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 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_msgbuf.h"
 109
 110 #include <sys/param.h>
 111 #include <sys/systm.h>
 112 #include <sys/kernel.h>
 113 #include <sys/lock.h>
 114 #include <sys/malloc.h>
 115 #include <sys/mman.h>
 116 #include <sys/msgbuf.h>
 117 #include <sys/mutex.h>
 118 #include <sys/proc.h>
 119 #include <sys/sx.h>
 120 #include <sys/vmmeter.h>
 121 #include <sys/sched.h>
 122 #include <sys/sysctl.h>
 123 #ifdef SMP
 124 #include <sys/smp.h>
 125 #endif
 126
 127 #include <vm/vm.h>
 128 #include <vm/vm_param.h>
 129 #include <vm/vm_kern.h>
 130 #include <vm/vm_page.h>
 131 #include <vm/vm_map.h>
 132 #include <vm/vm_object.h>
 133 #include <vm/vm_extern.h>
 134 #include <vm/vm_pageout.h>
 135 #include <vm/vm_pager.h>
 136 #include <vm/uma.h>
 137
 138 #include <machine/cpu.h>
 139 #include <machine/cputypes.h>
 140 #include <machine/md_var.h>
 141 #include <machine/pcb.h>
 142 #include <machine/specialreg.h>
 143 #ifdef SMP
 144 #include <machine/smp.h>
 145 #endif
 146
 147 #ifndef PMAP_SHPGPERPROC
 148 #define PMAP_SHPGPERPROC 200
 149 #endif
 150
 151 #if defined(DIAGNOSTIC)
 152 #define PMAP_DIAGNOSTIC
 153 #endif
 154
 155 #if !defined(PMAP_DIAGNOSTIC)
 156 #define PMAP_INLINE __inline
 157 #else
 158 #define PMAP_INLINE
 159 #endif
 160
 161 struct pmap kernel_pmap_store;
 162
 163 vm_paddr_t avail_start;         /* PA of first available physical page */
 164 vm_paddr_t avail_end;           /* PA of last available physical page */
 165 vm_offset_t virtual_avail;      /* VA of first avail page (after kernel bss) */
 166 vm_offset_t virtual_end;        /* VA of last avail page (end of kernel AS) */
 167
 168 static int nkpt;
 169 static int ndmpdp;
 170 static vm_paddr_t dmaplimit;
 171 vm_offset_t kernel_vm_end;
 172 pt_entry_t pg_nx;
 173
 174 static u_int64_t        KPTphys;        /* phys addr of kernel level 1 */
 175 static u_int64_t        KPDphys;        /* phys addr of kernel level 2 */
 176 static u_int64_t        KPDPphys;       /* phys addr of kernel level 3 */
 177 u_int64_t               KPML4phys;      /* phys addr of kernel level 4 */
 178
 179 static u_int64_t        DMPDphys;       /* phys addr of direct mapped level 2 */
 180 static u_int64_t        DMPDPphys;      /* phys addr of direct mapped level 3 */
 181
 182 /*
 183  * Data for the pv entry allocation mechanism
 184  */
 185 static uma_zone_t pvzone;
 186 static int pv_entry_count = 0, pv_entry_max = 0, pv_entry_high_water = 0;
 187 static int shpgperproc = PMAP_SHPGPERPROC;
 188
 189 /*
 190  * All those kernel PT submaps that BSD is so fond of
 191  */
 192 pt_entry_t *CMAP1 = 0;
 193 caddr_t CADDR1 = 0;
 194 struct msgbuf *msgbufp = 0;
 195
 196 /*
 197  * Crashdump maps.
 198  */
 199 static caddr_t crashdumpmap;
 200
 201 static PMAP_INLINE void free_pv_entry(pv_entry_t pv);
 202 static pv_entry_t get_pv_entry(pmap_t locked_pmap);
 203 static void     pmap_clear_ptes(vm_page_t m, long bit);
 204
 205 static int pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq,
 206                 vm_offset_t sva, pd_entry_t ptepde);
 207 static void pmap_remove_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde);
 208 static void pmap_remove_entry(struct pmap *pmap, vm_page_t m,
 209                 vm_offset_t va);
 210 static void pmap_insert_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m);
 211
 212 static vm_page_t pmap_allocpde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, int flags);
 213 static vm_page_t pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va, int flags);
 214
 215 static vm_page_t _pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex, int flags);
 216 static int _pmap_unwire_pte_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m);
 217 static int pmap_unuse_pt(pmap_t, vm_offset_t, pd_entry_t);
 218 static vm_offset_t pmap_kmem_choose(vm_offset_t addr);
 219
 220 CTASSERT(1 << PDESHIFT == sizeof(pd_entry_t));
 221 CTASSERT(1 << PTESHIFT == sizeof(pt_entry_t));
 222
 223 /*
 224  * Move the kernel virtual free pointer to the next
 225  * 2MB.  This is used to help improve performance
 226  * by using a large (2MB) page for much of the kernel
 227  * (.text, .data, .bss)
 228  */
 229 static vm_offset_t
 230 pmap_kmem_choose(vm_offset_t addr)
 231 {
 232         vm_offset_t newaddr = addr;
 233
 234         newaddr = (addr + (NBPDR - 1)) & ~(NBPDR - 1);
 235         return newaddr;
 236 }
 237
 238 /********************/
 239 /* Inline functions */
 240 /********************/
 241
 242 /* Return a non-clipped PD index for a given VA */
 243 static __inline vm_pindex_t
 244 pmap_pde_pindex(vm_offset_t va)
 245 {
 246         return va >> PDRSHIFT;
 247 }
 248
 249
 250 /* Return various clipped indexes for a given VA */
 251 static __inline vm_pindex_t
 252 pmap_pte_index(vm_offset_t va)
 253 {
 254
 255         return ((va >> PAGE_SHIFT) & ((1ul << NPTEPGSHIFT) - 1));
 256 }
 257
 258 static __inline vm_pindex_t
 259 pmap_pde_index(vm_offset_t va)
 260 {
 261
 262         return ((va >> PDRSHIFT) & ((1ul << NPDEPGSHIFT) - 1));
 263 }
 264
 265 static __inline vm_pindex_t
 266 pmap_pdpe_index(vm_offset_t va)
 267 {
 268
 269         return ((va >> PDPSHIFT) & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1));
 270 }
 271
 272 static __inline vm_pindex_t
 273 pmap_pml4e_index(vm_offset_t va)
 274 {
 275
 276         return ((va >> PML4SHIFT) & ((1ul << NPML4EPGSHIFT) - 1));
 277 }
 278
 279 /* Return a pointer to the PML4 slot that corresponds to a VA */
 280 static __inline pml4_entry_t *
 281 pmap_pml4e(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
 282 {
 283
 284         if (!pmap)
 285                 return NULL;
 286         return (&pmap->pm_pml4[pmap_pml4e_index(va)]);
 287 }
 288
 289 /* Return a pointer to the PDP slot that corresponds to a VA */
 290 static __inline pdp_entry_t *
 291 pmap_pml4e_to_pdpe(pml4_entry_t *pml4e, vm_offset_t va)
 292 {
 293         pdp_entry_t *pdpe;
 294
 295         pdpe = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4e & PG_FRAME);
 296         return (&pdpe[pmap_pdpe_index(va)]);
 297 }
 298
 299 /* Return a pointer to the PDP slot that corresponds to a VA */
 300 static __inline pdp_entry_t *
 301 pmap_pdpe(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
 302 {
 303         pml4_entry_t *pml4e;
 304
 305         pml4e = pmap_pml4e(pmap, va);
 306         if (pml4e == NULL || (*pml4e & PG_V) == 0)
 307                 return NULL;
 308         return (pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, va));
 309 }
 310
 311 /* Return a pointer to the PD slot that corresponds to a VA */
 312 static __inline pd_entry_t *
 313 pmap_pdpe_to_pde(pdp_entry_t *pdpe, vm_offset_t va)
 314 {
 315         pd_entry_t *pde;
 316
 317         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdpe & PG_FRAME);
 318         return (&pde[pmap_pde_index(va)]);
 319 }
 320
 321 /* Return a pointer to the PD slot that corresponds to a VA */
 322 static __inline pd_entry_t *
 323 pmap_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
 324 {
 325         pdp_entry_t *pdpe;
 326
 327         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
 328         if (pdpe == NULL || (*pdpe & PG_V) == 0)
 329                  return NULL;
 330         return (pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va));
 331 }
 332
 333 /* Return a pointer to the PT slot that corresponds to a VA */
 334 static __inline pt_entry_t *
 335 pmap_pde_to_pte(pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
 336 {
 337         pt_entry_t *pte;
 338
 339         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pde & PG_FRAME);
 340         return (&pte[pmap_pte_index(va)]);
 341 }
 342
 343 /* Return a pointer to the PT slot that corresponds to a VA */
 344 static __inline pt_entry_t *
 345 pmap_pte(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
 346 {
 347         pd_entry_t *pde;
 348
 349         pde = pmap_pde(pmap, va);
 350         if (pde == NULL || (*pde & PG_V) == 0)
 351                 return NULL;
 352         if ((*pde & PG_PS) != 0)        /* compat with i386 pmap_pte() */
 353                 return ((pt_entry_t *)pde);
 354         return (pmap_pde_to_pte(pde, va));
 355 }
 356
 357
 358 static __inline pt_entry_t *
 359 pmap_pte_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *ptepde)
 360 {
 361         pd_entry_t *pde;
 362
 363         pde = pmap_pde(pmap, va);
 364         if (pde == NULL || (*pde & PG_V) == 0)
 365                 return NULL;
 366         *ptepde = *pde;
 367         if ((*pde & PG_PS) != 0)        /* compat with i386 pmap_pte() */
 368                 return ((pt_entry_t *)pde);
 369         return (pmap_pde_to_pte(pde, va));
 370 }
 371
 372
 373 PMAP_INLINE pt_entry_t *
 374 vtopte(vm_offset_t va)
 375 {
 376         u_int64_t mask = ((1ul << (NPTEPGSHIFT + NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT)) - 1);
 377
 378         return (PTmap + ((va >> PAGE_SHIFT) & mask));
 379 }
 380
 381 static __inline pd_entry_t *
 382 vtopde(vm_offset_t va)
 383 {
 384         u_int64_t mask = ((1ul << (NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT)) - 1);
 385
 386         return (PDmap + ((va >> PDRSHIFT) & mask));
 387 }
 388
 389 static u_int64_t
 390 allocpages(int n)
 391 {
 392         u_int64_t ret;
 393
 394         ret = avail_start;
 395         bzero((void *)ret, n * PAGE_SIZE);
 396         avail_start += n * PAGE_SIZE;
 397         return (ret);
 398 }
 399
 400 static void
 401 create_pagetables(void)
 402 {
 403         int i;
 404
 405         /* Allocate pages */
 406         KPTphys = allocpages(NKPT);
 407         KPML4phys = allocpages(1);
 408         KPDPphys = allocpages(NKPML4E);
 409         KPDphys = allocpages(NKPDPE);
 410
 411         ndmpdp = (ptoa(Maxmem) + NBPDP - 1) >> PDPSHIFT;
 412         if (ndmpdp < 4)         /* Minimum 4GB of dirmap */
 413                 ndmpdp = 4;
 414         DMPDPphys = allocpages(NDMPML4E);
 415         DMPDphys = allocpages(ndmpdp);
 416         dmaplimit = (vm_paddr_t)ndmpdp << PDPSHIFT;
 417
 418         /* Fill in the underlying page table pages */
 419         /* Read-only from zero to physfree */
 420         /* XXX not fully used, underneath 2M pages */
 421         for (i = 0; (i << PAGE_SHIFT) < avail_start; i++) {
 422                 ((pt_entry_t *)KPTphys)[i] = i << PAGE_SHIFT;
 423                 ((pt_entry_t *)KPTphys)[i] |= PG_RW | PG_V | PG_G;
 424         }
 425
 426         /* Now map the page tables at their location within PTmap */
 427         for (i = 0; i < NKPT; i++) {
 428                 ((pd_entry_t *)KPDphys)[i] = KPTphys + (i << PAGE_SHIFT);
 429                 ((pd_entry_t *)KPDphys)[i] |= PG_RW | PG_V;
 430         }
 431
 432         /* Map from zero to end of allocations under 2M pages */
 433         /* This replaces some of the KPTphys entries above */
 434         for (i = 0; (i << PDRSHIFT) < avail_start; i++) {
 435                 ((pd_entry_t *)KPDphys)[i] = i << PDRSHIFT;
 436                 ((pd_entry_t *)KPDphys)[i] |= PG_RW | PG_V | PG_PS | PG_G;
 437         }
 438
 439         /* And connect up the PD to the PDP */
 440         for (i = 0; i < NKPDPE; i++) {
 441                 ((pdp_entry_t *)KPDPphys)[i + KPDPI] = KPDphys + (i << PAGE_SHIFT);
 442                 ((pdp_entry_t *)KPDPphys)[i + KPDPI] |= PG_RW | PG_V | PG_U;
 443         }
 444
 445
 446         /* Now set up the direct map space using 2MB pages */
 447         for (i = 0; i < NPDEPG * ndmpdp; i++) {
 448                 ((pd_entry_t *)DMPDphys)[i] = (vm_paddr_t)i << PDRSHIFT;
 449                 ((pd_entry_t *)DMPDphys)[i] |= PG_RW | PG_V | PG_PS | PG_G;
 450         }
 451
 452         /* And the direct map space's PDP */
 453         for (i = 0; i < ndmpdp; i++) {
 454                 ((pdp_entry_t *)DMPDPphys)[i] = DMPDphys + (i << PAGE_SHIFT);
 455                 ((pdp_entry_t *)DMPDPphys)[i] |= PG_RW | PG_V | PG_U;
 456         }
 457
 458         /* And recursively map PML4 to itself in order to get PTmap */
 459         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[PML4PML4I] = KPML4phys;
 460         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[PML4PML4I] |= PG_RW | PG_V | PG_U;
 461
 462         /* Connect the Direct Map slot up to the PML4 */
 463         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[DMPML4I] = DMPDPphys;
 464         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[DMPML4I] |= PG_RW | PG_V | PG_U;
 465
 466         /* Connect the KVA slot up to the PML4 */
 467         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[KPML4I] = KPDPphys;
 468         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[KPML4I] |= PG_RW | PG_V | PG_U;
 469 }
 470
 471 /*
 472  *      Bootstrap the system enough to run with virtual memory.
