         goto retry;
2700         }
2701         return (pdpg);
2702 }
2703
2704 static vm_page_t
2705 pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct rwlock **lockp)
2706 {
2707         vm_pindex_t ptepindex;
2708         pd_entry_t *pd, PG_V;
2709         vm_page_t m;
2710
2711         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
2712
2713         /*
2714          * Calculate pagetable page index
2715          */
2716         ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
2717 retry:
2718         /*
2719          * Get the page directory entry
2720          */
2721         pd = pmap_pde(pmap, va);
2722
2723         /*
2724          * This supports switching from a 2MB page to a
2725          * normal 4K page.
2726          */
2727         if (pd != NULL && (*pd & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V)) {
2728                 if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pd, va, lockp)) {
2729                         /*
2730                          * Invalidation of the 2MB page mapping may have caused
2731                          * the deallocation of the underlying PD page.
2732                          */
2733                         pd = NULL;
2734                 }
2735         }
2736
2737         /*
2738          * If the page table page is mapped, we just increment the
2739          * hold count, and activate it.
2740          */
2741         if (pd != NULL && (*pd & PG_V) != 0) {
2742                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pd & PG_FRAME);
2743                 m->wire_count++;
2744         } else {
2745                 /*
2746                  * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been
2747                  * deallocated.
2748                  */
2749                 m = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex, lockp);
2750                 if (m == NULL && lockp != NULL)
2751                         goto retry;
2752         }
2753         return (m);
2754 }
2755
2756
2757 /***************************************************
2758  * Pmap allocation/deallocation routines.
2759  ***************************************************/
2760
2761 /*
2762  * Release any resources held by the given physical map.
2763  * Called when a pmap initialized by pmap_pinit is being released.
2764  * Should only be called if the map contains no valid mappings.
2765  */
2766 void
2767 pmap_release(pmap_t pmap)
2768 {
2769         vm_page_t m;
2770         int i;
2771
2772         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count == 0,
2773             ("pmap_release: pmap resident count %ld != 0",
2774             pmap->pm_stats.resident_count));
2775         KASSERT(vm_radix_is_empty(&pmap->pm_root),
2776             ("pmap_release: pmap has reserved page table page(s)"));
2777         KASSERT(CPU_EMPTY(&pmap->pm_active),
2778             ("releasing active pmap %p", pmap));
2779
2780         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pmap->pm_pml4));
2781
2782         for (i = 0; i < NKPML4E; i++)   /* KVA */
2783                 pmap->pm_pml4[KPML4BASE + i] = 0;
2784         for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++)/* Direct Map */
2785                 pmap->pm_pml4[DMPML4I + i] = 0;
2786         pmap->pm_pml4[PML4PML4I] = 0;   /* Recursive Mapping */
2787
2788         m->wire_count--;
2789         atomic_subtract_int(&vm_cnt.v_wire_count, 1);
2790         vm_page_free_zero(m);
2791
2792         if (pmap->pm_pml4u != NULL) {
2793                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pmap->pm_pml4u));
2794                 m->wire_count--;
2795                 atomic_subtract_int(&vm_cnt.v_wire_count, 1);
2796                 vm_page_free(m);
2797         }
2798 }
2799 \f
2800 static int
2801 kvm_size(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
2802 {
2803         unsigned long ksize = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
2804
2805         return sysctl_handle_long(oidp, &ksize, 0, req);
2806 }
2807 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_size, CTLTYPE_LONG|CTLFLAG_RD, 
2808     0, 0, kvm_size, "LU", "Size of KVM");
2809
2810 static int
2811 kvm_free(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
2812 {
2813         unsigned long kfree = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - kernel_vm_end;
2814
2815         return sysctl_handle_long(oidp, &kfree, 0, req);
2816 }
2817 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_free, CTLTYPE_LONG|CTLFLAG_RD, 
2818     0, 0, kvm_free, "LU", "Amount of KVM free");
2819
2820 /*
2821  * grow the number of kernel page table entries, if needed
2822  */
2823 void
2824 pmap_growkernel(vm_offset_t addr)
2825 {
2826         vm_paddr_t paddr;
2827         vm_page_t nkpg;
2828         pd_entry_t *pde, newpdir;
2829         pdp_entry_t *pdpe;
2830
2831         mtx_assert(&kernel_map->system_mtx, MA_OWNED);
2832
2833         /*
2834          * Return if "addr" is within the range of kernel page table pages
2835          * that were preallocated during pmap bootstrap.  Moreover, leave
2836          * "kernel_vm_end" and the kernel page table as they were.
2837          *
2838          * The correctness of this action is based on the following
2839          * argument: vm_map_insert() allocates contiguous ranges of the
2840          * kernel virtual address space.  It calls this function if a range
2841          * ends after "kernel_vm_end".  If the kernel is mapped between
2842          * "kernel_vm_end" and "addr", then the range cannot begin at
2843          * "kernel_vm_end".  In fact, its beginning address cannot be less
2844          * than the kernel.  Thus, there is no immediate need to allocate
2845          * any new kernel page table pages between "kernel_vm_end" and
2846          * "KERNBASE".
2847          */
2848         if (KERNBASE < addr && addr <= KERNBASE + nkpt * NBPDR)
2849                 return;
2850
2851         addr = roundup2(addr, NBPDR);
2852         if (addr - 1 >= kernel_map->max_offset)
2853                 addr = kernel_map->max_offset;
2854         while (kernel_vm_end < addr) {
2855                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, kernel_vm_end);
2856                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0) {
2857                         /* We need a new PDP entry */
2858                         nkpg = vm_page_alloc(NULL, kernel_vm_end >> PDPSHIFT,
2859                             VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ |
2860                             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
2861                         if (nkpg == NULL)
2862                                 panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
2863                         if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
2864                                 pmap_zero_page(nkpg);
2865                         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
2866                         *pdpe = (pdp_entry_t)(paddr | X86_PG_V | X86_PG_RW |
2867                             X86_PG_A | X86_PG_M);
2868                         continue; /* try again */
2869                 }
2870                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, kernel_vm_end);
2871                 if ((*pde & X86_PG_V) != 0) {
2872                         kernel_vm_end = (kernel_vm_end + NBPDR) & ~PDRMASK;
2873                         if (kernel_vm_end - 1 >= kernel_map->max_offset) {
2874                                 kernel_vm_end = kernel_map->max_offset;
2875                                 break;                       
2876                         }
2877                         continue;
2878                 }
2879
2880                 nkpg = vm_page_alloc(NULL, pmap_pde_pindex(kernel_vm_end),
2881                     VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED |
2882                     VM_ALLOC_ZERO);
2883                 if (nkpg == NULL)
2884                         panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
2885                 if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
2886                         pmap_zero_page(nkpg);
2887                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
2888                 newpdir = paddr | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A | X86_PG_M;
2889                 pde_store(pde, newpdir);
2890
2891                 kernel_vm_end = (kernel_vm_end + NBPDR) & ~PDRMASK;
2892                 if (kernel_vm_end - 1 >= kernel_map->max_offset) {
2893                         kernel_vm_end = kernel_map->max_offset;
2894                         break;                       
2895                 }
2896         }
2897 }
2898
2899
2900 /***************************************************
2901  * page management routines.
2902  ***************************************************/
2903
2904 CTASSERT(sizeof(struct pv_chunk) == PAGE_SIZE);
2905 CTASSERT(_NPCM == 3);
2906 CTASSERT(_NPCPV == 168);
2907
2908 static __inline struct pv_chunk *
2909 pv_to_chunk(pv_entry_t pv)
2910 {
2911
2912         return ((struct pv_chunk *)((uintptr_t)pv & ~(uintptr_t)PAGE_MASK));
2913 }
2914
2915 #define PV_PMAP(pv) (pv_to_chunk(pv)->pc_pmap)
2916
2917 #define PC_FREE0        0xfffffffffffffffful
2918 #define PC_FREE1        0xfffffffffffffffful
2919 #define PC_FREE2        0x000000fffffffffful
2920
2921 static const uint64_t pc_freemask[_NPCM] = { PC_FREE0, PC_FREE1, PC_FREE2 };
2922
2923 #ifdef PV_STATS
2924 static int pc_chunk_count, pc_chunk_allocs, pc_chunk_frees, pc_chunk_tryfail;
2925
2926 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_count, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_count, 0,
2927         "Current number of pv entry chunks");
2928 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_allocs, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_allocs, 0,
2929         "Current number of pv entry chunks allocated");
2930 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_frees, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_frees, 0,
2931         "Current number of pv entry chunks frees");
2932 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_tryfail, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_tryfail, 0,
2933         "Number of times tried to get a chunk page but failed.");
2934
2935 static long pv_entry_frees, pv_entry_allocs, pv_entry_count;
2936 static int pv_entry_spare;
2937
2938 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_frees, CTLFLAG_RD, &pv_entry_frees, 0,
2939         "Current number of pv entry frees");
2940 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_allocs, CTLFLAG_RD, &pv_entry_allocs, 0,
2941         "Current number of pv entry allocs");
2942 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_count, CTLFLAG_RD, &pv_entry_count, 0,
2943         "Current number of pv entries");
2944 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_spare, CTLFLAG_RD, &pv_entry_spare, 0,
2945         "Current number of spare pv entries");
2946 #endif
2947
2948 static void
2949 reclaim_pv_chunk_leave_pmap(pmap_t pmap, pmap_t locked_pmap, bool start_di)
2950 {
2951
2952         if (pmap == NULL)
2953                 return;
2954         pmap_invalidate_all(pmap);
2955         if (pmap != locked_pmap)
2956                 PMAP_UNLOCK(pmap);
2957         if (start_di)
2958                 pmap_delayed_invl_finished();
2959 }
2960
2961 /*
2962  * We are in a serious low memory condition.  Resort to
2963  * drastic measures to free some pages so we can allocate
2964  * another pv entry chunk.
2965  *
2966  * Returns NULL if PV entries were reclaimed from the specified pmap.
2967  *
2968  * We do not, however, unmap 2mpages because subsequent accesses will
2969  * allocate per-page pv entries until repromotion occurs, thereby
2970  * exacerbating the shortage of free pv entries.
2971  */
2972 static vm_page_t
2973 reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp)
2974 {
2975         struct pv_chunk *pc, *pc_marker, *pc_marker_end;
2976         struct pv_chunk_header pc_marker_b, pc_marker_end_b;
2977         struct md_page *pvh;
2978         pd_entry_t *pde;
2979         pmap_t next_pmap, pmap;
2980         pt_entry_t *pte, tpte;
2981         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW;
2982         pv_entry_t pv;
2983         vm_offset_t va;
2984         vm_page_t m, m_pc;
2985         struct spglist free;
2986         uint64_t inuse;
2987         int bit, field, freed;
2988         bool start_di;
2989         static int active_reclaims = 0;
2990
2991         PMAP_LOCK_ASSERT(locked_pmap, MA_OWNED);
2992         KASSERT(lockp != NULL, ("reclaim_pv_chunk: lockp is NULL"));
2993         pmap = NULL;
2994         m_pc = NULL;
2995         PG_G = PG_A = PG_M = PG_RW = 0;
2996         SLIST_INIT(&free);
2997         bzero(&pc_marker_b, sizeof(pc_marker_b));
2998         bzero(&pc_marker_end_b, sizeof(pc_marker_end_b));
2999         pc_marker = (struct pv_chunk *)&pc_marker_b;
3000         pc_marker_end = (struct pv_chunk *)&pc_marker_end_b;
3001
3002         /*
3003          * A delayed invalidation block should already be active if
3004          * pmap_advise() or pmap_remove() called this function by way
3005          * of pmap_demote_pde_locked().
3006          */
3007         start_di = pmap_not_in_di();
3008
3009         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
3010         active_reclaims++;
3011         TAILQ_INSERT_HEAD(&pv_chunks, pc_marker, pc_lru);
3012         TAILQ_INSERT_TAIL(&pv_chunks, pc_marker_end, pc_lru);
3013         while ((pc = TAILQ_NEXT(pc_marker, pc_lru)) != pc_marker_end &&
3014             SLIST_EMPTY(&free)) {
3015                 next_pmap = pc->pc_pmap;
3016                 if (next_pmap == NULL) {
3017                         /*
3018                          * The next chunk is a marker.  However, it is
3019                          * not our marker, so active_reclaims must be
3020                          * > 1.  Consequently, the next_chunk code
3021                          * will not rotate the pv_chunks list.
3022                          */
3023                         goto next_chunk;
3024                 }
3025                 mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
3026
3027                 /*
3028                  * A pv_chunk can only be removed from the pc_lru list
3029                  * when both pc_chunks_mutex is owned and the
3030                  * corresponding pmap is locked.
3031                  */
3032                 if (pmap != next_pmap) {
3033                         reclaim_pv_chunk_leave_pmap(pmap, locked_pmap,
3034                             start_di);
3035                         pmap = next_pmap;
3036                         /* Avoid deadlock and lock recursion. */
3037                         if (pmap > locked_pmap) {
3038                                 RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
3039                                 PMAP_LOCK(pmap);
3040                                 if (start_di)
3041                                         pmap_delayed_invl_started();
3042                                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
3043                                 continue;
3044                         } else if (pmap != locked_pmap) {
3045                                 if (PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
3046                                         if (start_di)
3047                                                 pmap_delayed_invl_started();
3048                                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
3049                                         continue;
3050                                 } else {
3051                                         pmap = NULL; /* pmap is not locked */
3052                                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
3053                                         pc = TAILQ_NEXT(pc_marker, pc_lru);
3054                                         if (pc == NULL ||
3055                                             pc->pc_pmap != next_pmap)
3056                                                 continue;
3057                                         goto next_chunk;
3058                                 }
3059                         } else if (start_di)
3060                                 pmap_delayed_invl_started();
3061                         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
3062                         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
3063                         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
3064                         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
3065                 }
3066
3067                 /*
3068                  * Destroy every non-wired, 4 KB page mapping in the chunk.
3069                  */
3070                 freed = 0;
3071                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
3072                         for (inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
3073                             inuse != 0; inuse &= ~(1UL << bit)) {
3074                                 bit = bsfq(inuse);
3075                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
3076                                 va = pv->pv_va;
3077                                 pde = pmap_pde(pmap, va);
3078                                 if ((*pde & PG_PS) != 0)
3079                                         continue;
3080                                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
3081                                 if ((*pte & PG_W) != 0)
3082                                         continue;
3083                                 tpte = pte_load_clear(pte);
3084                                 if ((tpte & PG_G) != 0)
3085                                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
3086                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpte & PG_FRAME);
3087                                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
3088                                         vm_page_dirty(m);
3089                                 if ((tpte & PG_A) != 0)
3090                                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
3091                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
3092                                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3093                                 m->md.pv_gen++;
3094                                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
3095                                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
3096                                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3097                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
3098                                                 vm_page_aflag_clear(m,
3099                                                     PGA_WRITEABLE);
3100                                         }
3101                                 }
3102                                 pmap_delayed_invl_page(m);
3103                                 pc->pc_map[field] |= 1UL << bit;
3104                                 pmap_unuse_pt(pmap, va, *pde, &free);
3105                                 freed++;
3106                         }
3107                 }
3108                 if (freed == 0) {
3109                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
3110                         goto next_chunk;
3111                 }
3112                 /* Every freed mapping is for a 4 KB page. */
3113                 pmap_resident_count_dec(pmap, freed);
3114                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
3115                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
3116                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
3117                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3118                 if (pc->pc_map[0] == PC_FREE0 && pc->pc_map[1] == PC_FREE1 &&
3119                     pc->pc_map[2] == PC_FREE2) {
3120                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
3121                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
3122                         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
3123                         /* Entire chunk is free; return it. */
3124                         m_pc = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
3125                         dump_drop_page(m_pc->phys_addr);
3126                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
3127                         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
3128                         break;
3129                 }
3130                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3131                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
3132                 /* One freed pv entry in locked_pmap is sufficient. */
3133                 if (pmap == locked_pmap)
3134                         break;
3135 next_chunk:
3136                 TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc_marker, pc_lru);
3137                 TAILQ_INSERT_AFTER(&pv_chunks, pc, pc_marker, pc_lru);
3138                 if (active_reclaims == 1 && pmap != NULL) {
3139                         /*
3140                          * Rotate the pv chunks list so that we do not
3141                          * scan the same pv chunks that could not be
3142                          * freed (because they contained a wired
3143                          * and/or superpage mapping) on every
3144                          * invocation of reclaim_pv_chunk().
3145                          */
3146                         while ((pc = TAILQ_FIRST(&pv_chunks)) != pc_marker) {
3147                                 MPASS(pc->pc_pmap != NULL);
3148                                 TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
3149                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pv_chunks, pc, pc_lru);
3150                         }
3151                 }
3152         }
3153         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc_marker, pc_lru);
3154         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc_marker_end, pc_lru);
3155         active_reclaims--;
3156         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
3157         reclaim_pv_chunk_leave_pmap(pmap, locked_pmap, start_di);
3158         if (m_pc == NULL && !SLIST_EMPTY(&free)) {
3159                 m_pc = SLIST_FIRST(&free);
3160                 SLIST_REMOVE_HEAD(&free, plinks.s.ss);
3161                 /* Recycle a freed page table page. */
3162                 m_pc->wire_count = 1;
3163         }
3164         pmap_free_zero_pages(&free);
3165         return (m_pc);
3166 }
3167
3168 /*
3169  * free the pv_entry back to the free list
3170  */
3171 static void
3172 free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv)
3173 {
3174         struct pv_chunk *pc;
3175         int idx, field, bit;
3176
3177         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3178         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, 1));
3179         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, 1));
3180         PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, 1));
3181         pc = pv_to_chunk(pv);
3182         idx = pv - &pc->pc_pventry[0];
3183         field = idx / 64;
3184         bit = idx % 64;
3185         pc->pc_map[field] |= 1ul << bit;
3186         if (pc->pc_map[0] != PC_FREE0 || pc->pc_map[1] != PC_FREE1 ||
3187             pc->pc_map[2] != PC_FREE2) {
3188                 /* 98% of the time, pc is already at the head of the list. */
3189                 if (__predict_false(pc != TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk))) {
3190                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3191                         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3192                 }
3193                 return;
3194         }
3195         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3196         free_pv_chunk(pc);
3197 }
3198
3199 static void
3200 free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc)
3201 {
3202         vm_page_t m;
3203
3204         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
3205         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
3206         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
3207         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
3208         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
3209         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
3210         /* entire chunk is free, return it */
3211         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
3212         dump_drop_page(m->phys_addr);
3213         vm_page_unwire(m, PQ_NONE);
3214         vm_page_free(m);
3215 }
3216
3217 /*
3218  * Returns a new PV entry, allocating a new PV chunk from the system when
3219  * needed.  If this PV chunk allocation fails and a PV list lock pointer was
3220  * given, a PV chunk is reclaimed from an arbitrary pmap.  Otherwise, NULL is
3221  * returned.
3222  *
3223  * The given PV list lock may be released.
3224  */
3225 static pv_entry_t
3226 get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp)
3227 {
3228         int bit, field;
3229         pv_entry_t pv;
3230         struct pv_chunk *pc;
3231         vm_page_t m;
3232
3233         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3234         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, 1));
3235 retry:
3236         pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
3237         if (pc != NULL) {
3238                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
3239                         if (pc->pc_map[field]) {
3240                                 bit = bsfq(pc->pc_map[field]);
3241                                 break;
3242                         }
3243                 }
3244                 if (field < _NPCM) {
3245                         pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
3246                         pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
3247                         /* If this was the last item, move it to tail */
3248                         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 &&
3249                             pc->pc_map[2] == 0) {
3250                                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3251                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc,
3252                                     pc_list);
3253                         }
3254                         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
3255                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, 1));
3256                         return (pv);
3257                 }
3258         }
3259         /* No free items, allocate another chunk */
3260         m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
3261             VM_ALLOC_WIRED);
3262         if (m == NULL) {
3263                 if (lockp == NULL) {
3264                         PV_STAT(pc_chunk_tryfail++);
3265                         return (NULL);
3266                 }
3267                 m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
3268                 if (m == NULL)
3269                         goto retry;
3270         }
3271         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
3272         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
3273         dump_add_page(m->phys_addr);
3274         pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
3275         pc->pc_pmap = pmap;
3276         pc->pc_map[0] = PC_FREE0 & ~1ul;        /* preallocated bit 0 */
3277         pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
3278         pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
3279         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
3280         TAILQ_INSERT_TAIL(&pv_chunks, pc, pc_lru);
3281         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
3282         pv = &pc->pc_pventry[0];
3283         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3284         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
3285         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV - 1));
3286         return (pv);
3287 }
3288
3289 /*
3290  * Returns the number of one bits within the given PV chunk map.
3291  *
3292  * The erratas for Intel processors state that "POPCNT Instruction May
3293  * Take Longer to Execute Than Expected".  It is believed that the
3294  * issue is the spurious dependency on the destination register.
3295  * Provide a hint to the register rename logic that the destination
3296  * value is overwritten, by clearing it, as suggested in the
3297  * optimization manual.  It should be cheap for unaffected processors
3298  * as well.
3299  *
3300  * Reference numbers for erratas are
3301  * 4th Gen Core: HSD146
3302  * 5th Gen Core: BDM85
3303  * 6th Gen Core: SKL029
3304  */
3305 static int
3306 popcnt_pc_map_pq(uint64_t *map)
3307 {
3308         u_long result, tmp;
3309
3310         __asm __volatile("xorl %k0,%k0;popcntq %2,%0;"
3311             "xorl %k1,%k1;popcntq %3,%1;addl %k1,%k0;"
3312             "xorl %k1,%k1;popcntq %4,%1;addl %k1,%k0"
3313             : "=&r" (result), "=&r" (tmp)
3314             : "m" (map[0]), "m" (map[1]), "m" (map[2]));
3315         return (result);
3316 }
3317
3318 /*
3319  * Ensure that the number of spare PV entries in the specified pmap meets or
3320  * exceeds the given count, "needed".
3321  *
3322  * The given PV list lock may be released.
