]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/stable/9.git/blob - sys/amd64/amd64/pmap.c
MFC r233433
[FreeBSD/stable/9.git] / sys / amd64 / amd64 / pmap.c
1 /*-
2  * Copyright (c) 1991 Regents of the University of California.
3  * All rights reserved.
4  * Copyright (c) 1994 John S. Dyson
5  * All rights reserved.
6  * Copyright (c) 1994 David Greenman
7  * All rights reserved.
8  * Copyright (c) 2003 Peter Wemm
9  * All rights reserved.
10  * Copyright (c) 2005-2010 Alan L. Cox <alc@cs.rice.edu>
11  * All rights reserved.
12  *
13  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
14  * the Systems Programming Group of the University of Utah Computer
15  * Science Department and William Jolitz of UUNET Technologies Inc.
16  *
17  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
18  * modification, are permitted provided that the following conditions
19  * are met:
20  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
21  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
22  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
23  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
24  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
25  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
26  *    must display the following acknowledgement:
27  *      This product includes software developed by the University of
28  *      California, Berkeley and its contributors.
29  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
30  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
31  *    without specific prior written permission.
32  *
33  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
34  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
35  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
36  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
37  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
38  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
39  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
40  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
41  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
42  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
43  * SUCH DAMAGE.
44  *
45  *      from:   @(#)pmap.c      7.7 (Berkeley)  5/12/91
46  */
47 /*-
48  * Copyright (c) 2003 Networks Associates Technology, Inc.
49  * All rights reserved.
50  *
51  * This software was developed for the FreeBSD Project by Jake Burkholder,
52  * Safeport Network Services, and Network Associates Laboratories, the
53  * Security Research Division of Network Associates, Inc. under
54  * DARPA/SPAWAR contract N66001-01-C-8035 ("CBOSS"), as part of the DARPA
55  * CHATS research program.
56  *
57  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
58  * modification, are permitted provided that the following conditions
59  * are met:
60  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
61  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
62  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
63  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
64  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
65  *
66  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
67  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
68  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
69  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
70  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
71  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
72  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
73  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
74  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
75  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
76  * SUCH DAMAGE.
77  */
78
79 #include <sys/cdefs.h>
80 __FBSDID("$FreeBSD$");
81
82 /*
83  *      Manages physical address maps.
84  *
85  *      In addition to hardware address maps, this
86  *      module is called upon to provide software-use-only
87  *      maps which may or may not be stored in the same
88  *      form as hardware maps.  These pseudo-maps are
89  *      used to store intermediate results from copy
90  *      operations to and from address spaces.
91  *
92  *      Since the information managed by this module is
93  *      also stored by the logical address mapping module,
94  *      this module may throw away valid virtual-to-physical
95  *      mappings at almost any time.  However, invalidations
96  *      of virtual-to-physical mappings must be done as
97  *      requested.
98  *
99  *      In order to cope with hardware architectures which
100  *      make virtual-to-physical map invalidates expensive,
101  *      this module may delay invalidate or reduced protection
102  *      operations until such time as they are actually
103  *      necessary.  This module is given full information as
104  *      to which processors are currently using which maps,
105  *      and to when physical maps must be made correct.
106  */
107
108 #include "opt_pmap.h"
109 #include "opt_vm.h"
110
111 #include <sys/param.h>
112 #include <sys/systm.h>
113 #include <sys/kernel.h>
114 #include <sys/ktr.h>
115 #include <sys/lock.h>
116 #include <sys/malloc.h>
117 #include <sys/mman.h>
118 #include <sys/mutex.h>
119 #include <sys/proc.h>
120 #include <sys/sx.h>
121 #include <sys/vmmeter.h>
122 #include <sys/sched.h>
123 #include <sys/sysctl.h>
124 #ifdef SMP
125 #include <sys/smp.h>
126 #else
127 #include <sys/cpuset.h>
128 #endif
129
130 #include <vm/vm.h>
131 #include <vm/vm_param.h>
132 #include <vm/vm_kern.h>
133 #include <vm/vm_page.h>
134 #include <vm/vm_map.h>
135 #include <vm/vm_object.h>
136 #include <vm/vm_extern.h>
137 #include <vm/vm_pageout.h>
138 #include <vm/vm_pager.h>
139 #include <vm/vm_reserv.h>
140 #include <vm/uma.h>
141
142 #include <machine/cpu.h>
143 #include <machine/cputypes.h>
144 #include <machine/md_var.h>
145 #include <machine/pcb.h>
146 #include <machine/specialreg.h>
147 #ifdef SMP
148 #include <machine/smp.h>
149 #endif
150
151 #if !defined(DIAGNOSTIC)
152 #ifdef __GNUC_GNU_INLINE__
153 #define PMAP_INLINE     __attribute__((__gnu_inline__)) inline
154 #else
155 #define PMAP_INLINE     extern inline
156 #endif
157 #else
158 #define PMAP_INLINE
159 #endif
160
161 #ifdef PV_STATS
162 #define PV_STAT(x)      do { x ; } while (0)
163 #else
164 #define PV_STAT(x)      do { } while (0)
165 #endif
166
167 #define pa_index(pa)    ((pa) >> PDRSHIFT)
168 #define pa_to_pvh(pa)   (&pv_table[pa_index(pa)])
169
170 struct pmap kernel_pmap_store;
171
172 vm_offset_t virtual_avail;      /* VA of first avail page (after kernel bss) */
173 vm_offset_t virtual_end;        /* VA of last avail page (end of kernel AS) */
174
175 static int ndmpdp;
176 static vm_paddr_t dmaplimit;
177 vm_offset_t kernel_vm_end = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
178 pt_entry_t pg_nx;
179
180 SYSCTL_NODE(_vm, OID_AUTO, pmap, CTLFLAG_RD, 0, "VM/pmap parameters");
181
182 static int pat_works = 1;
183 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pat_works, CTLFLAG_RD, &pat_works, 1,
184     "Is page attribute table fully functional?");
185
186 static int pg_ps_enabled = 1;
187 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pg_ps_enabled, CTLFLAG_RDTUN, &pg_ps_enabled, 0,
188     "Are large page mappings enabled?");
189
190 #define PAT_INDEX_SIZE  8
191 static int pat_index[PAT_INDEX_SIZE];   /* cache mode to PAT index conversion */
192
193 static u_int64_t        KPTphys;        /* phys addr of kernel level 1 */
194 static u_int64_t        KPDphys;        /* phys addr of kernel level 2 */
195 u_int64_t               KPDPphys;       /* phys addr of kernel level 3 */
196 u_int64_t               KPML4phys;      /* phys addr of kernel level 4 */
197
198 static u_int64_t        DMPDphys;       /* phys addr of direct mapped level 2 */
199 static u_int64_t        DMPDPphys;      /* phys addr of direct mapped level 3 */
200
201 /*
202  * Data for the pv entry allocation mechanism
203  */
204 static int pv_entry_count;
205 static struct md_page *pv_table;
206
207 /*
208  * All those kernel PT submaps that BSD is so fond of
209  */
210 pt_entry_t *CMAP1 = 0;
211 caddr_t CADDR1 = 0;
212
213 /*
214  * Crashdump maps.
215  */
216 static caddr_t crashdumpmap;
217
218 static void     free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv);
219 static pv_entry_t get_pv_entry(pmap_t locked_pmap, boolean_t try);
220 static void     pmap_pv_demote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa);
221 static boolean_t pmap_pv_insert_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa);
222 static void     pmap_pv_promote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa);
223 static void     pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va);
224 static pv_entry_t pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap,
225                     vm_offset_t va);
226 static int      pmap_pvh_wired_mappings(struct md_page *pvh, int count);
227
228 static int pmap_change_attr_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode);
229 static boolean_t pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va);
230 static boolean_t pmap_demote_pdpe(pmap_t pmap, pdp_entry_t *pdpe,
231     vm_offset_t va);
232 static boolean_t pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
233     vm_prot_t prot);
234 static vm_page_t pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
235     vm_page_t m, vm_prot_t prot, vm_page_t mpte);
236 static void pmap_fill_ptp(pt_entry_t *firstpte, pt_entry_t newpte);
237 static void pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte);
238 static boolean_t pmap_is_modified_pvh(struct md_page *pvh);
239 static boolean_t pmap_is_referenced_pvh(struct md_page *pvh);
240 static void pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode);
241 static vm_page_t pmap_lookup_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
242 static void pmap_pde_attr(pd_entry_t *pde, int cache_bits);
243 static void pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va);
244 static boolean_t pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva,
245     vm_prot_t prot);
246 static void pmap_pte_attr(pt_entry_t *pte, int cache_bits);
247 static int pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
248                 vm_page_t *free);
249 static int pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq,
250                 vm_offset_t sva, pd_entry_t ptepde, vm_page_t *free);
251 static void pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte);
252 static void pmap_remove_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
253     vm_page_t *free);
254 static void pmap_remove_entry(struct pmap *pmap, vm_page_t m,
255                 vm_offset_t va);
256 static void pmap_insert_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m);
257 static boolean_t pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
258     vm_page_t m);
259 static void pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
260     pd_entry_t newpde);
261 static void pmap_update_pde_invalidate(vm_offset_t va, pd_entry_t newpde);
262
263 static vm_page_t pmap_allocpde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, int flags);
264 static vm_page_t pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va, int flags);
265
266 static vm_page_t _pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex, int flags);
267 static int _pmap_unwire_pte_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
268                 vm_page_t* free);
269 static int pmap_unuse_pt(pmap_t, vm_offset_t, pd_entry_t, vm_page_t *);
270 static vm_offset_t pmap_kmem_choose(vm_offset_t addr);
271
272 CTASSERT(1 << PDESHIFT == sizeof(pd_entry_t));
273 CTASSERT(1 << PTESHIFT == sizeof(pt_entry_t));
274
275 /*
276  * Move the kernel virtual free pointer to the next
277  * 2MB.  This is used to help improve performance
278  * by using a large (2MB) page for much of the kernel
279  * (.text, .data, .bss)
280  */
281 static vm_offset_t
282 pmap_kmem_choose(vm_offset_t addr)
283 {
284         vm_offset_t newaddr = addr;
285
286         newaddr = (addr + (NBPDR - 1)) & ~(NBPDR - 1);
287         return (newaddr);
288 }
289
290 /********************/
291 /* Inline functions */
292 /********************/
293
294 /* Return a non-clipped PD index for a given VA */
295 static __inline vm_pindex_t
296 pmap_pde_pindex(vm_offset_t va)
297 {
298         return (va >> PDRSHIFT);
299 }
300
301
302 /* Return various clipped indexes for a given VA */
303 static __inline vm_pindex_t
304 pmap_pte_index(vm_offset_t va)
305 {
306
307         return ((va >> PAGE_SHIFT) & ((1ul << NPTEPGSHIFT) - 1));
308 }
309
310 static __inline vm_pindex_t
311 pmap_pde_index(vm_offset_t va)
312 {
313
314         return ((va >> PDRSHIFT) & ((1ul << NPDEPGSHIFT) - 1));
315 }
316
317 static __inline vm_pindex_t
318 pmap_pdpe_index(vm_offset_t va)
319 {
320
321         return ((va >> PDPSHIFT) & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1));
322 }
323
324 static __inline vm_pindex_t
325 pmap_pml4e_index(vm_offset_t va)
326 {
327
328         return ((va >> PML4SHIFT) & ((1ul << NPML4EPGSHIFT) - 1));
329 }
330
331 /* Return a pointer to the PML4 slot that corresponds to a VA */
332 static __inline pml4_entry_t *
333 pmap_pml4e(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
334 {
335
336         return (&pmap->pm_pml4[pmap_pml4e_index(va)]);
337 }
338
339 /* Return a pointer to the PDP slot that corresponds to a VA */
340 static __inline pdp_entry_t *
341 pmap_pml4e_to_pdpe(pml4_entry_t *pml4e, vm_offset_t va)
342 {
343         pdp_entry_t *pdpe;
344
345         pdpe = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4e & PG_FRAME);
346         return (&pdpe[pmap_pdpe_index(va)]);
347 }
348
349 /* Return a pointer to the PDP slot that corresponds to a VA */
350 static __inline pdp_entry_t *
351 pmap_pdpe(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
352 {
353         pml4_entry_t *pml4e;
354
355         pml4e = pmap_pml4e(pmap, va);
356         if ((*pml4e & PG_V) == 0)
357                 return (NULL);
358         return (pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, va));
359 }
360
361 /* Return a pointer to the PD slot that corresponds to a VA */
362 static __inline pd_entry_t *
363 pmap_pdpe_to_pde(pdp_entry_t *pdpe, vm_offset_t va)
364 {
365         pd_entry_t *pde;
366
367         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdpe & PG_FRAME);
368         return (&pde[pmap_pde_index(va)]);
369 }
370
371 /* Return a pointer to the PD slot that corresponds to a VA */
372 static __inline pd_entry_t *
373 pmap_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
374 {
375         pdp_entry_t *pdpe;
376
377         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
378         if (pdpe == NULL || (*pdpe & PG_V) == 0)
379                 return (NULL);
380         return (pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va));
381 }
382
383 /* Return a pointer to the PT slot that corresponds to a VA */
384 static __inline pt_entry_t *
385 pmap_pde_to_pte(pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
386 {
387         pt_entry_t *pte;
388
389         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pde & PG_FRAME);
390         return (&pte[pmap_pte_index(va)]);
391 }
392
393 /* Return a pointer to the PT slot that corresponds to a VA */
394 static __inline pt_entry_t *
395 pmap_pte(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
396 {
397         pd_entry_t *pde;
398
399         pde = pmap_pde(pmap, va);
400         if (pde == NULL || (*pde & PG_V) == 0)
401                 return (NULL);
402         if ((*pde & PG_PS) != 0)        /* compat with i386 pmap_pte() */
403                 return ((pt_entry_t *)pde);
404         return (pmap_pde_to_pte(pde, va));
405 }
406
407 static __inline void
408 pmap_resident_count_inc(pmap_t pmap, int count)
409 {
410
411         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
412         pmap->pm_stats.resident_count += count;
413 }
414
415 static __inline void
416 pmap_resident_count_dec(pmap_t pmap, int count)
417 {
418
419         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
420         pmap->pm_stats.resident_count -= count;
421 }
422
423 PMAP_INLINE pt_entry_t *
424 vtopte(vm_offset_t va)
425 {
426         u_int64_t mask = ((1ul << (NPTEPGSHIFT + NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT)) - 1);
427
428         return (PTmap + ((va >> PAGE_SHIFT) & mask));
429 }
430
431 static __inline pd_entry_t *
432 vtopde(vm_offset_t va)
433 {
434         u_int64_t mask = ((1ul << (NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT)) - 1);
435
436         return (PDmap + ((va >> PDRSHIFT) & mask));
437 }
438
439 static u_int64_t
440 allocpages(vm_paddr_t *firstaddr, int n)
441 {
442         u_int64_t ret;
443
444         ret = *firstaddr;
445         bzero((void *)ret, n * PAGE_SIZE);
446         *firstaddr += n * PAGE_SIZE;
447         return (ret);
448 }
449
450 CTASSERT(powerof2(NDMPML4E));
451
452 static void
453 create_pagetables(vm_paddr_t *firstaddr)
454 {
455         int i, j, ndm1g;
456
457         /* Allocate pages */
458         KPTphys = allocpages(firstaddr, NKPT);
459         KPML4phys = allocpages(firstaddr, 1);
460         KPDPphys = allocpages(firstaddr, NKPML4E);
461         KPDphys = allocpages(firstaddr, NKPDPE);
462
463         ndmpdp = (ptoa(Maxmem) + NBPDP - 1) >> PDPSHIFT;
464         if (ndmpdp < 4)         /* Minimum 4GB of dirmap */
465                 ndmpdp = 4;
466         DMPDPphys = allocpages(firstaddr, NDMPML4E);
467         ndm1g = 0;
468         if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0)
469                 ndm1g = ptoa(Maxmem) >> PDPSHIFT;
470         if (ndm1g < ndmpdp)
471                 DMPDphys = allocpages(firstaddr, ndmpdp - ndm1g);
472         dmaplimit = (vm_paddr_t)ndmpdp << PDPSHIFT;
473
474         /* Fill in the underlying page table pages */
475         /* Read-only from zero to physfree */
476         /* XXX not fully used, underneath 2M pages */
477         for (i = 0; (i << PAGE_SHIFT) < *firstaddr; i++) {
478                 ((pt_entry_t *)KPTphys)[i] = i << PAGE_SHIFT;
479                 ((pt_entry_t *)KPTphys)[i] |= PG_RW | PG_V | PG_G;
480         }
481
482         /* Now map the page tables at their location within PTmap */
483         for (i = 0; i < NKPT; i++) {
484                 ((pd_entry_t *)KPDphys)[i] = KPTphys + (i << PAGE_SHIFT);
485                 ((pd_entry_t *)KPDphys)[i] |= PG_RW | PG_V;
486         }
487
488         /* Map from zero to end of allocations under 2M pages */
489         /* This replaces some of the KPTphys entries above */
490         for (i = 0; (i << PDRSHIFT) < *firstaddr; i++) {
491                 ((pd_entry_t *)KPDphys)[i] = i << PDRSHIFT;
492                 ((pd_entry_t *)KPDphys)[i] |= PG_RW | PG_V | PG_PS | PG_G;
493         }
494
495         /* And connect up the PD to the PDP */
496         for (i = 0; i < NKPDPE; i++) {
497                 ((pdp_entry_t *)KPDPphys)[i + KPDPI] = KPDphys +
498                     (i << PAGE_SHIFT);
499                 ((pdp_entry_t *)KPDPphys)[i + KPDPI] |= PG_RW | PG_V | PG_U;
500         }
501
502         /*
503          * Now, set up the direct map region using 2MB and/or 1GB pages.  If
504          * the end of physical memory is not aligned to a 1GB page boundary,
505          * then the residual physical memory is mapped with 2MB pages.  Later,
506          * if pmap_mapdev{_attr}() uses the direct map for non-write-back
507          * memory, pmap_change_attr() will demote any 2MB or 1GB page mappings
508          * that are partially used. 
509          */
510         for (i = NPDEPG * ndm1g, j = 0; i < NPDEPG * ndmpdp; i++, j++) {
511                 ((pd_entry_t *)DMPDphys)[j] = (vm_paddr_t)i << PDRSHIFT;
512                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
513                 ((pd_entry_t *)DMPDphys)[j] |= PG_RW | PG_V | PG_PS | PG_G |
514                     PG_M | PG_A;
515         }
516         for (i = 0; i < ndm1g; i++) {
517                 ((pdp_entry_t *)DMPDPphys)[i] = (vm_paddr_t)i << PDPSHIFT;
518                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
519                 ((pdp_entry_t *)DMPDPphys)[i] |= PG_RW | PG_V | PG_PS | PG_G |
520                     PG_M | PG_A;
521         }
522         for (j = 0; i < ndmpdp; i++, j++) {
523                 ((pdp_entry_t *)DMPDPphys)[i] = DMPDphys + (j << PAGE_SHIFT);
524                 ((pdp_entry_t *)DMPDPphys)[i] |= PG_RW | PG_V | PG_U;
525         }
526
527         /* And recursively map PML4 to itself in order to get PTmap */
528         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[PML4PML4I] = KPML4phys;
529         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[PML4PML4I] |= PG_RW | PG_V | PG_U;
530
531         /* Connect the Direct Map slot(s) up to the PML4. */
532         for (i = 0; i < NDMPML4E; i++) {
533                 ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[DMPML4I + i] = DMPDPphys +
534                     (i << PAGE_SHIFT);
535                 ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[DMPML4I + i] |= PG_RW | PG_V | PG_U;
536         }
537
538         /* Connect the KVA slot up to the PML4 */
539         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[KPML4I] = KPDPphys;
540         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[KPML4I] |= PG_RW | PG_V | PG_U;
541 }
542
543 /*
544  *      Bootstrap the system enough to run with virtual memory.
545  *
546  *      On amd64 this is called after mapping has already been enabled
547  *      and just syncs the pmap module with what has already been done.
548  *      [We can't call it easily with mapping off since the kernel is not
549  *      mapped with PA == VA, hence we would have to relocate every address
550  *      from the linked base (virtual) address "KERNBASE" to the actual
551  *      (physical) address starting relative to 0]
552  */
553 void
554 pmap_bootstrap(vm_paddr_t *firstaddr)
555 {
556         vm_offset_t va;
557         pt_entry_t *pte, *unused;
558
559         /*
560          * Create an initial set of page tables to run the kernel in.
561          */
562         create_pagetables(firstaddr);
563
564         virtual_avail = (vm_offset_t) KERNBASE + *firstaddr;
565         virtual_avail = pmap_kmem_choose(virtual_avail);
566
567         virtual_end = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS;
568
569
570         /* XXX do %cr0 as well */
571         load_cr4(rcr4() | CR4_PGE | CR4_PSE);
572         load_cr3(KPML4phys);
573
574         /*
575          * Initialize the kernel pmap (which is statically allocated).
576          */
577         PMAP_LOCK_INIT(kernel_pmap);
578         kernel_pmap->pm_pml4 = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(KPML4phys);
579         kernel_pmap->pm_root = NULL;
580         CPU_FILL(&kernel_pmap->pm_active);      /* don't allow deactivation */
581         TAILQ_INIT(&kernel_pmap->pm_pvchunk);
582
583         /*
584          * Reserve some special page table entries/VA space for temporary
585          * mapping of pages.
586          */
587 #define SYSMAP(c, p, v, n)      \
588         v = (c)va; va += ((n)*PAGE_SIZE); p = pte; pte += (n);
589
590         va = virtual_avail;
591         pte = vtopte(va);
592
593         /*
594          * CMAP1 is only used for the memory test.
595          */
596         SYSMAP(caddr_t, CMAP1, CADDR1, 1)
597
598         /*
599          * Crashdump maps.
600          */
601         SYSMAP(caddr_t, unused, crashdumpmap, MAXDUMPPGS)
602
603         virtual_avail = va;
604
605         /* Initialize the PAT MSR. */
606         pmap_init_pat();
607 }
608
609 /*
610  * Setup the PAT MSR.