 473  *
 474  *      On amd64 this is called after mapping has already been enabled
 475  *      and just syncs the pmap module with what has already been done.
 476  *      [We can't call it easily with mapping off since the kernel is not
 477  *      mapped with PA == VA, hence we would have to relocate every address
 478  *      from the linked base (virtual) address "KERNBASE" to the actual
 479  *      (physical) address starting relative to 0]
 480  */
 481 void
 482 pmap_bootstrap(firstaddr)
 483         vm_paddr_t *firstaddr;
 484 {
 485         vm_offset_t va;
 486         pt_entry_t *pte, *unused;
 487
 488         avail_start = *firstaddr;
 489
 490         /*
 491          * Create an initial set of page tables to run the kernel in.
 492          */
 493         create_pagetables();
 494         *firstaddr = avail_start;
 495
 496         virtual_avail = (vm_offset_t) KERNBASE + avail_start;
 497         virtual_avail = pmap_kmem_choose(virtual_avail);
 498
 499         virtual_end = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS;
 500
 501
 502         /* XXX do %cr0 as well */
 503         load_cr4(rcr4() | CR4_PGE | CR4_PSE);
 504         load_cr3(KPML4phys);
 505
 506         /*
 507          * Initialize the kernel pmap (which is statically allocated).
 508          */
 509         PMAP_LOCK_INIT(kernel_pmap);
 510         kernel_pmap->pm_pml4 = (pdp_entry_t *) (KERNBASE + KPML4phys);
 511         kernel_pmap->pm_active = -1;    /* don't allow deactivation */
 512         TAILQ_INIT(&kernel_pmap->pm_pvlist);
 513         nkpt = NKPT;
 514
 515         /*
 516          * Reserve some special page table entries/VA space for temporary
 517          * mapping of pages.
 518          */
 519 #define SYSMAP(c, p, v, n)      \
 520         v = (c)va; va += ((n)*PAGE_SIZE); p = pte; pte += (n);
 521
 522         va = virtual_avail;
 523         pte = vtopte(va);
 524
 525         /*
 526          * CMAP1 is only used for the memory test.
 527          */
 528         SYSMAP(caddr_t, CMAP1, CADDR1, 1)
 529
 530         /*
 531          * Crashdump maps.
 532          */
 533         SYSMAP(caddr_t, unused, crashdumpmap, MAXDUMPPGS)
 534
 535         /*
 536          * msgbufp is used to map the system message buffer.
 537          */
 538         SYSMAP(struct msgbuf *, unused, msgbufp, atop(round_page(MSGBUF_SIZE)))
 539
 540         virtual_avail = va;
 541
 542         *CMAP1 = 0;
 543
 544         invltlb();
 545 }
 546
 547 /*
 548  *      Initialize a vm_page's machine-dependent fields.
 549  */
 550 void
 551 pmap_page_init(vm_page_t m)
 552 {
 553
 554         TAILQ_INIT(&m->md.pv_list);
 555         m->md.pv_list_count = 0;
 556 }
 557
 558 /*
 559  *      Initialize the pmap module.
 560  *      Called by vm_init, to initialize any structures that the pmap
 561  *      system needs to map virtual memory.
 562  */
 563 void
 564 pmap_init(void)
 565 {
 566
 567         /*
 568          * Initialize the address space (zone) for the pv entries.  Set a
 569          * high water mark so that the system can recover from excessive
 570          * numbers of pv entries.
 571          */
 572         pvzone = uma_zcreate("PV ENTRY", sizeof(struct pv_entry), NULL, NULL,
 573             NULL, NULL, UMA_ALIGN_PTR, UMA_ZONE_VM);
 574         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.shpgperproc", &shpgperproc);
 575         pv_entry_max = shpgperproc * maxproc + cnt.v_page_count;
 576         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.pv_entries", &pv_entry_max);
 577         pv_entry_high_water = 9 * (pv_entry_max / 10);
 578 }
 579
 580 SYSCTL_NODE(_vm, OID_AUTO, pmap, CTLFLAG_RD, 0, "VM/pmap parameters");
 581 static int
 582 pmap_pventry_proc(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 583 {
 584         int error;
 585
 586         error = sysctl_handle_int(oidp, oidp->oid_arg1, oidp->oid_arg2, req);
 587         if (error == 0 && req->newptr) {
 588                 shpgperproc = (pv_entry_max - cnt.v_page_count) / maxproc;
 589                 pv_entry_high_water = 9 * (pv_entry_max / 10);
 590         }
 591         return (error);
 592 }
 593 SYSCTL_PROC(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_max, CTLTYPE_INT|CTLFLAG_RW,
 594     &pv_entry_max, 0, pmap_pventry_proc, "IU", "Max number of PV entries");
 595
 596 static int
 597 pmap_shpgperproc_proc(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 598 {
 599         int error;
 600
 601         error = sysctl_handle_int(oidp, oidp->oid_arg1, oidp->oid_arg2, req);
 602         if (error == 0 && req->newptr) {
 603                 pv_entry_max = shpgperproc * maxproc + cnt.v_page_count;
 604                 pv_entry_high_water = 9 * (pv_entry_max / 10);
 605         }
 606         return (error);
 607 }
 608 SYSCTL_PROC(_vm_pmap, OID_AUTO, shpgperproc, CTLTYPE_INT|CTLFLAG_RW,
 609     &shpgperproc, 0, pmap_shpgperproc_proc, "IU", "Page share factor per proc");
 610
 611
 612 /***************************************************
 613  * Low level helper routines.....
 614  ***************************************************/
 615
 616
 617 /*
 618  * this routine defines the region(s) of memory that should
 619  * not be tested for the modified bit.
 620  */
 621 static PMAP_INLINE int
 622 pmap_track_modified(vm_offset_t va)
 623 {
 624         if ((va < kmi.clean_sva) || (va >= kmi.clean_eva))
 625                 return 1;
 626         else
 627                 return 0;
 628 }
 629
 630 #ifdef SMP
 631 /*
 632  * For SMP, these functions have to use the IPI mechanism for coherence.
 633  */
 634 void
 635 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
 636 {
 637         u_int cpumask;
 638         u_int other_cpus;
 639
 640         if (smp_started) {
 641                 if (!(read_rflags() & PSL_I))
 642                         panic("%s: interrupts disabled", __func__);
 643                 mtx_lock_spin(&smp_ipi_mtx);
 644         } else
 645                 critical_enter();
 646         /*
 647          * We need to disable interrupt preemption but MUST NOT have
 648          * interrupts disabled here.
 649          * XXX we may need to hold schedlock to get a coherent pm_active
 650          * XXX critical sections disable interrupts again
 651          */
 652         if (pmap == kernel_pmap || pmap->pm_active == all_cpus) {
 653                 invlpg(va);
 654                 smp_invlpg(va);
 655         } else {
 656                 cpumask = PCPU_GET(cpumask);
 657                 other_cpus = PCPU_GET(other_cpus);
 658                 if (pmap->pm_active & cpumask)
 659                         invlpg(va);
 660                 if (pmap->pm_active & other_cpus)
 661                         smp_masked_invlpg(pmap->pm_active & other_cpus, va);
 662         }
 663         if (smp_started)
 664                 mtx_unlock_spin(&smp_ipi_mtx);
 665         else
 666                 critical_exit();
 667 }
 668
 669 void
 670 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
 671 {
 672         u_int cpumask;
 673         u_int other_cpus;
 674         vm_offset_t addr;
 675
 676         if (smp_started) {
 677                 if (!(read_rflags() & PSL_I))
 678                         panic("%s: interrupts disabled", __func__);
 679                 mtx_lock_spin(&smp_ipi_mtx);
 680         } else
 681                 critical_enter();
 682         /*
 683          * We need to disable interrupt preemption but MUST NOT have
 684          * interrupts disabled here.
 685          * XXX we may need to hold schedlock to get a coherent pm_active
 686          * XXX critical sections disable interrupts again
 687          */
 688         if (pmap == kernel_pmap || pmap->pm_active == all_cpus) {
 689                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
 690                         invlpg(addr);
 691                 smp_invlpg_range(sva, eva);
 692         } else {
 693                 cpumask = PCPU_GET(cpumask);
 694                 other_cpus = PCPU_GET(other_cpus);
 695                 if (pmap->pm_active & cpumask)
 696                         for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
 697                                 invlpg(addr);
 698                 if (pmap->pm_active & other_cpus)
 699                         smp_masked_invlpg_range(pmap->pm_active & other_cpus,
 700                             sva, eva);
 701         }
 702         if (smp_started)
 703                 mtx_unlock_spin(&smp_ipi_mtx);
 704         else
 705                 critical_exit();
 706 }
 707
 708 void
 709 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
 710 {
 711         u_int cpumask;
 712         u_int other_cpus;
 713
 714         if (smp_started) {
 715                 if (!(read_rflags() & PSL_I))
 716                         panic("%s: interrupts disabled", __func__);
 717                 mtx_lock_spin(&smp_ipi_mtx);
 718         } else
 719                 critical_enter();
 720         /*
 721          * We need to disable interrupt preemption but MUST NOT have
 722          * interrupts disabled here.
 723          * XXX we may need to hold schedlock to get a coherent pm_active
 724          * XXX critical sections disable interrupts again
 725          */
 726         if (pmap == kernel_pmap || pmap->pm_active == all_cpus) {
 727                 invltlb();
 728                 smp_invltlb();
 729         } else {
 730                 cpumask = PCPU_GET(cpumask);
 731                 other_cpus = PCPU_GET(other_cpus);
 732                 if (pmap->pm_active & cpumask)
 733                         invltlb();
 734                 if (pmap->pm_active & other_cpus)
 735                         smp_masked_invltlb(pmap->pm_active & other_cpus);
 736         }
 737         if (smp_started)
 738                 mtx_unlock_spin(&smp_ipi_mtx);
 739         else
 740                 critical_exit();
 741 }
 742 #else /* !SMP */
 743 /*
 744  * Normal, non-SMP, invalidation functions.