3323  */
3324 static void
3325 reserve_pv_entries(pmap_t pmap, int needed, struct rwlock **lockp)
3326 {
3327         struct pch new_tail;
3328         struct pv_chunk *pc;
3329         int avail, free;
3330         vm_page_t m;
3331
3332         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3333         KASSERT(lockp != NULL, ("reserve_pv_entries: lockp is NULL"));
3334
3335         /*
3336          * Newly allocated PV chunks must be stored in a private list until
3337          * the required number of PV chunks have been allocated.  Otherwise,
3338          * reclaim_pv_chunk() could recycle one of these chunks.  In
3339          * contrast, these chunks must be added to the pmap upon allocation.
3340          */
3341         TAILQ_INIT(&new_tail);
3342 retry:
3343         avail = 0;
3344         TAILQ_FOREACH(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list) {
3345 #ifndef __POPCNT__
3346                 if ((cpu_feature2 & CPUID2_POPCNT) == 0)
3347                         bit_count((bitstr_t *)pc->pc_map, 0,
3348                             sizeof(pc->pc_map) * NBBY, &free);
3349                 else
3350 #endif
3351                 free = popcnt_pc_map_pq(pc->pc_map);
3352                 if (free == 0)
3353                         break;
3354                 avail += free;
3355                 if (avail >= needed)
3356                         break;
3357         }
3358         for (; avail < needed; avail += _NPCPV) {
3359                 m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
3360                     VM_ALLOC_WIRED);
3361                 if (m == NULL) {
3362                         m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
3363                         if (m == NULL)
3364                                 goto retry;
3365                 }
3366                 PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
3367                 PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
3368                 dump_add_page(m->phys_addr);
3369                 pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
3370                 pc->pc_pmap = pmap;
3371                 pc->pc_map[0] = PC_FREE0;
3372                 pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
3373                 pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
3374                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3375                 TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail, pc, pc_lru);
3376                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
3377         }
3378         if (!TAILQ_EMPTY(&new_tail)) {
3379                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
3380                 TAILQ_CONCAT(&pv_chunks, &new_tail, pc_lru);
3381                 mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
3382         }
3383 }
3384
3385 /*
3386  * First find and then remove the pv entry for the specified pmap and virtual
3387  * address from the specified pv list.  Returns the pv entry if found and NULL
3388  * otherwise.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or
3389  * 2MB page mappings.
3390  */
3391 static __inline pv_entry_t
3392 pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3393 {
3394         pv_entry_t pv;
3395
3396         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
3397                 if (pmap == PV_PMAP(pv) && va == pv->pv_va) {
3398                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
3399                         pvh->pv_gen++;
3400                         break;
3401                 }
3402         }
3403         return (pv);
3404 }
3405
3406 /*
3407  * After demotion from a 2MB page mapping to 512 4KB page mappings,
3408  * destroy the pv entry for the 2MB page mapping and reinstantiate the pv
3409  * entries for each of the 4KB page mappings.
3410  */
3411 static void
3412 pmap_pv_demote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
3413     struct rwlock **lockp)
3414 {
3415         struct md_page *pvh;
3416         struct pv_chunk *pc;
3417         pv_entry_t pv;
3418         vm_offset_t va_last;
3419         vm_page_t m;
3420         int bit, field;
3421
3422         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3423         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
3424             ("pmap_pv_demote_pde: pa is not 2mpage aligned"));
3425         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
3426
3427         /*
3428          * Transfer the 2mpage's pv entry for this mapping to the first
3429          * page's pv list.  Once this transfer begins, the pv list lock
3430          * must not be released until the last pv entry is reinstantiated.
3431          */
3432         pvh = pa_to_pvh(pa);
3433         va = trunc_2mpage(va);
3434         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
3435         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_demote_pde: pv not found"));
3436         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
3437         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3438         m->md.pv_gen++;
3439         /* Instantiate the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
3440         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, NPTEPG - 1));
3441         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
3442         for (;;) {
3443                 pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
3444                 KASSERT(pc->pc_map[0] != 0 || pc->pc_map[1] != 0 ||
3445                     pc->pc_map[2] != 0, ("pmap_pv_demote_pde: missing spare"));
3446                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
3447                         while (pc->pc_map[field]) {
3448                                 bit = bsfq(pc->pc_map[field]);
3449                                 pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
3450                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
3451                                 va += PAGE_SIZE;
3452                                 pv->pv_va = va;
3453                                 m++;
3454                                 KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
3455                             ("pmap_pv_demote_pde: page %p is not managed", m));
3456                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3457                                 m->md.pv_gen++;
3458                                 if (va == va_last)
3459                                         goto out;
3460                         }
3461                 }
3462                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3463                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3464         }
3465 out:
3466         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 && pc->pc_map[2] == 0) {
3467                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3468                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3469         }
3470         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, NPTEPG - 1));
3471         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, NPTEPG - 1));
3472 }
3473
3474 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
3475 /*
3476  * After promotion from 512 4KB page mappings to a single 2MB page mapping,
3477  * replace the many pv entries for the 4KB page mappings by a single pv entry
3478  * for the 2MB page mapping.
3479  */
3480 static void
3481 pmap_pv_promote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
3482     struct rwlock **lockp)
3483 {
3484         struct md_page *pvh;
3485         pv_entry_t pv;
3486         vm_offset_t va_last;
3487         vm_page_t m;
3488
3489         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
3490             ("pmap_pv_promote_pde: pa is not 2mpage aligned"));
3491         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
3492
3493         /*
3494          * Transfer the first page's pv entry for this mapping to the 2mpage's
3495          * pv list.  Aside from avoiding the cost of a call to get_pv_entry(),
3496          * a transfer avoids the possibility that get_pv_entry() calls
3497          * reclaim_pv_chunk() and that reclaim_pv_chunk() removes one of the
3498          * mappings that is being promoted.
3499          */
3500         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
3501         va = trunc_2mpage(va);
3502         pv = pmap_pvh_remove(&m->md, pmap, va);
3503         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_promote_pde: pv not found"));
3504         pvh = pa_to_pvh(pa);
3505         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
3506         pvh->pv_gen++;
3507         /* Free the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
3508         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
3509         do {
3510                 m++;
3511                 va += PAGE_SIZE;
3512                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
3513         } while (va < va_last);
3514 }
3515 #endif /* VM_NRESERVLEVEL > 0 */
3516
3517 /*
3518  * First find and then destroy the pv entry for the specified pmap and virtual
3519  * address.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or 2MB
3520  * page mappings.
3521  */
3522 static void
3523 pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3524 {
3525         pv_entry_t pv;
3526
3527         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
3528         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pvh_free: pv not found"));
3529         free_pv_entry(pmap, pv);
3530 }
3531
3532 /*
3533  * Conditionally create the PV entry for a 4KB page mapping if the required
3534  * memory can be allocated without resorting to reclamation.
3535  */
3536 static boolean_t
3537 pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
3538     struct rwlock **lockp)
3539 {
3540         pv_entry_t pv;
3541
3542         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3543         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
3544         if ((pv = get_pv_entry(pmap, NULL)) != NULL) {
3545                 pv->pv_va = va;
3546                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
3547                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3548                 m->md.pv_gen++;
3549                 return (TRUE);
3550         } else
3551                 return (FALSE);
3552 }
3553
3554 /*
3555  * Create the PV entry for a 2MB page mapping.  Always returns true unless the
3556  * flag PMAP_ENTER_NORECLAIM is specified.  If that flag is specified, returns
3557  * false if the PV entry cannot be allocated without resorting to reclamation.
3558  */
3559 static bool
3560 pmap_pv_insert_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde, u_int flags,
3561     struct rwlock **lockp)
3562 {
3563         struct md_page *pvh;
3564         pv_entry_t pv;
3565         vm_paddr_t pa;
3566
3567         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3568         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
3569         if ((pv = get_pv_entry(pmap, (flags & PMAP_ENTER_NORECLAIM) != 0 ?
3570             NULL : lockp)) == NULL)
3571                 return (false);
3572         pv->pv_va = va;
3573         pa = pde & PG_PS_FRAME;
3574         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
3575         pvh = pa_to_pvh(pa);
3576         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
3577         pvh->pv_gen++;
3578         return (true);
3579 }
3580
3581 /*
3582  * Fills a page table page with mappings to consecutive physical pages.
3583  */
3584 static void
3585 pmap_fill_ptp(pt_entry_t *firstpte, pt_entry_t newpte)
3586 {
3587         pt_entry_t *pte;
3588
3589         for (pte = firstpte; pte < firstpte + NPTEPG; pte++) {
3590                 *pte = newpte;
3591                 newpte += PAGE_SIZE;
3592         }
3593 }
3594
3595 /*
3596  * Tries to demote a 2MB page mapping.  If demotion fails, the 2MB page
3597  * mapping is invalidated.
3598  */
3599 static boolean_t
3600 pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
3601 {
3602         struct rwlock *lock;
3603         boolean_t rv;
3604
3605         lock = NULL;
3606         rv = pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
3607         if (lock != NULL)
3608                 rw_wunlock(lock);
3609         return (rv);
3610 }
3611
3612 static boolean_t
3613 pmap_demote_pde_locked(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
3614     struct rwlock **lockp)
3615 {
3616         pd_entry_t newpde, oldpde;
3617         pt_entry_t *firstpte, newpte;
3618         pt_entry_t PG_A, PG_G, PG_M, PG_RW, PG_V;
3619         vm_paddr_t mptepa;
3620         vm_page_t mpte;
3621         struct spglist free;
3622         vm_offset_t sva;
3623         int PG_PTE_CACHE;
3624
3625         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
3626         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
3627         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
3628         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
3629         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3630         PG_PTE_CACHE = pmap_cache_mask(pmap, 0);
3631
3632         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3633         oldpde = *pde;
3634         KASSERT((oldpde & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V),
3635             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_PS and/or PG_V"));
3636         if ((oldpde & PG_A) == 0 || (mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, va)) ==
3637             NULL) {
3638                 KASSERT((oldpde & PG_W) == 0,
3639                     ("pmap_demote_pde: page table page for a wired mapping"
3640                     " is missing"));
3641
3642                 /*
3643                  * Invalidate the 2MB page mapping and return "failure" if the
3644                  * mapping was never accessed or the allocation of the new
3645                  * page table page fails.  If the 2MB page mapping belongs to
3646                  * the direct map region of the kernel's address space, then
3647                  * the page allocation request specifies the highest possible
3648                  * priority (VM_ALLOC_INTERRUPT).  Otherwise, the priority is
3649                  * normal.  Page table pages are preallocated for every other
3650                  * part of the kernel address space, so the direct map region
3651                  * is the only part of the kernel address space that must be
3652                  * handled here.
3653                  */
3654                 if ((oldpde & PG_A) == 0 || (mpte = vm_page_alloc(NULL,
3655                     pmap_pde_pindex(va), (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va <
3656                     DMAP_MAX_ADDRESS ? VM_ALLOC_INTERRUPT : VM_ALLOC_NORMAL) |
3657                     VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED)) == NULL) {
3658                         SLIST_INIT(&free);
3659                         sva = trunc_2mpage(va);
3660                         pmap_remove_pde(pmap, pde, sva, &free, lockp);
3661                         if ((oldpde & PG_G) == 0)
3662                                 pmap_invalidate_pde_page(pmap, sva, oldpde);
3663                         pmap_free_zero_pages(&free);
3664                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: failure for va %#lx"
3665                             " in pmap %p", va, pmap);
3666                         return (FALSE);
3667                 }
3668                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
3669                         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
3670         }
3671         mptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpte);
3672         firstpte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mptepa);
3673         newpde = mptepa | PG_M | PG_A | (oldpde & PG_U) | PG_RW | PG_V;
3674         KASSERT((oldpde & PG_A) != 0,
3675             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_A"));
3676         KASSERT((oldpde & (PG_M | PG_RW)) != PG_RW,
3677             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_M"));
3678         newpte = oldpde & ~PG_PS;
3679         newpte = pmap_swap_pat(pmap, newpte);
3680
3681         /*
3682          * If the page table page is new, initialize it.
3683          */
3684         if (mpte->wire_count == 1) {
3685                 mpte->wire_count = NPTEPG;
3686                 pmap_fill_ptp(firstpte, newpte);
3687         }
3688         KASSERT((*firstpte & PG_FRAME) == (newpte & PG_FRAME),
3689             ("pmap_demote_pde: firstpte and newpte map different physical"
3690             " addresses"));
3691
3692         /*
3693          * If the mapping has changed attributes, update the page table
3694          * entries.
3695          */
3696         if ((*firstpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpte & PG_PTE_PROMOTE))
3697                 pmap_fill_ptp(firstpte, newpte);
3698
3699         /*
3700          * The spare PV entries must be reserved prior to demoting the
3701          * mapping, that is, prior to changing the PDE.  Otherwise, the state
3702          * of the PDE and the PV lists will be inconsistent, which can result
3703          * in reclaim_pv_chunk() attempting to remove a PV entry from the
3704          * wrong PV list and pmap_pv_demote_pde() failing to find the expected
3705          * PV entry for the 2MB page mapping that is being demoted.
3706          */
3707         if ((oldpde & PG_MANAGED) != 0)
3708                 reserve_pv_entries(pmap, NPTEPG - 1, lockp);
3709
3710         /*
3711          * Demote the mapping.  This pmap is locked.  The old PDE has
3712          * PG_A set.  If the old PDE has PG_RW set, it also has PG_M
3713          * set.  Thus, there is no danger of a race with another
3714          * processor changing the setting of PG_A and/or PG_M between
3715          * the read above and the store below. 
3716          */
3717         if (workaround_erratum383)
3718                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, newpde);
3719         else
3720                 pde_store(pde, newpde);
3721
3722         /*
3723          * Invalidate a stale recursive mapping of the page table page.
3724          */
3725         if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
3726                 pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopte(va));
3727
3728         /*
3729          * Demote the PV entry.
3730          */
3731         if ((oldpde & PG_MANAGED) != 0)
3732                 pmap_pv_demote_pde(pmap, va, oldpde & PG_PS_FRAME, lockp);
3733
3734         atomic_add_long(&pmap_pde_demotions, 1);
3735         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: success for va %#lx"
3736             " in pmap %p", va, pmap);
3737         return (TRUE);
3738 }
3739
3740 /*
3741  * pmap_remove_kernel_pde: Remove a kernel superpage mapping.
3742  */
3743 static void
3744 pmap_remove_kernel_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
3745 {
3746         pd_entry_t newpde;
3747         vm_paddr_t mptepa;
3748         vm_page_t mpte;
3749
3750         KASSERT(pmap == kernel_pmap, ("pmap %p is not kernel_pmap", pmap));
3751         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3752         mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, va);
3753         if (mpte == NULL)
3754                 panic("pmap_remove_kernel_pde: Missing pt page.");
3755
3756         mptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpte);
3757         newpde = mptepa | X86_PG_M | X86_PG_A | X86_PG_RW | X86_PG_V;
3758
3759         /*
3760          * Initialize the page table page.
3761          */
3762         pagezero((void *)PHYS_TO_DMAP(mptepa));
3763
3764         /*
3765          * Demote the mapping.
3766          */
3767         if (workaround_erratum383)
3768                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, newpde);
3769         else
3770                 pde_store(pde, newpde);
3771
3772         /*
3773          * Invalidate a stale recursive mapping of the page table page.
3774          */
3775         pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopte(va));
3776 }
3777
3778 /*
3779  * pmap_remove_pde: do the things to unmap a superpage in a process
3780  */
3781 static int
3782 pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
3783     struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
3784 {
3785         struct md_page *pvh;
3786         pd_entry_t oldpde;
3787         vm_offset_t eva, va;
3788         vm_page_t m, mpte;
3789         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW;
3790
3791         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
3792         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
3793         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
3794         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
3795
3796         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3797         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
3798             ("pmap_remove_pde: sva is not 2mpage aligned"));
3799         oldpde = pte_load_clear(pdq);
3800         if (oldpde & PG_W)
3801                 pmap->pm_stats.wired_count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
3802         if ((oldpde & PG_G) != 0)
3803                 pmap_invalidate_pde_page(kernel_pmap, sva, oldpde);
3804         pmap_resident_count_dec(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
3805         if (oldpde & PG_MANAGED) {
3806                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, oldpde & PG_PS_FRAME);
3807                 pvh = pa_to_pvh(oldpde & PG_PS_FRAME);
3808                 pmap_pvh_free(pvh, pmap, sva);
3809                 eva = sva + NBPDR;
3810                 for (va = sva, m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
3811                     va < eva; va += PAGE_SIZE, m++) {
3812                         if ((oldpde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
3813                                 vm_page_dirty(m);
3814                         if (oldpde & PG_A)
3815                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
3816                         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
3817                             TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
3818                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
3819                         pmap_delayed_invl_page(m);
3820                 }
3821         }
3822         if (pmap == kernel_pmap) {
3823                 pmap_remove_kernel_pde(pmap, pdq, sva);
3824         } else {
3825                 mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, sva);
3826                 if (mpte != NULL) {
3827                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3828                         KASSERT(mpte->wire_count == NPTEPG,
3829                             ("pmap_remove_pde: pte page wire count error"));
3830                         mpte->wire_count = 0;
3831                         pmap_add_delayed_free_list(mpte, free, FALSE);
3832                 }
3833         }
3834         return (pmap_unuse_pt(pmap, sva, *pmap_pdpe(pmap, sva), free));
3835 }
3836
3837 /*
3838  * pmap_remove_pte: do the things to unmap a page in a process
3839  */
3840 static int
3841 pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t va, 
3842     pd_entry_t ptepde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
3843 {
3844         struct md_page *pvh;
3845         pt_entry_t oldpte, PG_A, PG_M, PG_RW;
3846         vm_page_t m;
3847
3848         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
3849         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
3850         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
3851
3852         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3853         oldpte = pte_load_clear(ptq);
3854         if (oldpte & PG_W)
3855                 pmap->pm_stats.wired_count -= 1;
3856         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3857         if (oldpte & PG_MANAGED) {
3858                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpte & PG_FRAME);
3859                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
3860                         vm_page_dirty(m);
3861                 if (oldpte & PG_A)
3862                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
3863                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
3864                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
3865                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
3866                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
3867                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3868                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
3869                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
3870                 }
3871                 pmap_delayed_invl_page(m);
3872         }
3873         return (pmap_unuse_pt(pmap, va, ptepde, free));
3874 }
3875
3876 /*
3877  * Remove a single page from a process address space
3878  */
3879 static void
3880 pmap_remove_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
3881     struct spglist *free)
3882 {
3883         struct rwlock *lock;
3884         pt_entry_t *pte, PG_V;
3885
3886         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3887         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3888         if ((*pde & PG_V) == 0)
3889                 return;
3890         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
3891         if ((*pte & PG_V) == 0)
3892                 return;
3893         lock = NULL;
3894         pmap_remove_pte(pmap, pte, va, *pde, free, &lock);
3895         if (lock != NULL)
3896                 rw_wunlock(lock);
3897         pmap_invalidate_page(pmap, va);
3898 }
3899
3900 /*
3901  * Removes the specified range of addresses from the page table page.
3902  */
3903 static bool
3904 pmap_remove_ptes(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
3905     pd_entry_t *pde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
3906 {
3907         pt_entry_t PG_G, *pte;
3908         vm_offset_t va;
3909         bool anyvalid;
3910
3911         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3912         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
3913         anyvalid = false;
3914         va = eva;
3915         for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != eva; pte++,
3916             sva += PAGE_SIZE) {
3917                 if (*pte == 0) {
3918                         if (va != eva) {
3919                                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
3920                                 va = eva;
3921                         }
3922                         continue;
3923                 }
3924                 if ((*pte & PG_G) == 0)
3925                         anyvalid = true;
3926                 else if (va == eva)
3927                         va = sva;
3928                 if (pmap_remove_pte(pmap, pte, sva, *pde, free, lockp)) {
3929                         sva += PAGE_SIZE;
3930                         break;
3931                 }
3932         }
3933         if (va != eva)
3934                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
3935         return (anyvalid);
3936 }
3937
3938 /*
3939  *      Remove the given range of addresses from the specified map.
3940  *
3941  *      It is assumed that the start and end are properly
3942  *      rounded to the page size.
3943  */
3944 void
3945 pmap_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3946 {
3947         struct rwlock *lock;
3948         vm_offset_t va_next;
3949         pml4_entry_t *pml4e;
3950         pdp_entry_t *pdpe;
3951         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
3952         pt_entry_t PG_G, PG_V;
3953         struct spglist free;
3954         int anyvalid;
3955
3956         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
3957         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3958
3959         /*
3960          * Perform an unsynchronized read.  This is, however, safe.
3961          */
3962         if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
3963                 return;
3964
3965         anyvalid = 0;
3966         SLIST_INIT(&free);
3967
3968         pmap_delayed_invl_started();
3969         PMAP_LOCK(pmap);
3970
3971         /*
3972          * special handling of removing one page.  a very
3973          * common operation and easy to short circuit some
3974          * code.
3975          */
3976         if (sva + PAGE_SIZE == eva) {
3977                 pde = pmap_pde(pmap, sva);
3978                 if (pde && (*pde & PG_PS) == 0) {
3979                         pmap_remove_page(pmap, sva, pde, &free);
3980                         goto out;
3981                 }
3982         }
3983
3984         lock = NULL;
3985         for (; sva < eva; sva = va_next) {
3986
3987                 if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
3988                         break;
3989
3990                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
3991                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
3992                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
3993                         if (va_next < sva)
3994                                 va_next = eva;
3995                         continue;
3996                 }
3997
3998                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
3999                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
4000                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
4001                         if (va_next < sva)
4002                                 va_next = eva;
4003                         continue;
4004                 }
4005
4006                 /*
4007                  * Calculate index for next page table.
4008                  */
4009                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
4010                 if (va_next < sva)
4011                         va_next = eva;
4012
4013                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
4014                 ptpaddr = *pde;
4015
4016                 /*
4017                  * Weed out invalid mappings.
4018                  */
4019                 if (ptpaddr == 0)
4020                         continue;
4021
4022                 /*
4023                  * Check for large page.
4024                  */
4025                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
4026                         /*
4027                          * Are we removing the entire large page?  If not,
4028                          * demote the mapping and fall through.
4029                          */
4030                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
4031                                 /*
4032                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
4033                                  * invalidated by pmap_remove_pde().