611  */
612 void
613 pmap_init_pat(void)
614 {
615         int pat_table[PAT_INDEX_SIZE];
616         uint64_t pat_msr;
617         u_long cr0, cr4;
618         int i;
619
620         /* Bail if this CPU doesn't implement PAT. */
621         if ((cpu_feature & CPUID_PAT) == 0)
622                 panic("no PAT??");
623
624         /* Set default PAT index table. */
625         for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
626                 pat_table[i] = -1;
627         pat_table[PAT_WRITE_BACK] = 0;
628         pat_table[PAT_WRITE_THROUGH] = 1;
629         pat_table[PAT_UNCACHEABLE] = 3;
630         pat_table[PAT_WRITE_COMBINING] = 3;
631         pat_table[PAT_WRITE_PROTECTED] = 3;
632         pat_table[PAT_UNCACHED] = 3;
633
634         /* Initialize default PAT entries. */
635         pat_msr = PAT_VALUE(0, PAT_WRITE_BACK) |
636             PAT_VALUE(1, PAT_WRITE_THROUGH) |
637             PAT_VALUE(2, PAT_UNCACHED) |
638             PAT_VALUE(3, PAT_UNCACHEABLE) |
639             PAT_VALUE(4, PAT_WRITE_BACK) |
640             PAT_VALUE(5, PAT_WRITE_THROUGH) |
641             PAT_VALUE(6, PAT_UNCACHED) |
642             PAT_VALUE(7, PAT_UNCACHEABLE);
643
644         if (pat_works) {
645                 /*
646                  * Leave the indices 0-3 at the default of WB, WT, UC-, and UC.
647                  * Program 5 and 6 as WP and WC.
648                  * Leave 4 and 7 as WB and UC.
649                  */
650                 pat_msr &= ~(PAT_MASK(5) | PAT_MASK(6));
651                 pat_msr |= PAT_VALUE(5, PAT_WRITE_PROTECTED) |
652                     PAT_VALUE(6, PAT_WRITE_COMBINING);
653                 pat_table[PAT_UNCACHED] = 2;
654                 pat_table[PAT_WRITE_PROTECTED] = 5;
655                 pat_table[PAT_WRITE_COMBINING] = 6;
656         } else {
657                 /*
658                  * Just replace PAT Index 2 with WC instead of UC-.
659                  */
660                 pat_msr &= ~PAT_MASK(2);
661                 pat_msr |= PAT_VALUE(2, PAT_WRITE_COMBINING);
662                 pat_table[PAT_WRITE_COMBINING] = 2;
663         }
664
665         /* Disable PGE. */
666         cr4 = rcr4();
667         load_cr4(cr4 & ~CR4_PGE);
668
669         /* Disable caches (CD = 1, NW = 0). */
670         cr0 = rcr0();
671         load_cr0((cr0 & ~CR0_NW) | CR0_CD);
672
673         /* Flushes caches and TLBs. */
674         wbinvd();
675         invltlb();
676
677         /* Update PAT and index table. */
678         wrmsr(MSR_PAT, pat_msr);
679         for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
680                 pat_index[i] = pat_table[i];
681
682         /* Flush caches and TLBs again. */
683         wbinvd();
684         invltlb();
685
686         /* Restore caches and PGE. */
687         load_cr0(cr0);
688         load_cr4(cr4);
689 }
690
691 /*
692  *      Initialize a vm_page's machine-dependent fields.
693  */
694 void
695 pmap_page_init(vm_page_t m)
696 {
697
698         TAILQ_INIT(&m->md.pv_list);
699         m->md.pat_mode = PAT_WRITE_BACK;
700 }
701
702 /*
703  *      Initialize the pmap module.
704  *      Called by vm_init, to initialize any structures that the pmap
705  *      system needs to map virtual memory.
706  */
707 void
708 pmap_init(void)
709 {
710         vm_page_t mpte;
711         vm_size_t s;
712         int i, pv_npg;
713
714         /*
715          * Initialize the vm page array entries for the kernel pmap's
716          * page table pages.
717          */ 
718         for (i = 0; i < NKPT; i++) {
719                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(KPTphys + (i << PAGE_SHIFT));
720                 KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
721                     mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
722                     ("pmap_init: page table page is out of range"));
723                 mpte->pindex = pmap_pde_pindex(KERNBASE) + i;
724                 mpte->phys_addr = KPTphys + (i << PAGE_SHIFT);
725         }
726
727         /*
728          * If the kernel is running in a virtual machine on an AMD Family 10h
729          * processor, then it must assume that MCA is enabled by the virtual
730          * machine monitor.
731          */
732         if (vm_guest == VM_GUEST_VM && cpu_vendor_id == CPU_VENDOR_AMD &&
733             CPUID_TO_FAMILY(cpu_id) == 0x10)
734                 workaround_erratum383 = 1;
735
736         /*
737          * Are large page mappings enabled?
738          */
739         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.pg_ps_enabled", &pg_ps_enabled);
740         if (pg_ps_enabled) {
741                 KASSERT(MAXPAGESIZES > 1 && pagesizes[1] == 0,
742                     ("pmap_init: can't assign to pagesizes[1]"));
743                 pagesizes[1] = NBPDR;
744         }
745
746         /*
747          * Calculate the size of the pv head table for superpages.
748          */
749         for (i = 0; phys_avail[i + 1]; i += 2);
750         pv_npg = round_2mpage(phys_avail[(i - 2) + 1]) / NBPDR;
751
752         /*
753          * Allocate memory for the pv head table for superpages.
754          */
755         s = (vm_size_t)(pv_npg * sizeof(struct md_page));
756         s = round_page(s);
757         pv_table = (struct md_page *)kmem_alloc(kernel_map, s);
758         for (i = 0; i < pv_npg; i++)
759                 TAILQ_INIT(&pv_table[i].pv_list);
760 }
761
762 SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, pde, CTLFLAG_RD, 0,
763     "2MB page mapping counters");
764
765 static u_long pmap_pde_demotions;
766 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
767     &pmap_pde_demotions, 0, "2MB page demotions");
768
769 static u_long pmap_pde_mappings;
770 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, mappings, CTLFLAG_RD,
771     &pmap_pde_mappings, 0, "2MB page mappings");
772
773 static u_long pmap_pde_p_failures;
774 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, p_failures, CTLFLAG_RD,
775     &pmap_pde_p_failures, 0, "2MB page promotion failures");
776
777 static u_long pmap_pde_promotions;
778 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, promotions, CTLFLAG_RD,
779     &pmap_pde_promotions, 0, "2MB page promotions");
780
781 SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, pdpe, CTLFLAG_RD, 0,
782     "1GB page mapping counters");
783
784 static u_long pmap_pdpe_demotions;
785 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pdpe, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
786     &pmap_pdpe_demotions, 0, "1GB page demotions");
787
788 /***************************************************
789  * Low level helper routines.....
790  ***************************************************/
791
792 /*
793  * Determine the appropriate bits to set in a PTE or PDE for a specified
794  * caching mode.
795  */
796 static int
797 pmap_cache_bits(int mode, boolean_t is_pde)
798 {
799         int cache_bits, pat_flag, pat_idx;
800
801         if (mode < 0 || mode >= PAT_INDEX_SIZE || pat_index[mode] < 0)
802                 panic("Unknown caching mode %d\n", mode);
803
804         /* The PAT bit is different for PTE's and PDE's. */
805         pat_flag = is_pde ? PG_PDE_PAT : PG_PTE_PAT;
806
807         /* Map the caching mode to a PAT index. */
808         pat_idx = pat_index[mode];
809
810         /* Map the 3-bit index value into the PAT, PCD, and PWT bits. */
811         cache_bits = 0;
812         if (pat_idx & 0x4)
813                 cache_bits |= pat_flag;
814         if (pat_idx & 0x2)
815                 cache_bits |= PG_NC_PCD;
816         if (pat_idx & 0x1)
817                 cache_bits |= PG_NC_PWT;
818         return (cache_bits);
819 }
820
821 /*
822  * After changing the page size for the specified virtual address in the page
823  * table, flush the corresponding entries from the processor's TLB.  Only the
824  * calling processor's TLB is affected.
825  *
826  * The calling thread must be pinned to a processor.
827  */
828 static void
829 pmap_update_pde_invalidate(vm_offset_t va, pd_entry_t newpde)
830 {
831         u_long cr4;
832
833         if ((newpde & PG_PS) == 0)
834                 /* Demotion: flush a specific 2MB page mapping. */
835                 invlpg(va);
836         else if ((newpde & PG_G) == 0)
837                 /*
838                  * Promotion: flush every 4KB page mapping from the TLB
839                  * because there are too many to flush individually.
840                  */
841                 invltlb();
842         else {
843                 /*
844                  * Promotion: flush every 4KB page mapping from the TLB,
845                  * including any global (PG_G) mappings.
846                  */
847                 cr4 = rcr4();
848                 load_cr4(cr4 & ~CR4_PGE);
849                 /*
850                  * Although preemption at this point could be detrimental to
851                  * performance, it would not lead to an error.  PG_G is simply
852                  * ignored if CR4.PGE is clear.  Moreover, in case this block
853                  * is re-entered, the load_cr4() either above or below will
854                  * modify CR4.PGE flushing the TLB.
855                  */
856                 load_cr4(cr4 | CR4_PGE);
857         }
858 }
859 #ifdef SMP
860 /*
861  * For SMP, these functions have to use the IPI mechanism for coherence.
862  *
863  * N.B.: Before calling any of the following TLB invalidation functions,
864  * the calling processor must ensure that all stores updating a non-
865  * kernel page table are globally performed.  Otherwise, another
866  * processor could cache an old, pre-update entry without being
867  * invalidated.  This can happen one of two ways: (1) The pmap becomes
868  * active on another processor after its pm_active field is checked by
869  * one of the following functions but before a store updating the page
870  * table is globally performed. (2) The pmap becomes active on another
871  * processor before its pm_active field is checked but due to
872  * speculative loads one of the following functions stills reads the
873  * pmap as inactive on the other processor.
874  * 
875  * The kernel page table is exempt because its pm_active field is
876  * immutable.  The kernel page table is always active on every
877  * processor.
878  */
879 void
880 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
881 {
882         cpuset_t other_cpus;
883         u_int cpuid;
884
885         sched_pin();
886         if (pmap == kernel_pmap || !CPU_CMP(&pmap->pm_active, &all_cpus)) {
887                 invlpg(va);
888                 smp_invlpg(va);
889         } else {
890                 cpuid = PCPU_GET(cpuid);
891                 other_cpus = all_cpus;
892                 CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
893                 if (CPU_ISSET(cpuid, &pmap->pm_active))
894                         invlpg(va);
895                 CPU_AND(&other_cpus, &pmap->pm_active);
896                 if (!CPU_EMPTY(&other_cpus))
897                         smp_masked_invlpg(other_cpus, va);
898         }
899         sched_unpin();
900 }
901
902 void
903 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
904 {
905         cpuset_t other_cpus;
906         vm_offset_t addr;
907         u_int cpuid;
908
909         sched_pin();
910         if (pmap == kernel_pmap || !CPU_CMP(&pmap->pm_active, &all_cpus)) {
911                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
912                         invlpg(addr);
913                 smp_invlpg_range(sva, eva);
914         } else {
915                 cpuid = PCPU_GET(cpuid);
916                 other_cpus = all_cpus;
917                 CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
918                 if (CPU_ISSET(cpuid, &pmap->pm_active))
919                         for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
920                                 invlpg(addr);
921                 CPU_AND(&other_cpus, &pmap->pm_active);
922                 if (!CPU_EMPTY(&other_cpus))
923                         smp_masked_invlpg_range(other_cpus, sva, eva);
924         }
925         sched_unpin();
926 }
927
928 void
929 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
930 {
931         cpuset_t other_cpus;
932         u_int cpuid;
933
934         sched_pin();
935         if (pmap == kernel_pmap || !CPU_CMP(&pmap->pm_active, &all_cpus)) {
936                 invltlb();
937                 smp_invltlb();
938         } else {
939                 cpuid = PCPU_GET(cpuid);
940                 other_cpus = all_cpus;
941                 CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
942                 if (CPU_ISSET(cpuid, &pmap->pm_active))
943                         invltlb();
944                 CPU_AND(&other_cpus, &pmap->pm_active);
945                 if (!CPU_EMPTY(&other_cpus))
946                         smp_masked_invltlb(other_cpus);
947         }
948         sched_unpin();
949 }
950
951 void
952 pmap_invalidate_cache(void)
953 {
954
955         sched_pin();
956         wbinvd();
957         smp_cache_flush();
958         sched_unpin();
959 }
960
961 struct pde_action {
962         cpuset_t invalidate;    /* processors that invalidate their TLB */
963         vm_offset_t va;
964         pd_entry_t *pde;
965         pd_entry_t newpde;
966         u_int store;            /* processor that updates the PDE */
967 };
968
969 static void
970 pmap_update_pde_action(void *arg)
971 {
972         struct pde_action *act = arg;
973
974         if (act->store == PCPU_GET(cpuid))
975                 pde_store(act->pde, act->newpde);
976 }
977
978 static void
979 pmap_update_pde_teardown(void *arg)
980 {
981         struct pde_action *act = arg;
982
983         if (CPU_ISSET(PCPU_GET(cpuid), &act->invalidate))
984                 pmap_update_pde_invalidate(act->va, act->newpde);
985 }
986
987 /*
988  * Change the page size for the specified virtual address in a way that
989  * prevents any possibility of the TLB ever having two entries that map the
990  * same virtual address using different page sizes.  This is the recommended
991  * workaround for Erratum 383 on AMD Family 10h processors.  It prevents a
992  * machine check exception for a TLB state that is improperly diagnosed as a
993  * hardware error.
994  */
995 static void
996 pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
997 {
998         struct pde_action act;
999         cpuset_t active, other_cpus;
1000         u_int cpuid;
1001
1002         sched_pin();
1003         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1004         other_cpus = all_cpus;
1005         CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
1006         if (pmap == kernel_pmap)
1007                 active = all_cpus;
1008         else
1009                 active = pmap->pm_active;
1010         if (CPU_OVERLAP(&active, &other_cpus)) { 
1011                 act.store = cpuid;
1012                 act.invalidate = active;
1013                 act.va = va;
1014                 act.pde = pde;
1015                 act.newpde = newpde;
1016                 CPU_SET(cpuid, &active);
1017                 smp_rendezvous_cpus(active,
1018                     smp_no_rendevous_barrier, pmap_update_pde_action,
1019                     pmap_update_pde_teardown, &act);
1020         } else {
1021                 pde_store(pde, newpde);
1022                 if (CPU_ISSET(cpuid, &active))
1023                         pmap_update_pde_invalidate(va, newpde);
1024         }
1025         sched_unpin();
1026 }
1027 #else /* !SMP */
1028 /*
1029  * Normal, non-SMP, invalidation functions.
1030  * We inline these within pmap.c for speed.
1031  */
1032 PMAP_INLINE void
1033 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1034 {
1035
1036         if (pmap == kernel_pmap || !CPU_EMPTY(&pmap->pm_active))
1037                 invlpg(va);
1038 }
1039
1040 PMAP_INLINE void
1041 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
1042 {
1043         vm_offset_t addr;
1044
1045         if (pmap == kernel_pmap || !CPU_EMPTY(&pmap->pm_active))
1046                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
1047                         invlpg(addr);
1048 }
1049
1050 PMAP_INLINE void
1051 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
1052 {
1053
1054         if (pmap == kernel_pmap || !CPU_EMPTY(&pmap->pm_active))
1055                 invltlb();
1056 }
1057
1058 PMAP_INLINE void
1059 pmap_invalidate_cache(void)
1060 {
1061
1062         wbinvd();
1063 }
1064
1065 static void
1066 pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
1067 {
1068
1069         pde_store(pde, newpde);
1070         if (pmap == kernel_pmap || !CPU_EMPTY(&pmap->pm_active))
1071                 pmap_update_pde_invalidate(va, newpde);
1072 }
1073 #endif /* !SMP */
1074
1075 #define PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD   (2 * 1024 * 1024)
1076
1077 void
1078 pmap_invalidate_cache_range(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
1079 {
1080
1081         KASSERT((sva & PAGE_MASK) == 0,
1082             ("pmap_invalidate_cache_range: sva not page-aligned"));
1083         KASSERT((eva & PAGE_MASK) == 0,
1084             ("pmap_invalidate_cache_range: eva not page-aligned"));
1085
1086         if (cpu_feature & CPUID_SS)
1087                 ; /* If "Self Snoop" is supported, do nothing. */
1088         else if ((cpu_feature & CPUID_CLFSH) != 0 &&
1089             eva - sva < PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD) {
1090
1091                 /*
1092                  * Otherwise, do per-cache line flush.  Use the mfence
1093                  * instruction to insure that previous stores are
1094                  * included in the write-back.  The processor
1095                  * propagates flush to other processors in the cache
1096                  * coherence domain.
1097                  */
1098                 mfence();
1099                 for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size)
1100                         clflush(sva);
1101                 mfence();
1102         } else {
1103
1104                 /*
1105                  * No targeted cache flush methods are supported by CPU,
1106                  * or the supplied range is bigger than 2MB.
1107                  * Globally invalidate cache.
1108                  */
1109                 pmap_invalidate_cache();
1110         }
1111 }
1112
1113 /*
1114  * Remove the specified set of pages from the data and instruction caches.
1115  *
1116  * In contrast to pmap_invalidate_cache_range(), this function does not
1117  * rely on the CPU's self-snoop feature, because it is intended for use
1118  * when moving pages into a different cache domain.
1119  */
1120 void
1121 pmap_invalidate_cache_pages(vm_page_t *pages, int count)
1122 {
1123         vm_offset_t daddr, eva;
1124         int i;
1125
1126         if (count >= PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD / PAGE_SIZE ||
1127             (cpu_feature & CPUID_CLFSH) == 0)
1128                 pmap_invalidate_cache();
1129         else {
1130                 mfence();
1131                 for (i = 0; i < count; i++) {
1132                         daddr = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pages[i]));
1133                         eva = daddr + PAGE_SIZE;
1134                         for (; daddr < eva; daddr += cpu_clflush_line_size)
1135                                 clflush(daddr);
1136                 }
1137                 mfence();
1138         }
1139 }
1140
1141 /*
1142  * Are we current address space or kernel?
1143  */
1144 static __inline int
1145 pmap_is_current(pmap_t pmap)
1146 {
1147         return (pmap == kernel_pmap ||
1148             (pmap->pm_pml4[PML4PML4I] & PG_FRAME) == (PML4pml4e[0] & PG_FRAME));
1149 }
1150
1151 /*
1152  *      Routine:        pmap_extract
1153  *      Function:
1154  *              Extract the physical page address associated
1155  *              with the given map/virtual_address pair.
1156  */
1157 vm_paddr_t 
1158 pmap_extract(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1159 {
1160         pdp_entry_t *pdpe;
1161         pd_entry_t *pde;
1162         pt_entry_t *pte;
1163         vm_paddr_t pa;
1164
1165         pa = 0;
1166         PMAP_LOCK(pmap);
1167         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
1168         if (pdpe != NULL && (*pdpe & PG_V) != 0) {
1169                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0)
1170                         pa = (*pdpe & PG_PS_FRAME) | (va & PDPMASK);
1171                 else {
1172                         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
1173                         if ((*pde & PG_V) != 0) {
1174                                 if ((*pde & PG_PS) != 0) {
1175                                         pa = (*pde & PG_PS_FRAME) |
1176                                             (va & PDRMASK);
1177                                 } else {
1178                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
1179                                         pa = (*pte & PG_FRAME) |
1180                                             (va & PAGE_MASK);
1181                                 }
1182                         }
1183                 }
1184         }
1185         PMAP_UNLOCK(pmap);
1186         return (pa);
1187 }
1188
1189 /*
1190  *      Routine:        pmap_extract_and_hold
1191  *      Function:
1192  *              Atomically extract and hold the physical page
1193  *              with the given pmap and virtual address pair
1194  *              if that mapping permits the given protection.
1195  */
1196 vm_page_t
1197 pmap_extract_and_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_prot_t prot)
1198 {
1199         pd_entry_t pde, *pdep;
1200         pt_entry_t pte;
1201         vm_paddr_t pa;
1202         vm_page_t m;
1203
1204         pa = 0;
1205         m = NULL;
1206         PMAP_LOCK(pmap);
1207 retry:
1208         pdep = pmap_pde(pmap, va);
1209         if (pdep != NULL && (pde = *pdep)) {
1210                 if (pde & PG_PS) {
1211                         if ((pde & PG_RW) || (prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
1212                                 if (vm_page_pa_tryrelock(pmap, (pde &
1213                                     PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK), &pa))
1214                                         goto retry;
1215                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE((pde & PG_PS_FRAME) |
1216                                     (va & PDRMASK));
1217                                 vm_page_hold(m);
1218                         }
1219                 } else {
1220                         pte = *pmap_pde_to_pte(pdep, va);
1221                         if ((pte & PG_V) &&
1222                             ((pte & PG_RW) || (prot & VM_PROT_WRITE) == 0)) {
1223                                 if (vm_page_pa_tryrelock(pmap, pte & PG_FRAME,
1224                                     &pa))
1225                                         goto retry;
1226                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pte & PG_FRAME);
1227                                 vm_page_hold(m);
1228                         }
1229                 }
1230         }
1231         PA_UNLOCK_COND(pa);
1232         PMAP_UNLOCK(pmap);
1233         return (m);
1234 }
1235
1236 vm_paddr_t
1237 pmap_kextract(vm_offset_t va)
1238 {
1239         pd_entry_t pde;
1240         vm_paddr_t pa;
1241
1242         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS) {
1243                 pa = DMAP_TO_PHYS(va);
1244         } else {
1245                 pde = *vtopde(va);
1246                 if (pde & PG_PS) {
1247                         pa = (pde & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK);
1248                 } else {
1249                         /*
1250                          * Beware of a concurrent promotion that changes the
1251                          * PDE at this point!  For example, vtopte() must not
1252                          * be used to access the PTE because it would use the
1253                          * new PDE.  It is, however, safe to use the old PDE
1254                          * because the page table page is preserved by the
1255                          * promotion.