 745  * We inline these within pmap.c for speed.
 746  */
 747 PMAP_INLINE void
 748 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
 749 {
 750
 751         if (pmap == kernel_pmap || pmap->pm_active)
 752                 invlpg(va);
 753 }
 754
 755 PMAP_INLINE void
 756 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
 757 {
 758         vm_offset_t addr;
 759
 760         if (pmap == kernel_pmap || pmap->pm_active)
 761                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
 762                         invlpg(addr);
 763 }
 764
 765 PMAP_INLINE void
 766 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
 767 {
 768
 769         if (pmap == kernel_pmap || pmap->pm_active)
 770                 invltlb();
 771 }
 772 #endif /* !SMP */
 773
 774 /*
 775  * Are we current address space or kernel?
 776  */
 777 static __inline int
 778 pmap_is_current(pmap_t pmap)
 779 {
 780         return (pmap == kernel_pmap ||
 781             (pmap->pm_pml4[PML4PML4I] & PG_FRAME) == (PML4pml4e[0] & PG_FRAME));
 782 }
 783
 784 /*
 785  *      Routine:        pmap_extract
 786  *      Function:
 787  *              Extract the physical page address associated
 788  *              with the given map/virtual_address pair.
 789  */
 790 vm_paddr_t
 791 pmap_extract(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
 792 {
 793         vm_paddr_t rtval;
 794         pt_entry_t *pte;
 795         pd_entry_t pde, *pdep;
 796
 797         rtval = 0;
 798         PMAP_LOCK(pmap);
 799         pdep = pmap_pde(pmap, va);
 800         if (pdep != NULL) {
 801                 pde = *pdep;
 802                 if (pde) {
 803                         if ((pde & PG_PS) != 0) {
 804                                 KASSERT((pde & PG_FRAME & PDRMASK) == 0,
 805                                     ("pmap_extract: bad pde"));
 806                                 rtval = (pde & PG_FRAME) | (va & PDRMASK);
 807                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
 808                                 return rtval;
 809                         }
 810                         pte = pmap_pde_to_pte(pdep, va);
 811                         rtval = (*pte & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK);
 812                 }
 813         }
 814         PMAP_UNLOCK(pmap);
 815         return (rtval);
 816 }
 817
 818 /*
 819  *      Routine:        pmap_extract_and_hold
 820  *      Function:
 821  *              Atomically extract and hold the physical page
 822  *              with the given pmap and virtual address pair
 823  *              if that mapping permits the given protection.
 824  */
 825 vm_page_t
 826 pmap_extract_and_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_prot_t prot)
 827 {
 828         pd_entry_t pde, *pdep;
 829         pt_entry_t pte;
 830         vm_page_t m;
 831
 832         m = NULL;
 833         vm_page_lock_queues();
 834         PMAP_LOCK(pmap);
 835         pdep = pmap_pde(pmap, va);
 836         if (pdep != NULL && (pde = *pdep)) {
 837                 if (pde & PG_PS) {
 838                         if ((pde & PG_RW) || (prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
 839                                 KASSERT((pde & PG_FRAME & PDRMASK) == 0,
 840                                     ("pmap_extract_and_hold: bad pde"));
 841                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE((pde & PG_FRAME) |
 842                                     (va & PDRMASK));
 843                                 vm_page_hold(m);
 844                         }
 845                 } else {
 846                         pte = *pmap_pde_to_pte(pdep, va);
 847                         if ((pte & PG_V) &&
 848                             ((pte & PG_RW) || (prot & VM_PROT_WRITE) == 0)) {
 849                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pte & PG_FRAME);
 850                                 vm_page_hold(m);
 851                         }
 852                 }
 853         }
 854         vm_page_unlock_queues();
 855         PMAP_UNLOCK(pmap);
 856         return (m);
 857 }
 858
 859 vm_paddr_t
 860 pmap_kextract(vm_offset_t va)
 861 {
 862         pd_entry_t *pde;
 863         vm_paddr_t pa;
 864
 865         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS) {
 866                 pa = DMAP_TO_PHYS(va);
 867         } else {
 868                 pde = vtopde(va);
 869                 if (*pde & PG_PS) {
 870                         pa = (*pde & ~(NBPDR - 1)) | (va & (NBPDR - 1));
 871                 } else {
 872                         pa = *vtopte(va);
 873                         pa = (pa & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK);
 874                 }
 875         }
 876         return pa;
 877 }
 878
 879 /***************************************************
 880  * Low level mapping routines.....
 881  ***************************************************/
 882
 883 /*
 884  * Add a wired page to the kva.
 885  * Note: not SMP coherent.
 886  */
 887 PMAP_INLINE void
 888 pmap_kenter(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
 889 {
 890         pt_entry_t *pte;
 891
 892         pte = vtopte(va);
 893         pte_store(pte, pa | PG_RW | PG_V | PG_G);
 894 }
 895
 896 /*
 897  * Remove a page from the kernel pagetables.
 898  * Note: not SMP coherent.
 899  */
 900 PMAP_INLINE void
 901 pmap_kremove(vm_offset_t va)
 902 {
 903         pt_entry_t *pte;
 904
 905         pte = vtopte(va);
 906         pte_clear(pte);
 907 }
 908
 909 /*
 910  *      Used to map a range of physical addresses into kernel
 911  *      virtual address space.
 912  *
 913  *      The value passed in '*virt' is a suggested virtual address for
 914  *      the mapping. Architectures which can support a direct-mapped
 915  *      physical to virtual region can return the appropriate address
 916  *      within that region, leaving '*virt' unchanged. Other
 917  *      architectures should map the pages starting at '*virt' and
 918  *      update '*virt' with the first usable address after the mapped
 919  *      region.
 920  */
 921 vm_offset_t
 922 pmap_map(vm_offset_t *virt, vm_paddr_t start, vm_paddr_t end, int prot)
 923 {
 924         return PHYS_TO_DMAP(start);
 925 }
 926
 927
 928 /*
 929  * Add a list of wired pages to the kva
 930  * this routine is only used for temporary
 931  * kernel mappings that do not need to have
 932  * page modification or references recorded.
 933  * Note that old mappings are simply written
 934  * over.  The page *must* be wired.
 935  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
 936  */
 937 void
 938 pmap_qenter(vm_offset_t sva, vm_page_t *m, int count)
 939 {
 940         vm_offset_t va;
 941
 942         va = sva;
 943         while (count-- > 0) {
 944                 pmap_kenter(va, VM_PAGE_TO_PHYS(*m));
 945                 va += PAGE_SIZE;
 946                 m++;
 947         }
 948         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
 949 }
 950
 951 /*
 952  * This routine tears out page mappings from the
 953  * kernel -- it is meant only for temporary mappings.
 954  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
 955  */
 956 void
 957 pmap_qremove(vm_offset_t sva, int count)
 958 {
 959         vm_offset_t va;
 960
 961         va = sva;
 962         while (count-- > 0) {
 963                 pmap_kremove(va);
 964                 va += PAGE_SIZE;
 965         }
 966         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
 967 }
 968
 969 /***************************************************
 970  * Page table page management routines.....
 971  ***************************************************/
 972
 973 /*
 974  * This routine unholds page table pages, and if the hold count
 975  * drops to zero, then it decrements the wire count.
 976  */
 977 static PMAP_INLINE int
 978 pmap_unwire_pte_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m)
 979 {
 980
 981         --m->wire_count;
 982         if (m->wire_count == 0)
 983                 return _pmap_unwire_pte_hold(pmap, va, m);
 984         else
 985                 return 0;
 986 }
 987
 988 static int
 989 _pmap_unwire_pte_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m)
 990 {
 991         vm_offset_t pteva;
 992
 993         /*
 994          * unmap the page table page
 995          */
 996         if (m->pindex >= (NUPDE + NUPDPE)) {
 997                 /* PDP page */
 998                 pml4_entry_t *pml4;
 999                 pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
1000                 pteva = (vm_offset_t) PDPmap + amd64_ptob(m->pindex - (NUPDE + NUPDPE));
1001                 *pml4 = 0;
1002         } else if (m->pindex >= NUPDE) {
1003                 /* PD page */
1004                 pdp_entry_t *pdp;
1005                 pdp = pmap_pdpe(pmap, va);
1006                 pteva = (vm_offset_t) PDmap + amd64_ptob(m->pindex - NUPDE);
1007                 *pdp = 0;
1008         } else {
1009                 /* PTE page */
1010                 pd_entry_t *pd;
1011                 pd = pmap_pde(pmap, va);
1012                 pteva = (vm_offset_t) PTmap + amd64_ptob(m->pindex);
1013                 *pd = 0;
1014         }
1015         --pmap->pm_stats.resident_count;
1016         if (m->pindex < NUPDE) {
1017                 /* We just released a PT, unhold the matching PD */
1018                 vm_page_t pdpg;
1019
1020                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pdpe(pmap, va) & PG_FRAME);
1021                 pmap_unwire_pte_hold(pmap, va, pdpg);
1022         }
1023         if (m->pindex >= NUPDE && m->pindex < (NUPDE + NUPDPE)) {
1024                 /* We just released a PD, unhold the matching PDP */
1025                 vm_page_t pdppg;
1026
1027                 pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pml4e(pmap, va) & PG_FRAME);
1028                 pmap_unwire_pte_hold(pmap, va, pdppg);
1029         }
1030
1031         /*
1032          * Do an invltlb to make the invalidated mapping
1033          * take effect immediately.
1034          */
1035         pmap_invalidate_page(pmap, pteva);
1036
1037         vm_page_free_zero(m);
1038         atomic_subtract_int(&cnt.v_wire_count, 1);
1039         return 1;
1040 }
1041
1042 /*
1043  * After removing a page table entry, this routine is used to
1044  * conditionally free the page, and manage the hold/wire counts.
1045  */
1046 static int
1047 pmap_unuse_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t ptepde)
1048 {
1049         vm_page_t mpte;
1050
1051         if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
1052                 return 0;
1053         KASSERT(ptepde != 0, ("pmap_unuse_pt: ptepde != 0"));
1054         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(ptepde & PG_FRAME);
1055         return pmap_unwire_pte_hold(pmap, va, mpte);
1056 }
1057
1058 void
1059 pmap_pinit0(pmap)
1060         struct pmap *pmap;
1061 {
1062
1063         PMAP_LOCK_INIT(pmap);
1064         pmap->pm_pml4 = (pml4_entry_t *)(KERNBASE + KPML4phys);
1065         pmap->pm_active = 0;
1066         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvlist);
1067         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
1068 }
1069
1070 /*
1071  * Initialize a preallocated and zeroed pmap structure,
1072  * such as one in a vmspace structure.
1073  */
1074 void
1075 pmap_pinit(pmap)
1076         register struct pmap *pmap;
1077 {
1078         vm_page_t pml4pg;
1079         static vm_pindex_t color;
1080
1081         PMAP_LOCK_INIT(pmap);
1082
1083         /*
1084          * allocate the page directory page
1085          */
1086         while ((pml4pg = vm_page_alloc(NULL, color++, VM_ALLOC_NOOBJ |
1087             VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO)) == NULL)
1088                 VM_WAIT;
1089
1090         pmap->pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg));
1091
1092         if ((pml4pg->flags & PG_ZERO) == 0)
1093                 pagezero(pmap->pm_pml4);
1094
1095         /* Wire in kernel global address entries. */
1096         pmap->pm_pml4[KPML4I] = KPDPphys | PG_RW | PG_V | PG_U;
1097         pmap->pm_pml4[DMPML4I] = DMPDPphys | PG_RW | PG_V | PG_U;
1098
1099         /* install self-referential address mapping entry(s) */
1100         pmap->pm_pml4[PML4PML4I] = VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg) | PG_V | PG_RW | PG_A | PG_M;
1101
1102         pmap->pm_active = 0;
1103         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvlist);
1104         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
1105 }
1106
1107 /*
1108  * this routine is called if the page table page is not
1109  * mapped correctly.
1110  *
1111  * Note: If a page allocation fails at page table level two or three,
1112  * one or two pages may be held during the wait, only to be released
1113  * afterwards.  This conservative approach is easily argued to avoid
1114  * race conditions.