4034                                  */
4035                                 if ((ptpaddr & PG_G) == 0)
4036                                         anyvalid = 1;
4037                                 pmap_remove_pde(pmap, pde, sva, &free, &lock);
4038                                 continue;
4039                         } else if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, sva,
4040                             &lock)) {
4041                                 /* The large page mapping was destroyed. */
4042                                 continue;
4043                         } else
4044                                 ptpaddr = *pde;
4045                 }
4046
4047                 /*
4048                  * Limit our scan to either the end of the va represented
4049                  * by the current page table page, or to the end of the
4050                  * range being removed.
4051                  */
4052                 if (va_next > eva)
4053                         va_next = eva;
4054
4055                 if (pmap_remove_ptes(pmap, sva, va_next, pde, &free, &lock))
4056                         anyvalid = 1;
4057         }
4058         if (lock != NULL)
4059                 rw_wunlock(lock);
4060 out:
4061         if (anyvalid)
4062                 pmap_invalidate_all(pmap);
4063         PMAP_UNLOCK(pmap);
4064         pmap_delayed_invl_finished();
4065         pmap_free_zero_pages(&free);
4066 }
4067
4068 /*
4069  *      Routine:        pmap_remove_all
4070  *      Function:
4071  *              Removes this physical page from
4072  *              all physical maps in which it resides.
4073  *              Reflects back modify bits to the pager.
4074  *
4075  *      Notes:
4076  *              Original versions of this routine were very
4077  *              inefficient because they iteratively called
4078  *              pmap_remove (slow...)
4079  */
4080
4081 void
4082 pmap_remove_all(vm_page_t m)
4083 {
4084         struct md_page *pvh;
4085         pv_entry_t pv;
4086         pmap_t pmap;
4087         struct rwlock *lock;
4088         pt_entry_t *pte, tpte, PG_A, PG_M, PG_RW;
4089         pd_entry_t *pde;
4090         vm_offset_t va;
4091         struct spglist free;
4092         int pvh_gen, md_gen;
4093
4094         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4095             ("pmap_remove_all: page %p is not managed", m));
4096         SLIST_INIT(&free);
4097         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
4098         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
4099             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4100 retry:
4101         rw_wlock(lock);
4102         while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != NULL) {
4103                 pmap = PV_PMAP(pv);
4104                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
4105                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
4106                         rw_wunlock(lock);
4107                         PMAP_LOCK(pmap);
4108                         rw_wlock(lock);
4109                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
4110                                 rw_wunlock(lock);
4111                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4112                                 goto retry;
4113                         }
4114                 }
4115                 va = pv->pv_va;
4116                 pde = pmap_pde(pmap, va);
4117                 (void)pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
4118                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4119         }
4120         while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
4121                 pmap = PV_PMAP(pv);
4122                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
4123                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
4124                         md_gen = m->md.pv_gen;
4125                         rw_wunlock(lock);
4126                         PMAP_LOCK(pmap);
4127                         rw_wlock(lock);
4128                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
4129                                 rw_wunlock(lock);
4130                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4131                                 goto retry;
4132                         }
4133                 }
4134                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
4135                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4136                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4137                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
4138                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
4139                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_remove_all: found"
4140                     " a 2mpage in page %p's pv list", m));
4141                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
4142                 tpte = pte_load_clear(pte);
4143                 if (tpte & PG_W)
4144                         pmap->pm_stats.wired_count--;
4145                 if (tpte & PG_A)
4146                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
4147
4148                 /*
4149                  * Update the vm_page_t clean and reference bits.
4150                  */
4151                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
4152                         vm_page_dirty(m);
4153                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, *pde, &free);
4154                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
4155                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4156                 m->md.pv_gen++;
4157                 free_pv_entry(pmap, pv);
4158                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4159         }
4160         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
4161         rw_wunlock(lock);
4162         pmap_delayed_invl_wait(m);
4163         pmap_free_zero_pages(&free);
4164 }
4165
4166 /*
4167  * pmap_protect_pde: do the things to protect a 2mpage in a process
4168  */
4169 static boolean_t
4170 pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva, vm_prot_t prot)
4171 {
4172         pd_entry_t newpde, oldpde;
4173         vm_offset_t eva, va;
4174         vm_page_t m;
4175         boolean_t anychanged;
4176         pt_entry_t PG_G, PG_M, PG_RW;
4177
4178         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
4179         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4180         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4181
4182         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4183         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
4184             ("pmap_protect_pde: sva is not 2mpage aligned"));
4185         anychanged = FALSE;
4186 retry:
4187         oldpde = newpde = *pde;
4188         if ((oldpde & (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) ==
4189             (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) {
4190                 eva = sva + NBPDR;
4191                 for (va = sva, m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
4192                     va < eva; va += PAGE_SIZE, m++)
4193                         vm_page_dirty(m);
4194         }
4195         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0)
4196                 newpde &= ~(PG_RW | PG_M);
4197         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
4198                 newpde |= pg_nx;
4199         if (newpde != oldpde) {
4200                 /*
4201                  * As an optimization to future operations on this PDE, clear
4202                  * PG_PROMOTED.  The impending invalidation will remove any
4203                  * lingering 4KB page mappings from the TLB.
4204                  */
4205                 if (!atomic_cmpset_long(pde, oldpde, newpde & ~PG_PROMOTED))
4206                         goto retry;
4207                 if ((oldpde & PG_G) != 0)
4208                         pmap_invalidate_pde_page(kernel_pmap, sva, oldpde);
4209                 else
4210                         anychanged = TRUE;
4211         }
4212         return (anychanged);
4213 }
4214
4215 /*
4216  *      Set the physical protection on the
4217  *      specified range of this map as requested.
4218  */
4219 void
4220 pmap_protect(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, vm_prot_t prot)
4221 {
4222         vm_offset_t va_next;
4223         pml4_entry_t *pml4e;
4224         pdp_entry_t *pdpe;
4225         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
4226         pt_entry_t *pte, PG_G, PG_M, PG_RW, PG_V;
4227         boolean_t anychanged;
4228
4229         KASSERT((prot & ~VM_PROT_ALL) == 0, ("invalid prot %x", prot));
4230         if (prot == VM_PROT_NONE) {
4231                 pmap_remove(pmap, sva, eva);
4232                 return;
4233         }
4234
4235         if ((prot & (VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE)) ==
4236             (VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE))
4237                 return;
4238
4239         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
4240         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4241         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4242         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4243         anychanged = FALSE;
4244
4245         /*
4246          * Although this function delays and batches the invalidation
4247          * of stale TLB entries, it does not need to call
4248          * pmap_delayed_invl_started() and
4249          * pmap_delayed_invl_finished(), because it does not
4250          * ordinarily destroy mappings.  Stale TLB entries from
4251          * protection-only changes need only be invalidated before the
4252          * pmap lock is released, because protection-only changes do
4253          * not destroy PV entries.  Even operations that iterate over
4254          * a physical page's PV list of mappings, like
4255          * pmap_remove_write(), acquire the pmap lock for each
4256          * mapping.  Consequently, for protection-only changes, the
4257          * pmap lock suffices to synchronize both page table and TLB
4258          * updates.
4259          *
4260          * This function only destroys a mapping if pmap_demote_pde()
4261          * fails.  In that case, stale TLB entries are immediately
4262          * invalidated.
4263          */
4264         
4265         PMAP_LOCK(pmap);
4266         for (; sva < eva; sva = va_next) {
4267
4268                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
4269                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
4270                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
4271                         if (va_next < sva)
4272                                 va_next = eva;
4273                         continue;
4274                 }
4275
4276                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
4277                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
4278                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
4279                         if (va_next < sva)
4280                                 va_next = eva;
4281                         continue;
4282                 }
4283
4284                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
4285                 if (va_next < sva)
4286                         va_next = eva;
4287
4288                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
4289                 ptpaddr = *pde;
4290
4291                 /*
4292                  * Weed out invalid mappings.
4293                  */
4294                 if (ptpaddr == 0)
4295                         continue;
4296
4297                 /*
4298                  * Check for large page.
4299                  */
4300                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
4301                         /*
4302                          * Are we protecting the entire large page?  If not,
4303                          * demote the mapping and fall through.
4304                          */
4305                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
4306                                 /*
4307                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
4308                                  * invalidated by pmap_protect_pde().
4309                                  */
4310                                 if (pmap_protect_pde(pmap, pde, sva, prot))
4311                                         anychanged = TRUE;
4312                                 continue;
4313                         } else if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, sva)) {
4314                                 /*
4315                                  * The large page mapping was destroyed.
4316                                  */
4317                                 continue;
4318                         }
4319                 }
4320
4321                 if (va_next > eva)
4322                         va_next = eva;
4323
4324                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
4325                     sva += PAGE_SIZE) {
4326                         pt_entry_t obits, pbits;
4327                         vm_page_t m;
4328
4329 retry:
4330                         obits = pbits = *pte;
4331                         if ((pbits & PG_V) == 0)
4332                                 continue;
4333
4334                         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
4335                                 if ((pbits & (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) ==
4336                                     (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) {
4337                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pbits & PG_FRAME);
4338                                         vm_page_dirty(m);
4339                                 }
4340                                 pbits &= ~(PG_RW | PG_M);
4341                         }
4342                         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
4343                                 pbits |= pg_nx;
4344
4345                         if (pbits != obits) {
4346                                 if (!atomic_cmpset_long(pte, obits, pbits))
4347                                         goto retry;
4348                                 if (obits & PG_G)
4349                                         pmap_invalidate_page(pmap, sva);
4350                                 else
4351                                         anychanged = TRUE;
4352                         }
4353                 }
4354         }
4355         if (anychanged)
4356                 pmap_invalidate_all(pmap);
4357         PMAP_UNLOCK(pmap);
4358 }
4359
4360 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
4361 /*
4362  * Tries to promote the 512, contiguous 4KB page mappings that are within a
4363  * single page table page (PTP) to a single 2MB page mapping.  For promotion
4364  * to occur, two conditions must be met: (1) the 4KB page mappings must map
4365  * aligned, contiguous physical memory and (2) the 4KB page mappings must have
4366  * identical characteristics. 
4367  */
4368 static void
4369 pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
4370     struct rwlock **lockp)
4371 {
4372         pd_entry_t newpde;
4373         pt_entry_t *firstpte, oldpte, pa, *pte;
4374         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
4375         vm_page_t mpte;
4376         int PG_PTE_CACHE;
4377
4378         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
4379         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
4380         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4381         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4382         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4383         PG_PTE_CACHE = pmap_cache_mask(pmap, 0);
4384
4385         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4386
4387         /*
4388          * Examine the first PTE in the specified PTP.  Abort if this PTE is
4389          * either invalid, unused, or does not map the first 4KB physical page
4390          * within a 2MB page. 
4391          */
4392         firstpte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pde & PG_FRAME);
4393 setpde:
4394         newpde = *firstpte;
4395         if ((newpde & ((PG_FRAME & PDRMASK) | PG_A | PG_V)) != (PG_A | PG_V)) {
4396                 atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
4397                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
4398                     " in pmap %p", va, pmap);
4399                 return;
4400         }
4401         if ((newpde & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
4402                 /*
4403                  * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared without
4404                  * a TLB invalidation.
4405                  */
4406                 if (!atomic_cmpset_long(firstpte, newpde, newpde & ~PG_RW))
4407                         goto setpde;
4408                 newpde &= ~PG_RW;
4409         }
4410
4411         /*
4412          * Examine each of the other PTEs in the specified PTP.  Abort if this
4413          * PTE maps an unexpected 4KB physical page or does not have identical
4414          * characteristics to the first PTE.
4415          */
4416         pa = (newpde & (PG_PS_FRAME | PG_A | PG_V)) + NBPDR - PAGE_SIZE;
4417         for (pte = firstpte + NPTEPG - 1; pte > firstpte; pte--) {
4418 setpte:
4419                 oldpte = *pte;
4420                 if ((oldpte & (PG_FRAME | PG_A | PG_V)) != pa) {
4421                         atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
4422                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
4423                             " in pmap %p", va, pmap);
4424                         return;
4425                 }
4426                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
4427                         /*
4428                          * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared
4429                          * without a TLB invalidation.
4430                          */
4431                         if (!atomic_cmpset_long(pte, oldpte, oldpte & ~PG_RW))
4432                                 goto setpte;
4433                         oldpte &= ~PG_RW;
4434                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: protect for va %#lx"
4435                             " in pmap %p", (oldpte & PG_FRAME & PDRMASK) |
4436                             (va & ~PDRMASK), pmap);
4437                 }
4438                 if ((oldpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpde & PG_PTE_PROMOTE)) {
4439                         atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
4440                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
4441                             " in pmap %p", va, pmap);
4442                         return;
4443                 }
4444                 pa -= PAGE_SIZE;
4445         }
4446
4447         /*
4448          * Save the page table page in its current state until the PDE
4449          * mapping the superpage is demoted by pmap_demote_pde() or
4450          * destroyed by pmap_remove_pde(). 
4451          */
4452         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
4453         KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
4454             mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
4455             ("pmap_promote_pde: page table page is out of range"));
4456         KASSERT(mpte->pindex == pmap_pde_pindex(va),
4457             ("pmap_promote_pde: page table page's pindex is wrong"));
4458         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mpte)) {
4459                 atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
4460                 CTR2(KTR_PMAP,
4461                     "pmap_promote_pde: failure for va %#lx in pmap %p", va,
4462                     pmap);
4463                 return;
4464         }
4465
4466         /*
4467          * Promote the pv entries.
4468          */
4469         if ((newpde & PG_MANAGED) != 0)
4470                 pmap_pv_promote_pde(pmap, va, newpde & PG_PS_FRAME, lockp);
4471
4472         /*
4473          * Propagate the PAT index to its proper position.
4474          */
4475         newpde = pmap_swap_pat(pmap, newpde);
4476
4477         /*
4478          * Map the superpage.
4479          */
4480         if (workaround_erratum383)
4481                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, PG_PS | newpde);
4482         else
4483                 pde_store(pde, PG_PROMOTED | PG_PS | newpde);
4484
4485         atomic_add_long(&pmap_pde_promotions, 1);
4486         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: success for va %#lx"
4487             " in pmap %p", va, pmap);
4488 }
4489 #endif /* VM_NRESERVLEVEL > 0 */
4490
4491 /*
4492  *      Insert the given physical page (p) at
4493  *      the specified virtual address (v) in the
4494  *      target physical map with the protection requested.
4495  *
4496  *      If specified, the page will be wired down, meaning
4497  *      that the related pte can not be reclaimed.
4498  *
4499  *      NB:  This is the only routine which MAY NOT lazy-evaluate
4500  *      or lose information.  That is, this routine must actually
4501  *      insert this page into the given map NOW.
4502  *
4503  *      When destroying both a page table and PV entry, this function
4504  *      performs the TLB invalidation before releasing the PV list
4505  *      lock, so we do not need pmap_delayed_invl_page() calls here.
4506  */
4507 int
4508 pmap_enter(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
4509     u_int flags, int8_t psind)
4510 {
4511         struct rwlock *lock;
4512         pd_entry_t *pde;
4513         pt_entry_t *pte, PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
4514         pt_entry_t newpte, origpte;
4515         pv_entry_t pv;
4516         vm_paddr_t opa, pa;
4517         vm_page_t mpte, om;
4518         int rv;
4519         boolean_t nosleep;
4520
4521         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
4522         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
4523         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4524         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4525         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4526
4527         va = trunc_page(va);
4528         KASSERT(va <= VM_MAX_KERNEL_ADDRESS, ("pmap_enter: toobig"));
4529         KASSERT(va < UPT_MIN_ADDRESS || va >= UPT_MAX_ADDRESS,
4530             ("pmap_enter: invalid to pmap_enter page table pages (va: 0x%lx)",
4531             va));
4532         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0 || va < kmi.clean_sva ||
4533             va >= kmi.clean_eva,
4534             ("pmap_enter: managed mapping within the clean submap"));
4535         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 && !vm_page_xbusied(m))
4536                 VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m->object);
4537         KASSERT((flags & PMAP_ENTER_RESERVED) == 0,
4538             ("pmap_enter: flags %u has reserved bits set", flags));
4539         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
4540         newpte = (pt_entry_t)(pa | PG_A | PG_V);
4541         if ((flags & VM_PROT_WRITE) != 0)
4542                 newpte |= PG_M;
4543         if ((prot & VM_PROT_WRITE) != 0)
4544                 newpte |= PG_RW;
4545         KASSERT((newpte & (PG_M | PG_RW)) != PG_M,
4546             ("pmap_enter: flags includes VM_PROT_WRITE but prot doesn't"));
4547         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
4548                 newpte |= pg_nx;
4549         if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) != 0)
4550                 newpte |= PG_W;
4551         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
4552                 newpte |= PG_U;
4553         if (pmap == kernel_pmap)
4554                 newpte |= PG_G;
4555         newpte |= pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, psind > 0);
4556
4557         /*
4558          * Set modified bit gratuitously for writeable mappings if
4559          * the page is unmanaged. We do not want to take a fault
4560          * to do the dirty bit accounting for these mappings.
4561          */
4562         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0) {
4563                 if ((newpte & PG_RW) != 0)
4564                         newpte |= PG_M;
4565         } else
4566                 newpte |= PG_MANAGED;
4567
4568         lock = NULL;
4569         PMAP_LOCK(pmap);
4570         if (psind == 1) {
4571                 /* Assert the required virtual and physical alignment. */ 
4572                 KASSERT((va & PDRMASK) == 0, ("pmap_enter: va unaligned"));
4573                 KASSERT(m->psind > 0, ("pmap_enter: m->psind < psind"));
4574                 rv = pmap_enter_pde(pmap, va, newpte | PG_PS, flags, m, &lock);
4575                 goto out;
4576         }
4577         mpte = NULL;
4578
4579         /*
4580          * In the case that a page table page is not
4581          * resident, we are creating it here.
4582          */
4583 retry:
4584         pde = pmap_pde(pmap, va);
4585         if (pde != NULL && (*pde & PG_V) != 0 && ((*pde & PG_PS) == 0 ||
4586             pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock))) {
4587                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
4588                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS && mpte == NULL) {
4589                         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
4590                         mpte->wire_count++;
4591                 }
4592         } else if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
4593                 /*
4594                  * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been
4595                  * deallocated.
4596                  */
4597                 nosleep = (flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0;
4598                 mpte = _pmap_allocpte(pmap, pmap_pde_pindex(va),
4599                     nosleep ? NULL : &lock);
4600                 if (mpte == NULL && nosleep) {
4601                         rv = KERN_RESOURCE_SHORTAGE;
4602                         goto out;
4603                 }
4604                 goto retry;
4605         } else
4606                 panic("pmap_enter: invalid page directory va=%#lx", va);
4607
4608         origpte = *pte;
4609
4610         /*
4611          * Is the specified virtual address already mapped?
4612          */
4613         if ((origpte & PG_V) != 0) {
4614                 /*
4615                  * Wiring change, just update stats. We don't worry about
4616                  * wiring PT pages as they remain resident as long as there
4617                  * are valid mappings in them. Hence, if a user page is wired,
4618                  * the PT page will be also.
4619                  */
4620                 if ((newpte & PG_W) != 0 && (origpte & PG_W) == 0)
4621                         pmap->pm_stats.wired_count++;
4622                 else if ((newpte & PG_W) == 0 && (origpte & PG_W) != 0)
4623                         pmap->pm_stats.wired_count--;
4624
4625                 /*
4626                  * Remove the extra PT page reference.
4627                  */
4628                 if (mpte != NULL) {
4629                         mpte->wire_count--;
4630                         KASSERT(mpte->wire_count > 0,
4631                             ("pmap_enter: missing reference to page table page,"
4632                              " va: 0x%lx", va));
4633                 }
4634
4635                 /*
4636                  * Has the physical page changed?
4637                  */
4638                 opa = origpte & PG_FRAME;
4639                 if (opa == pa) {
4640                         /*
4641                          * No, might be a protection or wiring change.
4642                          */
4643                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0 &&
4644                             (newpte & PG_RW) != 0)
4645                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
4646                         if (((origpte ^ newpte) & ~(PG_M | PG_A)) == 0)
4647                                 goto unchanged;
4648                         goto validate;
4649                 }
4650         } else {
4651                 /*
4652                  * Increment the counters.
4653                  */
4654                 if ((newpte & PG_W) != 0)
4655                         pmap->pm_stats.wired_count++;
4656                 pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
4657         }
4658
4659         /*
4660          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
4661          */
4662         if ((newpte & PG_MANAGED) != 0) {
4663                 pv = get_pv_entry(pmap, &lock);
4664                 pv->pv_va = va;
4665                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, pa);
4666                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4667                 m->md.pv_gen++;
4668                 if ((newpte & PG_RW) != 0)
4669                         vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
4670         }
4671
4672         /*
4673          * Update the PTE.
4674          */
4675         if ((origpte & PG_V) != 0) {
4676 validate:
4677                 origpte = pte_load_store(pte, newpte);
4678                 opa = origpte & PG_FRAME;
4679                 if (opa != pa) {
4680                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0) {
4681                                 om = PHYS_TO_VM_PAGE(opa);
4682                                 if ((origpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M |
4683                                     PG_RW))
4684                                         vm_page_dirty(om);
4685                                 if ((origpte & PG_A) != 0)
4686                                         vm_page_aflag_set(om, PGA_REFERENCED);
4687                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, opa);
4688                                 pmap_pvh_free(&om->md, pmap, va);
4689                                 if ((om->aflags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
4690                                     TAILQ_EMPTY(&om->md.pv_list) &&
4691                                     ((om->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
4692                                     TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(opa)->pv_list)))
4693                                         vm_page_aflag_clear(om, PGA_WRITEABLE);
4694                         }
4695                 } else if ((newpte & PG_M) == 0 && (origpte & (PG_M |
4696                     PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
4697                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0)
4698                                 vm_page_dirty(m);
4699
4700                         /*
4701                          * Although the PTE may still have PG_RW set, TLB
4702                          * invalidation may nonetheless be required because
4703                          * the PTE no longer has PG_M set.
4704                          */
4705                 } else if ((origpte & PG_NX) != 0 || (newpte & PG_NX) == 0) {
4706                         /*
4707                          * This PTE change does not require TLB invalidation.