1256                          */
1257                         pa = *pmap_pde_to_pte(&pde, va);
1258                         pa = (pa & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK);
1259                 }
1260         }
1261         return (pa);
1262 }
1263
1264 /***************************************************
1265  * Low level mapping routines.....
1266  ***************************************************/
1267
1268 /*
1269  * Add a wired page to the kva.
1270  * Note: not SMP coherent.
1271  */
1272 PMAP_INLINE void 
1273 pmap_kenter(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
1274 {
1275         pt_entry_t *pte;
1276
1277         pte = vtopte(va);
1278         pte_store(pte, pa | PG_RW | PG_V | PG_G);
1279 }
1280
1281 static __inline void
1282 pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode)
1283 {
1284         pt_entry_t *pte;
1285
1286         pte = vtopte(va);
1287         pte_store(pte, pa | PG_RW | PG_V | PG_G | pmap_cache_bits(mode, 0));
1288 }
1289
1290 /*
1291  * Remove a page from the kernel pagetables.
1292  * Note: not SMP coherent.
1293  */
1294 PMAP_INLINE void
1295 pmap_kremove(vm_offset_t va)
1296 {
1297         pt_entry_t *pte;
1298
1299         pte = vtopte(va);
1300         pte_clear(pte);
1301 }
1302
1303 /*
1304  *      Used to map a range of physical addresses into kernel
1305  *      virtual address space.
1306  *
1307  *      The value passed in '*virt' is a suggested virtual address for
1308  *      the mapping. Architectures which can support a direct-mapped
1309  *      physical to virtual region can return the appropriate address
1310  *      within that region, leaving '*virt' unchanged. Other
1311  *      architectures should map the pages starting at '*virt' and
1312  *      update '*virt' with the first usable address after the mapped
1313  *      region.
1314  */
1315 vm_offset_t
1316 pmap_map(vm_offset_t *virt, vm_paddr_t start, vm_paddr_t end, int prot)
1317 {
1318         return PHYS_TO_DMAP(start);
1319 }
1320
1321
1322 /*
1323  * Add a list of wired pages to the kva
1324  * this routine is only used for temporary
1325  * kernel mappings that do not need to have
1326  * page modification or references recorded.
1327  * Note that old mappings are simply written
1328  * over.  The page *must* be wired.
1329  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
1330  */
1331 void
1332 pmap_qenter(vm_offset_t sva, vm_page_t *ma, int count)
1333 {
1334         pt_entry_t *endpte, oldpte, pa, *pte;
1335         vm_page_t m;
1336
1337         oldpte = 0;
1338         pte = vtopte(sva);
1339         endpte = pte + count;
1340         while (pte < endpte) {
1341                 m = *ma++;
1342                 pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | pmap_cache_bits(m->md.pat_mode, 0);
1343                 if ((*pte & (PG_FRAME | PG_PTE_CACHE)) != pa) {
1344                         oldpte |= *pte;
1345                         pte_store(pte, pa | PG_G | PG_RW | PG_V);
1346                 }
1347                 pte++;
1348         }
1349         if (__predict_false((oldpte & PG_V) != 0))
1350                 pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, sva + count *
1351                     PAGE_SIZE);
1352 }
1353
1354 /*
1355  * This routine tears out page mappings from the
1356  * kernel -- it is meant only for temporary mappings.
1357  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
1358  */
1359 void
1360 pmap_qremove(vm_offset_t sva, int count)
1361 {
1362         vm_offset_t va;
1363
1364         va = sva;
1365         while (count-- > 0) {
1366                 pmap_kremove(va);
1367                 va += PAGE_SIZE;
1368         }
1369         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
1370 }
1371
1372 /***************************************************
1373  * Page table page management routines.....
1374  ***************************************************/
1375 static __inline void
1376 pmap_free_zero_pages(vm_page_t free)
1377 {
1378         vm_page_t m;
1379
1380         while (free != NULL) {
1381                 m = free;
1382                 free = m->right;
1383                 /* Preserve the page's PG_ZERO setting. */
1384                 vm_page_free_toq(m);
1385         }
1386 }
1387
1388 /*
1389  * Schedule the specified unused page table page to be freed.  Specifically,
1390  * add the page to the specified list of pages that will be released to the
1391  * physical memory manager after the TLB has been updated.
1392  */
1393 static __inline void
1394 pmap_add_delayed_free_list(vm_page_t m, vm_page_t *free, boolean_t set_PG_ZERO)
1395 {
1396
1397         if (set_PG_ZERO)
1398                 m->flags |= PG_ZERO;
1399         else
1400                 m->flags &= ~PG_ZERO;
1401         m->right = *free;
1402         *free = m;
1403 }
1404         
1405 /*
1406  * Inserts the specified page table page into the specified pmap's collection
1407  * of idle page table pages.  Each of a pmap's page table pages is responsible
1408  * for mapping a distinct range of virtual addresses.  The pmap's collection is
1409  * ordered by this virtual address range.
1410  */
1411 static void
1412 pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte)
1413 {
1414         vm_page_t root;
1415
1416         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1417         root = pmap->pm_root;
1418         if (root == NULL) {
1419                 mpte->left = NULL;
1420                 mpte->right = NULL;
1421         } else {
1422                 root = vm_page_splay(mpte->pindex, root);
1423                 if (mpte->pindex < root->pindex) {
1424                         mpte->left = root->left;
1425                         mpte->right = root;
1426                         root->left = NULL;
1427                 } else if (mpte->pindex == root->pindex)
1428                         panic("pmap_insert_pt_page: pindex already inserted");
1429                 else {
1430                         mpte->right = root->right;
1431                         mpte->left = root;
1432                         root->right = NULL;
1433                 }
1434         }
1435         pmap->pm_root = mpte;
1436 }
1437
1438 /*
1439  * Looks for a page table page mapping the specified virtual address in the
1440  * specified pmap's collection of idle page table pages.  Returns NULL if there
1441  * is no page table page corresponding to the specified virtual address.
1442  */
1443 static vm_page_t
1444 pmap_lookup_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1445 {
1446         vm_page_t mpte;
1447         vm_pindex_t pindex = pmap_pde_pindex(va);
1448
1449         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1450         if ((mpte = pmap->pm_root) != NULL && mpte->pindex != pindex) {
1451                 mpte = vm_page_splay(pindex, mpte);
1452                 if ((pmap->pm_root = mpte)->pindex != pindex)
1453                         mpte = NULL;
1454         }
1455         return (mpte);
1456 }
1457
1458 /*
1459  * Removes the specified page table page from the specified pmap's collection
1460  * of idle page table pages.  The specified page table page must be a member of
1461  * the pmap's collection.
1462  */
1463 static void
1464 pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte)
1465 {
1466         vm_page_t root;
1467
1468         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1469         if (mpte != pmap->pm_root) {
1470                 root = vm_page_splay(mpte->pindex, pmap->pm_root);
1471                 KASSERT(mpte == root,
1472                     ("pmap_remove_pt_page: mpte %p is missing from pmap %p",
1473                     mpte, pmap));
1474         }
1475         if (mpte->left == NULL)
1476                 root = mpte->right;
1477         else {
1478                 root = vm_page_splay(mpte->pindex, mpte->left);
1479                 root->right = mpte->right;
1480         }
1481         pmap->pm_root = root;
1482 }
1483
1484 /*
1485  * This routine unholds page table pages, and if the hold count
1486  * drops to zero, then it decrements the wire count.
1487  */
1488 static __inline int
1489 pmap_unwire_pte_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_page_t *free)
1490 {
1491
1492         --m->wire_count;
1493         if (m->wire_count == 0)
1494                 return (_pmap_unwire_pte_hold(pmap, va, m, free));
1495         else
1496                 return (0);
1497 }
1498
1499 static int 
1500 _pmap_unwire_pte_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, 
1501     vm_page_t *free)
1502 {
1503
1504         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1505         /*
1506          * unmap the page table page
1507          */
1508         if (m->pindex >= (NUPDE + NUPDPE)) {
1509                 /* PDP page */
1510                 pml4_entry_t *pml4;
1511                 pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
1512                 *pml4 = 0;
1513         } else if (m->pindex >= NUPDE) {
1514                 /* PD page */
1515                 pdp_entry_t *pdp;
1516                 pdp = pmap_pdpe(pmap, va);
1517                 *pdp = 0;
1518         } else {
1519                 /* PTE page */
1520                 pd_entry_t *pd;
1521                 pd = pmap_pde(pmap, va);
1522                 *pd = 0;
1523         }
1524         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
1525         if (m->pindex < NUPDE) {
1526                 /* We just released a PT, unhold the matching PD */
1527                 vm_page_t pdpg;
1528
1529                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pdpe(pmap, va) & PG_FRAME);
1530                 pmap_unwire_pte_hold(pmap, va, pdpg, free);
1531         }
1532         if (m->pindex >= NUPDE && m->pindex < (NUPDE + NUPDPE)) {
1533                 /* We just released a PD, unhold the matching PDP */
1534                 vm_page_t pdppg;
1535
1536                 pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pml4e(pmap, va) & PG_FRAME);
1537                 pmap_unwire_pte_hold(pmap, va, pdppg, free);
1538         }
1539
1540         /*
1541          * This is a release store so that the ordinary store unmapping
1542          * the page table page is globally performed before TLB shoot-
1543          * down is begun.
1544          */
1545         atomic_subtract_rel_int(&cnt.v_wire_count, 1);
1546
1547         /* 
1548          * Put page on a list so that it is released after
1549          * *ALL* TLB shootdown is done
1550          */
1551         pmap_add_delayed_free_list(m, free, TRUE);
1552         
1553         return (1);
1554 }
1555
1556 /*
1557  * After removing a page table entry, this routine is used to
1558  * conditionally free the page, and manage the hold/wire counts.
1559  */
1560 static int
1561 pmap_unuse_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t ptepde, vm_page_t *free)
1562 {
1563         vm_page_t mpte;
1564
1565         if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
1566                 return (0);
1567         KASSERT(ptepde != 0, ("pmap_unuse_pt: ptepde != 0"));
1568         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(ptepde & PG_FRAME);
1569         return (pmap_unwire_pte_hold(pmap, va, mpte, free));
1570 }
1571
1572 void
1573 pmap_pinit0(pmap_t pmap)
1574 {
1575
1576         PMAP_LOCK_INIT(pmap);
1577         pmap->pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(KPML4phys);
1578         pmap->pm_root = NULL;
1579         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
1580         PCPU_SET(curpmap, pmap);
1581         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
1582         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
1583 }
1584
1585 /*
1586  * Initialize a preallocated and zeroed pmap structure,
1587  * such as one in a vmspace structure.
1588  */
1589 int
1590 pmap_pinit(pmap_t pmap)
1591 {
1592         vm_page_t pml4pg;
1593         static vm_pindex_t color;
1594         int i;
1595
1596         PMAP_LOCK_INIT(pmap);
1597
1598         /*
1599          * allocate the page directory page
1600          */
1601         while ((pml4pg = vm_page_alloc(NULL, color++, VM_ALLOC_NOOBJ |
1602             VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO)) == NULL)
1603                 VM_WAIT;
1604
1605         pmap->pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg));
1606
1607         if ((pml4pg->flags & PG_ZERO) == 0)
1608                 pagezero(pmap->pm_pml4);
1609
1610         /* Wire in kernel global address entries. */
1611         pmap->pm_pml4[KPML4I] = KPDPphys | PG_RW | PG_V | PG_U;
1612         for (i = 0; i < NDMPML4E; i++) {
1613                 pmap->pm_pml4[DMPML4I + i] = (DMPDPphys + (i << PAGE_SHIFT)) |
1614                     PG_RW | PG_V | PG_U;
1615         }
1616
1617         /* install self-referential address mapping entry(s) */
1618         pmap->pm_pml4[PML4PML4I] = VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg) | PG_V | PG_RW | PG_A | PG_M;
1619
1620         pmap->pm_root = NULL;
1621         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
1622         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
1623         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
1624
1625         return (1);
1626 }
1627
1628 /*
1629  * this routine is called if the page table page is not
1630  * mapped correctly.
1631  *
1632  * Note: If a page allocation fails at page table level two or three,
1633  * one or two pages may be held during the wait, only to be released
1634  * afterwards.  This conservative approach is easily argued to avoid
1635  * race conditions.
1636  */
1637 static vm_page_t
1638 _pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex, int flags)
1639 {
1640         vm_page_t m, pdppg, pdpg;
1641
1642         KASSERT((flags & (M_NOWAIT | M_WAITOK)) == M_NOWAIT ||
1643             (flags & (M_NOWAIT | M_WAITOK)) == M_WAITOK,
1644             ("_pmap_allocpte: flags is neither M_NOWAIT nor M_WAITOK"));
1645
1646         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1647         /*
1648          * Allocate a page table page.
1649          */
1650         if ((m = vm_page_alloc(NULL, ptepindex, VM_ALLOC_NOOBJ |
1651             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO)) == NULL) {
1652                 if (flags & M_WAITOK) {
1653                         PMAP_UNLOCK(pmap);
1654                         vm_page_unlock_queues();
1655                         VM_WAIT;
1656                         vm_page_lock_queues();
1657                         PMAP_LOCK(pmap);
1658                 }
1659
1660                 /*
1661                  * Indicate the need to retry.  While waiting, the page table
1662                  * page may have been allocated.
1663                  */
1664                 return (NULL);
1665         }
1666         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0)
1667                 pmap_zero_page(m);
1668
1669         /*
1670          * Map the pagetable page into the process address space, if
1671          * it isn't already there.
1672          */
1673
1674         if (ptepindex >= (NUPDE + NUPDPE)) {
1675                 pml4_entry_t *pml4;
1676                 vm_pindex_t pml4index;
1677
1678                 /* Wire up a new PDPE page */
1679                 pml4index = ptepindex - (NUPDE + NUPDPE);
1680                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
1681                 *pml4 = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
1682
1683         } else if (ptepindex >= NUPDE) {
1684                 vm_pindex_t pml4index;
1685                 vm_pindex_t pdpindex;
1686                 pml4_entry_t *pml4;
1687                 pdp_entry_t *pdp;
1688
1689                 /* Wire up a new PDE page */
1690                 pdpindex = ptepindex - NUPDE;
1691                 pml4index = pdpindex >> NPML4EPGSHIFT;
1692
1693                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
1694                 if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
1695                         /* Have to allocate a new pdp, recurse */
1696                         if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + NUPDPE + pml4index,
1697                             flags) == NULL) {
1698                                 --m->wire_count;
1699                                 atomic_subtract_int(&cnt.v_wire_count, 1);
1700                                 vm_page_free_zero(m);
1701                                 return (NULL);
1702                         }
1703                 } else {
1704                         /* Add reference to pdp page */
1705                         pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pml4 & PG_FRAME);
1706                         pdppg->wire_count++;
1707                 }
1708                 pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
1709
1710                 /* Now find the pdp page */
1711                 pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
1712                 *pdp = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
1713
1714         } else {
1715                 vm_pindex_t pml4index;
1716                 vm_pindex_t pdpindex;
1717                 pml4_entry_t *pml4;
1718                 pdp_entry_t *pdp;
1719                 pd_entry_t *pd;
1720
1721                 /* Wire up a new PTE page */
1722                 pdpindex = ptepindex >> NPDPEPGSHIFT;
1723                 pml4index = pdpindex >> NPML4EPGSHIFT;
1724
1725                 /* First, find the pdp and check that its valid. */
1726                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
1727                 if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
1728                         /* Have to allocate a new pd, recurse */
1729                         if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex,
1730                             flags) == NULL) {
1731                                 --m->wire_count;
1732                                 atomic_subtract_int(&cnt.v_wire_count, 1);
1733                                 vm_page_free_zero(m);
1734                                 return (NULL);
1735                         }
1736                         pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
1737                         pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
1738                 } else {
1739                         pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
1740                         pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
1741                         if ((*pdp & PG_V) == 0) {
1742                                 /* Have to allocate a new pd, recurse */
1743                                 if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex,
1744                                     flags) == NULL) {
1745                                         --m->wire_count;
1746                                         atomic_subtract_int(&cnt.v_wire_count,
1747                                             1);
1748                                         vm_page_free_zero(m);
1749                                         return (NULL);
1750                                 }
1751                         } else {
1752                                 /* Add reference to the pd page */
1753                                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdp & PG_FRAME);
1754                                 pdpg->wire_count++;
1755                         }
1756                 }
1757                 pd = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdp & PG_FRAME);
1758
1759                 /* Now we know where the page directory page is */
1760                 pd = &pd[ptepindex & ((1ul << NPDEPGSHIFT) - 1)];
1761                 *pd = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
1762         }
1763
1764         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
1765
1766         return (m);
1767 }
1768
1769 static vm_page_t
1770 pmap_allocpde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, int flags)
1771 {
1772         vm_pindex_t pdpindex, ptepindex;
1773         pdp_entry_t *pdpe;
1774         vm_page_t pdpg;
1775
1776         KASSERT((flags & (M_NOWAIT | M_WAITOK)) == M_NOWAIT ||
1777             (flags & (M_NOWAIT | M_WAITOK)) == M_WAITOK,
1778             ("pmap_allocpde: flags is neither M_NOWAIT nor M_WAITOK"));
1779 retry:
1780         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
1781         if (pdpe != NULL && (*pdpe & PG_V) != 0) {
1782                 /* Add a reference to the pd page. */
1783                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdpe & PG_FRAME);
1784                 pdpg->wire_count++;
1785         } else {
1786                 /* Allocate a pd page. */
1787                 ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
1788                 pdpindex = ptepindex >> NPDPEPGSHIFT;
1789                 pdpg = _pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex, flags);
1790                 if (pdpg == NULL && (flags & M_WAITOK))
1791                         goto retry;
1792         }
1793         return (pdpg);
1794 }
1795
1796 static vm_page_t
1797 pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va, int flags)
1798 {
1799         vm_pindex_t ptepindex;
1800         pd_entry_t *pd;
1801         vm_page_t m;
1802
1803         KASSERT((flags & (M_NOWAIT | M_WAITOK)) == M_NOWAIT ||
1804             (flags & (M_NOWAIT | M_WAITOK)) == M_WAITOK,
1805             ("pmap_allocpte: flags is neither M_NOWAIT nor M_WAITOK"));
1806
1807         /*
1808          * Calculate pagetable page index
1809          */
1810         ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
1811 retry:
1812         /*
1813          * Get the page directory entry
1814          */
1815         pd = pmap_pde(pmap, va);
1816
1817         /*
1818          * This supports switching from a 2MB page to a
1819          * normal 4K page.
1820          */
1821         if (pd != NULL && (*pd & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V)) {
1822                 if (!pmap_demote_pde(pmap, pd, va)) {
1823                         /*
1824                          * Invalidation of the 2MB page mapping may have caused
1825                          * the deallocation of the underlying PD page.
1826                          */
1827                         pd = NULL;
1828                 }
1829         }
1830
1831         /*
1832          * If the page table page is mapped, we just increment the
1833          * hold count, and activate it.
1834          */
1835         if (pd != NULL && (*pd & PG_V) != 0) {
1836                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pd & PG_FRAME);
1837                 m->wire_count++;
1838         } else {
1839                 /*
1840                  * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been
1841                  * deallocated.
1842                  */
1843                 m = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex, flags);
1844                 if (m == NULL && (flags & M_WAITOK))
1845                         goto retry;
1846         }
1847         return (m);
1848 }
1849
1850
1851 /***************************************************
1852  * Pmap allocation/deallocation routines.
1853  ***************************************************/
1854
1855 /*
1856  * Release any resources held by the given physical map.
1857  * Called when a pmap initialized by pmap_pinit is being released.
1858  * Should only be called if the map contains no valid mappings.
1859  */
1860 void
1861 pmap_release(pmap_t pmap)
1862 {
1863         vm_page_t m;
1864         int i;
1865
1866         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count == 0,
1867             ("pmap_release: pmap resident count %ld != 0",
1868             pmap->pm_stats.resident_count));
1869         KASSERT(pmap->pm_root == NULL,
1870             ("pmap_release: pmap has reserved page table page(s)"));
1871
1872         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap->pm_pml4[PML4PML4I] & PG_FRAME);
1873
1874         pmap->pm_pml4[KPML4I] = 0;      /* KVA */
1875         for (i = 0; i < NDMPML4E; i++)  /* Direct Map */
1876                 pmap->pm_pml4[DMPML4I + i] = 0;
1877         pmap->pm_pml4[PML4PML4I] = 0;   /* Recursive Mapping */
1878
1879         m->wire_count--;
1880         atomic_subtract_int(&cnt.v_wire_count, 1);
1881         vm_page_free_zero(m);
1882         PMAP_LOCK_DESTROY(pmap);
1883 }
1884 \f
1885 static int
1886 kvm_size(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
1887 {
1888         unsigned long ksize = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
1889
1890         return sysctl_handle_long(oidp, &ksize, 0, req);
1891 }
1892 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_size, CTLTYPE_LONG|CTLFLAG_RD, 
1893     0, 0, kvm_size, "LU", "Size of KVM");
1894
1895 static int
1896 kvm_free(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
1897 {
1898         unsigned long kfree = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - kernel_vm_end;
1899
1900         return sysctl_handle_long(oidp, &kfree, 0, req);
1901 }
1902 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_free, CTLTYPE_LONG|CTLFLAG_RD, 
1903     0, 0, kvm_free, "LU", "Amount of KVM free");
1904
1905 /*
1906  * grow the number of kernel page table entries, if needed
1907  */
1908 void
1909 pmap_growkernel(vm_offset_t addr)
1910 {
1911         vm_paddr_t paddr;
1912         vm_page_t nkpg;
1913         pd_entry_t *pde, newpdir;
1914         pdp_entry_t *pdpe;
1915
1916         mtx_assert(&kernel_map->system_mtx, MA_OWNED);
1917
1918         /*
1919          * Return if "addr" is within the range of kernel page table pages
1920          * that were preallocated during pmap bootstrap.  Moreover, leave
1921          * "kernel_vm_end" and the kernel page table as they were.