1115  */
1116 static vm_page_t
1117 _pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex, int flags)
1118 {
1119         vm_page_t m, pdppg, pdpg;
1120
1121         KASSERT((flags & (M_NOWAIT | M_WAITOK)) == M_NOWAIT ||
1122             (flags & (M_NOWAIT | M_WAITOK)) == M_WAITOK,
1123             ("_pmap_allocpte: flags is neither M_NOWAIT nor M_WAITOK"));
1124
1125         /*
1126          * Allocate a page table page.
1127          */
1128         if ((m = vm_page_alloc(NULL, ptepindex, VM_ALLOC_NOOBJ |
1129             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO)) == NULL) {
1130                 if (flags & M_WAITOK) {
1131                         PMAP_UNLOCK(pmap);
1132                         vm_page_unlock_queues();
1133                         VM_WAIT;
1134                         vm_page_lock_queues();
1135                         PMAP_LOCK(pmap);
1136                 }
1137
1138                 /*
1139                  * Indicate the need to retry.  While waiting, the page table
1140                  * page may have been allocated.
1141                  */
1142                 return (NULL);
1143         }
1144         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0)
1145                 pmap_zero_page(m);
1146
1147         /*
1148          * Map the pagetable page into the process address space, if
1149          * it isn't already there.
1150          */
1151
1152         pmap->pm_stats.resident_count++;
1153
1154         if (ptepindex >= (NUPDE + NUPDPE)) {
1155                 pml4_entry_t *pml4;
1156                 vm_pindex_t pml4index;
1157
1158                 /* Wire up a new PDPE page */
1159                 pml4index = ptepindex - (NUPDE + NUPDPE);
1160                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
1161                 *pml4 = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
1162
1163         } else if (ptepindex >= NUPDE) {
1164                 vm_pindex_t pml4index;
1165                 vm_pindex_t pdpindex;
1166                 pml4_entry_t *pml4;
1167                 pdp_entry_t *pdp;
1168
1169                 /* Wire up a new PDE page */
1170                 pdpindex = ptepindex - NUPDE;
1171                 pml4index = pdpindex >> NPML4EPGSHIFT;
1172
1173                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
1174                 if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
1175                         /* Have to allocate a new pdp, recurse */
1176                         if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + NUPDPE + pml4index,
1177                             flags) == NULL) {
1178                                 --m->wire_count;
1179                                 vm_page_free(m);
1180                                 return (NULL);
1181                         }
1182                 } else {
1183                         /* Add reference to pdp page */
1184                         pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pml4 & PG_FRAME);
1185                         pdppg->wire_count++;
1186                 }
1187                 pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
1188
1189                 /* Now find the pdp page */
1190                 pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
1191                 *pdp = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
1192
1193         } else {
1194                 vm_pindex_t pml4index;
1195                 vm_pindex_t pdpindex;
1196                 pml4_entry_t *pml4;
1197                 pdp_entry_t *pdp;
1198                 pd_entry_t *pd;
1199
1200                 /* Wire up a new PTE page */
1201                 pdpindex = ptepindex >> NPDPEPGSHIFT;
1202                 pml4index = pdpindex >> NPML4EPGSHIFT;
1203
1204                 /* First, find the pdp and check that its valid. */
1205                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
1206                 if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
1207                         /* Have to allocate a new pd, recurse */
1208                         if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex,
1209                             flags) == NULL) {
1210                                 --m->wire_count;
1211                                 vm_page_free(m);
1212                                 return (NULL);
1213                         }
1214                         pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
1215                         pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
1216                 } else {
1217                         pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
1218                         pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
1219                         if ((*pdp & PG_V) == 0) {
1220                                 /* Have to allocate a new pd, recurse */
1221                                 if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex,
1222                                     flags) == NULL) {
1223                                         --m->wire_count;
1224                                         vm_page_free(m);
1225                                         return (NULL);
1226                                 }
1227                         } else {
1228                                 /* Add reference to the pd page */
1229                                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdp & PG_FRAME);
1230                                 pdpg->wire_count++;
1231                         }
1232                 }
1233                 pd = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdp & PG_FRAME);
1234
1235                 /* Now we know where the page directory page is */
1236                 pd = &pd[ptepindex & ((1ul << NPDEPGSHIFT) - 1)];
1237                 *pd = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
1238         }
1239
1240         return m;
1241 }
1242
1243 static vm_page_t
1244 pmap_allocpde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, int flags)
1245 {
1246         vm_pindex_t pdpindex, ptepindex;
1247         pdp_entry_t *pdpe;
1248         vm_page_t pdpg;
1249
1250         KASSERT((flags & (M_NOWAIT | M_WAITOK)) == M_NOWAIT ||
1251             (flags & (M_NOWAIT | M_WAITOK)) == M_WAITOK,
1252             ("pmap_allocpde: flags is neither M_NOWAIT nor M_WAITOK"));
1253 retry:
1254         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
1255         if (pdpe != NULL && (*pdpe & PG_V) != 0) {
1256                 /* Add a reference to the pd page. */
1257                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdpe & PG_FRAME);
1258                 pdpg->wire_count++;
1259         } else {
1260                 /* Allocate a pd page. */
1261                 ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
1262                 pdpindex = ptepindex >> NPDPEPGSHIFT;
1263                 pdpg = _pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex, flags);
1264                 if (pdpg == NULL && (flags & M_WAITOK))
1265                         goto retry;
1266         }
1267         return (pdpg);
1268 }
1269
1270 static vm_page_t
1271 pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va, int flags)
1272 {
1273         vm_pindex_t ptepindex;
1274         pd_entry_t *pd;
1275         vm_page_t m;
1276
1277         KASSERT((flags & (M_NOWAIT | M_WAITOK)) == M_NOWAIT ||
1278             (flags & (M_NOWAIT | M_WAITOK)) == M_WAITOK,
1279             ("pmap_allocpte: flags is neither M_NOWAIT nor M_WAITOK"));
1280
1281         /*
1282          * Calculate pagetable page index
1283          */
1284         ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
1285 retry:
1286         /*
1287          * Get the page directory entry
1288          */
1289         pd = pmap_pde(pmap, va);
1290
1291         /*
1292          * This supports switching from a 2MB page to a
1293          * normal 4K page.
1294          */
1295         if (pd != 0 && (*pd & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V)) {
1296                 *pd = 0;
1297                 pd = 0;
1298                 pmap->pm_stats.resident_count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
1299                 pmap_unuse_pt(pmap, va, *pmap_pdpe(pmap, va));
1300                 pmap_invalidate_all(kernel_pmap);
1301         }
1302
1303         /*
1304          * If the page table page is mapped, we just increment the
1305          * hold count, and activate it.
1306          */
1307         if (pd != 0 && (*pd & PG_V) != 0) {
1308                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pd & PG_FRAME);
1309                 m->wire_count++;
1310         } else {
1311                 /*
1312                  * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been
1313                  * deallocated.
1314                  */
1315                 m = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex, flags);
1316                 if (m == NULL && (flags & M_WAITOK))
1317                         goto retry;
1318         }
1319         return (m);
1320 }
1321
1322
1323 /***************************************************
1324  * Pmap allocation/deallocation routines.
1325  ***************************************************/
1326
1327 /*
1328  * Release any resources held by the given physical map.
1329  * Called when a pmap initialized by pmap_pinit is being released.
1330  * Should only be called if the map contains no valid mappings.
1331  */
1332 void
1333 pmap_release(pmap_t pmap)
1334 {
1335         vm_page_t m;
1336
1337         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count == 0,
1338             ("pmap_release: pmap resident count %ld != 0",
1339             pmap->pm_stats.resident_count));
1340
1341         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap->pm_pml4[PML4PML4I] & PG_FRAME);
1342
1343         pmap->pm_pml4[KPML4I] = 0;      /* KVA */
1344         pmap->pm_pml4[DMPML4I] = 0;     /* Direct Map */
1345         pmap->pm_pml4[PML4PML4I] = 0;   /* Recursive Mapping */
1346
1347         vm_page_lock_queues();
1348         m->wire_count--;
1349         atomic_subtract_int(&cnt.v_wire_count, 1);
1350         vm_page_free_zero(m);
1351         vm_page_unlock_queues();
1352         PMAP_LOCK_DESTROY(pmap);
1353 }
1354 \f
1355 static int
1356 kvm_size(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
1357 {
1358         unsigned long ksize = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - KERNBASE;
1359
1360         return sysctl_handle_long(oidp, &ksize, 0, req);
1361 }
1362 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_size, CTLTYPE_LONG|CTLFLAG_RD,
1363     0, 0, kvm_size, "IU", "Size of KVM");
1364
1365 static int
1366 kvm_free(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
1367 {
1368         unsigned long kfree = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - kernel_vm_end;
1369
1370         return sysctl_handle_long(oidp, &kfree, 0, req);
1371 }
1372 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_free, CTLTYPE_LONG|CTLFLAG_RD,
1373     0, 0, kvm_free, "IU", "Amount of KVM free");
1374
1375 /*
1376  * grow the number of kernel page table entries, if needed
1377  */
1378 void
1379 pmap_growkernel(vm_offset_t addr)
1380 {
1381         vm_paddr_t paddr;
1382         vm_page_t nkpg;
1383         pd_entry_t *pde, newpdir;
1384         pdp_entry_t newpdp;
1385
1386         mtx_assert(&kernel_map->system_mtx, MA_OWNED);
1387         if (kernel_vm_end == 0) {
1388                 kernel_vm_end = KERNBASE;
1389                 nkpt = 0;
1390                 while ((*pmap_pde(kernel_pmap, kernel_vm_end) & PG_V) != 0) {
1391                         kernel_vm_end = (kernel_vm_end + PAGE_SIZE * NPTEPG) & ~(PAGE_SIZE * NPTEPG - 1);
1392                         nkpt++;
1393                 }
1394         }
1395         addr = roundup2(addr, PAGE_SIZE * NPTEPG);
1396         while (kernel_vm_end < addr) {
1397                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, kernel_vm_end);
1398                 if (pde == NULL) {
1399                         /* We need a new PDP entry */
1400                         nkpg = vm_page_alloc(NULL, nkpt,
1401                             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_SYSTEM | VM_ALLOC_WIRED);
1402                         if (!nkpg)
1403                                 panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
1404                         pmap_zero_page(nkpg);
1405                         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
1406                         newpdp = (pdp_entry_t)
1407                                 (paddr | PG_V | PG_RW | PG_A | PG_M);
1408                         *pmap_pdpe(kernel_pmap, kernel_vm_end) = newpdp;
1409                         continue; /* try again */
1410                 }
1411                 if ((*pde & PG_V) != 0) {
1412                         kernel_vm_end = (kernel_vm_end + PAGE_SIZE * NPTEPG) & ~(PAGE_SIZE * NPTEPG - 1);
1413                         continue;
1414                 }
1415
1416                 /*
1417                  * This index is bogus, but out of the way
1418                  */
1419                 nkpg = vm_page_alloc(NULL, nkpt,
1420                     VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_SYSTEM | VM_ALLOC_WIRED);
1421                 if (!nkpg)
1422                         panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
1423
1424                 nkpt++;
1425
1426                 pmap_zero_page(nkpg);
1427                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
1428                 newpdir = (pd_entry_t) (paddr | PG_V | PG_RW | PG_A | PG_M);
1429                 *pmap_pde(kernel_pmap, kernel_vm_end) = newpdir;
1430
1431                 kernel_vm_end = (kernel_vm_end + PAGE_SIZE * NPTEPG) & ~(PAGE_SIZE * NPTEPG - 1);
1432         }
1433 }
1434
1435
1436 /***************************************************
1437  * page management routines.
1438  ***************************************************/
1439
1440 /*
1441  * free the pv_entry back to the free list
1442  */
1443 static PMAP_INLINE void
1444 free_pv_entry(pv_entry_t pv)
1445 {
1446         pv_entry_count--;
1447         uma_zfree(pvzone, pv);
1448 }
1449
1450 /*
1451  * get a new pv_entry, allocating a block from the system
1452  * when needed.