4708                          */
4709                         goto unchanged;
4710                 }
4711                 if ((origpte & PG_A) != 0)
4712                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
4713         } else
4714                 pte_store(pte, newpte);
4715
4716 unchanged:
4717
4718 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
4719         /*
4720          * If both the page table page and the reservation are fully
4721          * populated, then attempt promotion.
4722          */
4723         if ((mpte == NULL || mpte->wire_count == NPTEPG) &&
4724             pmap_ps_enabled(pmap) &&
4725             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
4726             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0)
4727                 pmap_promote_pde(pmap, pde, va, &lock);
4728 #endif
4729
4730         rv = KERN_SUCCESS;
4731 out:
4732         if (lock != NULL)
4733                 rw_wunlock(lock);
4734         PMAP_UNLOCK(pmap);
4735         return (rv);
4736 }
4737
4738 /*
4739  * Tries to create a read- and/or execute-only 2MB page mapping.  Returns true
4740  * if successful.  Returns false if (1) a page table page cannot be allocated
4741  * without sleeping, (2) a mapping already exists at the specified virtual
4742  * address, or (3) a PV entry cannot be allocated without reclaiming another
4743  * PV entry.
4744  */
4745 static bool
4746 pmap_enter_2mpage(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
4747     struct rwlock **lockp)
4748 {
4749         pd_entry_t newpde;
4750         pt_entry_t PG_V;
4751
4752         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4753         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4754         newpde = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, 1) |
4755             PG_PS | PG_V;
4756         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
4757                 newpde |= PG_MANAGED;
4758         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
4759                 newpde |= pg_nx;
4760         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
4761                 newpde |= PG_U;
4762         return (pmap_enter_pde(pmap, va, newpde, PMAP_ENTER_NOSLEEP |
4763             PMAP_ENTER_NOREPLACE | PMAP_ENTER_NORECLAIM, NULL, lockp) ==
4764             KERN_SUCCESS);
4765 }
4766
4767 /*
4768  * Tries to create the specified 2MB page mapping.  Returns KERN_SUCCESS if
4769  * the mapping was created, and either KERN_FAILURE or KERN_RESOURCE_SHORTAGE
4770  * otherwise.  Returns KERN_FAILURE if PMAP_ENTER_NOREPLACE was specified and
4771  * a mapping already exists at the specified virtual address.  Returns
4772  * KERN_RESOURCE_SHORTAGE if PMAP_ENTER_NOSLEEP was specified and a page table
4773  * page allocation failed.  Returns KERN_RESOURCE_SHORTAGE if
4774  * PMAP_ENTER_NORECLAIM was specified and a PV entry allocation failed.
4775  *
4776  * The parameter "m" is only used when creating a managed, writeable mapping.
4777  */
4778 static int
4779 pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t newpde, u_int flags,
4780     vm_page_t m, struct rwlock **lockp)
4781 {
4782         struct spglist free;
4783         pd_entry_t oldpde, *pde;
4784         pt_entry_t PG_G, PG_RW, PG_V;
4785         vm_page_t mt, pdpg;
4786
4787         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
4788         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4789         KASSERT((newpde & (pmap_modified_bit(pmap) | PG_RW)) != PG_RW,
4790             ("pmap_enter_pde: newpde is missing PG_M"));
4791         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4792         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4793
4794         if ((pdpg = pmap_allocpde(pmap, va, (flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0 ?
4795             NULL : lockp)) == NULL) {
4796                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
4797                     " in pmap %p", va, pmap);
4798                 return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
4799         }
4800         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pdpg));
4801         pde = &pde[pmap_pde_index(va)];
4802         oldpde = *pde;
4803         if ((oldpde & PG_V) != 0) {
4804                 KASSERT(pdpg->wire_count > 1,
4805                     ("pmap_enter_pde: pdpg's wire count is too low"));
4806                 if ((flags & PMAP_ENTER_NOREPLACE) != 0) {
4807                         pdpg->wire_count--;
4808                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
4809                             " in pmap %p", va, pmap);
4810                         return (KERN_FAILURE);
4811                 }
4812                 /* Break the existing mapping(s). */
4813                 SLIST_INIT(&free);
4814                 if ((oldpde & PG_PS) != 0) {
4815                         /*
4816                          * The reference to the PD page that was acquired by
4817                          * pmap_allocpde() ensures that it won't be freed.
4818                          * However, if the PDE resulted from a promotion, then
4819                          * a reserved PT page could be freed.
4820                          */
4821                         (void)pmap_remove_pde(pmap, pde, va, &free, lockp);
4822                         if ((oldpde & PG_G) == 0)
4823                                 pmap_invalidate_pde_page(pmap, va, oldpde);
4824                 } else {
4825                         pmap_delayed_invl_started();
4826                         if (pmap_remove_ptes(pmap, va, va + NBPDR, pde, &free,
4827                             lockp))
4828                                pmap_invalidate_all(pmap);
4829                         pmap_delayed_invl_finished();
4830                 }
4831                 pmap_free_zero_pages(&free);
4832                 if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS) {
4833                         mt = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
4834                         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mt)) {
4835                                 /*
4836                                  * XXX Currently, this can't happen because
4837                                  * we do not perform pmap_enter(psind == 1)
4838                                  * on the kernel pmap.
4839                                  */
4840                                 panic("pmap_enter_pde: trie insert failed");
4841                         }
4842                 } else
4843                         KASSERT(*pde == 0, ("pmap_enter_pde: non-zero pde %p",
4844                             pde));
4845         }
4846         if ((newpde & PG_MANAGED) != 0) {
4847                 /*
4848                  * Abort this mapping if its PV entry could not be created.
4849                  */
4850                 if (!pmap_pv_insert_pde(pmap, va, newpde, flags, lockp)) {
4851                         SLIST_INIT(&free);
4852                         if (pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdpg, &free)) {
4853                                 /*
4854                                  * Although "va" is not mapped, paging-
4855                                  * structure caches could nonetheless have
4856                                  * entries that refer to the freed page table
4857                                  * pages.  Invalidate those entries.
4858                                  */
4859                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
4860                                 pmap_free_zero_pages(&free);
4861                         }
4862                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
4863                             " in pmap %p", va, pmap);
4864                         return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
4865                 }
4866                 if ((newpde & PG_RW) != 0) {
4867                         for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
4868                                 vm_page_aflag_set(mt, PGA_WRITEABLE);
4869                 }
4870         }
4871
4872         /*
4873          * Increment counters.
4874          */
4875         if ((newpde & PG_W) != 0)
4876                 pmap->pm_stats.wired_count += NBPDR / PAGE_SIZE;
4877         pmap_resident_count_inc(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
4878
4879         /*
4880          * Map the superpage.  (This is not a promoted mapping; there will not
4881          * be any lingering 4KB page mappings in the TLB.)
4882          */
4883         pde_store(pde, newpde);
4884
4885         atomic_add_long(&pmap_pde_mappings, 1);
4886         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: success for va %#lx"
4887             " in pmap %p", va, pmap);
4888         return (KERN_SUCCESS);
4889 }
4890
4891 /*
4892  * Maps a sequence of resident pages belonging to the same object.
4893  * The sequence begins with the given page m_start.  This page is
4894  * mapped at the given virtual address start.  Each subsequent page is
4895  * mapped at a virtual address that is offset from start by the same
4896  * amount as the page is offset from m_start within the object.  The
4897  * last page in the sequence is the page with the largest offset from
4898  * m_start that can be mapped at a virtual address less than the given
4899  * virtual address end.  Not every virtual page between start and end
4900  * is mapped; only those for which a resident page exists with the
4901  * corresponding offset from m_start are mapped.
4902  */
4903 void
4904 pmap_enter_object(pmap_t pmap, vm_offset_t start, vm_offset_t end,
4905     vm_page_t m_start, vm_prot_t prot)
4906 {
4907         struct rwlock *lock;
4908         vm_offset_t va;
4909         vm_page_t m, mpte;
4910         vm_pindex_t diff, psize;
4911
4912         VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m_start->object);
4913
4914         psize = atop(end - start);
4915         mpte = NULL;
4916         m = m_start;
4917         lock = NULL;
4918         PMAP_LOCK(pmap);
4919         while (m != NULL && (diff = m->pindex - m_start->pindex) < psize) {
4920                 va = start + ptoa(diff);
4921                 if ((va & PDRMASK) == 0 && va + NBPDR <= end &&
4922                     m->psind == 1 && pmap_ps_enabled(pmap) &&
4923                     pmap_enter_2mpage(pmap, va, m, prot, &lock))
4924                         m = &m[NBPDR / PAGE_SIZE - 1];
4925                 else
4926                         mpte = pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot,
4927                             mpte, &lock);
4928                 m = TAILQ_NEXT(m, listq);
4929         }
4930         if (lock != NULL)
4931                 rw_wunlock(lock);
4932         PMAP_UNLOCK(pmap);
4933 }
4934
4935 /*
4936  * this code makes some *MAJOR* assumptions:
4937  * 1. Current pmap & pmap exists.
4938  * 2. Not wired.
4939  * 3. Read access.
4940  * 4. No page table pages.
4941  * but is *MUCH* faster than pmap_enter...
4942  */
4943
4944 void
4945 pmap_enter_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot)
4946 {
4947         struct rwlock *lock;
4948
4949         lock = NULL;
4950         PMAP_LOCK(pmap);
4951         (void)pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot, NULL, &lock);
4952         if (lock != NULL)
4953                 rw_wunlock(lock);
4954         PMAP_UNLOCK(pmap);
4955 }
4956
4957 static vm_page_t
4958 pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
4959     vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp)
4960 {
4961         struct spglist free;
4962         pt_entry_t *pte, PG_V;
4963         vm_paddr_t pa;
4964
4965         KASSERT(va < kmi.clean_sva || va >= kmi.clean_eva ||
4966             (m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0,
4967             ("pmap_enter_quick_locked: managed mapping within the clean submap"));
4968         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4969         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4970
4971         /*
4972          * In the case that a page table page is not
4973          * resident, we are creating it here.
4974          */
4975         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
4976                 vm_pindex_t ptepindex;
4977                 pd_entry_t *ptepa;
4978
4979                 /*
4980                  * Calculate pagetable page index
4981                  */
4982                 ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
4983                 if (mpte && (mpte->pindex == ptepindex)) {
4984                         mpte->wire_count++;
4985                 } else {
4986                         /*
4987                          * Get the page directory entry
4988                          */
4989                         ptepa = pmap_pde(pmap, va);
4990
4991                         /*
4992                          * If the page table page is mapped, we just increment
4993                          * the hold count, and activate it.  Otherwise, we
4994                          * attempt to allocate a page table page.  If this
4995                          * attempt fails, we don't retry.  Instead, we give up.
4996                          */
4997                         if (ptepa && (*ptepa & PG_V) != 0) {
4998                                 if (*ptepa & PG_PS)
4999                                         return (NULL);
5000                                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*ptepa & PG_FRAME);
5001                                 mpte->wire_count++;
5002                         } else {
5003                                 /*
5004                                  * Pass NULL instead of the PV list lock
5005                                  * pointer, because we don't intend to sleep.
5006                                  */
5007                                 mpte = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex, NULL);
5008                                 if (mpte == NULL)
5009                                         return (mpte);
5010                         }
5011                 }
5012                 pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mpte));
5013                 pte = &pte[pmap_pte_index(va)];
5014         } else {
5015                 mpte = NULL;
5016                 pte = vtopte(va);
5017         }
5018         if (*pte) {
5019                 if (mpte != NULL) {
5020                         mpte->wire_count--;
5021                         mpte = NULL;
5022                 }
5023                 return (mpte);
5024         }
5025
5026         /*
5027          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
5028          */
5029         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 &&
5030             !pmap_try_insert_pv_entry(pmap, va, m, lockp)) {
5031                 if (mpte != NULL) {
5032                         SLIST_INIT(&free);
5033                         if (pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpte, &free)) {
5034                                 /*
5035                                  * Although "va" is not mapped, paging-
5036                                  * structure caches could nonetheless have
5037                                  * entries that refer to the freed page table
5038                                  * pages.  Invalidate those entries.
5039                                  */
5040                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
5041                                 pmap_free_zero_pages(&free);
5042                         }
5043                         mpte = NULL;
5044                 }
5045                 return (mpte);
5046         }
5047
5048         /*
5049          * Increment counters
5050          */
5051         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
5052
5053         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, 0);
5054         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
5055                 pa |= pg_nx;
5056
5057         /*
5058          * Now validate mapping with RO protection
5059          */
5060         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
5061                 pte_store(pte, pa | PG_V | PG_U);
5062         else
5063                 pte_store(pte, pa | PG_V | PG_U | PG_MANAGED);
5064         return (mpte);
5065 }
5066
5067 /*
5068  * Make a temporary mapping for a physical address.  This is only intended
5069  * to be used for panic dumps.
5070  */
5071 void *
5072 pmap_kenter_temporary(vm_paddr_t pa, int i)
5073 {
5074         vm_offset_t va;
5075
5076         va = (vm_offset_t)crashdumpmap + (i * PAGE_SIZE);
5077         pmap_kenter(va, pa);
5078         invlpg(va);
5079         return ((void *)crashdumpmap);
5080 }
5081
5082 /*
5083  * This code maps large physical mmap regions into the
5084  * processor address space.  Note that some shortcuts
5085  * are taken, but the code works.
5086  */
5087 void
5088 pmap_object_init_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_object_t object,
5089     vm_pindex_t pindex, vm_size_t size)
5090 {
5091         pd_entry_t *pde;
5092         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
5093         vm_paddr_t pa, ptepa;
5094         vm_page_t p, pdpg;
5095         int pat_mode;
5096
5097         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5098         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5099         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5100         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5101
5102         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
5103         KASSERT(object->type == OBJT_DEVICE || object->type == OBJT_SG,
5104             ("pmap_object_init_pt: non-device object"));
5105         if ((addr & (NBPDR - 1)) == 0 && (size & (NBPDR - 1)) == 0) {
5106                 if (!pmap_ps_enabled(pmap))
5107                         return;
5108                 if (!vm_object_populate(object, pindex, pindex + atop(size)))
5109                         return;
5110                 p = vm_page_lookup(object, pindex);
5111                 KASSERT(p->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
5112                     ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
5113                 pat_mode = p->md.pat_mode;
5114
5115                 /*
5116                  * Abort the mapping if the first page is not physically
5117                  * aligned to a 2MB page boundary.
5118                  */
5119                 ptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(p);
5120                 if (ptepa & (NBPDR - 1))
5121                         return;
5122
5123                 /*
5124                  * Skip the first page.  Abort the mapping if the rest of
5125                  * the pages are not physically contiguous or have differing
5126                  * memory attributes.
5127                  */
5128                 p = TAILQ_NEXT(p, listq);
5129                 for (pa = ptepa + PAGE_SIZE; pa < ptepa + size;
5130                     pa += PAGE_SIZE) {
5131                         KASSERT(p->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
5132                             ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
5133                         if (pa != VM_PAGE_TO_PHYS(p) ||
5134                             pat_mode != p->md.pat_mode)
5135                                 return;
5136                         p = TAILQ_NEXT(p, listq);
5137                 }
5138
5139                 /*
5140                  * Map using 2MB pages.  Since "ptepa" is 2M aligned and
5141                  * "size" is a multiple of 2M, adding the PAT setting to "pa"
5142                  * will not affect the termination of this loop.
5143                  */ 
5144                 PMAP_LOCK(pmap);
5145                 for (pa = ptepa | pmap_cache_bits(pmap, pat_mode, 1);
5146                     pa < ptepa + size; pa += NBPDR) {
5147                         pdpg = pmap_allocpde(pmap, addr, NULL);
5148                         if (pdpg == NULL) {
5149                                 /*
5150                                  * The creation of mappings below is only an
5151                                  * optimization.  If a page directory page
5152                                  * cannot be allocated without blocking,
5153                                  * continue on to the next mapping rather than
5154                                  * blocking.
5155                                  */
5156                                 addr += NBPDR;
5157                                 continue;
5158                         }
5159                         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pdpg));
5160                         pde = &pde[pmap_pde_index(addr)];
5161                         if ((*pde & PG_V) == 0) {
5162                                 pde_store(pde, pa | PG_PS | PG_M | PG_A |
5163                                     PG_U | PG_RW | PG_V);
5164                                 pmap_resident_count_inc(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
5165                                 atomic_add_long(&pmap_pde_mappings, 1);
5166                         } else {
5167                                 /* Continue on if the PDE is already valid. */
5168                                 pdpg->wire_count--;
5169                                 KASSERT(pdpg->wire_count > 0,
5170                                     ("pmap_object_init_pt: missing reference "
5171                                     "to page directory page, va: 0x%lx", addr));
5172                         }
5173                         addr += NBPDR;
5174                 }
5175                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5176         }
5177 }
5178
5179 /*
5180  *      Clear the wired attribute from the mappings for the specified range of
5181  *      addresses in the given pmap.  Every valid mapping within that range
5182  *      must have the wired attribute set.  In contrast, invalid mappings
5183  *      cannot have the wired attribute set, so they are ignored.
5184  *
5185  *      The wired attribute of the page table entry is not a hardware
5186  *      feature, so there is no need to invalidate any TLB entries.
5187  *      Since pmap_demote_pde() for the wired entry must never fail,
5188  *      pmap_delayed_invl_started()/finished() calls around the
5189  *      function are not needed.
5190  */
5191 void
5192 pmap_unwire(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
5193 {
5194         vm_offset_t va_next;
5195         pml4_entry_t *pml4e;
5196         pdp_entry_t *pdpe;
5197         pd_entry_t *pde;
5198         pt_entry_t *pte, PG_V;
5199
5200         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5201         PMAP_LOCK(pmap);
5202         for (; sva < eva; sva = va_next) {
5203                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
5204                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
5205                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
5206                         if (va_next < sva)
5207                                 va_next = eva;
5208                         continue;
5209                 }
5210                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
5211                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
5212                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
5213                         if (va_next < sva)
5214                                 va_next = eva;
5215                         continue;
5216                 }
5217                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
5218                 if (va_next < sva)
5219                         va_next = eva;
5220                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
5221                 if ((*pde & PG_V) == 0)
5222                         continue;
5223                 if ((*pde & PG_PS) != 0) {
5224                         if ((*pde & PG_W) == 0)
5225                                 panic("pmap_unwire: pde %#jx is missing PG_W",
5226                                     (uintmax_t)*pde);
5227
5228                         /*
5229                          * Are we unwiring the entire large page?  If not,
5230                          * demote the mapping and fall through.
5231                          */
5232                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
5233                                 atomic_clear_long(pde, PG_W);
5234                                 pmap->pm_stats.wired_count -= NBPDR /
5235                                     PAGE_SIZE;
5236                                 continue;
5237                         } else if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, sva))
5238                                 panic("pmap_unwire: demotion failed");
5239                 }
5240                 if (va_next > eva)
5241                         va_next = eva;
5242                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
5243                     sva += PAGE_SIZE) {
5244                         if ((*pte & PG_V) == 0)
5245                                 continue;
5246                         if ((*pte & PG_W) == 0)
5247                                 panic("pmap_unwire: pte %#jx is missing PG_W",
5248                                     (uintmax_t)*pte);
5249
5250                         /*
5251                          * PG_W must be cleared atomically.  Although the pmap
5252                          * lock synchronizes access to PG_W, another processor
5253                          * could be setting PG_M and/or PG_A concurrently.
5254                          */
5255                         atomic_clear_long(pte, PG_W);
5256                         pmap->pm_stats.wired_count--;
5257                 }
5258         }
5259         PMAP_UNLOCK(pmap);
5260 }
5261
5262 /*
5263  *      Copy the range specified by src_addr/len
5264  *      from the source map to the range dst_addr/len
5265  *      in the destination map.
5266  *
5267  *      This routine is only advisory and need not do anything.
5268  */
5269
5270 void
5271 pmap_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap, vm_offset_t dst_addr, vm_size_t len,
5272     vm_offset_t src_addr)
5273 {
5274         struct rwlock *lock;
5275         struct spglist free;
5276         vm_offset_t addr;
5277         vm_offset_t end_addr = src_addr + len;
5278         vm_offset_t va_next;
5279         vm_page_t dst_pdpg, dstmpte, srcmpte;
5280         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_V;
5281
5282         if (dst_addr != src_addr)
5283                 return;
5284
5285         if (dst_pmap->pm_type != src_pmap->pm_type)
5286                 return;
5287
5288         /*
5289          * EPT page table entries that require emulation of A/D bits are
5290          * sensitive to clearing the PG_A bit (aka EPT_PG_READ). Although
5291          * we clear PG_M (aka EPT_PG_WRITE) concomitantly, the PG_U bit
5292          * (aka EPT_PG_EXECUTE) could still be set. Since some EPT
5293          * implementations flag an EPT misconfiguration for exec-only
5294          * mappings we skip this function entirely for emulated pmaps.