1922          *
1923          * The correctness of this action is based on the following
1924          * argument: vm_map_findspace() allocates contiguous ranges of the
1925          * kernel virtual address space.  It calls this function if a range
1926          * ends after "kernel_vm_end".  If the kernel is mapped between
1927          * "kernel_vm_end" and "addr", then the range cannot begin at
1928          * "kernel_vm_end".  In fact, its beginning address cannot be less
1929          * than the kernel.  Thus, there is no immediate need to allocate
1930          * any new kernel page table pages between "kernel_vm_end" and
1931          * "KERNBASE".
1932          */
1933         if (KERNBASE < addr && addr <= KERNBASE + NKPT * NBPDR)
1934                 return;
1935
1936         addr = roundup2(addr, NBPDR);
1937         if (addr - 1 >= kernel_map->max_offset)
1938                 addr = kernel_map->max_offset;
1939         while (kernel_vm_end < addr) {
1940                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, kernel_vm_end);
1941                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
1942                         /* We need a new PDP entry */
1943                         nkpg = vm_page_alloc(NULL, kernel_vm_end >> PDPSHIFT,
1944                             VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ |
1945                             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
1946                         if (nkpg == NULL)
1947                                 panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
1948                         if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
1949                                 pmap_zero_page(nkpg);
1950                         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
1951                         *pdpe = (pdp_entry_t)
1952                                 (paddr | PG_V | PG_RW | PG_A | PG_M);
1953                         continue; /* try again */
1954                 }
1955                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, kernel_vm_end);
1956                 if ((*pde & PG_V) != 0) {
1957                         kernel_vm_end = (kernel_vm_end + NBPDR) & ~PDRMASK;
1958                         if (kernel_vm_end - 1 >= kernel_map->max_offset) {
1959                                 kernel_vm_end = kernel_map->max_offset;
1960                                 break;                       
1961                         }
1962                         continue;
1963                 }
1964
1965                 nkpg = vm_page_alloc(NULL, pmap_pde_pindex(kernel_vm_end),
1966                     VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED |
1967                     VM_ALLOC_ZERO);
1968                 if (nkpg == NULL)
1969                         panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
1970                 if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
1971                         pmap_zero_page(nkpg);
1972                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
1973                 newpdir = (pd_entry_t) (paddr | PG_V | PG_RW | PG_A | PG_M);
1974                 pde_store(pde, newpdir);
1975
1976                 kernel_vm_end = (kernel_vm_end + NBPDR) & ~PDRMASK;
1977                 if (kernel_vm_end - 1 >= kernel_map->max_offset) {
1978                         kernel_vm_end = kernel_map->max_offset;
1979                         break;                       
1980                 }
1981         }
1982 }
1983
1984
1985 /***************************************************
1986  * page management routines.
1987  ***************************************************/
1988
1989 CTASSERT(sizeof(struct pv_chunk) == PAGE_SIZE);
1990 CTASSERT(_NPCM == 3);
1991 CTASSERT(_NPCPV == 168);
1992
1993 static __inline struct pv_chunk *
1994 pv_to_chunk(pv_entry_t pv)
1995 {
1996
1997         return (struct pv_chunk *)((uintptr_t)pv & ~(uintptr_t)PAGE_MASK);
1998 }
1999
2000 #define PV_PMAP(pv) (pv_to_chunk(pv)->pc_pmap)
2001
2002 #define PC_FREE0        0xfffffffffffffffful
2003 #define PC_FREE1        0xfffffffffffffffful
2004 #define PC_FREE2        0x000000fffffffffful
2005
2006 static uint64_t pc_freemask[_NPCM] = { PC_FREE0, PC_FREE1, PC_FREE2 };
2007
2008 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_count, CTLFLAG_RD, &pv_entry_count, 0,
2009         "Current number of pv entries");
2010
2011 #ifdef PV_STATS
2012 static int pc_chunk_count, pc_chunk_allocs, pc_chunk_frees, pc_chunk_tryfail;
2013
2014 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_count, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_count, 0,
2015         "Current number of pv entry chunks");
2016 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_allocs, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_allocs, 0,
2017         "Current number of pv entry chunks allocated");
2018 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_frees, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_frees, 0,
2019         "Current number of pv entry chunks frees");
2020 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_tryfail, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_tryfail, 0,
2021         "Number of times tried to get a chunk page but failed.");
2022
2023 static long pv_entry_frees, pv_entry_allocs;
2024 static int pv_entry_spare;
2025
2026 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_frees, CTLFLAG_RD, &pv_entry_frees, 0,
2027         "Current number of pv entry frees");
2028 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_allocs, CTLFLAG_RD, &pv_entry_allocs, 0,
2029         "Current number of pv entry allocs");
2030 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_spare, CTLFLAG_RD, &pv_entry_spare, 0,
2031         "Current number of spare pv entries");
2032
2033 static int pmap_collect_inactive, pmap_collect_active;
2034
2035 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pmap_collect_inactive, CTLFLAG_RD, &pmap_collect_inactive, 0,
2036         "Current number times pmap_collect called on inactive queue");
2037 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pmap_collect_active, CTLFLAG_RD, &pmap_collect_active, 0,
2038         "Current number times pmap_collect called on active queue");
2039 #endif
2040
2041 /*
2042  * We are in a serious low memory condition.  Resort to
2043  * drastic measures to free some pages so we can allocate
2044  * another pv entry chunk.  This is normally called to
2045  * unmap inactive pages, and if necessary, active pages.
2046  *
2047  * We do not, however, unmap 2mpages because subsequent accesses will
2048  * allocate per-page pv entries until repromotion occurs, thereby
2049  * exacerbating the shortage of free pv entries.
2050  */
2051 static void
2052 pmap_collect(pmap_t locked_pmap, struct vpgqueues *vpq)
2053 {
2054         pd_entry_t *pde;
2055         pmap_t pmap;
2056         pt_entry_t *pte, tpte;
2057         pv_entry_t next_pv, pv;
2058         vm_offset_t va;
2059         vm_page_t m, free;
2060
2061         TAILQ_FOREACH(m, &vpq->pl, pageq) {
2062                 if ((m->flags & PG_MARKER) != 0 || m->hold_count || m->busy)
2063                         continue;
2064                 TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &m->md.pv_list, pv_list, next_pv) {
2065                         va = pv->pv_va;
2066                         pmap = PV_PMAP(pv);
2067                         /* Avoid deadlock and lock recursion. */
2068                         if (pmap > locked_pmap)
2069                                 PMAP_LOCK(pmap);
2070                         else if (pmap != locked_pmap && !PMAP_TRYLOCK(pmap))
2071                                 continue;
2072                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
2073                         pde = pmap_pde(pmap, va);
2074                         KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_collect: found"
2075                             " a 2mpage in page %p's pv list", m));
2076                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
2077                         tpte = pte_load_clear(pte);
2078                         KASSERT((tpte & PG_W) == 0,
2079                             ("pmap_collect: wired pte %#lx", tpte));
2080                         if (tpte & PG_A)
2081                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2082                         if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
2083                                 vm_page_dirty(m);
2084                         free = NULL;
2085                         pmap_unuse_pt(pmap, va, *pde, &free);
2086                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
2087                         pmap_free_zero_pages(free);
2088                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
2089                         free_pv_entry(pmap, pv);
2090                         if (pmap != locked_pmap)
2091                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
2092                 }
2093                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
2094                     TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m))->pv_list))
2095                         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
2096         }
2097 }
2098
2099
2100 /*
2101  * free the pv_entry back to the free list
2102  */
2103 static void
2104 free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv)
2105 {
2106         vm_page_t m;
2107         struct pv_chunk *pc;
2108         int idx, field, bit;
2109
2110         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
2111         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2112         PV_STAT(pv_entry_frees++);
2113         PV_STAT(pv_entry_spare++);
2114         pv_entry_count--;
2115         pc = pv_to_chunk(pv);
2116         idx = pv - &pc->pc_pventry[0];
2117         field = idx / 64;
2118         bit = idx % 64;
2119         pc->pc_map[field] |= 1ul << bit;
2120         /* move to head of list */
2121         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2122         if (pc->pc_map[0] != PC_FREE0 || pc->pc_map[1] != PC_FREE1 ||
2123             pc->pc_map[2] != PC_FREE2) {
2124                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2125                 return;
2126         }
2127         PV_STAT(pv_entry_spare -= _NPCPV);
2128         PV_STAT(pc_chunk_count--);
2129         PV_STAT(pc_chunk_frees++);
2130         /* entire chunk is free, return it */
2131         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
2132         dump_drop_page(m->phys_addr);
2133         vm_page_unwire(m, 0);
2134         vm_page_free(m);
2135 }
2136
2137 /*
2138  * get a new pv_entry, allocating a block from the system
2139  * when needed.
2140  */
2141 static pv_entry_t
2142 get_pv_entry(pmap_t pmap, boolean_t try)
2143 {
2144         static vm_pindex_t colour;
2145         struct vpgqueues *pq;
2146         int bit, field;
2147         pv_entry_t pv;
2148         struct pv_chunk *pc;
2149         vm_page_t m;
2150
2151         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2152         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
2153         PV_STAT(pv_entry_allocs++);
2154         pq = NULL;
2155 retry:
2156         pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
2157         if (pc != NULL) {
2158                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
2159                         if (pc->pc_map[field]) {
2160                                 bit = bsfq(pc->pc_map[field]);
2161                                 break;
2162                         }
2163                 }
2164                 if (field < _NPCM) {
2165                         pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
2166                         pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
2167                         /* If this was the last item, move it to tail */
2168                         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 &&
2169                             pc->pc_map[2] == 0) {
2170                                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2171                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc,
2172                                     pc_list);
2173                         }
2174                         pv_entry_count++;
2175                         PV_STAT(pv_entry_spare--);
2176                         return (pv);
2177                 }
2178         }
2179         /* No free items, allocate another chunk */
2180         m = vm_page_alloc(NULL, colour, (pq == &vm_page_queues[PQ_ACTIVE] ?
2181             VM_ALLOC_SYSTEM : VM_ALLOC_NORMAL) | VM_ALLOC_NOOBJ |
2182             VM_ALLOC_WIRED);
2183         if (m == NULL) {
2184                 if (try) {
2185                         PV_STAT(pc_chunk_tryfail++);
2186                         return (NULL);
2187                 }
2188                 /*
2189                  * Reclaim pv entries: At first, destroy mappings to inactive
2190                  * pages.  After that, if a pv chunk entry is still needed,
2191                  * destroy mappings to active pages.
2192                  */
2193                 if (pq == NULL) {
2194                         PV_STAT(pmap_collect_inactive++);
2195                         pq = &vm_page_queues[PQ_INACTIVE];
2196                 } else if (pq == &vm_page_queues[PQ_INACTIVE]) {
2197                         PV_STAT(pmap_collect_active++);
2198                         pq = &vm_page_queues[PQ_ACTIVE];
2199                 } else
2200                         panic("get_pv_entry: allocation failed");
2201                 pmap_collect(pmap, pq);
2202                 goto retry;
2203         }
2204         PV_STAT(pc_chunk_count++);
2205         PV_STAT(pc_chunk_allocs++);
2206         colour++;
2207         dump_add_page(m->phys_addr);
2208         pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
2209         pc->pc_pmap = pmap;
2210         pc->pc_map[0] = PC_FREE0 & ~1ul;        /* preallocated bit 0 */
2211         pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
2212         pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
2213         pv = &pc->pc_pventry[0];
2214         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2215         pv_entry_count++;
2216         PV_STAT(pv_entry_spare += _NPCPV - 1);
2217         return (pv);
2218 }
2219
2220 /*
2221  * First find and then remove the pv entry for the specified pmap and virtual
2222  * address from the specified pv list.  Returns the pv entry if found and NULL
2223  * otherwise.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or
2224  * 2MB page mappings.
2225  */
2226 static __inline pv_entry_t
2227 pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2228 {
2229         pv_entry_t pv;
2230
2231         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
2232         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_list) {
2233                 if (pmap == PV_PMAP(pv) && va == pv->pv_va) {
2234                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_list);
2235                         break;
2236                 }
2237         }
2238         return (pv);
2239 }
2240
2241 /*
2242  * After demotion from a 2MB page mapping to 512 4KB page mappings,
2243  * destroy the pv entry for the 2MB page mapping and reinstantiate the pv
2244  * entries for each of the 4KB page mappings.
2245  */
2246 static void
2247 pmap_pv_demote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
2248 {
2249         struct md_page *pvh;
2250         pv_entry_t pv;
2251         vm_offset_t va_last;
2252         vm_page_t m;
2253
2254         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
2255         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
2256             ("pmap_pv_demote_pde: pa is not 2mpage aligned"));
2257
2258         /*
2259          * Transfer the 2mpage's pv entry for this mapping to the first
2260          * page's pv list.
2261          */
2262         pvh = pa_to_pvh(pa);
2263         va = trunc_2mpage(va);
2264         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
2265         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_demote_pde: pv not found"));
2266         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
2267         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
2268         /* Instantiate the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
2269         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
2270         do {
2271                 m++;
2272                 KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
2273                     ("pmap_pv_demote_pde: page %p is not managed", m));
2274                 va += PAGE_SIZE;
2275                 pmap_insert_entry(pmap, va, m);
2276         } while (va < va_last);
2277 }
2278
2279 /*
2280  * After promotion from 512 4KB page mappings to a single 2MB page mapping,
2281  * replace the many pv entries for the 4KB page mappings by a single pv entry
2282  * for the 2MB page mapping.
2283  */
2284 static void
2285 pmap_pv_promote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
2286 {
2287         struct md_page *pvh;
2288         pv_entry_t pv;
2289         vm_offset_t va_last;
2290         vm_page_t m;
2291
2292         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
2293         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
2294             ("pmap_pv_promote_pde: pa is not 2mpage aligned"));
2295
2296         /*
2297          * Transfer the first page's pv entry for this mapping to the
2298          * 2mpage's pv list.  Aside from avoiding the cost of a call
2299          * to get_pv_entry(), a transfer avoids the possibility that
2300          * get_pv_entry() calls pmap_collect() and that pmap_collect()
2301          * removes one of the mappings that is being promoted.
2302          */
2303         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
2304         va = trunc_2mpage(va);
2305         pv = pmap_pvh_remove(&m->md, pmap, va);
2306         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_promote_pde: pv not found"));
2307         pvh = pa_to_pvh(pa);
2308         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_list);
2309         /* Free the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
2310         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
2311         do {
2312                 m++;
2313                 va += PAGE_SIZE;
2314                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
2315         } while (va < va_last);
2316 }
2317
2318 /*
2319  * First find and then destroy the pv entry for the specified pmap and virtual
2320  * address.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or 2MB
2321  * page mappings.
2322  */
2323 static void
2324 pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2325 {
2326         pv_entry_t pv;
2327
2328         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
2329         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pvh_free: pv not found"));
2330         free_pv_entry(pmap, pv);
2331 }
2332
2333 static void
2334 pmap_remove_entry(pmap_t pmap, vm_page_t m, vm_offset_t va)
2335 {
2336         struct md_page *pvh;
2337
2338         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
2339         pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
2340         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) && (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
2341                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2342                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
2343                         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
2344         }
2345 }
2346
2347 /*
2348  * Create a pv entry for page at pa for
2349  * (pmap, va).
2350  */
2351 static void
2352 pmap_insert_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m)
2353 {
2354         pv_entry_t pv;
2355
2356         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2357         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
2358         pv = get_pv_entry(pmap, FALSE);
2359         pv->pv_va = va;
2360         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
2361 }
2362
2363 /*
2364  * Conditionally create a pv entry.
2365  */
2366 static boolean_t
2367 pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m)
2368 {
2369         pv_entry_t pv;
2370
2371         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2372         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
2373         if ((pv = get_pv_entry(pmap, TRUE)) != NULL) {
2374                 pv->pv_va = va;
2375                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
2376                 return (TRUE);
2377         } else
2378                 return (FALSE);
2379 }
2380
2381 /*
2382  * Create the pv entry for a 2MB page mapping.
2383  */
2384 static boolean_t
2385 pmap_pv_insert_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
2386 {
2387         struct md_page *pvh;
2388         pv_entry_t pv;
2389
2390         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
2391         if ((pv = get_pv_entry(pmap, TRUE)) != NULL) {
2392                 pv->pv_va = va;
2393                 pvh = pa_to_pvh(pa);
2394                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_list);
2395                 return (TRUE);
2396         } else
2397                 return (FALSE);
2398 }
2399
2400 /*
2401  * Fills a page table page with mappings to consecutive physical pages.
2402  */
2403 static void
2404 pmap_fill_ptp(pt_entry_t *firstpte, pt_entry_t newpte)
2405 {
2406         pt_entry_t *pte;
2407
2408         for (pte = firstpte; pte < firstpte + NPTEPG; pte++) {
2409                 *pte = newpte;
2410                 newpte += PAGE_SIZE;
2411         }
2412 }
2413
2414 /*
2415  * Tries to demote a 2MB page mapping.  If demotion fails, the 2MB page
2416  * mapping is invalidated.
2417  */
2418 static boolean_t
2419 pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
2420 {
2421         pd_entry_t newpde, oldpde;
2422         pt_entry_t *firstpte, newpte;
2423         vm_paddr_t mptepa;
2424         vm_page_t free, mpte;
2425
2426         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2427         oldpde = *pde;
2428         KASSERT((oldpde & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V),
2429             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_PS and/or PG_V"));
2430         mpte = pmap_lookup_pt_page(pmap, va);
2431         if (mpte != NULL)
2432                 pmap_remove_pt_page(pmap, mpte);
2433         else {
2434                 KASSERT((oldpde & PG_W) == 0,
2435                     ("pmap_demote_pde: page table page for a wired mapping"
2436                     " is missing"));
2437
2438                 /*
2439                  * Invalidate the 2MB page mapping and return "failure" if the
2440                  * mapping was never accessed or the allocation of the new
2441                  * page table page fails.  If the 2MB page mapping belongs to
2442                  * the direct map region of the kernel's address space, then
2443                  * the page allocation request specifies the highest possible
2444                  * priority (VM_ALLOC_INTERRUPT).  Otherwise, the priority is
2445                  * normal.  Page table pages are preallocated for every other
2446                  * part of the kernel address space, so the direct map region
2447                  * is the only part of the kernel address space that must be
2448                  * handled here.
2449                  */
2450                 if ((oldpde & PG_A) == 0 || (mpte = vm_page_alloc(NULL,
2451                     pmap_pde_pindex(va), (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va <
2452                     DMAP_MAX_ADDRESS ? VM_ALLOC_INTERRUPT : VM_ALLOC_NORMAL) |
2453                     VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED)) == NULL) {
2454                         free = NULL;
2455                         pmap_remove_pde(pmap, pde, trunc_2mpage(va), &free);
2456                         pmap_invalidate_page(pmap, trunc_2mpage(va));
2457                         pmap_free_zero_pages(free);
2458                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: failure for va %#lx"
2459                             " in pmap %p", va, pmap);
2460                         return (FALSE);
2461                 }
2462                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
2463                         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
2464         }
2465         mptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpte);
2466         firstpte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mptepa);
2467         newpde = mptepa | PG_M | PG_A | (oldpde & PG_U) | PG_RW | PG_V;
2468         KASSERT((oldpde & PG_A) != 0,
2469             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_A"));
2470         KASSERT((oldpde & (PG_M | PG_RW)) != PG_RW,
2471             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_M"));
2472         newpte = oldpde & ~PG_PS;
2473         if ((newpte & PG_PDE_PAT) != 0)
2474                 newpte ^= PG_PDE_PAT | PG_PTE_PAT;
2475
2476         /*
2477          * If the page table page is new, initialize it.
2478          */
2479         if (mpte->wire_count == 1) {
2480                 mpte->wire_count = NPTEPG;
2481                 pmap_fill_ptp(firstpte, newpte);
2482         }
2483         KASSERT((*firstpte & PG_FRAME) == (newpte & PG_FRAME),
2484             ("pmap_demote_pde: firstpte and newpte map different physical"
2485             " addresses"));
2486
2487         /*
2488          * If the mapping has changed attributes, update the page table
2489          * entries.
2490          */
2491         if ((*firstpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpte & PG_PTE_PROMOTE))
2492                 pmap_fill_ptp(firstpte, newpte);
2493
2494         /*
2495          * Demote the mapping.  This pmap is locked.  The old PDE has
2496          * PG_A set.  If the old PDE has PG_RW set, it also has PG_M
2497          * set.  Thus, there is no danger of a race with another
2498          * processor changing the setting of PG_A and/or PG_M between
2499          * the read above and the store below. 
2500          */
2501         if (workaround_erratum383)
2502                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, newpde);
2503         else
2504                 pde_store(pde, newpde);
2505
2506         /*
2507          * Invalidate a stale recursive mapping of the page table page.
2508          */
2509         if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
2510                 pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopte(va));
2511
2512         /*
2513          * Demote the pv entry.  This depends on the earlier demotion
2514          * of the mapping.  Specifically, the (re)creation of a per-
2515          * page pv entry might trigger the execution of pmap_collect(),
2516          * which might reclaim a newly (re)created per-page pv entry
2517          * and destroy the associated mapping.  In order to destroy
2518          * the mapping, the PDE must have already changed from mapping
2519          * the 2mpage to referencing the page table page.
2520          */
2521         if ((oldpde & PG_MANAGED) != 0)
2522                 pmap_pv_demote_pde(pmap, va, oldpde & PG_PS_FRAME);
2523
2524         pmap_pde_demotions++;
2525         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: success for va %#lx"
2526             " in pmap %p", va, pmap);
2527         return (TRUE);
2528 }
2529
2530 /*
2531  * pmap_remove_pde: do the things to unmap a superpage in a process
2532  */
2533 static int
2534 pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
2535     vm_page_t *free)
2536 {
2537         struct md_page *pvh;
2538         pd_entry_t oldpde;
2539         vm_offset_t eva, va;
2540         vm_page_t m, mpte;
2541
2542         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2543         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
2544             ("pmap_remove_pde: sva is not 2mpage aligned"));
2545         oldpde = pte_load_clear(pdq);
2546         if (oldpde & PG_W)
2547                 pmap->pm_stats.wired_count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
2548
2549         /*
2550          * Machines that don't support invlpg, also don't support
2551          * PG_G.