1453  */
1454 static pv_entry_t
1455 get_pv_entry(pmap_t locked_pmap)
1456 {
1457         static const struct timeval printinterval = { 60, 0 };
1458         static struct timeval lastprint;
1459         struct vpgqueues *vpq;
1460         pd_entry_t ptepde;
1461         pmap_t pmap;
1462         pt_entry_t *pte, tpte;
1463         pv_entry_t allocated_pv, next_pv, pv;
1464         vm_offset_t va;
1465         vm_page_t m;
1466
1467         PMAP_LOCK_ASSERT(locked_pmap, MA_OWNED);
1468         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
1469         allocated_pv = uma_zalloc(pvzone, M_NOWAIT);
1470         if (allocated_pv != NULL) {
1471                 pv_entry_count++;
1472                 if (pv_entry_count > pv_entry_high_water)
1473                         pagedaemon_wakeup();
1474                 else
1475                         return (allocated_pv);
1476         }
1477
1478         /*
1479          * Reclaim pv entries: At first, destroy mappings to inactive
1480          * pages.  After that, if a pv entry is still needed, destroy
1481          * mappings to active pages.
1482          */
1483         if (ratecheck(&lastprint, &printinterval))
1484                 printf("Approaching the limit on PV entries, consider "
1485                     "increasing sysctl vm.pmap.shpgperproc or "
1486                     "vm.pmap.pv_entry_max\n");
1487         vpq = &vm_page_queues[PQ_INACTIVE];
1488 retry:
1489         TAILQ_FOREACH(m, &vpq->pl, pageq) {
1490                 if (m->hold_count || m->busy || (m->flags & PG_BUSY))
1491                         continue;
1492                 TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &m->md.pv_list, pv_list, next_pv) {
1493                         va = pv->pv_va;
1494                         pmap = pv->pv_pmap;
1495                         /* Avoid deadlock and lock recursion. */
1496                         if (pmap > locked_pmap)
1497                                 PMAP_LOCK(pmap);
1498                         else if (pmap != locked_pmap && !PMAP_TRYLOCK(pmap))
1499                                 continue;
1500                         pmap->pm_stats.resident_count--;
1501                         pte = pmap_pte_pde(pmap, va, &ptepde);
1502                         tpte = pte_load_clear(pte);
1503                         KASSERT((tpte & PG_W) == 0,
1504                             ("get_pv_entry: wired pte %#lx", tpte));
1505                         if (tpte & PG_A)
1506                                 vm_page_flag_set(m, PG_REFERENCED);
1507                         if (tpte & PG_M) {
1508                                 KASSERT((tpte & PG_RW),
1509         ("get_pv_entry: modified page not writable: va: %#lx, pte: %#lx",
1510                                     va, tpte));
1511                                 if (pmap_track_modified(va))
1512                                         vm_page_dirty(m);
1513                         }
1514                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
1515                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvlist, pv, pv_plist);
1516                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
1517                         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list))
1518                                 vm_page_flag_clear(m, PG_WRITEABLE);
1519                         m->md.pv_list_count--;
1520                         pmap_unuse_pt(pmap, va, ptepde);
1521                         if (pmap != locked_pmap)
1522                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
1523                         if (allocated_pv == NULL)
1524                                 allocated_pv = pv;
1525                         else
1526                                 free_pv_entry(pv);
1527                 }
1528         }
1529         if (allocated_pv == NULL) {
1530                 if (vpq == &vm_page_queues[PQ_INACTIVE]) {
1531                         vpq = &vm_page_queues[PQ_ACTIVE];
1532                         goto retry;
1533                 }
1534                 panic("get_pv_entry: increase the vm.pmap.shpgperproc tunable");
1535         }
1536         return (allocated_pv);
1537 }
1538
1539 static void
1540 pmap_remove_entry(pmap_t pmap, vm_page_t m, vm_offset_t va)
1541 {
1542         pv_entry_t pv;
1543
1544         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1545         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
1546         if (m->md.pv_list_count < pmap->pm_stats.resident_count) {
1547                 TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
1548                         if (pmap == pv->pv_pmap && va == pv->pv_va)
1549                                 break;
1550                 }
1551         } else {
1552                 TAILQ_FOREACH(pv, &pmap->pm_pvlist, pv_plist) {
1553                         if (va == pv->pv_va)
1554                                 break;
1555                 }
1556         }
1557         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_remove_entry: pv not found"));
1558         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
1559         m->md.pv_list_count--;
1560         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list))
1561                 vm_page_flag_clear(m, PG_WRITEABLE);
1562         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvlist, pv, pv_plist);
1563         free_pv_entry(pv);
1564 }
1565
1566 /*
1567  * Create a pv entry for page at pa for
1568  * (pmap, va).
1569  */
1570 static void
1571 pmap_insert_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m)
1572 {
1573         pv_entry_t pv;
1574
1575         pv = get_pv_entry(pmap);
1576         pv->pv_va = va;
1577         pv->pv_pmap = pmap;
1578
1579         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1580         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
1581         TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvlist, pv, pv_plist);
1582         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
1583         m->md.pv_list_count++;
1584 }
1585
1586 /*
1587  * pmap_remove_pte: do the things to unmap a page in a process
1588  */
1589 static int
1590 pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t va, pd_entry_t ptepde)
1591 {
1592         pt_entry_t oldpte;
1593         vm_page_t m;
1594
1595         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1596         oldpte = pte_load_clear(ptq);
1597         if (oldpte & PG_W)
1598                 pmap->pm_stats.wired_count -= 1;
1599         /*
1600          * Machines that don't support invlpg, also don't support
1601          * PG_G.
1602          */
1603         if (oldpte & PG_G)
1604                 pmap_invalidate_page(kernel_pmap, va);
1605         pmap->pm_stats.resident_count -= 1;
1606         if (oldpte & PG_MANAGED) {
1607                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpte & PG_FRAME);
1608                 if (oldpte & PG_M) {
1609                         KASSERT((oldpte & PG_RW),
1610         ("pmap_remove_pte: modified page not writable: va: %#lx, pte: %#lx",
1611                             va, oldpte));
1612                         if (pmap_track_modified(va))
1613                                 vm_page_dirty(m);
1614                 }
1615                 if (oldpte & PG_A)
1616                         vm_page_flag_set(m, PG_REFERENCED);
1617                 pmap_remove_entry(pmap, m, va);
1618         }
1619         return (pmap_unuse_pt(pmap, va, ptepde));
1620 }
1621
1622 /*
1623  * Remove a single page from a process address space
1624  */
1625 static void
1626 pmap_remove_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde)
1627 {
1628         pt_entry_t *pte;
1629
1630         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1631         if ((*pde & PG_V) == 0)
1632                 return;
1633         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
1634         if ((*pte & PG_V) == 0)
1635                 return;
1636         pmap_remove_pte(pmap, pte, va, *pde);
1637         pmap_invalidate_page(pmap, va);
1638 }
1639
1640 /*
1641  *      Remove the given range of addresses from the specified map.
1642  *
1643  *      It is assumed that the start and end are properly
1644  *      rounded to the page size.
1645  */
1646 void
1647 pmap_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
1648 {
1649         vm_offset_t va_next;
1650         pml4_entry_t *pml4e;
1651         pdp_entry_t *pdpe;
1652         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
1653         pt_entry_t *pte;
1654         int anyvalid;
1655
1656         /*
1657          * Perform an unsynchronized read.  This is, however, safe.
1658          */
1659         if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
1660                 return;
1661
1662         anyvalid = 0;
1663
1664         vm_page_lock_queues();
1665         PMAP_LOCK(pmap);
1666
1667         /*
1668          * special handling of removing one page.  a very
1669          * common operation and easy to short circuit some
1670          * code.
1671          */
1672         if (sva + PAGE_SIZE == eva) {
1673                 pde = pmap_pde(pmap, sva);
1674                 if (pde && (*pde & PG_PS) == 0) {
1675                         pmap_remove_page(pmap, sva, pde);
1676                         goto out;
1677                 }
1678         }
1679
1680         for (; sva < eva; sva = va_next) {
1681
1682                 if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
1683                         break;
1684
1685                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
1686                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
1687                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
1688                         continue;
1689                 }
1690
1691                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
1692                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
1693                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
1694                         continue;
1695                 }
1696
1697                 /*
1698                  * Calculate index for next page table.
1699                  */
1700                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
1701
1702                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
1703                 ptpaddr = *pde;
1704
1705                 /*
1706                  * Weed out invalid mappings.
1707                  */
1708                 if (ptpaddr == 0)
1709                         continue;
1710
1711                 /*
1712                  * Check for large page.
1713                  */
1714                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
1715                         *pde = 0;
1716                         pmap->pm_stats.resident_count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
1717                         pmap_unuse_pt(pmap, sva, *pdpe);
1718                         anyvalid = 1;
1719                         continue;
1720                 }
1721
1722                 /*
1723                  * Limit our scan to either the end of the va represented
1724                  * by the current page table page, or to the end of the
1725                  * range being removed.
1726                  */
1727                 if (va_next > eva)
1728                         va_next = eva;
1729
1730                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
1731                     sva += PAGE_SIZE) {
1732                         if (*pte == 0)
1733                                 continue;
1734                         anyvalid = 1;
1735                         if (pmap_remove_pte(pmap, pte, sva, ptpaddr))
1736                                 break;
1737                 }
1738         }
1739 out:
1740         vm_page_unlock_queues();
1741         if (anyvalid)
1742                 pmap_invalidate_all(pmap);
1743         PMAP_UNLOCK(pmap);
1744 }
1745
1746 /*
1747  *      Routine:        pmap_remove_all
1748  *      Function:
1749  *              Removes this physical page from
1750  *              all physical maps in which it resides.
1751  *              Reflects back modify bits to the pager.
1752  *
1753  *      Notes:
1754  *              Original versions of this routine were very
1755  *              inefficient because they iteratively called
1756  *              pmap_remove (slow...)
1757  */
1758
1759 void
1760 pmap_remove_all(vm_page_t m)
1761 {
1762         register pv_entry_t pv;
1763         pt_entry_t *pte, tpte;
1764         pd_entry_t ptepde;
1765
1766 #if defined(PMAP_DIAGNOSTIC)
1767         /*
1768          * XXX This makes pmap_remove_all() illegal for non-managed pages!
1769          */
1770         if (m->flags & PG_FICTITIOUS) {
1771                 panic("pmap_remove_all: illegal for unmanaged page, va: 0x%lx",
1772                     VM_PAGE_TO_PHYS(m));
1773         }
1774 #endif
1775         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
1776         while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
1777                 PMAP_LOCK(pv->pv_pmap);
1778                 pv->pv_pmap->pm_stats.resident_count--;
1779                 pte = pmap_pte_pde(pv->pv_pmap, pv->pv_va, &ptepde);
1780                 tpte = pte_load_clear(pte);
1781                 if (tpte & PG_W)
1782                         pv->pv_pmap->pm_stats.wired_count--;
1783                 if (tpte & PG_A)
1784                         vm_page_flag_set(m, PG_REFERENCED);
1785
1786                 /*
1787                  * Update the vm_page_t clean and reference bits.
1788                  */
1789                 if (tpte & PG_M) {
1790                         KASSERT((tpte & PG_RW),
1791         ("pmap_remove_all: modified page not writable: va: %#lx, pte: %#lx",
1792                             pv->pv_va, tpte));
1793                         if (pmap_track_modified(pv->pv_va))
1794                                 vm_page_dirty(m);
1795                 }
1796                 pmap_invalidate_page(pv->pv_pmap, pv->pv_va);
1797                 TAILQ_REMOVE(&pv->pv_pmap->pm_pvlist, pv, pv_plist);
1798                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
1799                 m->md.pv_list_count--;
1800                 pmap_unuse_pt(pv->pv_pmap, pv->pv_va, ptepde);
1801                 PMAP_UNLOCK(pv->pv_pmap);
1802                 free_pv_entry(pv);
1803         }
1804         vm_page_flag_clear(m, PG_WRITEABLE);
1805 }
1806
1807 /*
1808  *      Set the physical protection on the
1809  *      specified range of this map as requested.