5295          */
5296         if (pmap_emulate_ad_bits(dst_pmap))
5297                 return;
5298
5299         lock = NULL;
5300         if (dst_pmap < src_pmap) {
5301                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
5302                 PMAP_LOCK(src_pmap);
5303         } else {
5304                 PMAP_LOCK(src_pmap);
5305                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
5306         }
5307
5308         PG_A = pmap_accessed_bit(dst_pmap);
5309         PG_M = pmap_modified_bit(dst_pmap);
5310         PG_V = pmap_valid_bit(dst_pmap);
5311
5312         for (addr = src_addr; addr < end_addr; addr = va_next) {
5313                 pt_entry_t *src_pte, *dst_pte;
5314                 pml4_entry_t *pml4e;
5315                 pdp_entry_t *pdpe;
5316                 pd_entry_t srcptepaddr, *pde;
5317
5318                 KASSERT(addr < UPT_MIN_ADDRESS,
5319                     ("pmap_copy: invalid to pmap_copy page tables"));
5320
5321                 pml4e = pmap_pml4e(src_pmap, addr);
5322                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
5323                         va_next = (addr + NBPML4) & ~PML4MASK;
5324                         if (va_next < addr)
5325                                 va_next = end_addr;
5326                         continue;
5327                 }
5328
5329                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, addr);
5330                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
5331                         va_next = (addr + NBPDP) & ~PDPMASK;
5332                         if (va_next < addr)
5333                                 va_next = end_addr;
5334                         continue;
5335                 }
5336
5337                 va_next = (addr + NBPDR) & ~PDRMASK;
5338                 if (va_next < addr)
5339                         va_next = end_addr;
5340
5341                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, addr);
5342                 srcptepaddr = *pde;
5343                 if (srcptepaddr == 0)
5344                         continue;
5345                         
5346                 if (srcptepaddr & PG_PS) {
5347                         if ((addr & PDRMASK) != 0 || addr + NBPDR > end_addr)
5348                                 continue;
5349                         dst_pdpg = pmap_allocpde(dst_pmap, addr, NULL);
5350                         if (dst_pdpg == NULL)
5351                                 break;
5352                         pde = (pd_entry_t *)
5353                             PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(dst_pdpg));
5354                         pde = &pde[pmap_pde_index(addr)];
5355                         if (*pde == 0 && ((srcptepaddr & PG_MANAGED) == 0 ||
5356                             pmap_pv_insert_pde(dst_pmap, addr, srcptepaddr,
5357                             PMAP_ENTER_NORECLAIM, &lock))) {
5358                                 *pde = srcptepaddr & ~PG_W;
5359                                 pmap_resident_count_inc(dst_pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
5360                                 atomic_add_long(&pmap_pde_mappings, 1);
5361                         } else
5362                                 dst_pdpg->wire_count--;
5363                         continue;
5364                 }
5365
5366                 srcptepaddr &= PG_FRAME;
5367                 srcmpte = PHYS_TO_VM_PAGE(srcptepaddr);
5368                 KASSERT(srcmpte->wire_count > 0,
5369                     ("pmap_copy: source page table page is unused"));
5370
5371                 if (va_next > end_addr)
5372                         va_next = end_addr;
5373
5374                 src_pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(srcptepaddr);
5375                 src_pte = &src_pte[pmap_pte_index(addr)];
5376                 dstmpte = NULL;
5377                 while (addr < va_next) {
5378                         pt_entry_t ptetemp;
5379                         ptetemp = *src_pte;
5380                         /*
5381                          * we only virtual copy managed pages
5382                          */
5383                         if ((ptetemp & PG_MANAGED) != 0) {
5384                                 if (dstmpte != NULL &&
5385                                     dstmpte->pindex == pmap_pde_pindex(addr))
5386                                         dstmpte->wire_count++;
5387                                 else if ((dstmpte = pmap_allocpte(dst_pmap,
5388                                     addr, NULL)) == NULL)
5389                                         goto out;
5390                                 dst_pte = (pt_entry_t *)
5391                                     PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(dstmpte));
5392                                 dst_pte = &dst_pte[pmap_pte_index(addr)];
5393                                 if (*dst_pte == 0 &&
5394                                     pmap_try_insert_pv_entry(dst_pmap, addr,
5395                                     PHYS_TO_VM_PAGE(ptetemp & PG_FRAME),
5396                                     &lock)) {
5397                                         /*
5398                                          * Clear the wired, modified, and
5399                                          * accessed (referenced) bits
5400                                          * during the copy.
5401                                          */
5402                                         *dst_pte = ptetemp & ~(PG_W | PG_M |
5403                                             PG_A);
5404                                         pmap_resident_count_inc(dst_pmap, 1);
5405                                 } else {
5406                                         SLIST_INIT(&free);
5407                                         if (pmap_unwire_ptp(dst_pmap, addr,
5408                                             dstmpte, &free)) {
5409                                                 /*
5410                                                  * Although "addr" is not
5411                                                  * mapped, paging-structure
5412                                                  * caches could nonetheless
5413                                                  * have entries that refer to
5414                                                  * the freed page table pages.
5415                                                  * Invalidate those entries.
5416                                                  */
5417                                                 pmap_invalidate_page(dst_pmap,
5418                                                     addr);
5419                                                 pmap_free_zero_pages(&free);
5420                                         }
5421                                         goto out;
5422                                 }
5423                                 if (dstmpte->wire_count >= srcmpte->wire_count)
5424                                         break;
5425                         }
5426                         addr += PAGE_SIZE;
5427                         src_pte++;
5428                 }
5429         }
5430 out:
5431         if (lock != NULL)
5432                 rw_wunlock(lock);
5433         PMAP_UNLOCK(src_pmap);
5434         PMAP_UNLOCK(dst_pmap);
5435 }
5436
5437 /*
5438  * Zero the specified hardware page.
5439  */
5440 void
5441 pmap_zero_page(vm_page_t m)
5442 {
5443         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5444
5445         pagezero((void *)va);
5446 }
5447
5448 /*
5449  * Zero an an area within a single hardware page.  off and size must not
5450  * cover an area beyond a single hardware page.
5451  */
5452 void
5453 pmap_zero_page_area(vm_page_t m, int off, int size)
5454 {
5455         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5456
5457         if (off == 0 && size == PAGE_SIZE)
5458                 pagezero((void *)va);
5459         else
5460                 bzero((char *)va + off, size);
5461 }
5462
5463 /*
5464  * Copy 1 specified hardware page to another.
5465  */
5466 void
5467 pmap_copy_page(vm_page_t msrc, vm_page_t mdst)
5468 {
5469         vm_offset_t src = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(msrc));
5470         vm_offset_t dst = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mdst));
5471
5472         pagecopy((void *)src, (void *)dst);
5473 }
5474
5475 int unmapped_buf_allowed = 1;
5476
5477 void
5478 pmap_copy_pages(vm_page_t ma[], vm_offset_t a_offset, vm_page_t mb[],
5479     vm_offset_t b_offset, int xfersize)
5480 {
5481         void *a_cp, *b_cp;
5482         vm_page_t pages[2];
5483         vm_offset_t vaddr[2], a_pg_offset, b_pg_offset;
5484         int cnt;
5485         boolean_t mapped;
5486
5487         while (xfersize > 0) {
5488                 a_pg_offset = a_offset & PAGE_MASK;
5489                 pages[0] = ma[a_offset >> PAGE_SHIFT];
5490                 b_pg_offset = b_offset & PAGE_MASK;
5491                 pages[1] = mb[b_offset >> PAGE_SHIFT];
5492                 cnt = min(xfersize, PAGE_SIZE - a_pg_offset);
5493                 cnt = min(cnt, PAGE_SIZE - b_pg_offset);
5494                 mapped = pmap_map_io_transient(pages, vaddr, 2, FALSE);
5495                 a_cp = (char *)vaddr[0] + a_pg_offset;
5496                 b_cp = (char *)vaddr[1] + b_pg_offset;
5497                 bcopy(a_cp, b_cp, cnt);
5498                 if (__predict_false(mapped))
5499                         pmap_unmap_io_transient(pages, vaddr, 2, FALSE);
5500                 a_offset += cnt;
5501                 b_offset += cnt;
5502                 xfersize -= cnt;
5503         }
5504 }
5505
5506 /*
5507  * Returns true if the pmap's pv is one of the first
5508  * 16 pvs linked to from this page.  This count may
5509  * be changed upwards or downwards in the future; it
5510  * is only necessary that true be returned for a small
5511  * subset of pmaps for proper page aging.
5512  */
5513 boolean_t
5514 pmap_page_exists_quick(pmap_t pmap, vm_page_t m)
5515 {
5516         struct md_page *pvh;
5517         struct rwlock *lock;
5518         pv_entry_t pv;
5519         int loops = 0;
5520         boolean_t rv;
5521
5522         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5523             ("pmap_page_exists_quick: page %p is not managed", m));
5524         rv = FALSE;
5525         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5526         rw_rlock(lock);
5527         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5528                 if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
5529                         rv = TRUE;
5530                         break;
5531                 }
5532                 loops++;
5533                 if (loops >= 16)
5534                         break;
5535         }
5536         if (!rv && loops < 16 && (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5537                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5538                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
5539                         if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
5540                                 rv = TRUE;
5541                                 break;
5542                         }
5543                         loops++;
5544                         if (loops >= 16)
5545                                 break;
5546                 }
5547         }
5548         rw_runlock(lock);
5549         return (rv);
5550 }
5551
5552 /*
5553  *      pmap_page_wired_mappings:
5554  *
5555  *      Return the number of managed mappings to the given physical page
5556  *      that are wired.
5557  */
5558 int
5559 pmap_page_wired_mappings(vm_page_t m)
5560 {
5561         struct rwlock *lock;
5562         struct md_page *pvh;
5563         pmap_t pmap;
5564         pt_entry_t *pte;
5565         pv_entry_t pv;
5566         int count, md_gen, pvh_gen;
5567
5568         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
5569                 return (0);
5570         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5571         rw_rlock(lock);
5572 restart:
5573         count = 0;
5574         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5575                 pmap = PV_PMAP(pv);
5576                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5577                         md_gen = m->md.pv_gen;
5578                         rw_runlock(lock);
5579                         PMAP_LOCK(pmap);
5580                         rw_rlock(lock);
5581                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
5582                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5583                                 goto restart;
5584                         }
5585                 }
5586                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va);
5587                 if ((*pte & PG_W) != 0)
5588                         count++;
5589                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5590         }
5591         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5592                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5593                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
5594                         pmap = PV_PMAP(pv);
5595                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5596                                 md_gen = m->md.pv_gen;
5597                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
5598                                 rw_runlock(lock);
5599                                 PMAP_LOCK(pmap);
5600                                 rw_rlock(lock);
5601                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
5602                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
5603                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
5604                                         goto restart;
5605                                 }
5606                         }
5607                         pte = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
5608                         if ((*pte & PG_W) != 0)
5609                                 count++;
5610                         PMAP_UNLOCK(pmap);
5611                 }
5612         }
5613         rw_runlock(lock);
5614         return (count);
5615 }
5616
5617 /*
5618  * Returns TRUE if the given page is mapped individually or as part of
5619  * a 2mpage.  Otherwise, returns FALSE.
5620  */
5621 boolean_t
5622 pmap_page_is_mapped(vm_page_t m)
5623 {
5624         struct rwlock *lock;
5625         boolean_t rv;
5626
5627         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
5628                 return (FALSE);
5629         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5630         rw_rlock(lock);
5631         rv = !TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) ||
5632             ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
5633             !TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m))->pv_list));
5634         rw_runlock(lock);
5635         return (rv);
5636 }
5637
5638 /*
5639  * Destroy all managed, non-wired mappings in the given user-space
5640  * pmap.  This pmap cannot be active on any processor besides the
5641  * caller.
5642  *
5643  * This function cannot be applied to the kernel pmap.  Moreover, it
5644  * is not intended for general use.  It is only to be used during
5645  * process termination.  Consequently, it can be implemented in ways
5646  * that make it faster than pmap_remove().  First, it can more quickly
5647  * destroy mappings by iterating over the pmap's collection of PV
5648  * entries, rather than searching the page table.  Second, it doesn't
5649  * have to test and clear the page table entries atomically, because
5650  * no processor is currently accessing the user address space.  In
5651  * particular, a page table entry's dirty bit won't change state once
5652  * this function starts.
5653  *
5654  * Although this function destroys all of the pmap's managed,
5655  * non-wired mappings, it can delay and batch the invalidation of TLB
5656  * entries without calling pmap_delayed_invl_started() and
5657  * pmap_delayed_invl_finished().  Because the pmap is not active on
5658  * any other processor, none of these TLB entries will ever be used
5659  * before their eventual invalidation.  Consequently, there is no need
5660  * for either pmap_remove_all() or pmap_remove_write() to wait for
5661  * that eventual TLB invalidation.
5662  */
5663 void
5664 pmap_remove_pages(pmap_t pmap)
5665 {
5666         pd_entry_t ptepde;
5667         pt_entry_t *pte, tpte;
5668         pt_entry_t PG_M, PG_RW, PG_V;
5669         struct spglist free;
5670         vm_page_t m, mpte, mt;
5671         pv_entry_t pv;
5672         struct md_page *pvh;
5673         struct pv_chunk *pc, *npc;
5674         struct rwlock *lock;
5675         int64_t bit;
5676         uint64_t inuse, bitmask;
5677         int allfree, field, freed, idx;
5678         boolean_t superpage;
5679         vm_paddr_t pa;
5680
5681         /*
5682          * Assert that the given pmap is only active on the current
5683          * CPU.  Unfortunately, we cannot block another CPU from
5684          * activating the pmap while this function is executing.
5685          */
5686         KASSERT(pmap == PCPU_GET(curpmap), ("non-current pmap %p", pmap));
5687 #ifdef INVARIANTS
5688         {
5689                 cpuset_t other_cpus;
5690
5691                 other_cpus = all_cpus;
5692                 critical_enter();
5693                 CPU_CLR(PCPU_GET(cpuid), &other_cpus);
5694                 CPU_AND(&other_cpus, &pmap->pm_active);
5695                 critical_exit();
5696                 KASSERT(CPU_EMPTY(&other_cpus), ("pmap active %p", pmap));
5697         }
5698 #endif
5699
5700         lock = NULL;
5701         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5702         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5703         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5704
5705         SLIST_INIT(&free);
5706         PMAP_LOCK(pmap);
5707         TAILQ_FOREACH_SAFE(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list, npc) {
5708                 allfree = 1;
5709                 freed = 0;
5710                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
5711                         inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
5712                         while (inuse != 0) {
5713                                 bit = bsfq(inuse);
5714                                 bitmask = 1UL << bit;
5715                                 idx = field * 64 + bit;
5716                                 pv = &pc->pc_pventry[idx];
5717                                 inuse &= ~bitmask;
5718
5719                                 pte = pmap_pdpe(pmap, pv->pv_va);
5720                                 ptepde = *pte;
5721                                 pte = pmap_pdpe_to_pde(pte, pv->pv_va);
5722                                 tpte = *pte;
5723                                 if ((tpte & (PG_PS | PG_V)) == PG_V) {
5724                                         superpage = FALSE;
5725                                         ptepde = tpte;
5726                                         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(tpte &
5727                                             PG_FRAME);
5728                                         pte = &pte[pmap_pte_index(pv->pv_va)];
5729                                         tpte = *pte;
5730                                 } else {
5731                                         /*
5732                                          * Keep track whether 'tpte' is a
5733                                          * superpage explicitly instead of
5734                                          * relying on PG_PS being set.
5735                                          *
5736                                          * This is because PG_PS is numerically
5737                                          * identical to PG_PTE_PAT and thus a
5738                                          * regular page could be mistaken for
5739                                          * a superpage.
5740                                          */
5741                                         superpage = TRUE;
5742                                 }
5743
5744                                 if ((tpte & PG_V) == 0) {
5745                                         panic("bad pte va %lx pte %lx",
5746                                             pv->pv_va, tpte);
5747                                 }
5748
5749 /*
5750  * We cannot remove wired pages from a process' mapping at this time
5751  */
5752                                 if (tpte & PG_W) {
5753                                         allfree = 0;
5754                                         continue;
5755                                 }
5756
5757                                 if (superpage)
5758                                         pa = tpte & PG_PS_FRAME;
5759                                 else
5760                                         pa = tpte & PG_FRAME;
5761
5762                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
5763                                 KASSERT(m->phys_addr == pa,
5764                                     ("vm_page_t %p phys_addr mismatch %016jx %016jx",
5765                                     m, (uintmax_t)m->phys_addr,
5766                                     (uintmax_t)tpte));
5767
5768                                 KASSERT((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
5769                                     m < &vm_page_array[vm_page_array_size],
5770                                     ("pmap_remove_pages: bad tpte %#jx",
5771                                     (uintmax_t)tpte));
5772
5773                                 pte_clear(pte);
5774
5775                                 /*
5776                                  * Update the vm_page_t clean/reference bits.
5777                                  */
5778                                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
5779                                         if (superpage) {
5780                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
5781                                                         vm_page_dirty(mt);
5782                                         } else
5783                                                 vm_page_dirty(m);
5784                                 }
5785
5786                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(&lock, m);
5787
5788                                 /* Mark free */
5789                                 pc->pc_map[field] |= bitmask;
5790                                 if (superpage) {
5791                                         pmap_resident_count_dec(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
5792                                         pvh = pa_to_pvh(tpte & PG_PS_FRAME);
5793                                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
5794                                         pvh->pv_gen++;
5795                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
5796                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
5797                                                         if ((mt->aflags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
5798                                                             TAILQ_EMPTY(&mt->md.pv_list))
5799                                                                 vm_page_aflag_clear(mt, PGA_WRITEABLE);
5800                                         }
5801                                         mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, pv->pv_va);
5802                                         if (mpte != NULL) {
5803                                                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
5804                                                 KASSERT(mpte->wire_count == NPTEPG,
5805                                                     ("pmap_remove_pages: pte page wire count error"));
5806                                                 mpte->wire_count = 0;
5807                                                 pmap_add_delayed_free_list(mpte, &free, FALSE);
5808                                         }
5809                                 } else {
5810                                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
5811                                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5812                                         m->md.pv_gen++;
5813                                         if ((m->aflags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
5814                                             TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
5815                                             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5816                                                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5817                                                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
5818                                                         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
5819                                         }
5820                                 }
5821                                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, ptepde, &free);
5822                                 freed++;
5823                         }
5824                 }
5825                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
5826                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
5827                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
5828                 if (allfree) {
5829                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5830                         free_pv_chunk(pc);
5831                 }
5832         }
5833         if (lock != NULL)
5834                 rw_wunlock(lock);
5835         pmap_invalidate_all(pmap);
5836         PMAP_UNLOCK(pmap);
5837         pmap_free_zero_pages(&free);
5838 }
5839
5840 static boolean_t
5841 pmap_page_test_mappings(vm_page_t m, boolean_t accessed, boolean_t modified)
5842 {
5843         struct rwlock *lock;
5844         pv_entry_t pv;
5845         struct md_page *pvh;
5846         pt_entry_t *pte, mask;
5847         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
5848         pmap_t pmap;
5849         int md_gen, pvh_gen;
5850         boolean_t rv;
5851
5852         rv = FALSE;
5853         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5854         rw_rlock(lock);
5855 restart:
5856         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5857                 pmap = PV_PMAP(pv);
5858                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5859                         md_gen = m->md.pv_gen;
5860                         rw_runlock(lock);
5861                         PMAP_LOCK(pmap);
5862                         rw_rlock(lock);
5863                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
5864                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5865                                 goto restart;
5866                         }
5867                 }
5868                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va);
5869                 mask = 0;
5870                 if (modified) {
5871                         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5872                         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5873                         mask |= PG_RW | PG_M;
5874                 }
5875                 if (accessed) {
5876                         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5877                         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5878                         mask |= PG_V | PG_A;
5879                 }
5880                 rv = (*pte & mask) == mask;
5881                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5882                 if (rv)
5883                         goto out;
5884         }
5885         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5886                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5887                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
5888                         pmap = PV_PMAP(pv);
5889                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5890                                 md_gen = m->md.pv_gen;
5891                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
5892                                 rw_runlock(lock);
5893                                 PMAP_LOCK(pmap);
5894                                 rw_rlock(lock);
5895                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
5896                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
5897                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
5898                                         goto restart;
5899                                 }
5900                         }
5901                         pte = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
5902                         mask = 0;
5903                         if (modified) {
5904                                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5905                                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5906                                 mask |= PG_RW | PG_M;
5907                         }
5908                         if (accessed) {
5909                                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5910                                 PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5911                                 mask |= PG_V | PG_A;
5912                         }
5913                         rv = (*pte & mask) == mask;
5914                         PMAP_UNLOCK(pmap);
5915                         if (rv)
5916                                 goto out;
5917                 }
5918         }
5919 out:
5920         rw_runlock(lock);
5921         return (rv);
5922 }
5923
5924 /*
5925  *      pmap_is_modified:
5926  *
5927  *      Return whether or not the specified physical page was modified
5928  *      in any physical maps.
5929  */
5930 boolean_t
5931 pmap_is_modified(vm_page_t m)
5932 {
5933
5934         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5935             ("pmap_is_modified: page %p is not managed", m));
5936
5937         /*
5938          * If the page is not exclusive busied, then PGA_WRITEABLE cannot be
5939          * concurrently set while the object is locked.  Thus, if PGA_WRITEABLE
5940          * is clear, no PTEs can have PG_M set.
5941          */
5942         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
5943         if (!vm_page_xbusied(m) && (m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
5944                 return (FALSE);
5945         return (pmap_page_test_mappings(m, FALSE, TRUE));
5946 }
5947
5948 /*
5949  *      pmap_is_prefaultable:
5950  *
5951  *      Return whether or not the specified virtual address is eligible
5952  *      for prefault.
5953  */
5954 boolean_t
5955 pmap_is_prefaultable(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
5956 {
5957         pd_entry_t *pde;
5958         pt_entry_t *pte, PG_V;
5959         boolean_t rv;
5960
5961         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5962         rv = FALSE;
5963         PMAP_LOCK(pmap);
5964         pde = pmap_pde(pmap, addr);
5965         if (pde != NULL && (*pde & (PG_PS | PG_V)) == PG_V) {
5966                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, addr);
5967                 rv = (*pte & PG_V) == 0;
5968         }
5969         PMAP_UNLOCK(pmap);
5970         return (rv);
5971 }
5972
5973 /*
5974  *      pmap_is_referenced:
5975  *
5976  *      Return whether or not the specified physical page was referenced
5977  *      in any physical maps.
5978  */
5979 boolean_t
5980 pmap_is_referenced(vm_page_t m)
5981 {
5982
5983         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5984             ("pmap_is_referenced: page %p is not managed", m));
5985         return (pmap_page_test_mappings(m, TRUE, FALSE));
5986 }
5987
5988 /*
5989  * Clear the write and modified bits in each of the given page's mappings.
5990  */
5991 void
5992 pmap_remove_write(vm_page_t m)
5993 {
5994         struct md_page *pvh;
5995         pmap_t pmap;
5996         struct rwlock *lock;
5997         pv_entry_t next_pv, pv;
5998         pd_entry_t *pde;
5999         pt_entry_t oldpte, *pte, PG_M, PG_RW;
6000         vm_offset_t va;
6001         int pvh_gen, md_gen;
6002
6003         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
6004             ("pmap_remove_write: page %p is not managed", m));
6005
6006         /*
6007          * If the page is not exclusive busied, then PGA_WRITEABLE cannot be
6008          * set by another thread while the object is locked.  Thus,
6009          * if PGA_WRITEABLE is clear, no page table entries need updating.