2552          */
2553         if (oldpde & PG_G)
2554                 pmap_invalidate_page(kernel_pmap, sva);
2555         pmap_resident_count_dec(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
2556         if (oldpde & PG_MANAGED) {
2557                 pvh = pa_to_pvh(oldpde & PG_PS_FRAME);
2558                 pmap_pvh_free(pvh, pmap, sva);
2559                 eva = sva + NBPDR;
2560                 for (va = sva, m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
2561                     va < eva; va += PAGE_SIZE, m++) {
2562                         if ((oldpde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
2563                                 vm_page_dirty(m);
2564                         if (oldpde & PG_A)
2565                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2566                         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
2567                             TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
2568                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
2569                 }
2570         }
2571         if (pmap == kernel_pmap) {
2572                 if (!pmap_demote_pde(pmap, pdq, sva))
2573                         panic("pmap_remove_pde: failed demotion");
2574         } else {
2575                 mpte = pmap_lookup_pt_page(pmap, sva);
2576                 if (mpte != NULL) {
2577                         pmap_remove_pt_page(pmap, mpte);
2578                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
2579                         KASSERT(mpte->wire_count == NPTEPG,
2580                             ("pmap_remove_pde: pte page wire count error"));
2581                         mpte->wire_count = 0;
2582                         pmap_add_delayed_free_list(mpte, free, FALSE);
2583                         atomic_subtract_int(&cnt.v_wire_count, 1);
2584                 }
2585         }
2586         return (pmap_unuse_pt(pmap, sva, *pmap_pdpe(pmap, sva), free));
2587 }
2588
2589 /*
2590  * pmap_remove_pte: do the things to unmap a page in a process
2591  */
2592 static int
2593 pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t va, 
2594     pd_entry_t ptepde, vm_page_t *free)
2595 {
2596         pt_entry_t oldpte;
2597         vm_page_t m;
2598
2599         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2600         oldpte = pte_load_clear(ptq);
2601         if (oldpte & PG_W)
2602                 pmap->pm_stats.wired_count -= 1;
2603         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
2604         if (oldpte & PG_MANAGED) {
2605                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpte & PG_FRAME);
2606                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
2607                         vm_page_dirty(m);
2608                 if (oldpte & PG_A)
2609                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2610                 pmap_remove_entry(pmap, m, va);
2611         }
2612         return (pmap_unuse_pt(pmap, va, ptepde, free));
2613 }
2614
2615 /*
2616  * Remove a single page from a process address space
2617  */
2618 static void
2619 pmap_remove_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, vm_page_t *free)
2620 {
2621         pt_entry_t *pte;
2622
2623         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2624         if ((*pde & PG_V) == 0)
2625                 return;
2626         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
2627         if ((*pte & PG_V) == 0)
2628                 return;
2629         pmap_remove_pte(pmap, pte, va, *pde, free);
2630         pmap_invalidate_page(pmap, va);
2631 }
2632
2633 /*
2634  *      Remove the given range of addresses from the specified map.
2635  *
2636  *      It is assumed that the start and end are properly
2637  *      rounded to the page size.
2638  */
2639 void
2640 pmap_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2641 {
2642         vm_offset_t va, va_next;
2643         pml4_entry_t *pml4e;
2644         pdp_entry_t *pdpe;
2645         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
2646         pt_entry_t *pte;
2647         vm_page_t free = NULL;
2648         int anyvalid;
2649
2650         /*
2651          * Perform an unsynchronized read.  This is, however, safe.
2652          */
2653         if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
2654                 return;
2655
2656         anyvalid = 0;
2657
2658         vm_page_lock_queues();
2659         PMAP_LOCK(pmap);
2660
2661         /*
2662          * special handling of removing one page.  a very
2663          * common operation and easy to short circuit some
2664          * code.
2665          */
2666         if (sva + PAGE_SIZE == eva) {
2667                 pde = pmap_pde(pmap, sva);
2668                 if (pde && (*pde & PG_PS) == 0) {
2669                         pmap_remove_page(pmap, sva, pde, &free);
2670                         goto out;
2671                 }
2672         }
2673
2674         for (; sva < eva; sva = va_next) {
2675
2676                 if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
2677                         break;
2678
2679                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
2680                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
2681                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
2682                         if (va_next < sva)
2683                                 va_next = eva;
2684                         continue;
2685                 }
2686
2687                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
2688                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
2689                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
2690                         if (va_next < sva)
2691                                 va_next = eva;
2692                         continue;
2693                 }
2694
2695                 /*
2696                  * Calculate index for next page table.
2697                  */
2698                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
2699                 if (va_next < sva)
2700                         va_next = eva;
2701
2702                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
2703                 ptpaddr = *pde;
2704
2705                 /*
2706                  * Weed out invalid mappings.
2707                  */
2708                 if (ptpaddr == 0)
2709                         continue;
2710
2711                 /*
2712                  * Check for large page.
2713                  */
2714                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
2715                         /*
2716                          * Are we removing the entire large page?  If not,
2717                          * demote the mapping and fall through.
2718                          */
2719                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
2720                                 /*
2721                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
2722                                  * invalidated by pmap_remove_pde().
2723                                  */
2724                                 if ((ptpaddr & PG_G) == 0)
2725                                         anyvalid = 1;
2726                                 pmap_remove_pde(pmap, pde, sva, &free);
2727                                 continue;
2728                         } else if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, sva)) {
2729                                 /* The large page mapping was destroyed. */
2730                                 continue;
2731                         } else
2732                                 ptpaddr = *pde;
2733                 }
2734
2735                 /*
2736                  * Limit our scan to either the end of the va represented
2737                  * by the current page table page, or to the end of the
2738                  * range being removed.
2739                  */
2740                 if (va_next > eva)
2741                         va_next = eva;
2742
2743                 va = va_next;
2744                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
2745                     sva += PAGE_SIZE) {
2746                         if (*pte == 0) {
2747                                 if (va != va_next) {
2748                                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
2749                                         va = va_next;
2750                                 }
2751                                 continue;
2752                         }
2753                         if ((*pte & PG_G) == 0)
2754                                 anyvalid = 1;
2755                         else if (va == va_next)
2756                                 va = sva;
2757                         if (pmap_remove_pte(pmap, pte, sva, ptpaddr, &free)) {
2758                                 sva += PAGE_SIZE;
2759                                 break;
2760                         }
2761                 }
2762                 if (va != va_next)
2763                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
2764         }
2765 out:
2766         if (anyvalid)
2767                 pmap_invalidate_all(pmap);
2768         vm_page_unlock_queues();        
2769         PMAP_UNLOCK(pmap);
2770         pmap_free_zero_pages(free);
2771 }
2772
2773 /*
2774  *      Routine:        pmap_remove_all
2775  *      Function:
2776  *              Removes this physical page from
2777  *              all physical maps in which it resides.
2778  *              Reflects back modify bits to the pager.
2779  *
2780  *      Notes:
2781  *              Original versions of this routine were very
2782  *              inefficient because they iteratively called
2783  *              pmap_remove (slow...)
2784  */
2785
2786 void
2787 pmap_remove_all(vm_page_t m)
2788 {
2789         struct md_page *pvh;
2790         pv_entry_t pv;
2791         pmap_t pmap;
2792         pt_entry_t *pte, tpte;
2793         pd_entry_t *pde;
2794         vm_offset_t va;
2795         vm_page_t free;
2796
2797         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
2798             ("pmap_remove_all: page %p is not managed", m));
2799         free = NULL;
2800         vm_page_lock_queues();
2801         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0)
2802                 goto small_mappings;
2803         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2804         while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != NULL) {
2805                 pmap = PV_PMAP(pv);
2806                 PMAP_LOCK(pmap);
2807                 va = pv->pv_va;
2808                 pde = pmap_pde(pmap, va);
2809                 (void)pmap_demote_pde(pmap, pde, va);
2810                 PMAP_UNLOCK(pmap);
2811         }
2812 small_mappings:
2813         while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
2814                 pmap = PV_PMAP(pv);
2815                 PMAP_LOCK(pmap);
2816                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
2817                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
2818                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_remove_all: found"
2819                     " a 2mpage in page %p's pv list", m));
2820                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
2821                 tpte = pte_load_clear(pte);
2822                 if (tpte & PG_W)
2823                         pmap->pm_stats.wired_count--;
2824                 if (tpte & PG_A)
2825                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2826
2827                 /*
2828                  * Update the vm_page_t clean and reference bits.
2829                  */
2830                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
2831                         vm_page_dirty(m);
2832                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, *pde, &free);
2833                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
2834                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
2835                 free_pv_entry(pmap, pv);
2836                 PMAP_UNLOCK(pmap);
2837         }
2838         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
2839         vm_page_unlock_queues();
2840         pmap_free_zero_pages(free);
2841 }
2842
2843 /*
2844  * pmap_protect_pde: do the things to protect a 2mpage in a process
2845  */
2846 static boolean_t
2847 pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva, vm_prot_t prot)
2848 {
2849         pd_entry_t newpde, oldpde;
2850         vm_offset_t eva, va;
2851         vm_page_t m;
2852         boolean_t anychanged;
2853
2854         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2855         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
2856             ("pmap_protect_pde: sva is not 2mpage aligned"));
2857         anychanged = FALSE;
2858 retry:
2859         oldpde = newpde = *pde;
2860         if (oldpde & PG_MANAGED) {
2861                 eva = sva + NBPDR;
2862                 for (va = sva, m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
2863                     va < eva; va += PAGE_SIZE, m++)
2864                         if ((oldpde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
2865                                 vm_page_dirty(m);
2866         }
2867         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0)
2868                 newpde &= ~(PG_RW | PG_M);
2869         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
2870                 newpde |= pg_nx;
2871         if (newpde != oldpde) {
2872                 if (!atomic_cmpset_long(pde, oldpde, newpde))
2873                         goto retry;
2874                 if (oldpde & PG_G)
2875                         pmap_invalidate_page(pmap, sva);
2876                 else
2877                         anychanged = TRUE;
2878         }
2879         return (anychanged);
2880 }
2881
2882 /*
2883  *      Set the physical protection on the
2884  *      specified range of this map as requested.
2885  */
2886 void
2887 pmap_protect(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, vm_prot_t prot)
2888 {
2889         vm_offset_t va_next;
2890         pml4_entry_t *pml4e;
2891         pdp_entry_t *pdpe;
2892         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
2893         pt_entry_t *pte;
2894         int anychanged;
2895         boolean_t pv_lists_locked;
2896
2897         if ((prot & VM_PROT_READ) == VM_PROT_NONE) {
2898                 pmap_remove(pmap, sva, eva);
2899                 return;
2900         }
2901
2902         if ((prot & (VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE)) ==
2903             (VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE))
2904                 return;
2905
2906         pv_lists_locked = FALSE;
2907 resume:
2908         anychanged = 0;
2909
2910         PMAP_LOCK(pmap);
2911         for (; sva < eva; sva = va_next) {
2912
2913                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
2914                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
2915                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
2916                         if (va_next < sva)
2917                                 va_next = eva;
2918                         continue;
2919                 }
2920
2921                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
2922                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
2923                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
2924                         if (va_next < sva)
2925                                 va_next = eva;
2926                         continue;
2927                 }
2928
2929                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
2930                 if (va_next < sva)
2931                         va_next = eva;
2932
2933                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
2934                 ptpaddr = *pde;
2935
2936                 /*
2937                  * Weed out invalid mappings.
2938                  */
2939                 if (ptpaddr == 0)
2940                         continue;
2941
2942                 /*
2943                  * Check for large page.
2944                  */
2945                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
2946                         /*
2947                          * Are we protecting the entire large page?  If not,
2948                          * demote the mapping and fall through.
2949                          */
2950                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
2951                                 /*
2952                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
2953                                  * invalidated by pmap_protect_pde().
2954                                  */
2955                                 if (pmap_protect_pde(pmap, pde, sva, prot))
2956                                         anychanged = 1;
2957                                 continue;
2958                         } else {
2959                                 if (!pv_lists_locked) {
2960                                         pv_lists_locked = TRUE;
2961                                         if (!mtx_trylock(&vm_page_queue_mtx)) {
2962                                                 if (anychanged)
2963                                                         pmap_invalidate_all(
2964                                                             pmap);
2965                                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
2966                                                 vm_page_lock_queues();
2967                                                 goto resume;
2968                                         }
2969                                 }
2970                                 if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, sva)) {
2971                                         /*
2972                                          * The large page mapping was
2973                                          * destroyed.
2974                                          */
2975                                         continue;
2976                                 }
2977                         }
2978                 }
2979
2980                 if (va_next > eva)
2981                         va_next = eva;
2982
2983                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
2984                     sva += PAGE_SIZE) {
2985                         pt_entry_t obits, pbits;
2986                         vm_page_t m;
2987
2988 retry:
2989                         obits = pbits = *pte;
2990                         if ((pbits & PG_V) == 0)
2991                                 continue;
2992
2993                         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
2994                                 if ((pbits & (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) ==
2995                                     (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) {
2996                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pbits & PG_FRAME);
2997                                         vm_page_dirty(m);
2998                                 }
2999                                 pbits &= ~(PG_RW | PG_M);
3000                         }
3001                         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
3002                                 pbits |= pg_nx;
3003
3004                         if (pbits != obits) {
3005                                 if (!atomic_cmpset_long(pte, obits, pbits))
3006                                         goto retry;
3007                                 if (obits & PG_G)
3008                                         pmap_invalidate_page(pmap, sva);
3009                                 else
3010                                         anychanged = 1;
3011                         }
3012                 }
3013         }
3014         if (anychanged)
3015                 pmap_invalidate_all(pmap);
3016         if (pv_lists_locked)
3017                 vm_page_unlock_queues();
3018         PMAP_UNLOCK(pmap);
3019 }
3020
3021 /*
3022  * Tries to promote the 512, contiguous 4KB page mappings that are within a
3023  * single page table page (PTP) to a single 2MB page mapping.  For promotion
3024  * to occur, two conditions must be met: (1) the 4KB page mappings must map
3025  * aligned, contiguous physical memory and (2) the 4KB page mappings must have
3026  * identical characteristics. 
3027  */
3028 static void
3029 pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
3030 {
3031         pd_entry_t newpde;
3032         pt_entry_t *firstpte, oldpte, pa, *pte;
3033         vm_offset_t oldpteva;
3034         vm_page_t mpte;
3035
3036         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3037
3038         /*
3039          * Examine the first PTE in the specified PTP.  Abort if this PTE is
3040          * either invalid, unused, or does not map the first 4KB physical page
3041          * within a 2MB page. 
3042          */
3043         firstpte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pde & PG_FRAME);
3044 setpde:
3045         newpde = *firstpte;
3046         if ((newpde & ((PG_FRAME & PDRMASK) | PG_A | PG_V)) != (PG_A | PG_V)) {
3047                 pmap_pde_p_failures++;
3048                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
3049                     " in pmap %p", va, pmap);
3050                 return;
3051         }
3052         if ((newpde & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
3053                 /*
3054                  * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared without
3055                  * a TLB invalidation.
3056                  */
3057                 if (!atomic_cmpset_long(firstpte, newpde, newpde & ~PG_RW))
3058                         goto setpde;
3059                 newpde &= ~PG_RW;
3060         }
3061
3062         /*
3063          * Examine each of the other PTEs in the specified PTP.  Abort if this
3064          * PTE maps an unexpected 4KB physical page or does not have identical
3065          * characteristics to the first PTE.
3066          */
3067         pa = (newpde & (PG_PS_FRAME | PG_A | PG_V)) + NBPDR - PAGE_SIZE;
3068         for (pte = firstpte + NPTEPG - 1; pte > firstpte; pte--) {
3069 setpte:
3070                 oldpte = *pte;
3071                 if ((oldpte & (PG_FRAME | PG_A | PG_V)) != pa) {
3072                         pmap_pde_p_failures++;
3073                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
3074                             " in pmap %p", va, pmap);
3075                         return;
3076                 }
3077                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
3078                         /*
3079                          * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared
3080                          * without a TLB invalidation.
3081                          */
3082                         if (!atomic_cmpset_long(pte, oldpte, oldpte & ~PG_RW))
3083                                 goto setpte;
3084                         oldpte &= ~PG_RW;
3085                         oldpteva = (oldpte & PG_FRAME & PDRMASK) |
3086                             (va & ~PDRMASK);
3087                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: protect for va %#lx"
3088                             " in pmap %p", oldpteva, pmap);
3089                 }
3090                 if ((oldpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpde & PG_PTE_PROMOTE)) {
3091                         pmap_pde_p_failures++;
3092                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
3093                             " in pmap %p", va, pmap);
3094                         return;
3095                 }
3096                 pa -= PAGE_SIZE;
3097         }
3098
3099         /*
3100          * Save the page table page in its current state until the PDE
3101          * mapping the superpage is demoted by pmap_demote_pde() or
3102          * destroyed by pmap_remove_pde(). 
3103          */
3104         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
3105         KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
3106             mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
3107             ("pmap_promote_pde: page table page is out of range"));
3108         KASSERT(mpte->pindex == pmap_pde_pindex(va),
3109             ("pmap_promote_pde: page table page's pindex is wrong"));
3110         pmap_insert_pt_page(pmap, mpte);
3111
3112         /*
3113          * Promote the pv entries.
3114          */
3115         if ((newpde & PG_MANAGED) != 0)
3116                 pmap_pv_promote_pde(pmap, va, newpde & PG_PS_FRAME);
3117
3118         /*
3119          * Propagate the PAT index to its proper position.
3120          */
3121         if ((newpde & PG_PTE_PAT) != 0)
3122                 newpde ^= PG_PDE_PAT | PG_PTE_PAT;
3123
3124         /*
3125          * Map the superpage.
3126          */
3127         if (workaround_erratum383)
3128                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, PG_PS | newpde);
3129         else
3130                 pde_store(pde, PG_PS | newpde);
3131
3132         pmap_pde_promotions++;
3133         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: success for va %#lx"
3134             " in pmap %p", va, pmap);
3135 }
3136
3137 /*
3138  *      Insert the given physical page (p) at
3139  *      the specified virtual address (v) in the
3140  *      target physical map with the protection requested.
3141  *
3142  *      If specified, the page will be wired down, meaning
3143  *      that the related pte can not be reclaimed.
3144  *
3145  *      NB:  This is the only routine which MAY NOT lazy-evaluate
3146  *      or lose information.  That is, this routine must actually
3147  *      insert this page into the given map NOW.
3148  */
3149 void
3150 pmap_enter(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_prot_t access, vm_page_t m,
3151     vm_prot_t prot, boolean_t wired)
3152 {
3153         pd_entry_t *pde;
3154         pt_entry_t *pte;
3155         pt_entry_t newpte, origpte;
3156         pv_entry_t pv;
3157         vm_paddr_t opa, pa;
3158         vm_page_t mpte, om;
3159         boolean_t invlva;
3160
3161         va = trunc_page(va);
3162         KASSERT(va <= VM_MAX_KERNEL_ADDRESS, ("pmap_enter: toobig"));
3163         KASSERT(va < UPT_MIN_ADDRESS || va >= UPT_MAX_ADDRESS,
3164             ("pmap_enter: invalid to pmap_enter page table pages (va: 0x%lx)",
3165             va));
3166         KASSERT((m->oflags & (VPO_UNMANAGED | VPO_BUSY)) != 0 ||
3167             VM_OBJECT_LOCKED(m->object),
3168             ("pmap_enter: page %p is not busy", m));
3169
3170         mpte = NULL;
3171
3172         vm_page_lock_queues();
3173         PMAP_LOCK(pmap);
3174
3175         /*
3176          * In the case that a page table page is not
3177          * resident, we are creating it here.
3178          */
3179         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
3180                 mpte = pmap_allocpte(pmap, va, M_WAITOK);
3181
3182         pde = pmap_pde(pmap, va);
3183         if (pde != NULL && (*pde & PG_V) != 0) {
3184                 if ((*pde & PG_PS) != 0)
3185                         panic("pmap_enter: attempted pmap_enter on 2MB page");
3186                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
3187         } else
3188                 panic("pmap_enter: invalid page directory va=%#lx", va);
3189
3190         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
3191         om = NULL;
3192         origpte = *pte;
3193         opa = origpte & PG_FRAME;
3194
3195         /*
3196          * Mapping has not changed, must be protection or wiring change.
3197          */
3198         if (origpte && (opa == pa)) {
3199                 /*
3200                  * Wiring change, just update stats. We don't worry about
3201                  * wiring PT pages as they remain resident as long as there
3202                  * are valid mappings in them. Hence, if a user page is wired,
3203                  * the PT page will be also.
3204                  */
3205                 if (wired && ((origpte & PG_W) == 0))
3206                         pmap->pm_stats.wired_count++;
3207                 else if (!wired && (origpte & PG_W))
3208                         pmap->pm_stats.wired_count--;
3209
3210                 /*
3211                  * Remove extra pte reference
3212                  */
3213                 if (mpte)
3214                         mpte->wire_count--;
3215
3216                 if (origpte & PG_MANAGED) {
3217                         om = m;
3218                         pa |= PG_MANAGED;
3219                 }
3220                 goto validate;
3221         } 
3222
3223         pv = NULL;
3224
3225         /*
3226          * Mapping has changed, invalidate old range and fall through to
3227          * handle validating new mapping.