1810  */
1811 void
1812 pmap_protect(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, vm_prot_t prot)
1813 {
1814         vm_offset_t va_next;
1815         pml4_entry_t *pml4e;
1816         pdp_entry_t *pdpe;
1817         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
1818         pt_entry_t *pte;
1819         int anychanged;
1820
1821         if ((prot & VM_PROT_READ) == VM_PROT_NONE) {
1822                 pmap_remove(pmap, sva, eva);
1823                 return;
1824         }
1825
1826         if (prot & VM_PROT_WRITE)
1827                 return;
1828
1829         anychanged = 0;
1830
1831         vm_page_lock_queues();
1832         PMAP_LOCK(pmap);
1833         for (; sva < eva; sva = va_next) {
1834
1835                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
1836                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
1837                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
1838                         continue;
1839                 }
1840
1841                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
1842                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
1843                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
1844                         continue;
1845                 }
1846
1847                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
1848
1849                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
1850                 ptpaddr = *pde;
1851
1852                 /*
1853                  * Weed out invalid mappings.
1854                  */
1855                 if (ptpaddr == 0)
1856                         continue;
1857
1858                 /*
1859                  * Check for large page.
1860                  */
1861                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
1862                         *pde &= ~(PG_M|PG_RW);
1863                         anychanged = 1;
1864                         continue;
1865                 }
1866
1867                 if (va_next > eva)
1868                         va_next = eva;
1869
1870                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
1871                     sva += PAGE_SIZE) {
1872                         pt_entry_t obits, pbits;
1873                         vm_page_t m;
1874
1875 retry:
1876                         obits = pbits = *pte;
1877                         if (pbits & PG_MANAGED) {
1878                                 m = NULL;
1879                                 if (pbits & PG_A) {
1880                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pbits & PG_FRAME);
1881                                         vm_page_flag_set(m, PG_REFERENCED);
1882                                         pbits &= ~PG_A;
1883                                 }
1884                                 if ((pbits & PG_M) != 0 &&
1885                                     pmap_track_modified(sva)) {
1886                                         if (m == NULL)
1887                                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pbits &
1888                                                     PG_FRAME);
1889                                         vm_page_dirty(m);
1890                                 }
1891                         }
1892
1893                         pbits &= ~(PG_RW | PG_M);
1894
1895                         if (pbits != obits) {
1896                                 if (!atomic_cmpset_long(pte, obits, pbits))
1897                                         goto retry;
1898                                 if (obits & PG_G)
1899                                         pmap_invalidate_page(pmap, sva);
1900                                 else
1901                                         anychanged = 1;
1902                         }
1903                 }
1904         }
1905         vm_page_unlock_queues();
1906         if (anychanged)
1907                 pmap_invalidate_all(pmap);
1908         PMAP_UNLOCK(pmap);
1909 }
1910
1911 /*
1912  *      Insert the given physical page (p) at
1913  *      the specified virtual address (v) in the
1914  *      target physical map with the protection requested.
1915  *
1916  *      If specified, the page will be wired down, meaning
1917  *      that the related pte can not be reclaimed.
1918  *
1919  *      NB:  This is the only routine which MAY NOT lazy-evaluate
1920  *      or lose information.  That is, this routine must actually
1921  *      insert this page into the given map NOW.
1922  */
1923 void
1924 pmap_enter(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
1925            boolean_t wired)
1926 {
1927         vm_paddr_t pa;
1928         register pt_entry_t *pte;
1929         vm_paddr_t opa;
1930         pt_entry_t origpte, newpte;
1931         vm_page_t mpte, om;
1932         boolean_t invlva;
1933
1934         va = trunc_page(va);
1935 #ifdef PMAP_DIAGNOSTIC
1936         if (va > VM_MAX_KERNEL_ADDRESS)
1937                 panic("pmap_enter: toobig");
1938         if ((va >= UPT_MIN_ADDRESS) && (va < UPT_MAX_ADDRESS))
1939                 panic("pmap_enter: invalid to pmap_enter page table pages (va: 0x%lx)", va);
1940 #endif
1941
1942         mpte = NULL;
1943
1944         vm_page_lock_queues();
1945         PMAP_LOCK(pmap);
1946
1947         /*
1948          * In the case that a page table page is not
1949          * resident, we are creating it here.
1950          */
1951         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
1952                 mpte = pmap_allocpte(pmap, va, M_WAITOK);
1953         }
1954 #if 0 && defined(PMAP_DIAGNOSTIC)
1955         else {
1956                 pd_entry_t *pdeaddr = pmap_pde(pmap, va);
1957                 origpte = *pdeaddr;
1958                 if ((origpte & PG_V) == 0) {
1959                         panic("pmap_enter: invalid kernel page table page, pde=%p, va=%p\n",
1960                                 origpte, va);
1961                 }
1962         }
1963 #endif
1964
1965         pte = pmap_pte(pmap, va);
1966
1967         /*
1968          * Page Directory table entry not valid, we need a new PT page
1969          */
1970         if (pte == NULL)
1971                 panic("pmap_enter: invalid page directory va=%#lx\n", va);
1972
1973         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
1974         om = NULL;
1975         origpte = *pte;
1976         opa = origpte & PG_FRAME;
1977
1978         if (origpte & PG_PS)
1979                 panic("pmap_enter: attempted pmap_enter on 2MB page");
1980
1981         /*
1982          * Mapping has not changed, must be protection or wiring change.
1983          */
1984         if (origpte && (opa == pa)) {
1985                 /*
1986                  * Wiring change, just update stats. We don't worry about
1987                  * wiring PT pages as they remain resident as long as there
1988                  * are valid mappings in them. Hence, if a user page is wired,
1989                  * the PT page will be also.
1990                  */
1991                 if (wired && ((origpte & PG_W) == 0))
1992                         pmap->pm_stats.wired_count++;
1993                 else if (!wired && (origpte & PG_W))
1994                         pmap->pm_stats.wired_count--;
1995
1996                 /*
1997                  * Remove extra pte reference
1998                  */
1999                 if (mpte)
2000                         mpte->wire_count--;
2001
2002                 /*
2003                  * We might be turning off write access to the page,
2004                  * so we go ahead and sense modify status.
2005                  */
2006                 if (origpte & PG_MANAGED) {
2007                         om = m;
2008                         pa |= PG_MANAGED;
2009                 }
2010                 goto validate;
2011         }
2012         /*
2013          * Mapping has changed, invalidate old range and fall through to
2014          * handle validating new mapping.
2015          */
2016         if (opa) {
2017                 if (origpte & PG_W)
2018                         pmap->pm_stats.wired_count--;
2019                 if (origpte & PG_MANAGED) {
2020                         om = PHYS_TO_VM_PAGE(opa);
2021                         pmap_remove_entry(pmap, om, va);
2022                 }
2023                 if (mpte != NULL) {
2024                         mpte->wire_count--;
2025                         KASSERT(mpte->wire_count > 0,
2026                             ("pmap_enter: missing reference to page table page,"
2027                              " va: 0x%lx", va));
2028                 }
2029         } else
2030                 pmap->pm_stats.resident_count++;
2031
2032         /*
2033          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
2034          */
2035         if ((m->flags & (PG_FICTITIOUS | PG_UNMANAGED)) == 0) {
2036                 pmap_insert_entry(pmap, va, m);
2037                 pa |= PG_MANAGED;
2038         }
2039
2040         /*
2041          * Increment counters
2042          */
2043         if (wired)
2044                 pmap->pm_stats.wired_count++;
2045
2046 validate:
2047         /*
2048          * Now validate mapping with desired protection/wiring.
2049          */
2050         newpte = (pt_entry_t)(pa | PG_V);
2051         if ((prot & VM_PROT_WRITE) != 0)
2052                 newpte |= PG_RW;
2053         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
2054                 newpte |= pg_nx;
2055         if (wired)
2056                 newpte |= PG_W;
2057         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
2058                 newpte |= PG_U;
2059         if (pmap == kernel_pmap)
2060                 newpte |= PG_G;
2061
2062         /*
2063          * if the mapping or permission bits are different, we need
2064          * to update the pte.
2065          */
2066         if ((origpte & ~(PG_M|PG_A)) != newpte) {
2067                 if (origpte & PG_V) {
2068                         invlva = FALSE;
2069                         origpte = pte_load_store(pte, newpte | PG_A);
2070                         if (origpte & PG_A) {
2071                                 if (origpte & PG_MANAGED)
2072                                         vm_page_flag_set(om, PG_REFERENCED);
2073                                 if (opa != VM_PAGE_TO_PHYS(m) || ((origpte &
2074                                     PG_NX) == 0 && (newpte & PG_NX)))
2075                                         invlva = TRUE;
2076                         }
2077                         if (origpte & PG_M) {
2078                                 KASSERT((origpte & PG_RW),
2079         ("pmap_enter: modified page not writable: va: %#lx, pte: %#lx",
2080                                     va, origpte));
2081                                 if ((origpte & PG_MANAGED) &&
2082                                     pmap_track_modified(va))
2083                                         vm_page_dirty(om);
2084                                 if ((newpte & PG_RW) == 0)
2085                                         invlva = TRUE;
2086                         }
2087                         if (invlva)
2088                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
2089                 } else
2090                         pte_store(pte, newpte | PG_A);
2091         }
2092         vm_page_unlock_queues();
2093         PMAP_UNLOCK(pmap);
2094 }
2095
2096 /*
2097  * this code makes some *MAJOR* assumptions:
2098  * 1. Current pmap & pmap exists.
2099  * 2. Not wired.
2100  * 3. Read access.
2101  * 4. No page table pages.
2102  * but is *MUCH* faster than pmap_enter...
2103  */
2104
2105 vm_page_t
2106 pmap_enter_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
2107     vm_page_t mpte)
2108 {
2109         pt_entry_t *pte;
2110         vm_paddr_t pa;
2111
2112         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
2113         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(m->object, MA_OWNED);
2114         PMAP_LOCK(pmap);
2115
2116         /*
2117          * In the case that a page table page is not
2118          * resident, we are creating it here.
2119          */
2120         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
2121                 vm_pindex_t ptepindex;
2122                 pd_entry_t *ptepa;
2123
2124                 /*
2125                  * Calculate pagetable page index
2126                  */
2127                 ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
2128                 if (mpte && (mpte->pindex == ptepindex)) {
2129                         mpte->wire_count++;
2130                 } else {
2131         retry:
2132                         /*
2133                          * Get the page directory entry
2134                          */
2135                         ptepa = pmap_pde(pmap, va);
2136
2137                         /*
2138                          * If the page table page is mapped, we just increment
2139                          * the hold count, and activate it.
2140                          */
2141                         if (ptepa && (*ptepa & PG_V) != 0) {
2142                                 if (*ptepa & PG_PS)
2143                                         panic("pmap_enter_quick: unexpected mapping into 2MB page");
2144                                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*ptepa & PG_FRAME);
2145                                 mpte->wire_count++;
2146                         } else {
2147                                 mpte = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex,
2148                                     M_NOWAIT);
2149                                 if (mpte == NULL) {
2150                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
2151                                         vm_page_busy(m);
2152                                         vm_page_unlock_queues();
2153                                         VM_OBJECT_UNLOCK(m->object);
2154                                         VM_WAIT;
2155                                         VM_OBJECT_LOCK(m->object);
2156                                         vm_page_lock_queues();
2157                                         vm_page_wakeup(m);
2158                                         PMAP_LOCK(pmap);
2159                                         goto retry;
2160                                 }
2161                         }
2162                 }
2163         } else {
2164                 mpte = NULL;
2165         }
2166
2167         /*
2168          * This call to vtopte makes the assumption that we are
2169          * entering the page into the current pmap.  In order to support
2170          * quick entry into any pmap, one would likely use pmap_pte.
2171          * But that isn't as quick as vtopte.
2172          */
2173         pte = vtopte(va);
2174         if (*pte) {
2175                 if (mpte != NULL) {
2176                         pmap_unwire_pte_hold(pmap, va, mpte);
2177                         mpte = NULL;
2178                 }
2179                 goto out;
2180         }
2181
2182         /*
2183          * Enter on the PV list if part of our managed memory. Note that we
2184          * raise IPL while manipulating pv_table since pmap_enter can be
2185          * called at interrupt time.