6010          */
6011         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
6012         if (!vm_page_xbusied(m) && (m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
6013                 return;
6014         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
6015         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
6016             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
6017 retry_pv_loop:
6018         rw_wlock(lock);
6019         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
6020                 pmap = PV_PMAP(pv);
6021                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6022                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
6023                         rw_wunlock(lock);
6024                         PMAP_LOCK(pmap);
6025                         rw_wlock(lock);
6026                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
6027                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6028                                 rw_wunlock(lock);
6029                                 goto retry_pv_loop;
6030                         }
6031                 }
6032                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6033                 va = pv->pv_va;
6034                 pde = pmap_pde(pmap, va);
6035                 if ((*pde & PG_RW) != 0)
6036                         (void)pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
6037                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
6038                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
6039                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
6040                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6041         }
6042         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
6043                 pmap = PV_PMAP(pv);
6044                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6045                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
6046                         md_gen = m->md.pv_gen;
6047                         rw_wunlock(lock);
6048                         PMAP_LOCK(pmap);
6049                         rw_wlock(lock);
6050                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen ||
6051                             md_gen != m->md.pv_gen) {
6052                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6053                                 rw_wunlock(lock);
6054                                 goto retry_pv_loop;
6055                         }
6056                 }
6057                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6058                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6059                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
6060                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0,
6061                     ("pmap_remove_write: found a 2mpage in page %p's pv list",
6062                     m));
6063                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
6064 retry:
6065                 oldpte = *pte;
6066                 if (oldpte & PG_RW) {
6067                         if (!atomic_cmpset_long(pte, oldpte, oldpte &
6068                             ~(PG_RW | PG_M)))
6069                                 goto retry;
6070                         if ((oldpte & PG_M) != 0)
6071                                 vm_page_dirty(m);
6072                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
6073                 }
6074                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6075         }
6076         rw_wunlock(lock);
6077         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
6078         pmap_delayed_invl_wait(m);
6079 }
6080
6081 static __inline boolean_t
6082 safe_to_clear_referenced(pmap_t pmap, pt_entry_t pte)
6083 {
6084
6085         if (!pmap_emulate_ad_bits(pmap))
6086                 return (TRUE);
6087
6088         KASSERT(pmap->pm_type == PT_EPT, ("invalid pm_type %d", pmap->pm_type));
6089
6090         /*
6091          * XWR = 010 or 110 will cause an unconditional EPT misconfiguration
6092          * so we don't let the referenced (aka EPT_PG_READ) bit to be cleared
6093          * if the EPT_PG_WRITE bit is set.
6094          */
6095         if ((pte & EPT_PG_WRITE) != 0)
6096                 return (FALSE);
6097
6098         /*
6099          * XWR = 100 is allowed only if the PMAP_SUPPORTS_EXEC_ONLY is set.
6100          */
6101         if ((pte & EPT_PG_EXECUTE) == 0 ||
6102             ((pmap->pm_flags & PMAP_SUPPORTS_EXEC_ONLY) != 0))
6103                 return (TRUE);
6104         else
6105                 return (FALSE);
6106 }
6107
6108 /*
6109  *      pmap_ts_referenced:
6110  *
6111  *      Return a count of reference bits for a page, clearing those bits.
6112  *      It is not necessary for every reference bit to be cleared, but it
6113  *      is necessary that 0 only be returned when there are truly no
6114  *      reference bits set.
6115  *
6116  *      As an optimization, update the page's dirty field if a modified bit is
6117  *      found while counting reference bits.  This opportunistic update can be
6118  *      performed at low cost and can eliminate the need for some future calls
6119  *      to pmap_is_modified().  However, since this function stops after
6120  *      finding PMAP_TS_REFERENCED_MAX reference bits, it may not detect some
6121  *      dirty pages.  Those dirty pages will only be detected by a future call
6122  *      to pmap_is_modified().
6123  *
6124  *      A DI block is not needed within this function, because
6125  *      invalidations are performed before the PV list lock is
6126  *      released.
6127  */
6128 int
6129 pmap_ts_referenced(vm_page_t m)
6130 {
6131         struct md_page *pvh;
6132         pv_entry_t pv, pvf;
6133         pmap_t pmap;
6134         struct rwlock *lock;
6135         pd_entry_t oldpde, *pde;
6136         pt_entry_t *pte, PG_A, PG_M, PG_RW;
6137         vm_offset_t va;
6138         vm_paddr_t pa;
6139         int cleared, md_gen, not_cleared, pvh_gen;
6140         struct spglist free;
6141         boolean_t demoted;
6142
6143         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
6144             ("pmap_ts_referenced: page %p is not managed", m));
6145         SLIST_INIT(&free);
6146         cleared = 0;
6147         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
6148         lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);
6149         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy : pa_to_pvh(pa);
6150         rw_wlock(lock);
6151 retry:
6152         not_cleared = 0;
6153         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) == NULL)
6154                 goto small_mappings;
6155         pv = pvf;
6156         do {
6157                 if (pvf == NULL)
6158                         pvf = pv;
6159                 pmap = PV_PMAP(pv);
6160                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6161                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
6162                         rw_wunlock(lock);
6163                         PMAP_LOCK(pmap);
6164                         rw_wlock(lock);
6165                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
6166                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6167                                 goto retry;
6168                         }
6169                 }
6170                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6171                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6172                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6173                 va = pv->pv_va;
6174                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
6175                 oldpde = *pde;
6176                 if ((oldpde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
6177                         /*
6178                          * Although "oldpde" is mapping a 2MB page, because
6179                          * this function is called at a 4KB page granularity,
6180                          * we only update the 4KB page under test.
6181                          */
6182                         vm_page_dirty(m);
6183                 }
6184                 if ((oldpde & PG_A) != 0) {
6185                         /*
6186                          * Since this reference bit is shared by 512 4KB
6187                          * pages, it should not be cleared every time it is
6188                          * tested.  Apply a simple "hash" function on the
6189                          * physical page number, the virtual superpage number,
6190                          * and the pmap address to select one 4KB page out of
6191                          * the 512 on which testing the reference bit will
6192                          * result in clearing that reference bit.  This
6193                          * function is designed to avoid the selection of the
6194                          * same 4KB page for every 2MB page mapping.
6195                          *
6196                          * On demotion, a mapping that hasn't been referenced
6197                          * is simply destroyed.  To avoid the possibility of a
6198                          * subsequent page fault on a demoted wired mapping,
6199                          * always leave its reference bit set.  Moreover,
6200                          * since the superpage is wired, the current state of
6201                          * its reference bit won't affect page replacement.
6202                          */
6203                         if ((((pa >> PAGE_SHIFT) ^ (pv->pv_va >> PDRSHIFT) ^
6204                             (uintptr_t)pmap) & (NPTEPG - 1)) == 0 &&
6205                             (oldpde & PG_W) == 0) {
6206                                 if (safe_to_clear_referenced(pmap, oldpde)) {
6207                                         atomic_clear_long(pde, PG_A);
6208                                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
6209                                         demoted = FALSE;
6210                                 } else if (pmap_demote_pde_locked(pmap, pde,
6211                                     pv->pv_va, &lock)) {
6212                                         /*
6213                                          * Remove the mapping to a single page
6214                                          * so that a subsequent access may
6215                                          * repromote.  Since the underlying
6216                                          * page table page is fully populated,
6217                                          * this removal never frees a page
6218                                          * table page.
6219                                          */
6220                                         demoted = TRUE;
6221                                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde &
6222                                             PG_PS_FRAME);
6223                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
6224                                         pmap_remove_pte(pmap, pte, va, *pde,
6225                                             NULL, &lock);
6226                                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
6227                                 } else
6228                                         demoted = TRUE;
6229
6230                                 if (demoted) {
6231                                         /*
6232                                          * The superpage mapping was removed
6233                                          * entirely and therefore 'pv' is no
6234                                          * longer valid.
6235                                          */
6236                                         if (pvf == pv)
6237                                                 pvf = NULL;
6238                                         pv = NULL;
6239                                 }
6240                                 cleared++;
6241                                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
6242                                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
6243                                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
6244                         } else
6245                                 not_cleared++;
6246                 }
6247                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6248                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
6249                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
6250                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
6251                         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
6252                         pvh->pv_gen++;
6253                 }
6254                 if (cleared + not_cleared >= PMAP_TS_REFERENCED_MAX)
6255                         goto out;
6256         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != pvf);
6257 small_mappings:
6258         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) == NULL)
6259                 goto out;
6260         pv = pvf;
6261         do {
6262                 if (pvf == NULL)
6263                         pvf = pv;
6264                 pmap = PV_PMAP(pv);
6265                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6266                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
6267                         md_gen = m->md.pv_gen;
6268                         rw_wunlock(lock);
6269                         PMAP_LOCK(pmap);
6270                         rw_wlock(lock);
6271                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
6272                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6273                                 goto retry;
6274                         }
6275                 }
6276                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6277                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6278                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6279                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
6280                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0,
6281                     ("pmap_ts_referenced: found a 2mpage in page %p's pv list",
6282                     m));
6283                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
6284                 if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
6285                         vm_page_dirty(m);
6286                 if ((*pte & PG_A) != 0) {
6287                         if (safe_to_clear_referenced(pmap, *pte)) {
6288                                 atomic_clear_long(pte, PG_A);
6289                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
6290                                 cleared++;
6291                         } else if ((*pte & PG_W) == 0) {
6292                                 /*
6293                                  * Wired pages cannot be paged out so
6294                                  * doing accessed bit emulation for
6295                                  * them is wasted effort. We do the
6296                                  * hard work for unwired pages only.
6297                                  */
6298                                 pmap_remove_pte(pmap, pte, pv->pv_va,
6299                                     *pde, &free, &lock);
6300                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
6301                                 cleared++;
6302                                 if (pvf == pv)
6303                                         pvf = NULL;
6304                                 pv = NULL;
6305                                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
6306                                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
6307                                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
6308                         } else
6309                                 not_cleared++;
6310                 }
6311                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6312                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
6313                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
6314                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
6315                         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
6316                         m->md.pv_gen++;
6317                 }
6318         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != pvf && cleared +
6319             not_cleared < PMAP_TS_REFERENCED_MAX);
6320 out:
6321         rw_wunlock(lock);
6322         pmap_free_zero_pages(&free);
6323         return (cleared + not_cleared);
6324 }
6325
6326 /*
6327  *      Apply the given advice to the specified range of addresses within the
6328  *      given pmap.  Depending on the advice, clear the referenced and/or
6329  *      modified flags in each mapping and set the mapped page's dirty field.
6330  */
6331 void
6332 pmap_advise(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, int advice)
6333 {
6334         struct rwlock *lock;
6335         pml4_entry_t *pml4e;
6336         pdp_entry_t *pdpe;
6337         pd_entry_t oldpde, *pde;
6338         pt_entry_t *pte, PG_A, PG_G, PG_M, PG_RW, PG_V;
6339         vm_offset_t va, va_next;
6340         vm_page_t m;
6341         boolean_t anychanged;
6342
6343         if (advice != MADV_DONTNEED && advice != MADV_FREE)
6344                 return;
6345
6346         /*
6347          * A/D bit emulation requires an alternate code path when clearing
6348          * the modified and accessed bits below. Since this function is
6349          * advisory in nature we skip it entirely for pmaps that require
6350          * A/D bit emulation.
6351          */
6352         if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
6353                 return;
6354
6355         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6356         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
6357         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6358         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6359         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6360         anychanged = FALSE;
6361         pmap_delayed_invl_started();
6362         PMAP_LOCK(pmap);
6363         for (; sva < eva; sva = va_next) {
6364                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
6365                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
6366                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
6367                         if (va_next < sva)
6368                                 va_next = eva;
6369                         continue;
6370                 }
6371                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
6372                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
6373                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
6374                         if (va_next < sva)
6375                                 va_next = eva;
6376                         continue;
6377                 }
6378                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
6379                 if (va_next < sva)
6380                         va_next = eva;
6381                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
6382                 oldpde = *pde;
6383                 if ((oldpde & PG_V) == 0)
6384                         continue;
6385                 else if ((oldpde & PG_PS) != 0) {
6386                         if ((oldpde & PG_MANAGED) == 0)
6387                                 continue;
6388                         lock = NULL;
6389                         if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, sva, &lock)) {
6390                                 if (lock != NULL)
6391                                         rw_wunlock(lock);
6392
6393                                 /*
6394                                  * The large page mapping was destroyed.
6395                                  */
6396                                 continue;
6397                         }
6398
6399                         /*
6400                          * Unless the page mappings are wired, remove the
6401                          * mapping to a single page so that a subsequent
6402                          * access may repromote.  Since the underlying page
6403                          * table page is fully populated, this removal never
6404                          * frees a page table page.
6405                          */
6406                         if ((oldpde & PG_W) == 0) {
6407                                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva);
6408                                 KASSERT((*pte & PG_V) != 0,
6409                                     ("pmap_advise: invalid PTE"));
6410                                 pmap_remove_pte(pmap, pte, sva, *pde, NULL,
6411                                     &lock);
6412                                 anychanged = TRUE;
6413                         }
6414                         if (lock != NULL)
6415                                 rw_wunlock(lock);
6416                 }
6417                 if (va_next > eva)
6418                         va_next = eva;
6419                 va = va_next;
6420                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
6421                     sva += PAGE_SIZE) {
6422                         if ((*pte & (PG_MANAGED | PG_V)) != (PG_MANAGED | PG_V))
6423                                 goto maybe_invlrng;
6424                         else if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
6425                                 if (advice == MADV_DONTNEED) {
6426                                         /*
6427                                          * Future calls to pmap_is_modified()
6428                                          * can be avoided by making the page
6429                                          * dirty now.
6430                                          */
6431                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pte & PG_FRAME);
6432                                         vm_page_dirty(m);
6433                                 }
6434                                 atomic_clear_long(pte, PG_M | PG_A);
6435                         } else if ((*pte & PG_A) != 0)
6436                                 atomic_clear_long(pte, PG_A);
6437                         else
6438                                 goto maybe_invlrng;
6439
6440                         if ((*pte & PG_G) != 0) {
6441                                 if (va == va_next)
6442                                         va = sva;
6443                         } else
6444                                 anychanged = TRUE;
6445                         continue;
6446 maybe_invlrng:
6447                         if (va != va_next) {
6448                                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
6449                                 va = va_next;
6450                         }
6451                 }
6452                 if (va != va_next)
6453                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
6454         }
6455         if (anychanged)
6456                 pmap_invalidate_all(pmap);
6457         PMAP_UNLOCK(pmap);
6458         pmap_delayed_invl_finished();
6459 }
6460
6461 /*
6462  *      Clear the modify bits on the specified physical page.
6463  */
6464 void
6465 pmap_clear_modify(vm_page_t m)
6466 {
6467         struct md_page *pvh;
6468         pmap_t pmap;
6469         pv_entry_t next_pv, pv;
6470         pd_entry_t oldpde, *pde;
6471         pt_entry_t oldpte, *pte, PG_M, PG_RW, PG_V;
6472         struct rwlock *lock;
6473         vm_offset_t va;
6474         int md_gen, pvh_gen;
6475
6476         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
6477             ("pmap_clear_modify: page %p is not managed", m));
6478         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
6479         KASSERT(!vm_page_xbusied(m),
6480             ("pmap_clear_modify: page %p is exclusive busied", m));
6481
6482         /*
6483          * If the page is not PGA_WRITEABLE, then no PTEs can have PG_M set.
6484          * If the object containing the page is locked and the page is not
6485          * exclusive busied, then PGA_WRITEABLE cannot be concurrently set.
6486          */
6487         if ((m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
6488                 return;
6489         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
6490             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
6491         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
6492         rw_wlock(lock);
6493 restart:
6494         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
6495                 pmap = PV_PMAP(pv);
6496                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6497                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
6498                         rw_wunlock(lock);
6499                         PMAP_LOCK(pmap);
6500                         rw_wlock(lock);
6501                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
6502                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6503                                 goto restart;
6504                         }
6505                 }
6506                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6507                 PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6508                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6509                 va = pv->pv_va;
6510                 pde = pmap_pde(pmap, va);
6511                 oldpde = *pde;
6512                 if ((oldpde & PG_RW) != 0) {
6513                         if (pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock)) {
6514                                 if ((oldpde & PG_W) == 0) {
6515                                         /*
6516                                          * Write protect the mapping to a
6517                                          * single page so that a subsequent
6518                                          * write access may repromote.
6519                                          */
6520                                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde &
6521                                             PG_PS_FRAME);
6522                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
6523                                         oldpte = *pte;
6524                                         if ((oldpte & PG_V) != 0) {
6525                                                 while (!atomic_cmpset_long(pte,
6526                                                     oldpte,
6527                                                     oldpte & ~(PG_M | PG_RW)))
6528                                                         oldpte = *pte;
6529                                                 vm_page_dirty(m);
6530                                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
6531                                         }
6532                                 }
6533                         }
6534                 }
6535                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6536         }
6537         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
6538                 pmap = PV_PMAP(pv);
6539                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6540                         md_gen = m->md.pv_gen;
6541                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
6542                         rw_wunlock(lock);
6543                         PMAP_LOCK(pmap);
6544                         rw_wlock(lock);
6545                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
6546                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6547                                 goto restart;
6548                         }
6549                 }
6550                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6551                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6552                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
6553                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_clear_modify: found"
6554                     " a 2mpage in page %p's pv list", m));
6555                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
6556                 if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
6557                         atomic_clear_long(pte, PG_M);
6558                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
6559                 }
6560                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6561         }
6562         rw_wunlock(lock);
6563 }
6564
6565 /*
6566  * Miscellaneous support routines follow
6567  */
6568
6569 /* Adjust the cache mode for a 4KB page mapped via a PTE. */
6570 static __inline void
6571 pmap_pte_attr(pt_entry_t *pte, int cache_bits, int mask)
6572 {
6573         u_int opte, npte;
6574
6575         /*
6576          * The cache mode bits are all in the low 32-bits of the
6577          * PTE, so we can just spin on updating the low 32-bits.
6578          */
6579         do {
6580                 opte = *(u_int *)pte;
6581                 npte = opte & ~mask;
6582                 npte |= cache_bits;
6583         } while (npte != opte && !atomic_cmpset_int((u_int *)pte, opte, npte));
6584 }
6585
6586 /* Adjust the cache mode for a 2MB page mapped via a PDE. */
6587 static __inline void
6588 pmap_pde_attr(pd_entry_t *pde, int cache_bits, int mask)
6589 {
6590         u_int opde, npde;
6591
6592         /*
6593          * The cache mode bits are all in the low 32-bits of the
6594          * PDE, so we can just spin on updating the low 32-bits.
6595          */
6596         do {
6597                 opde = *(u_int *)pde;
6598                 npde = opde & ~mask;
6599                 npde |= cache_bits;
6600         } while (npde != opde && !atomic_cmpset_int((u_int *)pde, opde, npde));
6601 }
6602
6603 /*
6604  * Map a set of physical memory pages into the kernel virtual
6605  * address space. Return a pointer to where it is mapped. This
6606  * routine is intended to be used for mapping device memory,
6607  * NOT real memory.
6608  */
6609 void *
6610 pmap_mapdev_attr(vm_paddr_t pa, vm_size_t size, int mode)
6611 {
6612         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
6613         vm_offset_t va, offset;
6614         vm_size_t tmpsize;
6615         int i;
6616
6617         offset = pa & PAGE_MASK;
6618         size = round_page(offset + size);
6619         pa = trunc_page(pa);
6620
6621         if (!pmap_initialized) {
6622                 va = 0;
6623                 for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
6624                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
6625                         if (ppim->va == 0) {
6626                                 ppim->pa = pa;
6627                                 ppim->sz = size;
6628                                 ppim->mode = mode;
6629                                 ppim->va = virtual_avail;
6630                                 virtual_avail += size;
6631                                 va = ppim->va;
6632                                 break;
6633                         }
6634                 }
6635                 if (va == 0)
6636                         panic("%s: too many preinit mappings", __func__);
6637         } else {
6638                 /*
6639                  * If we have a preinit mapping, re-use it.
6640                  */
6641                 for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
6642                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
6643                         if (ppim->pa == pa && ppim->sz == size &&
6644                             ppim->mode == mode)
6645                                 return ((void *)(ppim->va + offset));
6646                 }
6647                 /*
6648                  * If the specified range of physical addresses fits within
6649                  * the direct map window, use the direct map.
6650                  */
6651                 if (pa < dmaplimit && pa + size < dmaplimit) {
6652                         va = PHYS_TO_DMAP(pa);
6653                         if (!pmap_change_attr(va, size, mode))
6654                                 return ((void *)(va + offset));
6655                 }
6656                 va = kva_alloc(size);
6657                 if (va == 0)
6658                         panic("%s: Couldn't allocate KVA", __func__);
6659         }
6660         for (tmpsize = 0; tmpsize < size; tmpsize += PAGE_SIZE)
6661                 pmap_kenter_attr(va + tmpsize, pa + tmpsize, mode);
6662         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, va, va + tmpsize);
6663         pmap_invalidate_cache_range(va, va + tmpsize, FALSE);
6664         return ((void *)(va + offset));
6665 }
6666
6667 void *
6668 pmap_mapdev(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
6669 {
6670
6671         return (pmap_mapdev_attr(pa, size, PAT_UNCACHEABLE));
6672 }
6673
6674 void *
6675 pmap_mapbios(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
6676 {
6677
6678         return (pmap_mapdev_attr(pa, size, PAT_WRITE_BACK));
6679 }
6680
6681 void
6682 pmap_unmapdev(vm_offset_t va, vm_size_t size)
6683 {
6684         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
6685         vm_offset_t offset;
6686         int i;
6687
6688         /* If we gave a direct map region in pmap_mapdev, do nothing */
6689         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS)
6690                 return;
6691         offset = va & PAGE_MASK;
6692         size = round_page(offset + size);
6693         va = trunc_page(va);
6694         for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
6695                 ppim = pmap_preinit_mapping + i;
6696                 if (ppim->va == va && ppim->sz == size) {
6697                         if (pmap_initialized)
6698                                 return;
6699                         ppim->pa = 0;
6700                         ppim->va = 0;
6701                         ppim->sz = 0;
6702                         ppim->mode = 0;
6703                         if (va + size == virtual_avail)
6704                                 virtual_avail = va;
6705                         return;
6706                 }
6707         }
6708         if (pmap_initialized)
6709                 kva_free(va, size);
6710 }
6711
6712 /*
6713  * Tries to demote a 1GB page mapping.