3228          */
3229         if (opa) {
3230                 if (origpte & PG_W)
3231                         pmap->pm_stats.wired_count--;
3232                 if (origpte & PG_MANAGED) {
3233                         om = PHYS_TO_VM_PAGE(opa);
3234                         pv = pmap_pvh_remove(&om->md, pmap, va);
3235                 }
3236                 if (mpte != NULL) {
3237                         mpte->wire_count--;
3238                         KASSERT(mpte->wire_count > 0,
3239                             ("pmap_enter: missing reference to page table page,"
3240                              " va: 0x%lx", va));
3241                 }
3242         } else
3243                 pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
3244
3245         /*
3246          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
3247          */
3248         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
3249                 KASSERT(va < kmi.clean_sva || va >= kmi.clean_eva,
3250                     ("pmap_enter: managed mapping within the clean submap"));
3251                 if (pv == NULL)
3252                         pv = get_pv_entry(pmap, FALSE);
3253                 pv->pv_va = va;
3254                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
3255                 pa |= PG_MANAGED;
3256         } else if (pv != NULL)
3257                 free_pv_entry(pmap, pv);
3258
3259         /*
3260          * Increment counters
3261          */
3262         if (wired)
3263                 pmap->pm_stats.wired_count++;
3264
3265 validate:
3266         /*
3267          * Now validate mapping with desired protection/wiring.
3268          */
3269         newpte = (pt_entry_t)(pa | pmap_cache_bits(m->md.pat_mode, 0) | PG_V);
3270         if ((prot & VM_PROT_WRITE) != 0) {
3271                 newpte |= PG_RW;
3272                 if ((newpte & PG_MANAGED) != 0)
3273                         vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
3274         }
3275         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
3276                 newpte |= pg_nx;
3277         if (wired)
3278                 newpte |= PG_W;
3279         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
3280                 newpte |= PG_U;
3281         if (pmap == kernel_pmap)
3282                 newpte |= PG_G;
3283
3284         /*
3285          * if the mapping or permission bits are different, we need
3286          * to update the pte.
3287          */
3288         if ((origpte & ~(PG_M|PG_A)) != newpte) {
3289                 newpte |= PG_A;
3290                 if ((access & VM_PROT_WRITE) != 0)
3291                         newpte |= PG_M;
3292                 if (origpte & PG_V) {
3293                         invlva = FALSE;
3294                         origpte = pte_load_store(pte, newpte);
3295                         if (origpte & PG_A) {
3296                                 if (origpte & PG_MANAGED)
3297                                         vm_page_aflag_set(om, PGA_REFERENCED);
3298                                 if (opa != VM_PAGE_TO_PHYS(m) || ((origpte &
3299                                     PG_NX) == 0 && (newpte & PG_NX)))
3300                                         invlva = TRUE;
3301                         }
3302                         if ((origpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
3303                                 if ((origpte & PG_MANAGED) != 0)
3304                                         vm_page_dirty(om);
3305                                 if ((newpte & PG_RW) == 0)
3306                                         invlva = TRUE;
3307                         }
3308                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0 &&
3309                             TAILQ_EMPTY(&om->md.pv_list) &&
3310                             ((om->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
3311                             TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(opa)->pv_list)))
3312                                 vm_page_aflag_clear(om, PGA_WRITEABLE);
3313                         if (invlva)
3314                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
3315                 } else
3316                         pte_store(pte, newpte);
3317         }
3318
3319         /*
3320          * If both the page table page and the reservation are fully
3321          * populated, then attempt promotion.
3322          */
3323         if ((mpte == NULL || mpte->wire_count == NPTEPG) &&
3324             pg_ps_enabled && (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
3325             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0)
3326                 pmap_promote_pde(pmap, pde, va);
3327
3328         vm_page_unlock_queues();
3329         PMAP_UNLOCK(pmap);
3330 }
3331
3332 /*
3333  * Tries to create a 2MB page mapping.  Returns TRUE if successful and FALSE
3334  * otherwise.  Fails if (1) a page table page cannot be allocated without
3335  * blocking, (2) a mapping already exists at the specified virtual address, or
3336  * (3) a pv entry cannot be allocated without reclaiming another pv entry. 
3337  */
3338 static boolean_t
3339 pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot)
3340 {
3341         pd_entry_t *pde, newpde;
3342         vm_page_t free, mpde;
3343
3344         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
3345         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3346         if ((mpde = pmap_allocpde(pmap, va, M_NOWAIT)) == NULL) {
3347                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
3348                     " in pmap %p", va, pmap);
3349                 return (FALSE);
3350         }
3351         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mpde));
3352         pde = &pde[pmap_pde_index(va)];
3353         if ((*pde & PG_V) != 0) {
3354                 KASSERT(mpde->wire_count > 1,
3355                     ("pmap_enter_pde: mpde's wire count is too low"));
3356                 mpde->wire_count--;
3357                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
3358                     " in pmap %p", va, pmap);
3359                 return (FALSE);
3360         }
3361         newpde = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | pmap_cache_bits(m->md.pat_mode, 1) |
3362             PG_PS | PG_V;
3363         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
3364                 newpde |= PG_MANAGED;
3365
3366                 /*
3367                  * Abort this mapping if its PV entry could not be created.
3368                  */
3369                 if (!pmap_pv_insert_pde(pmap, va, VM_PAGE_TO_PHYS(m))) {
3370                         free = NULL;
3371                         if (pmap_unwire_pte_hold(pmap, va, mpde, &free)) {
3372                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
3373                                 pmap_free_zero_pages(free);
3374                         }
3375                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
3376                             " in pmap %p", va, pmap);
3377                         return (FALSE);
3378                 }
3379         }
3380         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
3381                 newpde |= pg_nx;
3382         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
3383                 newpde |= PG_U;
3384
3385         /*
3386          * Increment counters.
3387          */
3388         pmap_resident_count_inc(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
3389
3390         /*
3391          * Map the superpage.
3392          */
3393         pde_store(pde, newpde);
3394
3395         pmap_pde_mappings++;
3396         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: success for va %#lx"
3397             " in pmap %p", va, pmap);
3398         return (TRUE);
3399 }
3400
3401 /*
3402  * Maps a sequence of resident pages belonging to the same object.
3403  * The sequence begins with the given page m_start.  This page is
3404  * mapped at the given virtual address start.  Each subsequent page is
3405  * mapped at a virtual address that is offset from start by the same
3406  * amount as the page is offset from m_start within the object.  The
3407  * last page in the sequence is the page with the largest offset from
3408  * m_start that can be mapped at a virtual address less than the given
3409  * virtual address end.  Not every virtual page between start and end
3410  * is mapped; only those for which a resident page exists with the
3411  * corresponding offset from m_start are mapped.
3412  */
3413 void
3414 pmap_enter_object(pmap_t pmap, vm_offset_t start, vm_offset_t end,
3415     vm_page_t m_start, vm_prot_t prot)
3416 {
3417         vm_offset_t va;
3418         vm_page_t m, mpte;
3419         vm_pindex_t diff, psize;
3420
3421         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(m_start->object, MA_OWNED);
3422         psize = atop(end - start);
3423         mpte = NULL;
3424         m = m_start;
3425         vm_page_lock_queues();
3426         PMAP_LOCK(pmap);
3427         while (m != NULL && (diff = m->pindex - m_start->pindex) < psize) {
3428                 va = start + ptoa(diff);
3429                 if ((va & PDRMASK) == 0 && va + NBPDR <= end &&
3430                     (VM_PAGE_TO_PHYS(m) & PDRMASK) == 0 &&
3431                     pg_ps_enabled && vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0 &&
3432                     pmap_enter_pde(pmap, va, m, prot))
3433                         m = &m[NBPDR / PAGE_SIZE - 1];
3434                 else
3435                         mpte = pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot,
3436                             mpte);
3437                 m = TAILQ_NEXT(m, listq);
3438         }
3439         vm_page_unlock_queues();
3440         PMAP_UNLOCK(pmap);
3441 }
3442
3443 /*
3444  * this code makes some *MAJOR* assumptions:
3445  * 1. Current pmap & pmap exists.
3446  * 2. Not wired.
3447  * 3. Read access.
3448  * 4. No page table pages.
3449  * but is *MUCH* faster than pmap_enter...
3450  */
3451
3452 void
3453 pmap_enter_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot)
3454 {
3455
3456         vm_page_lock_queues();
3457         PMAP_LOCK(pmap);
3458         (void)pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot, NULL);
3459         vm_page_unlock_queues();
3460         PMAP_UNLOCK(pmap);
3461 }
3462
3463 static vm_page_t
3464 pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
3465     vm_prot_t prot, vm_page_t mpte)
3466 {
3467         vm_page_t free;
3468         pt_entry_t *pte;
3469         vm_paddr_t pa;
3470
3471         KASSERT(va < kmi.clean_sva || va >= kmi.clean_eva ||
3472             (m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0,
3473             ("pmap_enter_quick_locked: managed mapping within the clean submap"));
3474         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
3475         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3476
3477         /*
3478          * In the case that a page table page is not
3479          * resident, we are creating it here.
3480          */
3481         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
3482                 vm_pindex_t ptepindex;
3483                 pd_entry_t *ptepa;
3484
3485                 /*
3486                  * Calculate pagetable page index
3487                  */
3488                 ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
3489                 if (mpte && (mpte->pindex == ptepindex)) {
3490                         mpte->wire_count++;
3491                 } else {
3492                         /*
3493                          * Get the page directory entry
3494                          */
3495                         ptepa = pmap_pde(pmap, va);
3496
3497                         /*
3498                          * If the page table page is mapped, we just increment
3499                          * the hold count, and activate it.
3500                          */
3501                         if (ptepa && (*ptepa & PG_V) != 0) {
3502                                 if (*ptepa & PG_PS)
3503                                         return (NULL);
3504                                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*ptepa & PG_FRAME);
3505                                 mpte->wire_count++;
3506                         } else {
3507                                 mpte = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex,
3508                                     M_NOWAIT);
3509                                 if (mpte == NULL)
3510                                         return (mpte);
3511                         }
3512                 }
3513                 pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mpte));
3514                 pte = &pte[pmap_pte_index(va)];
3515         } else {
3516                 mpte = NULL;
3517                 pte = vtopte(va);
3518         }
3519         if (*pte) {
3520                 if (mpte != NULL) {
3521                         mpte->wire_count--;
3522                         mpte = NULL;
3523                 }
3524                 return (mpte);
3525         }
3526
3527         /*
3528          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
3529          */
3530         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 &&
3531             !pmap_try_insert_pv_entry(pmap, va, m)) {
3532                 if (mpte != NULL) {
3533                         free = NULL;
3534                         if (pmap_unwire_pte_hold(pmap, va, mpte, &free)) {
3535                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
3536                                 pmap_free_zero_pages(free);
3537                         }
3538                         mpte = NULL;
3539                 }
3540                 return (mpte);
3541         }
3542
3543         /*
3544          * Increment counters
3545          */
3546         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
3547
3548         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | pmap_cache_bits(m->md.pat_mode, 0);
3549         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
3550                 pa |= pg_nx;
3551
3552         /*
3553          * Now validate mapping with RO protection
3554          */
3555         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
3556                 pte_store(pte, pa | PG_V | PG_U);
3557         else
3558                 pte_store(pte, pa | PG_V | PG_U | PG_MANAGED);
3559         return (mpte);
3560 }
3561
3562 /*
3563  * Make a temporary mapping for a physical address.  This is only intended
3564  * to be used for panic dumps.
3565  */
3566 void *
3567 pmap_kenter_temporary(vm_paddr_t pa, int i)
3568 {
3569         vm_offset_t va;
3570
3571         va = (vm_offset_t)crashdumpmap + (i * PAGE_SIZE);
3572         pmap_kenter(va, pa);
3573         invlpg(va);
3574         return ((void *)crashdumpmap);
3575 }
3576
3577 /*
3578  * This code maps large physical mmap regions into the
3579  * processor address space.  Note that some shortcuts
3580  * are taken, but the code works.
3581  */
3582 void
3583 pmap_object_init_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_object_t object,
3584     vm_pindex_t pindex, vm_size_t size)
3585 {
3586         pd_entry_t *pde;
3587         vm_paddr_t pa, ptepa;
3588         vm_page_t p, pdpg;
3589         int pat_mode;
3590
3591         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(object, MA_OWNED);
3592         KASSERT(object->type == OBJT_DEVICE || object->type == OBJT_SG,
3593             ("pmap_object_init_pt: non-device object"));
3594         if ((addr & (NBPDR - 1)) == 0 && (size & (NBPDR - 1)) == 0) {
3595                 if (!vm_object_populate(object, pindex, pindex + atop(size)))
3596                         return;
3597                 p = vm_page_lookup(object, pindex);
3598                 KASSERT(p->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
3599                     ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
3600                 pat_mode = p->md.pat_mode;
3601
3602                 /*
3603                  * Abort the mapping if the first page is not physically
3604                  * aligned to a 2MB page boundary.
3605                  */
3606                 ptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(p);
3607                 if (ptepa & (NBPDR - 1))
3608                         return;
3609
3610                 /*
3611                  * Skip the first page.  Abort the mapping if the rest of
3612                  * the pages are not physically contiguous or have differing
3613                  * memory attributes.
3614                  */
3615                 p = TAILQ_NEXT(p, listq);
3616                 for (pa = ptepa + PAGE_SIZE; pa < ptepa + size;
3617                     pa += PAGE_SIZE) {
3618                         KASSERT(p->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
3619                             ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
3620                         if (pa != VM_PAGE_TO_PHYS(p) ||
3621                             pat_mode != p->md.pat_mode)
3622                                 return;
3623                         p = TAILQ_NEXT(p, listq);
3624                 }
3625
3626                 /*
3627                  * Map using 2MB pages.  Since "ptepa" is 2M aligned and
3628                  * "size" is a multiple of 2M, adding the PAT setting to "pa"
3629                  * will not affect the termination of this loop.
3630                  */ 
3631                 PMAP_LOCK(pmap);
3632                 for (pa = ptepa | pmap_cache_bits(pat_mode, 1); pa < ptepa +
3633                     size; pa += NBPDR) {
3634                         pdpg = pmap_allocpde(pmap, addr, M_NOWAIT);
3635                         if (pdpg == NULL) {
3636                                 /*
3637                                  * The creation of mappings below is only an
3638                                  * optimization.  If a page directory page
3639                                  * cannot be allocated without blocking,
3640                                  * continue on to the next mapping rather than
3641                                  * blocking.
3642                                  */
3643                                 addr += NBPDR;
3644                                 continue;
3645                         }
3646                         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pdpg));
3647                         pde = &pde[pmap_pde_index(addr)];
3648                         if ((*pde & PG_V) == 0) {
3649                                 pde_store(pde, pa | PG_PS | PG_M | PG_A |
3650                                     PG_U | PG_RW | PG_V);
3651                                 pmap_resident_count_inc(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
3652                                 pmap_pde_mappings++;
3653                         } else {
3654                                 /* Continue on if the PDE is already valid. */
3655                                 pdpg->wire_count--;
3656                                 KASSERT(pdpg->wire_count > 0,
3657                                     ("pmap_object_init_pt: missing reference "
3658                                     "to page directory page, va: 0x%lx", addr));
3659                         }
3660                         addr += NBPDR;
3661                 }
3662                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3663         }
3664 }
3665
3666 /*
3667  *      Routine:        pmap_change_wiring
3668  *      Function:       Change the wiring attribute for a map/virtual-address
3669  *                      pair.
3670  *      In/out conditions:
3671  *                      The mapping must already exist in the pmap.
3672  */
3673 void
3674 pmap_change_wiring(pmap_t pmap, vm_offset_t va, boolean_t wired)
3675 {
3676         pd_entry_t *pde;
3677         pt_entry_t *pte;
3678         boolean_t are_queues_locked;
3679
3680         are_queues_locked = FALSE;
3681
3682         /*
3683          * Wiring is not a hardware characteristic so there is no need to
3684          * invalidate TLB.
3685          */
3686 retry:
3687         PMAP_LOCK(pmap);
3688         pde = pmap_pde(pmap, va);
3689         if ((*pde & PG_PS) != 0) {
3690                 if (!wired != ((*pde & PG_W) == 0)) {
3691                         if (!are_queues_locked) {
3692                                 are_queues_locked = TRUE;
3693                                 if (!mtx_trylock(&vm_page_queue_mtx)) {
3694                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
3695                                         vm_page_lock_queues();
3696                                         goto retry;
3697                                 }
3698                         }
3699                         if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, va))
3700                                 panic("pmap_change_wiring: demotion failed");
3701                 } else
3702                         goto out;
3703         }
3704         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
3705         if (wired && (*pte & PG_W) == 0) {
3706                 pmap->pm_stats.wired_count++;
3707                 atomic_set_long(pte, PG_W);
3708         } else if (!wired && (*pte & PG_W) != 0) {
3709                 pmap->pm_stats.wired_count--;
3710                 atomic_clear_long(pte, PG_W);
3711         }
3712 out:
3713         if (are_queues_locked)
3714                 vm_page_unlock_queues();
3715         PMAP_UNLOCK(pmap);
3716 }
3717
3718 /*
3719  *      Copy the range specified by src_addr/len
3720  *      from the source map to the range dst_addr/len
3721  *      in the destination map.
3722  *
3723  *      This routine is only advisory and need not do anything.
3724  */
3725
3726 void
3727 pmap_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap, vm_offset_t dst_addr, vm_size_t len,
3728     vm_offset_t src_addr)
3729 {
3730         vm_page_t   free;
3731         vm_offset_t addr;
3732         vm_offset_t end_addr = src_addr + len;
3733         vm_offset_t va_next;
3734
3735         if (dst_addr != src_addr)
3736                 return;
3737
3738         vm_page_lock_queues();
3739         if (dst_pmap < src_pmap) {
3740                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
3741                 PMAP_LOCK(src_pmap);
3742         } else {
3743                 PMAP_LOCK(src_pmap);
3744                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
3745         }
3746         for (addr = src_addr; addr < end_addr; addr = va_next) {
3747                 pt_entry_t *src_pte, *dst_pte;
3748                 vm_page_t dstmpde, dstmpte, srcmpte;
3749                 pml4_entry_t *pml4e;
3750                 pdp_entry_t *pdpe;
3751                 pd_entry_t srcptepaddr, *pde;
3752
3753                 KASSERT(addr < UPT_MIN_ADDRESS,
3754                     ("pmap_copy: invalid to pmap_copy page tables"));
3755
3756                 pml4e = pmap_pml4e(src_pmap, addr);
3757                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
3758                         va_next = (addr + NBPML4) & ~PML4MASK;
3759                         if (va_next < addr)
3760                                 va_next = end_addr;
3761                         continue;
3762                 }
3763
3764                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, addr);
3765                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
3766                         va_next = (addr + NBPDP) & ~PDPMASK;
3767                         if (va_next < addr)
3768                                 va_next = end_addr;
3769                         continue;
3770                 }
3771
3772                 va_next = (addr + NBPDR) & ~PDRMASK;
3773                 if (va_next < addr)
3774                         va_next = end_addr;
3775
3776                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, addr);
3777                 srcptepaddr = *pde;
3778                 if (srcptepaddr == 0)
3779                         continue;
3780                         
3781                 if (srcptepaddr & PG_PS) {
3782                         dstmpde = pmap_allocpde(dst_pmap, addr, M_NOWAIT);
3783                         if (dstmpde == NULL)
3784                                 break;
3785                         pde = (pd_entry_t *)
3786                             PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(dstmpde));
3787                         pde = &pde[pmap_pde_index(addr)];
3788                         if (*pde == 0 && ((srcptepaddr & PG_MANAGED) == 0 ||
3789                             pmap_pv_insert_pde(dst_pmap, addr, srcptepaddr &
3790                             PG_PS_FRAME))) {
3791                                 *pde = srcptepaddr & ~PG_W;
3792                                 pmap_resident_count_inc(dst_pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
3793                         } else
3794                                 dstmpde->wire_count--;
3795                         continue;
3796                 }
3797
3798                 srcptepaddr &= PG_FRAME;
3799                 srcmpte = PHYS_TO_VM_PAGE(srcptepaddr);
3800                 KASSERT(srcmpte->wire_count > 0,
3801                     ("pmap_copy: source page table page is unused"));
3802
3803                 if (va_next > end_addr)
3804                         va_next = end_addr;
3805
3806                 src_pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(srcptepaddr);
3807                 src_pte = &src_pte[pmap_pte_index(addr)];
3808                 dstmpte = NULL;
3809                 while (addr < va_next) {
3810                         pt_entry_t ptetemp;
3811                         ptetemp = *src_pte;
3812                         /*
3813                          * we only virtual copy managed pages
3814                          */
3815                         if ((ptetemp & PG_MANAGED) != 0) {
3816                                 if (dstmpte != NULL &&
3817                                     dstmpte->pindex == pmap_pde_pindex(addr))
3818                                         dstmpte->wire_count++;
3819                                 else if ((dstmpte = pmap_allocpte(dst_pmap,
3820                                     addr, M_NOWAIT)) == NULL)
3821                                         goto out;
3822                                 dst_pte = (pt_entry_t *)
3823                                     PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(dstmpte));
3824                                 dst_pte = &dst_pte[pmap_pte_index(addr)];
3825                                 if (*dst_pte == 0 &&
3826                                     pmap_try_insert_pv_entry(dst_pmap, addr,
3827                                     PHYS_TO_VM_PAGE(ptetemp & PG_FRAME))) {
3828                                         /*
3829                                          * Clear the wired, modified, and
3830                                          * accessed (referenced) bits
3831                                          * during the copy.
3832                                          */
3833                                         *dst_pte = ptetemp & ~(PG_W | PG_M |
3834                                             PG_A);
3835                                         pmap_resident_count_inc(dst_pmap, 1);
3836                                 } else {
3837                                         free = NULL;
3838                                         if (pmap_unwire_pte_hold(dst_pmap,
3839                                             addr, dstmpte, &free)) {
3840                                                 pmap_invalidate_page(dst_pmap,
3841                                                     addr);
3842                                                 pmap_free_zero_pages(free);
3843                                         }
3844                                         goto out;
3845                                 }
3846                                 if (dstmpte->wire_count >= srcmpte->wire_count)
3847                                         break;
3848                         }
3849                         addr += PAGE_SIZE;
3850                         src_pte++;
3851                 }
3852         }
3853 out:
3854         vm_page_unlock_queues();
3855         PMAP_UNLOCK(src_pmap);
3856         PMAP_UNLOCK(dst_pmap);
3857 }       
3858
3859 /*
3860  *      pmap_zero_page zeros the specified hardware page by mapping 
3861  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.