2186          */
2187         if ((m->flags & (PG_FICTITIOUS|PG_UNMANAGED)) == 0)
2188                 pmap_insert_entry(pmap, va, m);
2189
2190         /*
2191          * Increment counters
2192          */
2193         pmap->pm_stats.resident_count++;
2194
2195         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
2196         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
2197                 pa |= pg_nx;
2198
2199         /*
2200          * Now validate mapping with RO protection
2201          */
2202         if (m->flags & (PG_FICTITIOUS|PG_UNMANAGED))
2203                 pte_store(pte, pa | PG_V | PG_U);
2204         else
2205                 pte_store(pte, pa | PG_V | PG_U | PG_MANAGED);
2206 out:
2207         PMAP_UNLOCK(pmap);
2208         return mpte;
2209 }
2210
2211 /*
2212  * Make a temporary mapping for a physical address.  This is only intended
2213  * to be used for panic dumps.
2214  */
2215 void *
2216 pmap_kenter_temporary(vm_paddr_t pa, int i)
2217 {
2218         vm_offset_t va;
2219
2220         va = (vm_offset_t)crashdumpmap + (i * PAGE_SIZE);
2221         pmap_kenter(va, pa);
2222         invlpg(va);
2223         return ((void *)crashdumpmap);
2224 }
2225
2226 /*
2227  * This code maps large physical mmap regions into the
2228  * processor address space.  Note that some shortcuts
2229  * are taken, but the code works.
2230  */
2231 void
2232 pmap_object_init_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t addr,
2233                     vm_object_t object, vm_pindex_t pindex,
2234                     vm_size_t size)
2235 {
2236         vm_offset_t va;
2237         vm_page_t p, pdpg;
2238
2239         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(object, MA_OWNED);
2240         KASSERT(object->type == OBJT_DEVICE,
2241             ("pmap_object_init_pt: non-device object"));
2242         if (((addr & (NBPDR - 1)) == 0) && ((size & (NBPDR - 1)) == 0)) {
2243                 vm_page_t m[1];
2244                 pd_entry_t ptepa, *pde;
2245
2246                 PMAP_LOCK(pmap);
2247                 pde = pmap_pde(pmap, addr);
2248                 if (pde != 0 && (*pde & PG_V) != 0)
2249                         goto out;
2250                 PMAP_UNLOCK(pmap);
2251 retry:
2252                 p = vm_page_lookup(object, pindex);
2253                 if (p != NULL) {
2254                         vm_page_lock_queues();
2255                         if (vm_page_sleep_if_busy(p, FALSE, "init4p"))
2256                                 goto retry;
2257                 } else {
2258                         p = vm_page_alloc(object, pindex, VM_ALLOC_NORMAL);
2259                         if (p == NULL)
2260                                 return;
2261                         m[0] = p;
2262
2263                         if (vm_pager_get_pages(object, m, 1, 0) != VM_PAGER_OK) {
2264                                 vm_page_lock_queues();
2265                                 vm_page_free(p);
2266                                 vm_page_unlock_queues();
2267                                 return;
2268                         }
2269
2270                         p = vm_page_lookup(object, pindex);
2271                         vm_page_lock_queues();
2272                         vm_page_wakeup(p);
2273                 }
2274                 vm_page_unlock_queues();
2275
2276                 ptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(p);
2277                 if (ptepa & (NBPDR - 1))
2278                         return;
2279
2280                 p->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
2281
2282                 PMAP_LOCK(pmap);
2283                 for (va = addr; va < addr + size; va += NBPDR) {
2284                         while ((pdpg =
2285                             pmap_allocpde(pmap, va, M_NOWAIT)) == NULL) {
2286                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
2287                                 vm_page_lock_queues();
2288                                 vm_page_busy(p);
2289                                 vm_page_unlock_queues();
2290                                 VM_OBJECT_UNLOCK(object);
2291                                 VM_WAIT;
2292                                 VM_OBJECT_LOCK(object);
2293                                 vm_page_lock_queues();
2294                                 vm_page_wakeup(p);
2295                                 vm_page_unlock_queues();
2296                                 PMAP_LOCK(pmap);
2297                         }
2298                         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pdpg));
2299                         pde = &pde[pmap_pde_index(va)];
2300                         if ((*pde & PG_V) == 0) {
2301                                 pde_store(pde, ptepa | PG_PS | PG_M | PG_A |
2302                                     PG_U | PG_RW | PG_V);
2303                                 pmap->pm_stats.resident_count +=
2304                                     NBPDR / PAGE_SIZE;
2305                         } else {
2306                                 pdpg->wire_count--;
2307                                 KASSERT(pdpg->wire_count > 0,
2308                                     ("pmap_object_init_pt: missing reference "
2309                                      "to page directory page, va: 0x%lx", va));
2310                         }
2311                         ptepa += NBPDR;
2312                 }
2313                 pmap_invalidate_all(pmap);
2314 out:
2315                 PMAP_UNLOCK(pmap);
2316         }
2317 }
2318
2319 /*
2320  *      Routine:        pmap_change_wiring
2321  *      Function:       Change the wiring attribute for a map/virtual-address
2322  *                      pair.
2323  *      In/out conditions:
2324  *                      The mapping must already exist in the pmap.
2325  */
2326 void
2327 pmap_change_wiring(pmap, va, wired)
2328         register pmap_t pmap;
2329         vm_offset_t va;
2330         boolean_t wired;
2331 {
2332         register pt_entry_t *pte;
2333
2334         /*
2335          * Wiring is not a hardware characteristic so there is no need to
2336          * invalidate TLB.
2337          */
2338         PMAP_LOCK(pmap);
2339         pte = pmap_pte(pmap, va);
2340         if (wired && (*pte & PG_W) == 0) {
2341                 pmap->pm_stats.wired_count++;
2342                 atomic_set_long(pte, PG_W);
2343         } else if (!wired && (*pte & PG_W) != 0) {
2344                 pmap->pm_stats.wired_count--;
2345                 atomic_clear_long(pte, PG_W);
2346         }
2347         PMAP_UNLOCK(pmap);
2348 }
2349
2350
2351
2352 /*
2353  *      Copy the range specified by src_addr/len
2354  *      from the source map to the range dst_addr/len
2355  *      in the destination map.
2356  *
2357  *      This routine is only advisory and need not do anything.
2358  */
2359
2360 void
2361 pmap_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap, vm_offset_t dst_addr, vm_size_t len,
2362           vm_offset_t src_addr)
2363 {
2364         vm_offset_t addr;
2365         vm_offset_t end_addr = src_addr + len;
2366         vm_offset_t va_next;
2367         vm_page_t m;
2368
2369         if (dst_addr != src_addr)
2370                 return;
2371
2372         if (!pmap_is_current(src_pmap))
2373                 return;
2374
2375         vm_page_lock_queues();
2376         if (dst_pmap < src_pmap) {
2377                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
2378                 PMAP_LOCK(src_pmap);
2379         } else {
2380                 PMAP_LOCK(src_pmap);
2381                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
2382         }
2383         for (addr = src_addr; addr < end_addr; addr = va_next) {
2384                 pt_entry_t *src_pte, *dst_pte;
2385                 vm_page_t dstmpde, dstmpte, srcmpte;
2386                 pml4_entry_t *pml4e;
2387                 pdp_entry_t *pdpe;
2388                 pd_entry_t srcptepaddr, *pde;
2389
2390                 if (addr >= UPT_MIN_ADDRESS)
2391                         panic("pmap_copy: invalid to pmap_copy page tables");
2392
2393                 /*
2394                  * Don't let optional prefaulting of pages make us go
2395                  * way below the low water mark of free pages or way
2396                  * above high water mark of used pv entries.
2397                  */
2398                 if (cnt.v_free_count < cnt.v_free_reserved ||
2399                     pv_entry_count > pv_entry_high_water)
2400                         break;
2401
2402                 pml4e = pmap_pml4e(src_pmap, addr);
2403                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
2404                         va_next = (addr + NBPML4) & ~PML4MASK;
2405                         continue;
2406                 }
2407
2408                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, addr);
2409                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
2410                         va_next = (addr + NBPDP) & ~PDPMASK;
2411                         continue;
2412                 }
2413
2414                 va_next = (addr + NBPDR) & ~PDRMASK;
2415
2416                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, addr);
2417                 srcptepaddr = *pde;
2418                 if (srcptepaddr == 0)
2419                         continue;
2420
2421                 if (srcptepaddr & PG_PS) {
2422                         dstmpde = pmap_allocpde(dst_pmap, addr, M_NOWAIT);
2423                         if (dstmpde == NULL)
2424                                 break;
2425                         pde = (pd_entry_t *)
2426                             PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(dstmpde));
2427                         pde = &pde[pmap_pde_index(addr)];
2428                         if (*pde == 0) {
2429                                 *pde = srcptepaddr;
2430                                 dst_pmap->pm_stats.resident_count +=
2431                                     NBPDR / PAGE_SIZE;
2432                         } else
2433                                 pmap_unwire_pte_hold(dst_pmap, addr, dstmpde);
2434                         continue;
2435                 }
2436
2437                 srcmpte = PHYS_TO_VM_PAGE(srcptepaddr & PG_FRAME);
2438                 if (srcmpte->wire_count == 0)
2439                         panic("pmap_copy: source page table page is unused");
2440
2441                 if (va_next > end_addr)
2442                         va_next = end_addr;
2443
2444                 src_pte = vtopte(addr);
2445                 while (addr < va_next) {
2446                         pt_entry_t ptetemp;
2447                         ptetemp = *src_pte;
2448                         /*
2449                          * we only virtual copy managed pages
2450                          */
2451                         if ((ptetemp & PG_MANAGED) != 0) {
2452                                 /*
2453                                  * We have to check after allocpte for the
2454                                  * pte still being around...  allocpte can
2455                                  * block.
2456                                  */
2457                                 dstmpte = pmap_allocpte(dst_pmap, addr,
2458                                     M_NOWAIT);
2459                                 if (dstmpte == NULL)
2460                                         break;
2461                                 dst_pte = (pt_entry_t *)
2462                                     PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(dstmpte));
2463                                 dst_pte = &dst_pte[pmap_pte_index(addr)];
2464                                 if (*dst_pte == 0) {
2465                                         /*
2466                                          * Clear the modified and
2467                                          * accessed (referenced) bits
2468                                          * during the copy.
2469                                          */
2470                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(ptetemp & PG_FRAME);
2471                                         *dst_pte = ptetemp & ~(PG_M | PG_A);
2472                                         dst_pmap->pm_stats.resident_count++;
2473                                         pmap_insert_entry(dst_pmap, addr, m);
2474                                 } else
2475                                         pmap_unwire_pte_hold(dst_pmap, addr, dstmpte);
2476                                 if (dstmpte->wire_count >= srcmpte->wire_count)
2477                                         break;
2478                         }
2479                         addr += PAGE_SIZE;
2480                         src_pte++;
2481                 }
2482         }
2483         vm_page_unlock_queues();
2484         PMAP_UNLOCK(src_pmap);
2485         PMAP_UNLOCK(dst_pmap);
2486 }
2487
2488 /*
2489  *      pmap_zero_page zeros the specified hardware page by mapping
2490  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.
2491  */
2492 void
2493 pmap_zero_page(vm_page_t m)
2494 {
2495         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2496
2497         pagezero((void *)va);
2498 }
2499
2500 /*
2501  *      pmap_zero_page_area zeros the specified hardware page by mapping
2502  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.
2503  *
2504  *      off and size may not cover an area beyond a single hardware page.
2505  */
2506 void
2507 pmap_zero_page_area(vm_page_t m, int off, int size)
2508 {
2509         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2510
2511         if (off == 0 && size == PAGE_SIZE)
2512                 pagezero((void *)va);
2513         else
2514                 bzero((char *)va + off, size);
2515 }
2516
2517 /*
2518  *      pmap_zero_page_idle zeros the specified hardware page by mapping
2519  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.  This
2520  *      is intended to be called from the vm_pagezero process only and
2521  *      outside of Giant.