6714  */
6715 static boolean_t
6716 pmap_demote_pdpe(pmap_t pmap, pdp_entry_t *pdpe, vm_offset_t va)
6717 {
6718         pdp_entry_t newpdpe, oldpdpe;
6719         pd_entry_t *firstpde, newpde, *pde;
6720         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
6721         vm_paddr_t pdpgpa;
6722         vm_page_t pdpg;
6723
6724         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6725         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6726         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6727         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6728
6729         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6730         oldpdpe = *pdpe;
6731         KASSERT((oldpdpe & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V),
6732             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_PS and/or PG_V"));
6733         if ((pdpg = vm_page_alloc(NULL, va >> PDPSHIFT, VM_ALLOC_INTERRUPT |
6734             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED)) == NULL) {
6735                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pdpe: failure for va %#lx"
6736                     " in pmap %p", va, pmap);
6737                 return (FALSE);
6738         }
6739         pdpgpa = VM_PAGE_TO_PHYS(pdpg);
6740         firstpde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pdpgpa);
6741         newpdpe = pdpgpa | PG_M | PG_A | (oldpdpe & PG_U) | PG_RW | PG_V;
6742         KASSERT((oldpdpe & PG_A) != 0,
6743             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_A"));
6744         KASSERT((oldpdpe & (PG_M | PG_RW)) != PG_RW,
6745             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_M"));
6746         newpde = oldpdpe;
6747
6748         /*
6749          * Initialize the page directory page.
6750          */
6751         for (pde = firstpde; pde < firstpde + NPDEPG; pde++) {
6752                 *pde = newpde;
6753                 newpde += NBPDR;
6754         }
6755
6756         /*
6757          * Demote the mapping.
6758          */
6759         *pdpe = newpdpe;
6760
6761         /*
6762          * Invalidate a stale recursive mapping of the page directory page.
6763          */
6764         pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopde(va));
6765
6766         pmap_pdpe_demotions++;
6767         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pdpe: success for va %#lx"
6768             " in pmap %p", va, pmap);
6769         return (TRUE);
6770 }
6771
6772 /*
6773  * Sets the memory attribute for the specified page.
6774  */
6775 void
6776 pmap_page_set_memattr(vm_page_t m, vm_memattr_t ma)
6777 {
6778
6779         m->md.pat_mode = ma;
6780
6781         /*
6782          * If "m" is a normal page, update its direct mapping.  This update
6783          * can be relied upon to perform any cache operations that are
6784          * required for data coherence.
6785          */
6786         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
6787             pmap_change_attr(PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m)), PAGE_SIZE,
6788             m->md.pat_mode))
6789                 panic("memory attribute change on the direct map failed");
6790 }
6791
6792 /*
6793  * Changes the specified virtual address range's memory type to that given by
6794  * the parameter "mode".  The specified virtual address range must be
6795  * completely contained within either the direct map or the kernel map.  If
6796  * the virtual address range is contained within the kernel map, then the
6797  * memory type for each of the corresponding ranges of the direct map is also
6798  * changed.  (The corresponding ranges of the direct map are those ranges that
6799  * map the same physical pages as the specified virtual address range.)  These
6800  * changes to the direct map are necessary because Intel describes the
6801  * behavior of their processors as "undefined" if two or more mappings to the
6802  * same physical page have different memory types.
6803  *
6804  * Returns zero if the change completed successfully, and either EINVAL or
6805  * ENOMEM if the change failed.  Specifically, EINVAL is returned if some part
6806  * of the virtual address range was not mapped, and ENOMEM is returned if
6807  * there was insufficient memory available to complete the change.  In the
6808  * latter case, the memory type may have been changed on some part of the
6809  * virtual address range or the direct map.
6810  */
6811 int
6812 pmap_change_attr(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
6813 {
6814         int error;
6815
6816         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
6817         error = pmap_change_attr_locked(va, size, mode);
6818         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
6819         return (error);
6820 }
6821
6822 static int
6823 pmap_change_attr_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
6824 {
6825         vm_offset_t base, offset, tmpva;
6826         vm_paddr_t pa_start, pa_end, pa_end1;
6827         pdp_entry_t *pdpe;
6828         pd_entry_t *pde;
6829         pt_entry_t *pte;
6830         int cache_bits_pte, cache_bits_pde, error;
6831         boolean_t changed;
6832
6833         PMAP_LOCK_ASSERT(kernel_pmap, MA_OWNED);
6834         base = trunc_page(va);
6835         offset = va & PAGE_MASK;
6836         size = round_page(offset + size);
6837
6838         /*
6839          * Only supported on kernel virtual addresses, including the direct
6840          * map but excluding the recursive map.
6841          */
6842         if (base < DMAP_MIN_ADDRESS)
6843                 return (EINVAL);
6844
6845         cache_bits_pde = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, 1);
6846         cache_bits_pte = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, 0);
6847         changed = FALSE;
6848
6849         /*
6850          * Pages that aren't mapped aren't supported.  Also break down 2MB pages
6851          * into 4KB pages if required.
6852          */
6853         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
6854                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, tmpva);
6855                 if (pdpe == NULL || *pdpe == 0)
6856                         return (EINVAL);
6857                 if (*pdpe & PG_PS) {
6858                         /*
6859                          * If the current 1GB page already has the required
6860                          * memory type, then we need not demote this page. Just
6861                          * increment tmpva to the next 1GB page frame.
6862                          */
6863                         if ((*pdpe & X86_PG_PDE_CACHE) == cache_bits_pde) {
6864                                 tmpva = trunc_1gpage(tmpva) + NBPDP;
6865                                 continue;
6866                         }
6867
6868                         /*
6869                          * If the current offset aligns with a 1GB page frame
6870                          * and there is at least 1GB left within the range, then
6871                          * we need not break down this page into 2MB pages.
6872                          */
6873                         if ((tmpva & PDPMASK) == 0 &&
6874                             tmpva + PDPMASK < base + size) {
6875                                 tmpva += NBPDP;
6876                                 continue;
6877                         }
6878                         if (!pmap_demote_pdpe(kernel_pmap, pdpe, tmpva))
6879                                 return (ENOMEM);
6880                 }
6881                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, tmpva);
6882                 if (*pde == 0)
6883                         return (EINVAL);
6884                 if (*pde & PG_PS) {
6885                         /*
6886                          * If the current 2MB page already has the required
6887                          * memory type, then we need not demote this page. Just
6888                          * increment tmpva to the next 2MB page frame.
6889                          */
6890                         if ((*pde & X86_PG_PDE_CACHE) == cache_bits_pde) {
6891                                 tmpva = trunc_2mpage(tmpva) + NBPDR;
6892                                 continue;
6893                         }
6894
6895                         /*
6896                          * If the current offset aligns with a 2MB page frame
6897                          * and there is at least 2MB left within the range, then
6898                          * we need not break down this page into 4KB pages.
6899                          */
6900                         if ((tmpva & PDRMASK) == 0 &&
6901                             tmpva + PDRMASK < base + size) {
6902                                 tmpva += NBPDR;
6903                                 continue;
6904                         }
6905                         if (!pmap_demote_pde(kernel_pmap, pde, tmpva))
6906                                 return (ENOMEM);
6907                 }
6908                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, tmpva);
6909                 if (*pte == 0)
6910                         return (EINVAL);
6911                 tmpva += PAGE_SIZE;
6912         }
6913         error = 0;
6914
6915         /*
6916          * Ok, all the pages exist, so run through them updating their
6917          * cache mode if required.
6918          */
6919         pa_start = pa_end = 0;
6920         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
6921                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, tmpva);
6922                 if (*pdpe & PG_PS) {
6923                         if ((*pdpe & X86_PG_PDE_CACHE) != cache_bits_pde) {
6924                                 pmap_pde_attr(pdpe, cache_bits_pde,
6925                                     X86_PG_PDE_CACHE);
6926                                 changed = TRUE;
6927                         }
6928                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS &&
6929                             (*pdpe & PG_PS_FRAME) < dmaplimit) {
6930                                 if (pa_start == pa_end) {
6931                                         /* Start physical address run. */
6932                                         pa_start = *pdpe & PG_PS_FRAME;
6933                                         pa_end = pa_start + NBPDP;
6934                                 } else if (pa_end == (*pdpe & PG_PS_FRAME))
6935                                         pa_end += NBPDP;
6936                                 else {
6937                                         /* Run ended, update direct map. */
6938                                         error = pmap_change_attr_locked(
6939                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
6940                                             pa_end - pa_start, mode);
6941                                         if (error != 0)
6942                                                 break;
6943                                         /* Start physical address run. */
6944                                         pa_start = *pdpe & PG_PS_FRAME;
6945                                         pa_end = pa_start + NBPDP;
6946                                 }
6947                         }
6948                         tmpva = trunc_1gpage(tmpva) + NBPDP;
6949                         continue;
6950                 }
6951                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, tmpva);
6952                 if (*pde & PG_PS) {
6953                         if ((*pde & X86_PG_PDE_CACHE) != cache_bits_pde) {
6954                                 pmap_pde_attr(pde, cache_bits_pde,
6955                                     X86_PG_PDE_CACHE);
6956                                 changed = TRUE;
6957                         }
6958                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS &&
6959                             (*pde & PG_PS_FRAME) < dmaplimit) {
6960                                 if (pa_start == pa_end) {
6961                                         /* Start physical address run. */
6962                                         pa_start = *pde & PG_PS_FRAME;
6963                                         pa_end = pa_start + NBPDR;
6964                                 } else if (pa_end == (*pde & PG_PS_FRAME))
6965                                         pa_end += NBPDR;
6966                                 else {
6967                                         /* Run ended, update direct map. */
6968                                         error = pmap_change_attr_locked(
6969                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
6970                                             pa_end - pa_start, mode);
6971                                         if (error != 0)
6972                                                 break;
6973                                         /* Start physical address run. */
6974                                         pa_start = *pde & PG_PS_FRAME;
6975                                         pa_end = pa_start + NBPDR;
6976                                 }
6977                         }
6978                         tmpva = trunc_2mpage(tmpva) + NBPDR;
6979                 } else {
6980                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, tmpva);
6981                         if ((*pte & X86_PG_PTE_CACHE) != cache_bits_pte) {
6982                                 pmap_pte_attr(pte, cache_bits_pte,
6983                                     X86_PG_PTE_CACHE);
6984                                 changed = TRUE;
6985                         }
6986                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS &&
6987                             (*pte & PG_FRAME) < dmaplimit) {
6988                                 if (pa_start == pa_end) {
6989                                         /* Start physical address run. */
6990                                         pa_start = *pte & PG_FRAME;
6991                                         pa_end = pa_start + PAGE_SIZE;
6992                                 } else if (pa_end == (*pte & PG_FRAME))
6993                                         pa_end += PAGE_SIZE;
6994                                 else {
6995                                         /* Run ended, update direct map. */
6996                                         error = pmap_change_attr_locked(
6997                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
6998                                             pa_end - pa_start, mode);
6999                                         if (error != 0)
7000                                                 break;
7001                                         /* Start physical address run. */
7002                                         pa_start = *pte & PG_FRAME;
7003                                         pa_end = pa_start + PAGE_SIZE;
7004                                 }
7005                         }
7006                         tmpva += PAGE_SIZE;
7007                 }
7008         }
7009         if (error == 0 && pa_start != pa_end && pa_start < dmaplimit) {
7010                 pa_end1 = MIN(pa_end, dmaplimit);
7011                 if (pa_start != pa_end1)
7012                         error = pmap_change_attr_locked(PHYS_TO_DMAP(pa_start),
7013                             pa_end1 - pa_start, mode);
7014         }
7015
7016         /*
7017          * Flush CPU caches if required to make sure any data isn't cached that
7018          * shouldn't be, etc.
7019          */
7020         if (changed) {
7021                 pmap_invalidate_range(kernel_pmap, base, tmpva);
7022                 pmap_invalidate_cache_range(base, tmpva, FALSE);
7023         }
7024         return (error);
7025 }
7026
7027 /*
7028  * Demotes any mapping within the direct map region that covers more than the
7029  * specified range of physical addresses.  This range's size must be a power
7030  * of two and its starting address must be a multiple of its size.  Since the
7031  * demotion does not change any attributes of the mapping, a TLB invalidation
7032  * is not mandatory.  The caller may, however, request a TLB invalidation.
7033  */
7034 void
7035 pmap_demote_DMAP(vm_paddr_t base, vm_size_t len, boolean_t invalidate)
7036 {
7037         pdp_entry_t *pdpe;
7038         pd_entry_t *pde;
7039         vm_offset_t va;
7040         boolean_t changed;
7041
7042         if (len == 0)
7043                 return;
7044         KASSERT(powerof2(len), ("pmap_demote_DMAP: len is not a power of 2"));
7045         KASSERT((base & (len - 1)) == 0,
7046             ("pmap_demote_DMAP: base is not a multiple of len"));
7047         if (len < NBPDP && base < dmaplimit) {
7048                 va = PHYS_TO_DMAP(base);
7049                 changed = FALSE;
7050                 PMAP_LOCK(kernel_pmap);
7051                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, va);
7052                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0)
7053                         panic("pmap_demote_DMAP: invalid PDPE");
7054                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0) {
7055                         if (!pmap_demote_pdpe(kernel_pmap, pdpe, va))
7056                                 panic("pmap_demote_DMAP: PDPE failed");
7057                         changed = TRUE;
7058                 }
7059                 if (len < NBPDR) {
7060                         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
7061                         if ((*pde & X86_PG_V) == 0)
7062                                 panic("pmap_demote_DMAP: invalid PDE");
7063                         if ((*pde & PG_PS) != 0) {
7064                                 if (!pmap_demote_pde(kernel_pmap, pde, va))
7065                                         panic("pmap_demote_DMAP: PDE failed");
7066                                 changed = TRUE;
7067                         }
7068                 }
7069                 if (changed && invalidate)
7070                         pmap_invalidate_page(kernel_pmap, va);
7071                 PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
7072         }
7073 }
7074
7075 /*
7076  * perform the pmap work for mincore
7077  */
7078 int
7079 pmap_mincore(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_paddr_t *locked_pa)
7080 {
7081         pd_entry_t *pdep;
7082         pt_entry_t pte, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
7083         vm_paddr_t pa;
7084         int val;
7085
7086         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
7087         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7088         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7089         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7090
7091         PMAP_LOCK(pmap);
7092 retry:
7093         pdep = pmap_pde(pmap, addr);
7094         if (pdep != NULL && (*pdep & PG_V)) {
7095                 if (*pdep & PG_PS) {
7096                         pte = *pdep;
7097                         /* Compute the physical address of the 4KB page. */
7098                         pa = ((*pdep & PG_PS_FRAME) | (addr & PDRMASK)) &
7099                             PG_FRAME;
7100                         val = MINCORE_SUPER;
7101                 } else {
7102                         pte = *pmap_pde_to_pte(pdep, addr);
7103                         pa = pte & PG_FRAME;
7104                         val = 0;
7105                 }
7106         } else {
7107                 pte = 0;
7108                 pa = 0;
7109                 val = 0;
7110         }
7111         if ((pte & PG_V) != 0) {
7112                 val |= MINCORE_INCORE;
7113                 if ((pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
7114                         val |= MINCORE_MODIFIED | MINCORE_MODIFIED_OTHER;
7115                 if ((pte & PG_A) != 0)
7116                         val |= MINCORE_REFERENCED | MINCORE_REFERENCED_OTHER;
7117         }
7118         if ((val & (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER)) !=
7119             (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER) &&
7120             (pte & (PG_MANAGED | PG_V)) == (PG_MANAGED | PG_V)) {
7121                 /* Ensure that "PHYS_TO_VM_PAGE(pa)->object" doesn't change. */
7122                 if (vm_page_pa_tryrelock(pmap, pa, locked_pa))
7123                         goto retry;
7124         } else
7125                 PA_UNLOCK_COND(*locked_pa);
7126         PMAP_UNLOCK(pmap);
7127         return (val);
7128 }
7129
7130 static uint64_t
7131 pmap_pcid_alloc(pmap_t pmap, u_int cpuid)
7132 {
7133         uint32_t gen, new_gen, pcid_next;
7134
7135         CRITICAL_ASSERT(curthread);
7136         gen = PCPU_GET(pcid_gen);
7137         if (pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid == PMAP_PCID_KERN ||
7138             pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen == gen)
7139                 return (CR3_PCID_SAVE);
7140         pcid_next = PCPU_GET(pcid_next);
7141         KASSERT(pcid_next <= PMAP_PCID_OVERMAX, ("cpu %d pcid_next %#x",
7142             cpuid, pcid_next));
7143         if (pcid_next == PMAP_PCID_OVERMAX) {
7144                 new_gen = gen + 1;
7145                 if (new_gen == 0)
7146                         new_gen = 1;
7147                 PCPU_SET(pcid_gen, new_gen);
7148                 pcid_next = PMAP_PCID_KERN + 1;
7149         } else {
7150                 new_gen = gen;
7151         }
7152         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid = pcid_next;
7153         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = new_gen;
7154         PCPU_SET(pcid_next, pcid_next + 1);
7155         return (0);
7156 }
7157
7158 void
7159 pmap_activate_sw(struct thread *td)
7160 {
7161         pmap_t oldpmap, pmap;
7162         uint64_t cached, cr3;
7163         register_t rflags;
7164         u_int cpuid;
7165
7166         oldpmap = PCPU_GET(curpmap);
7167         pmap = vmspace_pmap(td->td_proc->p_vmspace);
7168         if (oldpmap == pmap)
7169                 return;
7170         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
7171 #ifdef SMP
7172         CPU_SET_ATOMIC(cpuid, &pmap->pm_active);
7173 #else
7174         CPU_SET(cpuid, &pmap->pm_active);
7175 #endif
7176         cr3 = rcr3();
7177         if (pmap_pcid_enabled) {
7178                 cached = pmap_pcid_alloc(pmap, cpuid);
7179                 KASSERT(pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid >= 0 &&
7180                     pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid < PMAP_PCID_OVERMAX,
7181                     ("pmap %p cpu %d pcid %#x", pmap, cpuid,
7182                     pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid));
7183                 KASSERT(pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid != PMAP_PCID_KERN ||
7184                     pmap == kernel_pmap,
7185                     ("non-kernel pmap thread %p pmap %p cpu %d pcid %#x",
7186                     td, pmap, cpuid, pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid));
7187
7188                 /*
7189                  * If the INVPCID instruction is not available,
7190                  * invltlb_pcid_handler() is used for handle
7191                  * invalidate_all IPI, which checks for curpmap ==
7192                  * smp_tlb_pmap.  Below operations sequence has a
7193                  * window where %CR3 is loaded with the new pmap's
7194                  * PML4 address, but curpmap value is not yet updated.
7195                  * This causes invltlb IPI handler, called between the
7196                  * updates, to execute as NOP, which leaves stale TLB
7197                  * entries.
7198                  *
7199                  * Note that the most typical use of
7200                  * pmap_activate_sw(), from the context switch, is
7201                  * immune to this race, because interrupts are
7202                  * disabled (while the thread lock is owned), and IPI
7203                  * happends after curpmap is updated.  Protect other
7204                  * callers in a similar way, by disabling interrupts
7205                  * around the %cr3 register reload and curpmap
7206                  * assignment.
7207                  */
7208                 if (!invpcid_works)
7209                         rflags = intr_disable();
7210
7211                 if (!cached || (cr3 & ~CR3_PCID_MASK) != pmap->pm_cr3) {
7212                         load_cr3(pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid |
7213                             cached);
7214                         if (cached)
7215                                 PCPU_INC(pm_save_cnt);
7216                 }
7217                 PCPU_SET(curpmap, pmap);
7218                 if (!invpcid_works)
7219                         intr_restore(rflags);
7220         } else if (cr3 != pmap->pm_cr3) {
7221                 load_cr3(pmap->pm_cr3);
7222                 PCPU_SET(curpmap, pmap);
7223                 if (pti) {
7224                         PCPU_SET(kcr3, pmap->pm_cr3);
7225                         PCPU_SET(ucr3, pmap->pm_ucr3);
7226                 }
7227         }
7228 #ifdef SMP
7229         CPU_CLR_ATOMIC(cpuid, &oldpmap->pm_active);
7230 #else
7231         CPU_CLR(cpuid, &oldpmap->pm_active);
7232 #endif
7233 }
7234
7235 void
7236 pmap_activate(struct thread *td)
7237 {
7238
7239         critical_enter();
7240         pmap_activate_sw(td);
7241         critical_exit();
7242 }
7243
7244 void
7245 pmap_sync_icache(pmap_t pm, vm_offset_t va, vm_size_t sz)
7246 {
7247 }
7248
7249 /*
7250  *      Increase the starting virtual address of the given mapping if a
7251  *      different alignment might result in more superpage mappings.