3862  */
3863 void
3864 pmap_zero_page(vm_page_t m)
3865 {
3866         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3867
3868         pagezero((void *)va);
3869 }
3870
3871 /*
3872  *      pmap_zero_page_area zeros the specified hardware page by mapping 
3873  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.
3874  *
3875  *      off and size may not cover an area beyond a single hardware page.
3876  */
3877 void
3878 pmap_zero_page_area(vm_page_t m, int off, int size)
3879 {
3880         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3881
3882         if (off == 0 && size == PAGE_SIZE)
3883                 pagezero((void *)va);
3884         else
3885                 bzero((char *)va + off, size);
3886 }
3887
3888 /*
3889  *      pmap_zero_page_idle zeros the specified hardware page by mapping 
3890  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.  This
3891  *      is intended to be called from the vm_pagezero process only and
3892  *      outside of Giant.
3893  */
3894 void
3895 pmap_zero_page_idle(vm_page_t m)
3896 {
3897         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3898
3899         pagezero((void *)va);
3900 }
3901
3902 /*
3903  *      pmap_copy_page copies the specified (machine independent)
3904  *      page by mapping the page into virtual memory and using
3905  *      bcopy to copy the page, one machine dependent page at a
3906  *      time.
3907  */
3908 void
3909 pmap_copy_page(vm_page_t msrc, vm_page_t mdst)
3910 {
3911         vm_offset_t src = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(msrc));
3912         vm_offset_t dst = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mdst));
3913
3914         pagecopy((void *)src, (void *)dst);
3915 }
3916
3917 /*
3918  * Returns true if the pmap's pv is one of the first
3919  * 16 pvs linked to from this page.  This count may
3920  * be changed upwards or downwards in the future; it
3921  * is only necessary that true be returned for a small
3922  * subset of pmaps for proper page aging.
3923  */
3924 boolean_t
3925 pmap_page_exists_quick(pmap_t pmap, vm_page_t m)
3926 {
3927         struct md_page *pvh;
3928         pv_entry_t pv;
3929         int loops = 0;
3930         boolean_t rv;
3931
3932         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
3933             ("pmap_page_exists_quick: page %p is not managed", m));
3934         rv = FALSE;
3935         vm_page_lock_queues();
3936         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
3937                 if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
3938                         rv = TRUE;
3939                         break;
3940                 }
3941                 loops++;
3942                 if (loops >= 16)
3943                         break;
3944         }
3945         if (!rv && loops < 16 && (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
3946                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3947                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_list) {
3948                         if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
3949                                 rv = TRUE;
3950                                 break;
3951                         }
3952                         loops++;
3953                         if (loops >= 16)
3954                                 break;
3955                 }
3956         }
3957         vm_page_unlock_queues();
3958         return (rv);
3959 }
3960
3961 /*
3962  *      pmap_page_wired_mappings:
3963  *
3964  *      Return the number of managed mappings to the given physical page
3965  *      that are wired.
3966  */
3967 int
3968 pmap_page_wired_mappings(vm_page_t m)
3969 {
3970         int count;
3971
3972         count = 0;
3973         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
3974                 return (count);
3975         vm_page_lock_queues();
3976         count = pmap_pvh_wired_mappings(&m->md, count);
3977         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
3978             count = pmap_pvh_wired_mappings(pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m)),
3979                 count);
3980         }
3981         vm_page_unlock_queues();
3982         return (count);
3983 }
3984
3985 /*
3986  *      pmap_pvh_wired_mappings:
3987  *
3988  *      Return the updated number "count" of managed mappings that are wired.
3989  */
3990 static int
3991 pmap_pvh_wired_mappings(struct md_page *pvh, int count)
3992 {
3993         pmap_t pmap;
3994         pt_entry_t *pte;
3995         pv_entry_t pv;
3996
3997         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
3998         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_list) {
3999                 pmap = PV_PMAP(pv);
4000                 PMAP_LOCK(pmap);
4001                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va);
4002                 if ((*pte & PG_W) != 0)
4003                         count++;
4004                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4005         }
4006         return (count);
4007 }
4008
4009 /*
4010  * Returns TRUE if the given page is mapped individually or as part of
4011  * a 2mpage.  Otherwise, returns FALSE.
4012  */
4013 boolean_t
4014 pmap_page_is_mapped(vm_page_t m)
4015 {
4016         boolean_t rv;
4017
4018         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
4019                 return (FALSE);
4020         vm_page_lock_queues();
4021         rv = !TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) ||
4022             ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
4023             !TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m))->pv_list));
4024         vm_page_unlock_queues();
4025         return (rv);
4026 }
4027
4028 /*
4029  * Remove all pages from specified address space
4030  * this aids process exit speeds.  Also, this code
4031  * is special cased for current process only, but
4032  * can have the more generic (and slightly slower)
4033  * mode enabled.  This is much faster than pmap_remove
4034  * in the case of running down an entire address space.
4035  */
4036 void
4037 pmap_remove_pages(pmap_t pmap)
4038 {
4039         pd_entry_t ptepde;
4040         pt_entry_t *pte, tpte;
4041         vm_page_t free = NULL;
4042         vm_page_t m, mpte, mt;
4043         pv_entry_t pv;
4044         struct md_page *pvh;
4045         struct pv_chunk *pc, *npc;
4046         int field, idx;
4047         int64_t bit;
4048         uint64_t inuse, bitmask;
4049         int allfree;
4050
4051         if (pmap != PCPU_GET(curpmap)) {
4052                 printf("warning: pmap_remove_pages called with non-current pmap\n");
4053                 return;
4054         }
4055         vm_page_lock_queues();
4056         PMAP_LOCK(pmap);
4057         TAILQ_FOREACH_SAFE(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list, npc) {
4058                 allfree = 1;
4059                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
4060                         inuse = (~(pc->pc_map[field])) & pc_freemask[field];
4061                         while (inuse != 0) {
4062                                 bit = bsfq(inuse);
4063                                 bitmask = 1UL << bit;
4064                                 idx = field * 64 + bit;
4065                                 pv = &pc->pc_pventry[idx];
4066                                 inuse &= ~bitmask;
4067
4068                                 pte = pmap_pdpe(pmap, pv->pv_va);
4069                                 ptepde = *pte;
4070                                 pte = pmap_pdpe_to_pde(pte, pv->pv_va);
4071                                 tpte = *pte;
4072                                 if ((tpte & (PG_PS | PG_V)) == PG_V) {
4073                                         ptepde = tpte;
4074                                         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(tpte &
4075                                             PG_FRAME);
4076                                         pte = &pte[pmap_pte_index(pv->pv_va)];
4077                                         tpte = *pte & ~PG_PTE_PAT;
4078                                 }
4079                                 if ((tpte & PG_V) == 0)
4080                                         panic("bad pte");
4081
4082 /*
4083  * We cannot remove wired pages from a process' mapping at this time
4084  */
4085                                 if (tpte & PG_W) {
4086                                         allfree = 0;
4087                                         continue;
4088                                 }
4089
4090                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpte & PG_FRAME);
4091                                 KASSERT(m->phys_addr == (tpte & PG_FRAME),
4092                                     ("vm_page_t %p phys_addr mismatch %016jx %016jx",
4093                                     m, (uintmax_t)m->phys_addr,
4094                                     (uintmax_t)tpte));
4095
4096                                 KASSERT((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
4097                                     m < &vm_page_array[vm_page_array_size],
4098                                     ("pmap_remove_pages: bad tpte %#jx",
4099                                     (uintmax_t)tpte));
4100
4101                                 pte_clear(pte);
4102
4103                                 /*
4104                                  * Update the vm_page_t clean/reference bits.
4105                                  */
4106                                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
4107                                         if ((tpte & PG_PS) != 0) {
4108                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
4109                                                         vm_page_dirty(mt);
4110                                         } else
4111                                                 vm_page_dirty(m);
4112                                 }
4113
4114                                 /* Mark free */
4115                                 PV_STAT(pv_entry_frees++);
4116                                 PV_STAT(pv_entry_spare++);
4117                                 pv_entry_count--;
4118                                 pc->pc_map[field] |= bitmask;
4119                                 if ((tpte & PG_PS) != 0) {
4120                                         pmap_resident_count_dec(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
4121                                         pvh = pa_to_pvh(tpte & PG_PS_FRAME);
4122                                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_list);
4123                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
4124                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
4125                                                         if (TAILQ_EMPTY(&mt->md.pv_list))
4126                                                                 vm_page_aflag_clear(mt, PGA_WRITEABLE);
4127                                         }
4128                                         mpte = pmap_lookup_pt_page(pmap, pv->pv_va);
4129                                         if (mpte != NULL) {
4130                                                 pmap_remove_pt_page(pmap, mpte);
4131                                                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
4132                                                 KASSERT(mpte->wire_count == NPTEPG,
4133                                                     ("pmap_remove_pages: pte page wire count error"));
4134                                                 mpte->wire_count = 0;
4135                                                 pmap_add_delayed_free_list(mpte, &free, FALSE);
4136                                                 atomic_subtract_int(&cnt.v_wire_count, 1);
4137                                         }
4138                                 } else {
4139                                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
4140                                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
4141                                         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
4142                                             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
4143                                                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4144                                                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
4145                                                         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
4146                                         }
4147                                 }
4148                                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, ptepde, &free);
4149                         }
4150                 }
4151                 if (allfree) {
4152                         PV_STAT(pv_entry_spare -= _NPCPV);
4153                         PV_STAT(pc_chunk_count--);
4154                         PV_STAT(pc_chunk_frees++);
4155                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4156                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
4157                         dump_drop_page(m->phys_addr);
4158                         vm_page_unwire(m, 0);
4159                         vm_page_free(m);
4160                 }
4161         }
4162         pmap_invalidate_all(pmap);
4163         vm_page_unlock_queues();
4164         PMAP_UNLOCK(pmap);
4165         pmap_free_zero_pages(free);
4166 }
4167
4168 /*
4169  *      pmap_is_modified:
4170  *
4171  *      Return whether or not the specified physical page was modified
4172  *      in any physical maps.
4173  */
4174 boolean_t
4175 pmap_is_modified(vm_page_t m)
4176 {
4177         boolean_t rv;
4178
4179         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4180             ("pmap_is_modified: page %p is not managed", m));
4181
4182         /*
4183          * If the page is not VPO_BUSY, then PGA_WRITEABLE cannot be
4184          * concurrently set while the object is locked.  Thus, if PGA_WRITEABLE
4185          * is clear, no PTEs can have PG_M set.
4186          */
4187         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(m->object, MA_OWNED);
4188         if ((m->oflags & VPO_BUSY) == 0 &&
4189             (m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
4190                 return (FALSE);
4191         vm_page_lock_queues();
4192         rv = pmap_is_modified_pvh(&m->md) ||
4193             ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
4194             pmap_is_modified_pvh(pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m))));
4195         vm_page_unlock_queues();
4196         return (rv);
4197 }
4198
4199 /*
4200  * Returns TRUE if any of the given mappings were used to modify
4201  * physical memory.  Otherwise, returns FALSE.  Both page and 2mpage
4202  * mappings are supported.
4203  */
4204 static boolean_t
4205 pmap_is_modified_pvh(struct md_page *pvh)
4206 {
4207         pv_entry_t pv;
4208         pt_entry_t *pte;
4209         pmap_t pmap;
4210         boolean_t rv;
4211
4212         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
4213         rv = FALSE;
4214         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_list) {
4215                 pmap = PV_PMAP(pv);
4216                 PMAP_LOCK(pmap);
4217                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va);
4218                 rv = (*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW);
4219                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4220                 if (rv)
4221                         break;
4222         }
4223         return (rv);
4224 }
4225
4226 /*
4227  *      pmap_is_prefaultable:
4228  *
4229  *      Return whether or not the specified virtual address is elgible
4230  *      for prefault.
4231  */
4232 boolean_t
4233 pmap_is_prefaultable(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
4234 {
4235         pd_entry_t *pde;
4236         pt_entry_t *pte;
4237         boolean_t rv;
4238
4239         rv = FALSE;
4240         PMAP_LOCK(pmap);
4241         pde = pmap_pde(pmap, addr);
4242         if (pde != NULL && (*pde & (PG_PS | PG_V)) == PG_V) {
4243                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, addr);
4244                 rv = (*pte & PG_V) == 0;
4245         }
4246         PMAP_UNLOCK(pmap);
4247         return (rv);
4248 }
4249
4250 /*
4251  *      pmap_is_referenced:
4252  *
4253  *      Return whether or not the specified physical page was referenced
4254  *      in any physical maps.
4255  */
4256 boolean_t
4257 pmap_is_referenced(vm_page_t m)
4258 {
4259         boolean_t rv;
4260
4261         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4262             ("pmap_is_referenced: page %p is not managed", m));
4263         vm_page_lock_queues();
4264         rv = pmap_is_referenced_pvh(&m->md) ||
4265             ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
4266             pmap_is_referenced_pvh(pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m))));
4267         vm_page_unlock_queues();
4268         return (rv);
4269 }
4270
4271 /*
4272  * Returns TRUE if any of the given mappings were referenced and FALSE
4273  * otherwise.  Both page and 2mpage mappings are supported.
4274  */
4275 static boolean_t
4276 pmap_is_referenced_pvh(struct md_page *pvh)
4277 {
4278         pv_entry_t pv;
4279         pt_entry_t *pte;
4280         pmap_t pmap;
4281         boolean_t rv;
4282
4283         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
4284         rv = FALSE;
4285         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_list) {
4286                 pmap = PV_PMAP(pv);
4287                 PMAP_LOCK(pmap);
4288                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va);
4289                 rv = (*pte & (PG_A | PG_V)) == (PG_A | PG_V);
4290                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4291                 if (rv)
4292                         break;
4293         }
4294         return (rv);
4295 }
4296
4297 /*
4298  * Clear the write and modified bits in each of the given page's mappings.
4299  */
4300 void
4301 pmap_remove_write(vm_page_t m)
4302 {
4303         struct md_page *pvh;
4304         pmap_t pmap;
4305         pv_entry_t next_pv, pv;
4306         pd_entry_t *pde;
4307         pt_entry_t oldpte, *pte;
4308         vm_offset_t va;
4309
4310         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4311             ("pmap_remove_write: page %p is not managed", m));
4312
4313         /*
4314          * If the page is not VPO_BUSY, then PGA_WRITEABLE cannot be set by
4315          * another thread while the object is locked.  Thus, if PGA_WRITEABLE
4316          * is clear, no page table entries need updating.
4317          */
4318         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(m->object, MA_OWNED);
4319         if ((m->oflags & VPO_BUSY) == 0 &&
4320             (m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
4321                 return;
4322         vm_page_lock_queues();
4323         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0)
4324                 goto small_mappings;
4325         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4326         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_list, next_pv) {
4327                 pmap = PV_PMAP(pv);
4328                 PMAP_LOCK(pmap);
4329                 va = pv->pv_va;
4330                 pde = pmap_pde(pmap, va);
4331                 if ((*pde & PG_RW) != 0)
4332                         (void)pmap_demote_pde(pmap, pde, va);
4333                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4334         }
4335 small_mappings:
4336         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
4337                 pmap = PV_PMAP(pv);
4338                 PMAP_LOCK(pmap);
4339                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
4340                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_clear_write: found"
4341                     " a 2mpage in page %p's pv list", m));
4342                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
4343 retry:
4344                 oldpte = *pte;
4345                 if (oldpte & PG_RW) {
4346                         if (!atomic_cmpset_long(pte, oldpte, oldpte &
4347                             ~(PG_RW | PG_M)))
4348                                 goto retry;
4349                         if ((oldpte & PG_M) != 0)
4350                                 vm_page_dirty(m);
4351                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
4352                 }
4353                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4354         }
4355         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
4356         vm_page_unlock_queues();
4357 }
4358
4359 /*
4360  *      pmap_ts_referenced:
4361  *
4362  *      Return a count of reference bits for a page, clearing those bits.
4363  *      It is not necessary for every reference bit to be cleared, but it
4364  *      is necessary that 0 only be returned when there are truly no
4365  *      reference bits set.
4366  *
4367  *      XXX: The exact number of bits to check and clear is a matter that
4368  *      should be tested and standardized at some point in the future for
4369  *      optimal aging of shared pages.
4370  */
4371 int
4372 pmap_ts_referenced(vm_page_t m)
4373 {
4374         struct md_page *pvh;
4375         pv_entry_t pv, pvf, pvn;
4376         pmap_t pmap;
4377         pd_entry_t oldpde, *pde;
4378         pt_entry_t *pte;
4379         vm_offset_t va;
4380         int rtval = 0;
4381
4382         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4383             ("pmap_ts_referenced: page %p is not managed", m));
4384         vm_page_lock_queues();
4385         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0)
4386                 goto small_mappings;
4387         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4388         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_list, pvn) {
4389                 pmap = PV_PMAP(pv);
4390                 PMAP_LOCK(pmap);
4391                 va = pv->pv_va;
4392                 pde = pmap_pde(pmap, va);
4393                 oldpde = *pde;
4394                 if ((oldpde & PG_A) != 0) {
4395                         if (pmap_demote_pde(pmap, pde, va)) {
4396                                 if ((oldpde & PG_W) == 0) {
4397                                         /*
4398                                          * Remove the mapping to a single page
4399                                          * so that a subsequent access may
4400                                          * repromote.  Since the underlying
4401                                          * page table page is fully populated,
4402                                          * this removal never frees a page
4403                                          * table page.
4404                                          */
4405                                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde &
4406                                             PG_PS_FRAME);
4407                                         pmap_remove_page(pmap, va, pde, NULL);
4408                                         rtval++;
4409                                         if (rtval > 4) {
4410                                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4411                                                 goto out;
4412                                         }
4413                                 }
4414                         }
4415                 }
4416                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4417         }
4418 small_mappings:
4419         if ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
4420                 pvf = pv;
4421                 do {
4422                         pvn = TAILQ_NEXT(pv, pv_list);
4423                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
4424                         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
4425                         pmap = PV_PMAP(pv);
4426                         PMAP_LOCK(pmap);
4427                         pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
4428                         KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_ts_referenced:"
4429                             " found a 2mpage in page %p's pv list", m));
4430                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
4431                         if ((*pte & PG_A) != 0) {
4432                                 atomic_clear_long(pte, PG_A);
4433                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
4434                                 rtval++;
4435                                 if (rtval > 4)
4436                                         pvn = NULL;
4437                         }
4438                         PMAP_UNLOCK(pmap);
4439                 } while ((pv = pvn) != NULL && pv != pvf);
4440         }
4441 out:
4442         vm_page_unlock_queues();
4443         return (rtval);
4444 }
4445
4446 /*
4447  *      Clear the modify bits on the specified physical page.
4448  */
4449 void
4450 pmap_clear_modify(vm_page_t m)
4451 {
4452         struct md_page *pvh;
4453         pmap_t pmap;
4454         pv_entry_t next_pv, pv;
4455         pd_entry_t oldpde, *pde;
4456         pt_entry_t oldpte, *pte;
4457         vm_offset_t va;
4458
4459         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4460             ("pmap_clear_modify: page %p is not managed", m));
4461         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(m->object, MA_OWNED);
4462         KASSERT((m->oflags & VPO_BUSY) == 0,
4463             ("pmap_clear_modify: page %p is busy", m));
4464
4465         /*
4466          * If the page is not PGA_WRITEABLE, then no PTEs can have PG_M set.
4467          * If the object containing the page is locked and the page is not
4468          * VPO_BUSY, then PGA_WRITEABLE cannot be concurrently set.
4469          */
4470         if ((m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
4471                 return;
4472         vm_page_lock_queues();
4473         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0)
4474                 goto small_mappings;
4475         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4476         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_list, next_pv) {
4477                 pmap = PV_PMAP(pv);
4478                 PMAP_LOCK(pmap);
4479                 va = pv->pv_va;
4480                 pde = pmap_pde(pmap, va);
4481                 oldpde = *pde;
4482                 if ((oldpde & PG_RW) != 0) {
4483                         if (pmap_demote_pde(pmap, pde, va)) {
4484                                 if ((oldpde & PG_W) == 0) {
4485                                         /*
4486                                          * Write protect the mapping to a
4487                                          * single page so that a subsequent
4488                                          * write access may repromote.
4489                                          */
4490                                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde &
4491                                             PG_PS_FRAME);
4492                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
4493                                         oldpte = *pte;
4494                                         if ((oldpte & PG_V) != 0) {
4495                                                 while (!atomic_cmpset_long(pte,
4496                                                     oldpte,
4497                                                     oldpte & ~(PG_M | PG_RW)))
4498                                                         oldpte = *pte;
4499                                                 vm_page_dirty(m);
4500                                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
4501                                         }
4502                                 }
4503                         }
4504                 }
4505                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4506         }
4507 small_mappings:
4508         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
4509                 pmap = PV_PMAP(pv);
4510                 PMAP_LOCK(pmap);
4511                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
4512                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_clear_modify: found"
4513                     " a 2mpage in page %p's pv list", m));
4514                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
4515                 if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
4516                         atomic_clear_long(pte, PG_M);
4517                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
4518                 }
4519                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4520         }
4521         vm_page_unlock_queues();
4522 }
4523
4524 /*
4525  *      pmap_clear_reference:
4526  *
4527  *      Clear the reference bit on the specified physical page.
4528  */
4529 void
4530 pmap_clear_reference(vm_page_t m)
4531 {
4532         struct md_page *pvh;
4533         pmap_t pmap;
4534         pv_entry_t next_pv, pv;
4535         pd_entry_t oldpde, *pde;
4536         pt_entry_t *pte;
4537         vm_offset_t va;
4538
4539         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4540             ("pmap_clear_reference: page %p is not managed", m));
4541         vm_page_lock_queues();
4542         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0)
4543                 goto small_mappings;
4544         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4545         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_list, next_pv) {
4546                 pmap = PV_PMAP(pv);
4547                 PMAP_LOCK(pmap);
4548                 va = pv->pv_va;
4549                 pde = pmap_pde(pmap, va);
4550                 oldpde = *pde;
4551                 if ((oldpde & PG_A) != 0) {
4552                         if (pmap_demote_pde(pmap, pde, va)) {
4553                                 /*
4554                                  * Remove the mapping to a single page so
4555                                  * that a subsequent access may repromote.