7252  */
7253 void
7254 pmap_align_superpage(vm_object_t object, vm_ooffset_t offset,
7255     vm_offset_t *addr, vm_size_t size)
7256 {
7257         vm_offset_t superpage_offset;
7258
7259         if (size < NBPDR)
7260                 return;
7261         if (object != NULL && (object->flags & OBJ_COLORED) != 0)
7262                 offset += ptoa(object->pg_color);
7263         superpage_offset = offset & PDRMASK;
7264         if (size - ((NBPDR - superpage_offset) & PDRMASK) < NBPDR ||
7265             (*addr & PDRMASK) == superpage_offset)
7266                 return;
7267         if ((*addr & PDRMASK) < superpage_offset)
7268                 *addr = (*addr & ~PDRMASK) + superpage_offset;
7269         else
7270                 *addr = ((*addr + PDRMASK) & ~PDRMASK) + superpage_offset;
7271 }
7272
7273 #ifdef INVARIANTS
7274 static unsigned long num_dirty_emulations;
7275 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_dirty_emulations, CTLFLAG_RW,
7276              &num_dirty_emulations, 0, NULL);
7277
7278 static unsigned long num_accessed_emulations;
7279 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_accessed_emulations, CTLFLAG_RW,
7280              &num_accessed_emulations, 0, NULL);
7281
7282 static unsigned long num_superpage_accessed_emulations;
7283 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_superpage_accessed_emulations, CTLFLAG_RW,
7284              &num_superpage_accessed_emulations, 0, NULL);
7285
7286 static unsigned long ad_emulation_superpage_promotions;
7287 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, ad_emulation_superpage_promotions, CTLFLAG_RW,
7288              &ad_emulation_superpage_promotions, 0, NULL);
7289 #endif  /* INVARIANTS */
7290
7291 int
7292 pmap_emulate_accessed_dirty(pmap_t pmap, vm_offset_t va, int ftype)
7293 {
7294         int rv;
7295         struct rwlock *lock;
7296 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
7297         vm_page_t m, mpte;
7298 #endif
7299         pd_entry_t *pde;
7300         pt_entry_t *pte, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
7301
7302         KASSERT(ftype == VM_PROT_READ || ftype == VM_PROT_WRITE,
7303             ("pmap_emulate_accessed_dirty: invalid fault type %d", ftype));
7304
7305         if (!pmap_emulate_ad_bits(pmap))
7306                 return (-1);
7307
7308         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
7309         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7310         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7311         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7312
7313         rv = -1;
7314         lock = NULL;
7315         PMAP_LOCK(pmap);
7316
7317         pde = pmap_pde(pmap, va);
7318         if (pde == NULL || (*pde & PG_V) == 0)
7319                 goto done;
7320
7321         if ((*pde & PG_PS) != 0) {
7322                 if (ftype == VM_PROT_READ) {
7323 #ifdef INVARIANTS
7324                         atomic_add_long(&num_superpage_accessed_emulations, 1);
7325 #endif
7326                         *pde |= PG_A;
7327                         rv = 0;
7328                 }
7329                 goto done;
7330         }
7331
7332         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
7333         if ((*pte & PG_V) == 0)
7334                 goto done;
7335
7336         if (ftype == VM_PROT_WRITE) {
7337                 if ((*pte & PG_RW) == 0)
7338                         goto done;
7339                 /*
7340                  * Set the modified and accessed bits simultaneously.
7341                  *
7342                  * Intel EPT PTEs that do software emulation of A/D bits map
7343                  * PG_A and PG_M to EPT_PG_READ and EPT_PG_WRITE respectively.
7344                  * An EPT misconfiguration is triggered if the PTE is writable
7345                  * but not readable (WR=10). This is avoided by setting PG_A
7346                  * and PG_M simultaneously.
7347                  */
7348                 *pte |= PG_M | PG_A;
7349         } else {
7350                 *pte |= PG_A;
7351         }
7352
7353 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
7354         /* try to promote the mapping */
7355         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
7356                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
7357         else
7358                 mpte = NULL;
7359
7360         m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pte & PG_FRAME);
7361
7362         if ((mpte == NULL || mpte->wire_count == NPTEPG) &&
7363             pmap_ps_enabled(pmap) &&
7364             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
7365             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0) {
7366                 pmap_promote_pde(pmap, pde, va, &lock);
7367 #ifdef INVARIANTS
7368                 atomic_add_long(&ad_emulation_superpage_promotions, 1);
7369 #endif
7370         }
7371 #endif
7372
7373 #ifdef INVARIANTS
7374         if (ftype == VM_PROT_WRITE)
7375                 atomic_add_long(&num_dirty_emulations, 1);
7376         else
7377                 atomic_add_long(&num_accessed_emulations, 1);
7378 #endif
7379         rv = 0;         /* success */
7380 done:
7381         if (lock != NULL)
7382                 rw_wunlock(lock);
7383         PMAP_UNLOCK(pmap);
7384         return (rv);
7385 }
7386
7387 void
7388 pmap_get_mapping(pmap_t pmap, vm_offset_t va, uint64_t *ptr, int *num)
7389 {
7390         pml4_entry_t *pml4;
7391         pdp_entry_t *pdp;
7392         pd_entry_t *pde;
7393         pt_entry_t *pte, PG_V;
7394         int idx;
7395
7396         idx = 0;
7397         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7398         PMAP_LOCK(pmap);
7399
7400         pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
7401         ptr[idx++] = *pml4;
7402         if ((*pml4 & PG_V) == 0)
7403                 goto done;
7404
7405         pdp = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4, va);
7406         ptr[idx++] = *pdp;
7407         if ((*pdp & PG_V) == 0 || (*pdp & PG_PS) != 0)
7408                 goto done;
7409
7410         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdp, va);
7411         ptr[idx++] = *pde;
7412         if ((*pde & PG_V) == 0 || (*pde & PG_PS) != 0)
7413                 goto done;
7414
7415         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
7416         ptr[idx++] = *pte;
7417
7418 done:
7419         PMAP_UNLOCK(pmap);
7420         *num = idx;
7421 }
7422
7423 /**
7424  * Get the kernel virtual address of a set of physical pages. If there are
7425  * physical addresses not covered by the DMAP perform a transient mapping
7426  * that will be removed when calling pmap_unmap_io_transient.
7427  *
7428  * \param page        The pages the caller wishes to obtain the virtual
7429  *                    address on the kernel memory map.
7430  * \param vaddr       On return contains the kernel virtual memory address
7431  *                    of the pages passed in the page parameter.
7432  * \param count       Number of pages passed in.
7433  * \param can_fault   TRUE if the thread using the mapped pages can take
7434  *                    page faults, FALSE otherwise.
7435  *
7436  * \returns TRUE if the caller must call pmap_unmap_io_transient when
7437  *          finished or FALSE otherwise.
7438  *
7439  */
7440 boolean_t
7441 pmap_map_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
7442     boolean_t can_fault)
7443 {
7444         vm_paddr_t paddr;
7445         boolean_t needs_mapping;
7446         pt_entry_t *pte;
7447         int cache_bits, error, i;
7448
7449         /*
7450          * Allocate any KVA space that we need, this is done in a separate
7451          * loop to prevent calling vmem_alloc while pinned.
7452          */
7453         needs_mapping = FALSE;
7454         for (i = 0; i < count; i++) {
7455                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
7456                 if (__predict_false(paddr >= dmaplimit)) {
7457                         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE,
7458                             M_BESTFIT | M_WAITOK, &vaddr[i]);
7459                         KASSERT(error == 0, ("vmem_alloc failed: %d", error));
7460                         needs_mapping = TRUE;
7461                 } else {
7462                         vaddr[i] = PHYS_TO_DMAP(paddr);
7463                 }
7464         }
7465
7466         /* Exit early if everything is covered by the DMAP */
7467         if (!needs_mapping)
7468                 return (FALSE);
7469
7470         /*
7471          * NB:  The sequence of updating a page table followed by accesses
7472          * to the corresponding pages used in the !DMAP case is subject to
7473          * the situation described in the "AMD64 Architecture Programmer's
7474          * Manual Volume 2: System Programming" rev. 3.23, "7.3.1 Special
7475          * Coherency Considerations".  Therefore, issuing the INVLPG right
7476          * after modifying the PTE bits is crucial.
7477          */
7478         if (!can_fault)
7479                 sched_pin();
7480         for (i = 0; i < count; i++) {
7481                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
7482                 if (paddr >= dmaplimit) {
7483                         if (can_fault) {
7484                                 /*
7485                                  * Slow path, since we can get page faults
7486                                  * while mappings are active don't pin the
7487                                  * thread to the CPU and instead add a global
7488                                  * mapping visible to all CPUs.
7489                                  */
7490                                 pmap_qenter(vaddr[i], &page[i], 1);
7491                         } else {
7492                                 pte = vtopte(vaddr[i]);
7493                                 cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap,
7494                                     page[i]->md.pat_mode, 0);
7495                                 pte_store(pte, paddr | X86_PG_RW | X86_PG_V |
7496                                     cache_bits);
7497                                 invlpg(vaddr[i]);
7498                         }
7499                 }
7500         }
7501
7502         return (needs_mapping);
7503 }
7504
7505 void
7506 pmap_unmap_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
7507     boolean_t can_fault)
7508 {
7509         vm_paddr_t paddr;
7510         int i;
7511
7512         if (!can_fault)
7513                 sched_unpin();
7514         for (i = 0; i < count; i++) {
7515                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
7516                 if (paddr >= dmaplimit) {
7517                         if (can_fault)
7518                                 pmap_qremove(vaddr[i], 1);
7519                         vmem_free(kernel_arena, vaddr[i], PAGE_SIZE);
7520                 }
7521         }
7522 }
7523
7524 vm_offset_t
7525 pmap_quick_enter_page(vm_page_t m)
7526 {
7527         vm_paddr_t paddr;
7528
7529         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
7530         if (paddr < dmaplimit)
7531                 return (PHYS_TO_DMAP(paddr));
7532         mtx_lock_spin(&qframe_mtx);
7533         KASSERT(*vtopte(qframe) == 0, ("qframe busy"));
7534         pte_store(vtopte(qframe), paddr | X86_PG_RW | X86_PG_V | X86_PG_A |
7535             X86_PG_M | pmap_cache_bits(kernel_pmap, m->md.pat_mode, 0));
7536         return (qframe);
7537 }
7538
7539 void
7540 pmap_quick_remove_page(vm_offset_t addr)
7541 {
7542
7543         if (addr != qframe)
7544                 return;
7545         pte_store(vtopte(qframe), 0);
7546         invlpg(qframe);
7547         mtx_unlock_spin(&qframe_mtx);
7548 }
7549
7550 static vm_page_t
7551 pmap_pti_alloc_page(void)
7552 {
7553         vm_page_t m;
7554
7555         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
7556         m = vm_page_grab(pti_obj, pti_pg_idx++, VM_ALLOC_NOBUSY |
7557             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
7558         return (m);
7559 }
7560
7561 static bool
7562 pmap_pti_free_page(vm_page_t m)
7563 {
7564
7565         KASSERT(m->wire_count > 0, ("page %p not wired", m));
7566         m->wire_count--;
7567         if (m->wire_count != 0)
7568                 return (false);
7569         atomic_subtract_int(&vm_cnt.v_wire_count, 1);
7570         vm_page_free_zero(m);
7571         return (true);
7572 }
7573
7574 static void
7575 pmap_pti_init(void)
7576 {
7577         vm_page_t pml4_pg;
7578         pdp_entry_t *pdpe;
7579         vm_offset_t va;
7580         int i;
7581
7582         if (!pti)
7583                 return;
7584         pti_obj = vm_pager_allocate(OBJT_PHYS, NULL, 0, VM_PROT_ALL, 0, NULL);
7585         VM_OBJECT_WLOCK(pti_obj);
7586         pml4_pg = pmap_pti_alloc_page();
7587         pti_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml4_pg));
7588         for (va = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS; va <= VM_MAX_KERNEL_ADDRESS &&
7589             va >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS && va > NBPML4; va += NBPML4) {
7590                 pdpe = pmap_pti_pdpe(va);
7591                 pmap_pti_wire_pte(pdpe);
7592         }
7593         pmap_pti_add_kva_locked((vm_offset_t)&__pcpu[0],
7594             (vm_offset_t)&__pcpu[0] + sizeof(__pcpu[0]) * MAXCPU, false);
7595         pmap_pti_add_kva_locked((vm_offset_t)gdt, (vm_offset_t)gdt +
7596             sizeof(struct user_segment_descriptor) * NGDT * MAXCPU, false);
7597         pmap_pti_add_kva_locked((vm_offset_t)idt, (vm_offset_t)idt +
7598             sizeof(struct gate_descriptor) * NIDT, false);
7599         pmap_pti_add_kva_locked((vm_offset_t)common_tss,
7600             (vm_offset_t)common_tss + sizeof(struct amd64tss) * MAXCPU, false);
7601         CPU_FOREACH(i) {
7602                 /* Doublefault stack IST 1 */
7603                 va = common_tss[i].tss_ist1;
7604                 pmap_pti_add_kva_locked(va - PAGE_SIZE, va, false);
7605                 /* NMI stack IST 2 */
7606                 va = common_tss[i].tss_ist2 + sizeof(struct nmi_pcpu);
7607                 pmap_pti_add_kva_locked(va - PAGE_SIZE, va, false);
7608                 /* MC# stack IST 3 */
7609                 va = common_tss[i].tss_ist3 + sizeof(struct nmi_pcpu);
7610                 pmap_pti_add_kva_locked(va - PAGE_SIZE, va, false);
7611         }
7612         pmap_pti_add_kva_locked((vm_offset_t)kernphys + KERNBASE,
7613             (vm_offset_t)etext, true);
7614         pti_finalized = true;
7615         VM_OBJECT_WUNLOCK(pti_obj);
7616 }
7617 SYSINIT(pmap_pti, SI_SUB_CPU + 1, SI_ORDER_ANY, pmap_pti_init, NULL);
7618
7619 static pdp_entry_t *
7620 pmap_pti_pdpe(vm_offset_t va)
7621 {
7622         pml4_entry_t *pml4e;
7623         pdp_entry_t *pdpe;
7624         vm_page_t m;
7625         vm_pindex_t pml4_idx;
7626         vm_paddr_t mphys;
7627
7628         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
7629
7630         pml4_idx = pmap_pml4e_index(va);
7631         pml4e = &pti_pml4[pml4_idx];
7632         m = NULL;
7633         if (*pml4e == 0) {
7634                 if (pti_finalized)
7635                         panic("pml4 alloc after finalization\n");
7636                 m = pmap_pti_alloc_page();
7637                 if (*pml4e != 0) {
7638                         pmap_pti_free_page(m);
7639                         mphys = *pml4e & ~PAGE_MASK;
7640                 } else {
7641                         mphys = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
7642                         *pml4e = mphys | X86_PG_RW | X86_PG_V;
7643                 }
7644         } else {
7645                 mphys = *pml4e & ~PAGE_MASK;
7646         }
7647         pdpe = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys) + pmap_pdpe_index(va);
7648         return (pdpe);
7649 }
7650
7651 static void
7652 pmap_pti_wire_pte(void *pte)
7653 {
7654         vm_page_t m;
7655
7656         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
7657         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pte));
7658         m->wire_count++;
7659 }
7660
7661 static void
7662 pmap_pti_unwire_pde(void *pde, bool only_ref)
7663 {
7664         vm_page_t m;
7665
7666         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
7667         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pde));
7668         MPASS(m->wire_count > 0);
7669         MPASS(only_ref || m->wire_count > 1);
7670         pmap_pti_free_page(m);
7671 }
7672
7673 static void
7674 pmap_pti_unwire_pte(void *pte, vm_offset_t va)
7675 {
7676         vm_page_t m;
7677         pd_entry_t *pde;
7678
7679         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
7680         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pte));
7681         MPASS(m->wire_count > 0);
7682         if (pmap_pti_free_page(m)) {
7683                 pde = pmap_pti_pde(va);
7684                 MPASS((*pde & (X86_PG_PS | X86_PG_V)) == X86_PG_V);
7685                 *pde = 0;
7686                 pmap_pti_unwire_pde(pde, false);
7687         }
7688 }
7689
7690 static pd_entry_t *
7691 pmap_pti_pde(vm_offset_t va)
7692 {
7693         pdp_entry_t *pdpe;
7694         pd_entry_t *pde;
7695         vm_page_t m;
7696         vm_pindex_t pd_idx;
7697         vm_paddr_t mphys;
7698
7699         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
7700
7701         pdpe = pmap_pti_pdpe(va);
7702         if (*pdpe == 0) {
7703                 m = pmap_pti_alloc_page();
7704                 if (*pdpe != 0) {
7705                         pmap_pti_free_page(m);
7706                         MPASS((*pdpe & X86_PG_PS) == 0);
7707                         mphys = *pdpe & ~PAGE_MASK;
7708                 } else {
7709                         mphys =  VM_PAGE_TO_PHYS(m);
7710                         *pdpe = mphys | X86_PG_RW | X86_PG_V;
7711                 }
7712         } else {
7713                 MPASS((*pdpe & X86_PG_PS) == 0);
7714                 mphys = *pdpe & ~PAGE_MASK;
7715         }
7716
7717         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys);
7718         pd_idx = pmap_pde_index(va);
7719         pde += pd_idx;
7720         return (pde);
7721 }
7722
7723 static pt_entry_t *
7724 pmap_pti_pte(vm_offset_t va, bool *unwire_pde)
7725 {
7726         pd_entry_t *pde;
7727         pt_entry_t *pte;
7728         vm_page_t m;
7729         vm_paddr_t mphys;
7730
7731         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
7732
7733         pde = pmap_pti_pde(va);
7734         if (unwire_pde != NULL) {
7735                 *unwire_pde = true;
7736                 pmap_pti_wire_pte(pde);
7737         }
7738         if (*pde == 0) {
7739                 m = pmap_pti_alloc_page();
7740                 if (*pde != 0) {
7741                         pmap_pti_free_page(m);
7742                         MPASS((*pde & X86_PG_PS) == 0);
7743                         mphys = *pde & ~(PAGE_MASK | pg_nx);
7744                 } else {
7745                         mphys = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
7746                         *pde = mphys | X86_PG_RW | X86_PG_V;
7747                         if (unwire_pde != NULL)
7748                                 *unwire_pde = false;
7749                 }
7750         } else {
7751                 MPASS((*pde & X86_PG_PS) == 0);
7752                 mphys = *pde & ~(PAGE_MASK | pg_nx);
7753         }
7754
7755         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys);
7756         pte += pmap_pte_index(va);
7757
7758         return (pte);
7759 }
7760
7761 static void
7762 pmap_pti_add_kva_locked(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, bool exec)
7763 {
7764         vm_paddr_t pa;
7765         pd_entry_t *pde;
7766         pt_entry_t *pte, ptev;
7767         bool unwire_pde;
7768
7769         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
7770
7771         sva = trunc_page(sva);
7772         MPASS(sva > VM_MAXUSER_ADDRESS);
7773         eva = round_page(eva);
7774         MPASS(sva < eva);
7775         for (; sva < eva; sva += PAGE_SIZE) {
7776                 pte = pmap_pti_pte(sva, &unwire_pde);
7777                 pa = pmap_kextract(sva);
7778                 ptev = pa | X86_PG_RW | X86_PG_V | X86_PG_A |
7779                     (exec ? 0 : pg_nx) | pmap_cache_bits(kernel_pmap,
7780                     VM_MEMATTR_DEFAULT, FALSE);
7781                 if (*pte == 0) {
7782                         pte_store(pte, ptev);
7783                         pmap_pti_wire_pte(pte);
7784                 } else {
7785                         KASSERT(!pti_finalized,
7786                             ("pti overlap after fin %#lx %#lx %#lx",
7787                             sva, *pte, ptev));
7788                         KASSERT(*pte == ptev,
7789                             ("pti non-identical pte after fin %#lx %#lx %#lx",
7790                             sva, *pte, ptev));
7791                 }
7792                 if (unwire_pde) {
7793                         pde = pmap_pti_pde(sva);
7794                         pmap_pti_unwire_pde(pde, true);
7795                 }
7796         }
7797 }
7798
7799 void
7800 pmap_pti_add_kva(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, bool exec)
7801 {
7802
7803         if (!pti)
7804                 return;
7805         VM_OBJECT_WLOCK(pti_obj);
7806         pmap_pti_add_kva_locked(sva, eva, exec);
7807         VM_OBJECT_WUNLOCK(pti_obj);
7808 }
7809
7810 void
7811 pmap_pti_remove_kva(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
7812 {
7813         pt_entry_t *pte;
7814         vm_offset_t va;
7815
7816         if (!pti)
7817                 return;
7818         sva = rounddown2(sva, PAGE_SIZE);
7819         MPASS(sva > VM_MAXUSER_ADDRESS);
7820         eva = roundup2(eva, PAGE_SIZE);
7821         MPASS(sva < eva);
7822         VM_OBJECT_WLOCK(pti_obj);
7823         for (va = sva; va < eva; va += PAGE_SIZE) {
7824                 pte = pmap_pti_pte(va, NULL);
7825                 KASSERT((*pte & X86_PG_V) != 0,
7826                     ("invalid pte va %#lx pte %#lx pt %#lx", va,
7827                     (u_long)pte, *pte));
7828                 pte_clear(pte);
7829                 pmap_pti_unwire_pte(pte, va);
7830         }
7831         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, eva);
7832         VM_OBJECT_WUNLOCK(pti_obj);
7833 }
7834
7835 #include "opt_ddb.h"
7836 #ifdef DDB
7837 #include <sys/kdb.h>
7838 #include <ddb/ddb.h>
7839
7840 DB_SHOW_COMMAND(pte, pmap_print_pte)
7841 {
7842         pmap_t pmap;
7843         pml4_entry_t *pml4;
7844         pdp_entry_t *pdp;
7845         pd_entry_t *pde;
7846         pt_entry_t *pte, PG_V;
7847         vm_offset_t va;
7848
7849         if (!have_addr) {
7850                 db_printf("show pte addr\n");
7851                 return;
7852         }
7853         va = (vm_offset_t)addr;
7854
7855         if (kdb_thread != NULL)
7856                 pmap = vmspace_pmap(kdb_thread->td_proc->p_vmspace);
7857         else
7858                 pmap = PCPU_GET(curpmap);
7859
7860         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7861         pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
7862         db_printf("VA %#016lx pml4e %#016lx", va, *pml4);
7863         if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
7864                 db_printf("\n");
7865                 return;
7866         }
7867         pdp = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4, va);
7868         db_printf(" pdpe %#016lx", *pdp);
7869         if ((*pdp & PG_V) == 0 || (*pdp & PG_PS) != 0) {
7870                 db_printf("\n");
7871                 return;
7872         }
7873         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdp, va);
7874         db_printf(" pde %#016lx", *pde);
7875         if ((*pde & PG_V) == 0 || (*pde & PG_PS) != 0) {
7876                 db_printf("\n");
7877                 return;
7878         }
7879         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
7880         db_printf(" pte %#016lx\n", *pte);
7881 }
7882
7883 DB_SHOW_COMMAND(phys2dmap, pmap_phys2dmap)
7884 {
7885         vm_paddr_t a;
7886
7887         if (have_addr) {
7888                 a = (vm_paddr_t)addr;
7889                 db_printf("0x%jx\n", (uintmax_t)PHYS_TO_DMAP(a));
7890         } else {
7891                 db_printf("show phys2dmap addr\n");
7892         }
7893 }
7894 #endif