4556                                  * Since the underlying page table page is
4557                                  * fully populated, this removal never frees
4558                                  * a page table page.
4559                                  */
4560                                 va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde &
4561                                     PG_PS_FRAME);
4562                                 pmap_remove_page(pmap, va, pde, NULL);
4563                         }
4564                 }
4565                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4566         }
4567 small_mappings:
4568         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
4569                 pmap = PV_PMAP(pv);
4570                 PMAP_LOCK(pmap);
4571                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
4572                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_clear_reference: found"
4573                     " a 2mpage in page %p's pv list", m));
4574                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
4575                 if (*pte & PG_A) {
4576                         atomic_clear_long(pte, PG_A);
4577                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
4578                 }
4579                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4580         }
4581         vm_page_unlock_queues();
4582 }
4583
4584 /*
4585  * Miscellaneous support routines follow
4586  */
4587
4588 /* Adjust the cache mode for a 4KB page mapped via a PTE. */
4589 static __inline void
4590 pmap_pte_attr(pt_entry_t *pte, int cache_bits)
4591 {
4592         u_int opte, npte;
4593
4594         /*
4595          * The cache mode bits are all in the low 32-bits of the
4596          * PTE, so we can just spin on updating the low 32-bits.
4597          */
4598         do {
4599                 opte = *(u_int *)pte;
4600                 npte = opte & ~PG_PTE_CACHE;
4601                 npte |= cache_bits;
4602         } while (npte != opte && !atomic_cmpset_int((u_int *)pte, opte, npte));
4603 }
4604
4605 /* Adjust the cache mode for a 2MB page mapped via a PDE. */
4606 static __inline void
4607 pmap_pde_attr(pd_entry_t *pde, int cache_bits)
4608 {
4609         u_int opde, npde;
4610
4611         /*
4612          * The cache mode bits are all in the low 32-bits of the
4613          * PDE, so we can just spin on updating the low 32-bits.
4614          */
4615         do {
4616                 opde = *(u_int *)pde;
4617                 npde = opde & ~PG_PDE_CACHE;
4618                 npde |= cache_bits;
4619         } while (npde != opde && !atomic_cmpset_int((u_int *)pde, opde, npde));
4620 }
4621
4622 /*
4623  * Map a set of physical memory pages into the kernel virtual
4624  * address space. Return a pointer to where it is mapped. This
4625  * routine is intended to be used for mapping device memory,
4626  * NOT real memory.
4627  */
4628 void *
4629 pmap_mapdev_attr(vm_paddr_t pa, vm_size_t size, int mode)
4630 {
4631         vm_offset_t va, offset;
4632         vm_size_t tmpsize;
4633
4634         /*
4635          * If the specified range of physical addresses fits within the direct
4636          * map window, use the direct map. 
4637          */
4638         if (pa < dmaplimit && pa + size < dmaplimit) {
4639                 va = PHYS_TO_DMAP(pa);
4640                 if (!pmap_change_attr(va, size, mode))
4641                         return ((void *)va);
4642         }
4643         offset = pa & PAGE_MASK;
4644         size = roundup(offset + size, PAGE_SIZE);
4645         va = kmem_alloc_nofault(kernel_map, size);
4646         if (!va)
4647                 panic("pmap_mapdev: Couldn't alloc kernel virtual memory");
4648         pa = trunc_page(pa);
4649         for (tmpsize = 0; tmpsize < size; tmpsize += PAGE_SIZE)
4650                 pmap_kenter_attr(va + tmpsize, pa + tmpsize, mode);
4651         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, va, va + tmpsize);
4652         pmap_invalidate_cache_range(va, va + tmpsize);
4653         return ((void *)(va + offset));
4654 }
4655
4656 void *
4657 pmap_mapdev(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
4658 {
4659
4660         return (pmap_mapdev_attr(pa, size, PAT_UNCACHEABLE));
4661 }
4662
4663 void *
4664 pmap_mapbios(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
4665 {
4666
4667         return (pmap_mapdev_attr(pa, size, PAT_WRITE_BACK));
4668 }
4669
4670 void
4671 pmap_unmapdev(vm_offset_t va, vm_size_t size)
4672 {
4673         vm_offset_t base, offset, tmpva;
4674
4675         /* If we gave a direct map region in pmap_mapdev, do nothing */
4676         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS)
4677                 return;
4678         base = trunc_page(va);
4679         offset = va & PAGE_MASK;
4680         size = roundup(offset + size, PAGE_SIZE);
4681         for (tmpva = base; tmpva < (base + size); tmpva += PAGE_SIZE)
4682                 pmap_kremove(tmpva);
4683         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, va, tmpva);
4684         kmem_free(kernel_map, base, size);
4685 }
4686
4687 /*
4688  * Tries to demote a 1GB page mapping.
4689  */
4690 static boolean_t
4691 pmap_demote_pdpe(pmap_t pmap, pdp_entry_t *pdpe, vm_offset_t va)
4692 {
4693         pdp_entry_t newpdpe, oldpdpe;
4694         pd_entry_t *firstpde, newpde, *pde;
4695         vm_paddr_t mpdepa;
4696         vm_page_t mpde;
4697
4698         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4699         oldpdpe = *pdpe;
4700         KASSERT((oldpdpe & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V),
4701             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_PS and/or PG_V"));
4702         if ((mpde = vm_page_alloc(NULL, va >> PDPSHIFT, VM_ALLOC_INTERRUPT |
4703             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED)) == NULL) {
4704                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pdpe: failure for va %#lx"
4705                     " in pmap %p", va, pmap);
4706                 return (FALSE);
4707         }
4708         mpdepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpde);
4709         firstpde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mpdepa);
4710         newpdpe = mpdepa | PG_M | PG_A | (oldpdpe & PG_U) | PG_RW | PG_V;
4711         KASSERT((oldpdpe & PG_A) != 0,
4712             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_A"));
4713         KASSERT((oldpdpe & (PG_M | PG_RW)) != PG_RW,
4714             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_M"));
4715         newpde = oldpdpe;
4716
4717         /*
4718          * Initialize the page directory page.
4719          */
4720         for (pde = firstpde; pde < firstpde + NPDEPG; pde++) {
4721                 *pde = newpde;
4722                 newpde += NBPDR;
4723         }
4724
4725         /*
4726          * Demote the mapping.
4727          */
4728         *pdpe = newpdpe;
4729
4730         /*
4731          * Invalidate a stale recursive mapping of the page directory page.
4732          */
4733         pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopde(va));
4734
4735         pmap_pdpe_demotions++;
4736         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pdpe: success for va %#lx"
4737             " in pmap %p", va, pmap);
4738         return (TRUE);
4739 }
4740
4741 /*
4742  * Sets the memory attribute for the specified page.
4743  */
4744 void
4745 pmap_page_set_memattr(vm_page_t m, vm_memattr_t ma)
4746 {
4747
4748         m->md.pat_mode = ma;
4749
4750         /*
4751          * If "m" is a normal page, update its direct mapping.  This update
4752          * can be relied upon to perform any cache operations that are
4753          * required for data coherence.
4754          */
4755         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
4756             pmap_change_attr(PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m)), PAGE_SIZE,
4757             m->md.pat_mode))
4758                 panic("memory attribute change on the direct map failed");
4759 }
4760
4761 /*
4762  * Changes the specified virtual address range's memory type to that given by
4763  * the parameter "mode".  The specified virtual address range must be
4764  * completely contained within either the direct map or the kernel map.  If
4765  * the virtual address range is contained within the kernel map, then the
4766  * memory type for each of the corresponding ranges of the direct map is also
4767  * changed.  (The corresponding ranges of the direct map are those ranges that
4768  * map the same physical pages as the specified virtual address range.)  These
4769  * changes to the direct map are necessary because Intel describes the
4770  * behavior of their processors as "undefined" if two or more mappings to the
4771  * same physical page have different memory types.
4772  *
4773  * Returns zero if the change completed successfully, and either EINVAL or
4774  * ENOMEM if the change failed.  Specifically, EINVAL is returned if some part
4775  * of the virtual address range was not mapped, and ENOMEM is returned if
4776  * there was insufficient memory available to complete the change.  In the
4777  * latter case, the memory type may have been changed on some part of the
4778  * virtual address range or the direct map.
4779  */
4780 int
4781 pmap_change_attr(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
4782 {
4783         int error;
4784
4785         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
4786         error = pmap_change_attr_locked(va, size, mode);
4787         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
4788         return (error);
4789 }
4790
4791 static int
4792 pmap_change_attr_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
4793 {
4794         vm_offset_t base, offset, tmpva;
4795         vm_paddr_t pa_start, pa_end;
4796         pdp_entry_t *pdpe;
4797         pd_entry_t *pde;
4798         pt_entry_t *pte;
4799         int cache_bits_pte, cache_bits_pde, error;
4800         boolean_t changed;
4801
4802         PMAP_LOCK_ASSERT(kernel_pmap, MA_OWNED);
4803         base = trunc_page(va);
4804         offset = va & PAGE_MASK;
4805         size = roundup(offset + size, PAGE_SIZE);
4806
4807         /*
4808          * Only supported on kernel virtual addresses, including the direct
4809          * map but excluding the recursive map.
4810          */
4811         if (base < DMAP_MIN_ADDRESS)
4812                 return (EINVAL);
4813
4814         cache_bits_pde = pmap_cache_bits(mode, 1);
4815         cache_bits_pte = pmap_cache_bits(mode, 0);
4816         changed = FALSE;
4817
4818         /*
4819          * Pages that aren't mapped aren't supported.  Also break down 2MB pages
4820          * into 4KB pages if required.
4821          */
4822         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
4823                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, tmpva);
4824                 if (*pdpe == 0)
4825                         return (EINVAL);
4826                 if (*pdpe & PG_PS) {
4827                         /*
4828                          * If the current 1GB page already has the required
4829                          * memory type, then we need not demote this page. Just
4830                          * increment tmpva to the next 1GB page frame.
4831                          */
4832                         if ((*pdpe & PG_PDE_CACHE) == cache_bits_pde) {
4833                                 tmpva = trunc_1gpage(tmpva) + NBPDP;
4834                                 continue;
4835                         }
4836
4837                         /*
4838                          * If the current offset aligns with a 1GB page frame
4839                          * and there is at least 1GB left within the range, then
4840                          * we need not break down this page into 2MB pages.
4841                          */
4842                         if ((tmpva & PDPMASK) == 0 &&
4843                             tmpva + PDPMASK < base + size) {
4844                                 tmpva += NBPDP;
4845                                 continue;
4846                         }
4847                         if (!pmap_demote_pdpe(kernel_pmap, pdpe, tmpva))
4848                                 return (ENOMEM);
4849                 }
4850                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, tmpva);
4851                 if (*pde == 0)
4852                         return (EINVAL);
4853                 if (*pde & PG_PS) {
4854                         /*
4855                          * If the current 2MB page already has the required
4856                          * memory type, then we need not demote this page. Just
4857                          * increment tmpva to the next 2MB page frame.
4858                          */
4859                         if ((*pde & PG_PDE_CACHE) == cache_bits_pde) {
4860                                 tmpva = trunc_2mpage(tmpva) + NBPDR;
4861                                 continue;
4862                         }
4863
4864                         /*
4865                          * If the current offset aligns with a 2MB page frame
4866                          * and there is at least 2MB left within the range, then
4867                          * we need not break down this page into 4KB pages.
4868                          */
4869                         if ((tmpva & PDRMASK) == 0 &&
4870                             tmpva + PDRMASK < base + size) {
4871                                 tmpva += NBPDR;
4872                                 continue;
4873                         }
4874                         if (!pmap_demote_pde(kernel_pmap, pde, tmpva))
4875                                 return (ENOMEM);
4876                 }
4877                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, tmpva);
4878                 if (*pte == 0)
4879                         return (EINVAL);
4880                 tmpva += PAGE_SIZE;
4881         }
4882         error = 0;
4883
4884         /*
4885          * Ok, all the pages exist, so run through them updating their
4886          * cache mode if required.
4887          */
4888         pa_start = pa_end = 0;
4889         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
4890                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, tmpva);
4891                 if (*pdpe & PG_PS) {
4892                         if ((*pdpe & PG_PDE_CACHE) != cache_bits_pde) {
4893                                 pmap_pde_attr(pdpe, cache_bits_pde);
4894                                 changed = TRUE;
4895                         }
4896                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS) {
4897                                 if (pa_start == pa_end) {
4898                                         /* Start physical address run. */
4899                                         pa_start = *pdpe & PG_PS_FRAME;
4900                                         pa_end = pa_start + NBPDP;
4901                                 } else if (pa_end == (*pdpe & PG_PS_FRAME))
4902                                         pa_end += NBPDP;
4903                                 else {
4904                                         /* Run ended, update direct map. */
4905                                         error = pmap_change_attr_locked(
4906                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
4907                                             pa_end - pa_start, mode);
4908                                         if (error != 0)
4909                                                 break;
4910                                         /* Start physical address run. */
4911                                         pa_start = *pdpe & PG_PS_FRAME;
4912                                         pa_end = pa_start + NBPDP;
4913                                 }
4914                         }
4915                         tmpva = trunc_1gpage(tmpva) + NBPDP;
4916                         continue;
4917                 }
4918                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, tmpva);
4919                 if (*pde & PG_PS) {
4920                         if ((*pde & PG_PDE_CACHE) != cache_bits_pde) {
4921                                 pmap_pde_attr(pde, cache_bits_pde);
4922                                 changed = TRUE;
4923                         }
4924                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS) {
4925                                 if (pa_start == pa_end) {
4926                                         /* Start physical address run. */
4927                                         pa_start = *pde & PG_PS_FRAME;
4928                                         pa_end = pa_start + NBPDR;
4929                                 } else if (pa_end == (*pde & PG_PS_FRAME))
4930                                         pa_end += NBPDR;
4931                                 else {
4932                                         /* Run ended, update direct map. */
4933                                         error = pmap_change_attr_locked(
4934                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
4935                                             pa_end - pa_start, mode);
4936                                         if (error != 0)
4937                                                 break;
4938                                         /* Start physical address run. */
4939                                         pa_start = *pde & PG_PS_FRAME;
4940                                         pa_end = pa_start + NBPDR;
4941                                 }
4942                         }
4943                         tmpva = trunc_2mpage(tmpva) + NBPDR;
4944                 } else {
4945                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, tmpva);
4946                         if ((*pte & PG_PTE_CACHE) != cache_bits_pte) {
4947                                 pmap_pte_attr(pte, cache_bits_pte);
4948                                 changed = TRUE;
4949                         }
4950                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS) {
4951                                 if (pa_start == pa_end) {
4952                                         /* Start physical address run. */
4953                                         pa_start = *pte & PG_FRAME;
4954                                         pa_end = pa_start + PAGE_SIZE;
4955                                 } else if (pa_end == (*pte & PG_FRAME))
4956                                         pa_end += PAGE_SIZE;
4957                                 else {
4958                                         /* Run ended, update direct map. */
4959                                         error = pmap_change_attr_locked(
4960                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
4961                                             pa_end - pa_start, mode);
4962                                         if (error != 0)
4963                                                 break;
4964                                         /* Start physical address run. */
4965                                         pa_start = *pte & PG_FRAME;
4966                                         pa_end = pa_start + PAGE_SIZE;
4967                                 }
4968                         }
4969                         tmpva += PAGE_SIZE;
4970                 }
4971         }
4972         if (error == 0 && pa_start != pa_end)
4973                 error = pmap_change_attr_locked(PHYS_TO_DMAP(pa_start),
4974                     pa_end - pa_start, mode);
4975
4976         /*
4977          * Flush CPU caches if required to make sure any data isn't cached that
4978          * shouldn't be, etc.
4979          */
4980         if (changed) {
4981                 pmap_invalidate_range(kernel_pmap, base, tmpva);
4982                 pmap_invalidate_cache_range(base, tmpva);
4983         }
4984         return (error);
4985 }
4986
4987 /*
4988  * Demotes any mapping within the direct map region that covers more than the
4989  * specified range of physical addresses.  This range's size must be a power
4990  * of two and its starting address must be a multiple of its size.  Since the
4991  * demotion does not change any attributes of the mapping, a TLB invalidation
4992  * is not mandatory.  The caller may, however, request a TLB invalidation.
4993  */
4994 void
4995 pmap_demote_DMAP(vm_paddr_t base, vm_size_t len, boolean_t invalidate)
4996 {
4997         pdp_entry_t *pdpe;
4998         pd_entry_t *pde;
4999         vm_offset_t va;
5000         boolean_t changed;
5001
5002         if (len == 0)
5003                 return;
5004         KASSERT(powerof2(len), ("pmap_demote_DMAP: len is not a power of 2"));
5005         KASSERT((base & (len - 1)) == 0,
5006             ("pmap_demote_DMAP: base is not a multiple of len"));
5007         if (len < NBPDP && base < dmaplimit) {
5008                 va = PHYS_TO_DMAP(base);
5009                 changed = FALSE;
5010                 PMAP_LOCK(kernel_pmap);
5011                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, va);
5012                 if ((*pdpe & PG_V) == 0)
5013                         panic("pmap_demote_DMAP: invalid PDPE");
5014                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0) {
5015                         if (!pmap_demote_pdpe(kernel_pmap, pdpe, va))
5016                                 panic("pmap_demote_DMAP: PDPE failed");
5017                         changed = TRUE;
5018                 }
5019                 if (len < NBPDR) {
5020                         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
5021                         if ((*pde & PG_V) == 0)
5022                                 panic("pmap_demote_DMAP: invalid PDE");
5023                         if ((*pde & PG_PS) != 0) {
5024                                 if (!pmap_demote_pde(kernel_pmap, pde, va))
5025                                         panic("pmap_demote_DMAP: PDE failed");
5026                                 changed = TRUE;
5027                         }
5028                 }
5029                 if (changed && invalidate)
5030                         pmap_invalidate_page(kernel_pmap, va);
5031                 PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
5032         }
5033 }
5034
5035 /*
5036  * perform the pmap work for mincore
5037  */
5038 int
5039 pmap_mincore(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_paddr_t *locked_pa)
5040 {
5041         pd_entry_t *pdep;
5042         pt_entry_t pte;
5043         vm_paddr_t pa;
5044         int val;
5045
5046         PMAP_LOCK(pmap);
5047 retry:
5048         pdep = pmap_pde(pmap, addr);
5049         if (pdep != NULL && (*pdep & PG_V)) {
5050                 if (*pdep & PG_PS) {
5051                         pte = *pdep;
5052                         /* Compute the physical address of the 4KB page. */
5053                         pa = ((*pdep & PG_PS_FRAME) | (addr & PDRMASK)) &
5054                             PG_FRAME;
5055                         val = MINCORE_SUPER;
5056                 } else {
5057                         pte = *pmap_pde_to_pte(pdep, addr);
5058                         pa = pte & PG_FRAME;
5059                         val = 0;
5060                 }
5061         } else {
5062                 pte = 0;
5063                 pa = 0;
5064                 val = 0;
5065         }
5066         if ((pte & PG_V) != 0) {
5067                 val |= MINCORE_INCORE;
5068                 if ((pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
5069                         val |= MINCORE_MODIFIED | MINCORE_MODIFIED_OTHER;
5070                 if ((pte & PG_A) != 0)
5071                         val |= MINCORE_REFERENCED | MINCORE_REFERENCED_OTHER;
5072         }
5073         if ((val & (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER)) !=
5074             (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER) &&
5075             (pte & (PG_MANAGED | PG_V)) == (PG_MANAGED | PG_V)) {
5076                 /* Ensure that "PHYS_TO_VM_PAGE(pa)->object" doesn't change. */
5077                 if (vm_page_pa_tryrelock(pmap, pa, locked_pa))
5078                         goto retry;
5079         } else
5080                 PA_UNLOCK_COND(*locked_pa);
5081         PMAP_UNLOCK(pmap);
5082         return (val);
5083 }
5084
5085 void
5086 pmap_activate(struct thread *td)
5087 {
5088         pmap_t  pmap, oldpmap;
5089         u_int   cpuid;
5090         u_int64_t  cr3;
5091
5092         critical_enter();
5093         pmap = vmspace_pmap(td->td_proc->p_vmspace);
5094         oldpmap = PCPU_GET(curpmap);
5095         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
5096 #ifdef SMP
5097         CPU_CLR_ATOMIC(cpuid, &oldpmap->pm_active);
5098         CPU_SET_ATOMIC(cpuid, &pmap->pm_active);
5099 #else
5100         CPU_CLR(cpuid, &oldpmap->pm_active);
5101         CPU_SET(cpuid, &pmap->pm_active);
5102 #endif
5103         cr3 = DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pmap->pm_pml4);
5104         td->td_pcb->pcb_cr3 = cr3;
5105         load_cr3(cr3);
5106         PCPU_SET(curpmap, pmap);
5107         critical_exit();
5108 }
5109
5110 void
5111 pmap_sync_icache(pmap_t pm, vm_offset_t va, vm_size_t sz)
5112 {
5113 }
5114
5115 /*
5116  *      Increase the starting virtual address of the given mapping if a
5117  *      different alignment might result in more superpage mappings.
5118  */
5119 void
5120 pmap_align_superpage(vm_object_t object, vm_ooffset_t offset,
5121     vm_offset_t *addr, vm_size_t size)
5122 {
5123         vm_offset_t superpage_offset;
5124
5125         if (size < NBPDR)
5126                 return;
5127         if (object != NULL && (object->flags & OBJ_COLORED) != 0)
5128                 offset += ptoa(object->pg_color);
5129         superpage_offset = offset & PDRMASK;
5130         if (size - ((NBPDR - superpage_offset) & PDRMASK) < NBPDR ||
5131             (*addr & PDRMASK) == superpage_offset)
5132                 return;
5133         if ((*addr & PDRMASK) < superpage_offset)
5134                 *addr = (*addr & ~PDRMASK) + superpage_offset;
5135         else
5136                 *addr = ((*addr + PDRMASK) & ~PDRMASK) + superpage_offset;
5137 }