2522  */
2523 void
2524 pmap_zero_page_idle(vm_page_t m)
2525 {
2526         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2527
2528         pagezero((void *)va);
2529 }
2530
2531 /*
2532  *      pmap_copy_page copies the specified (machine independent)
2533  *      page by mapping the page into virtual memory and using
2534  *      bcopy to copy the page, one machine dependent page at a
2535  *      time.
2536  */
2537 void
2538 pmap_copy_page(vm_page_t msrc, vm_page_t mdst)
2539 {
2540         vm_offset_t src = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(msrc));
2541         vm_offset_t dst = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mdst));
2542
2543         pagecopy((void *)src, (void *)dst);
2544 }
2545
2546 /*
2547  * Returns true if the pmap's pv is one of the first
2548  * 16 pvs linked to from this page.  This count may
2549  * be changed upwards or downwards in the future; it
2550  * is only necessary that true be returned for a small
2551  * subset of pmaps for proper page aging.
2552  */
2553 boolean_t
2554 pmap_page_exists_quick(pmap, m)
2555         pmap_t pmap;
2556         vm_page_t m;
2557 {
2558         pv_entry_t pv;
2559         int loops = 0;
2560
2561         if (m->flags & PG_FICTITIOUS)
2562                 return FALSE;
2563
2564         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
2565         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
2566                 if (pv->pv_pmap == pmap) {
2567                         return TRUE;
2568                 }
2569                 loops++;
2570                 if (loops >= 16)
2571                         break;
2572         }
2573         return (FALSE);
2574 }
2575
2576 #define PMAP_REMOVE_PAGES_CURPROC_ONLY
2577 /*
2578  * Remove all pages from specified address space
2579  * this aids process exit speeds.  Also, this code
2580  * is special cased for current process only, but
2581  * can have the more generic (and slightly slower)
2582  * mode enabled.  This is much faster than pmap_remove
2583  * in the case of running down an entire address space.
2584  */
2585 void
2586 pmap_remove_pages(pmap, sva, eva)
2587         pmap_t pmap;
2588         vm_offset_t sva, eva;
2589 {
2590         pt_entry_t *pte, tpte;
2591         vm_page_t m;
2592         pv_entry_t pv, npv;
2593
2594 #ifdef PMAP_REMOVE_PAGES_CURPROC_ONLY
2595         if (pmap != vmspace_pmap(curthread->td_proc->p_vmspace)) {
2596                 printf("warning: pmap_remove_pages called with non-current pmap\n");
2597                 return;
2598         }
2599 #endif
2600         vm_page_lock_queues();
2601         PMAP_LOCK(pmap);
2602         for (pv = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvlist); pv; pv = npv) {
2603
2604                 if (pv->pv_va >= eva || pv->pv_va < sva) {
2605                         npv = TAILQ_NEXT(pv, pv_plist);
2606                         continue;
2607                 }
2608
2609 #ifdef PMAP_REMOVE_PAGES_CURPROC_ONLY
2610                 pte = vtopte(pv->pv_va);
2611 #else
2612                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va);
2613 #endif
2614                 tpte = *pte;
2615
2616                 if (tpte == 0) {
2617                         printf("TPTE at %p  IS ZERO @ VA %08lx\n",
2618                                                         pte, pv->pv_va);
2619                         panic("bad pte");
2620                 }
2621
2622 /*
2623  * We cannot remove wired pages from a process' mapping at this time
2624  */
2625                 if (tpte & PG_W) {
2626                         npv = TAILQ_NEXT(pv, pv_plist);
2627                         continue;
2628                 }
2629
2630                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpte & PG_FRAME);
2631                 KASSERT(m->phys_addr == (tpte & PG_FRAME),
2632                     ("vm_page_t %p phys_addr mismatch %016jx %016jx",
2633                     m, (uintmax_t)m->phys_addr, (uintmax_t)tpte));
2634
2635                 KASSERT(m < &vm_page_array[vm_page_array_size],
2636                         ("pmap_remove_pages: bad tpte %#jx", (uintmax_t)tpte));
2637
2638                 pmap->pm_stats.resident_count--;
2639
2640                 pte_clear(pte);
2641
2642                 /*
2643                  * Update the vm_page_t clean and reference bits.
2644                  */
2645                 if (tpte & PG_M) {
2646                         vm_page_dirty(m);
2647                 }
2648
2649                 npv = TAILQ_NEXT(pv, pv_plist);
2650                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvlist, pv, pv_plist);
2651
2652                 m->md.pv_list_count--;
2653                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
2654                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list))
2655                         vm_page_flag_clear(m, PG_WRITEABLE);
2656
2657                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, *vtopde(pv->pv_va));
2658                 free_pv_entry(pv);
2659         }
2660         pmap_invalidate_all(pmap);
2661         PMAP_UNLOCK(pmap);
2662         vm_page_unlock_queues();
2663 }
2664
2665 /*
2666  *      pmap_is_modified:
2667  *
2668  *      Return whether or not the specified physical page was modified
2669  *      in any physical maps.
2670  */
2671 boolean_t
2672 pmap_is_modified(vm_page_t m)
2673 {
2674         pv_entry_t pv;
2675         pt_entry_t *pte;
2676         boolean_t rv;
2677
2678         rv = FALSE;
2679         if (m->flags & PG_FICTITIOUS)
2680                 return (rv);
2681
2682         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
2683         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
2684                 /*
2685                  * if the bit being tested is the modified bit, then
2686                  * mark clean_map and ptes as never
2687                  * modified.
2688                  */
2689                 if (!pmap_track_modified(pv->pv_va))
2690                         continue;
2691                 PMAP_LOCK(pv->pv_pmap);
2692                 pte = pmap_pte(pv->pv_pmap, pv->pv_va);
2693                 rv = (*pte & PG_M) != 0;
2694                 PMAP_UNLOCK(pv->pv_pmap);
2695                 if (rv)
2696                         break;
2697         }
2698         return (rv);
2699 }
2700
2701 /*
2702  *      pmap_is_prefaultable:
2703  *
2704  *      Return whether or not the specified virtual address is elgible
2705  *      for prefault.
2706  */
2707 boolean_t
2708 pmap_is_prefaultable(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
2709 {
2710         pd_entry_t *pde;
2711         pt_entry_t *pte;
2712         boolean_t rv;
2713
2714         rv = FALSE;
2715         PMAP_LOCK(pmap);
2716         pde = pmap_pde(pmap, addr);
2717         if (pde != NULL && (*pde & PG_V)) {
2718                 pte = vtopte(addr);
2719                 rv = (*pte & PG_V) == 0;
2720         }
2721         PMAP_UNLOCK(pmap);
2722         return (rv);
2723 }
2724
2725 /*
2726  *      Clear the given bit in each of the given page's ptes.
2727  */
2728 static __inline void
2729 pmap_clear_ptes(vm_page_t m, long bit)
2730 {
2731         register pv_entry_t pv;
2732         pt_entry_t pbits, *pte;
2733
2734         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) ||
2735             (bit == PG_RW && (m->flags & PG_WRITEABLE) == 0))
2736                 return;
2737
2738         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
2739         /*
2740          * Loop over all current mappings setting/clearing as appropos If
2741          * setting RO do we need to clear the VAC?
2742          */
2743         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
2744                 /*
2745                  * don't write protect pager mappings
2746                  */
2747                 if (bit == PG_RW) {
2748                         if (!pmap_track_modified(pv->pv_va))
2749                                 continue;
2750                 }
2751
2752                 PMAP_LOCK(pv->pv_pmap);
2753                 pte = pmap_pte(pv->pv_pmap, pv->pv_va);
2754 retry:
2755                 pbits = *pte;
2756                 if (pbits & bit) {
2757                         if (bit == PG_RW) {
2758                                 if (!atomic_cmpset_long(pte, pbits,
2759                                     pbits & ~(PG_RW | PG_M)))
2760                                         goto retry;
2761                                 if (pbits & PG_M) {
2762                                         vm_page_dirty(m);
2763                                 }
2764                         } else {
2765                                 atomic_clear_long(pte, bit);
2766                         }
2767                         pmap_invalidate_page(pv->pv_pmap, pv->pv_va);
2768                 }
2769                 PMAP_UNLOCK(pv->pv_pmap);
2770         }
2771         if (bit == PG_RW)
2772                 vm_page_flag_clear(m, PG_WRITEABLE);
2773 }
2774
2775 /*
2776  *      pmap_page_protect:
2777  *
2778  *      Lower the permission for all mappings to a given page.
2779  */
2780 void
2781 pmap_page_protect(vm_page_t m, vm_prot_t prot)
2782 {
2783         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
2784                 if (prot & (VM_PROT_READ | VM_PROT_EXECUTE)) {
2785                         pmap_clear_ptes(m, PG_RW);
2786                 } else {
2787                         pmap_remove_all(m);
2788                 }
2789         }
2790 }
2791
2792 /*
2793  *      pmap_ts_referenced:
2794  *
2795  *      Return a count of reference bits for a page, clearing those bits.
2796  *      It is not necessary for every reference bit to be cleared, but it
2797  *      is necessary that 0 only be returned when there are truly no
2798  *      reference bits set.
2799  *
2800  *      XXX: The exact number of bits to check and clear is a matter that
2801  *      should be tested and standardized at some point in the future for
2802  *      optimal aging of shared pages.
2803  */
2804 int
2805 pmap_ts_referenced(vm_page_t m)
2806 {
2807         register pv_entry_t pv, pvf, pvn;
2808         pt_entry_t *pte;
2809         pt_entry_t v;
2810         int rtval = 0;
2811
2812         if (m->flags & PG_FICTITIOUS)
2813                 return (rtval);
2814
2815         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
2816         if ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
2817
2818                 pvf = pv;
2819
2820                 do {
2821                         pvn = TAILQ_NEXT(pv, pv_list);
2822
2823                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
2824
2825                         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
2826
2827                         if (!pmap_track_modified(pv->pv_va))
2828                                 continue;
2829
2830                         PMAP_LOCK(pv->pv_pmap);
2831                         pte = pmap_pte(pv->pv_pmap, pv->pv_va);
2832
2833                         if (pte && ((v = pte_load(pte)) & PG_A) != 0) {
2834                                 atomic_clear_long(pte, PG_A);
2835                                 pmap_invalidate_page(pv->pv_pmap, pv->pv_va);
2836
2837                                 rtval++;
2838                                 if (rtval > 4) {
2839                                         PMAP_UNLOCK(pv->pv_pmap);
2840                                         break;
2841                                 }
2842                         }
2843                         PMAP_UNLOCK(pv->pv_pmap);
2844                 } while ((pv = pvn) != NULL && pv != pvf);
2845         }
2846
2847         return (rtval);
2848 }
2849
2850 /*
2851  *      Clear the modify bits on the specified physical page.
2852  */
2853 void
2854 pmap_clear_modify(vm_page_t m)
2855 {
2856         pmap_clear_ptes(m, PG_M);
2857 }
2858
2859 /*
2860  *      pmap_clear_reference:
2861  *
2862  *      Clear the reference bit on the specified physical page.
2863  */
2864 void
2865 pmap_clear_reference(vm_page_t m)
2866 {
2867         pmap_clear_ptes(m, PG_A);
2868 }
2869
2870 /*
2871  * Miscellaneous support routines follow
2872  */
2873
2874 /*
2875  * Map a set of physical memory pages into the kernel virtual
2876  * address space. Return a pointer to where it is mapped. This
2877  * routine is intended to be used for mapping device memory,
2878  * NOT real memory.
2879  */
2880 void *
2881 pmap_mapdev(pa, size)
2882         vm_paddr_t pa;
2883         vm_size_t size;
2884 {
2885         vm_offset_t va, tmpva, offset;
2886
2887         /* If this fits within the direct map window, use it */
2888         if (pa < dmaplimit && (pa + size) < dmaplimit)
2889                 return ((void *)PHYS_TO_DMAP(pa));
2890         offset = pa & PAGE_MASK;
2891         size = roundup(offset + size, PAGE_SIZE);
2892         va = kmem_alloc_nofault(kernel_map, size);
2893         if (!va)
2894                 panic("pmap_mapdev: Couldn't alloc kernel virtual memory");
2895         pa = trunc_page(pa);
2896         for (tmpva = va; size > 0; ) {
2897                 pmap_kenter(tmpva, pa);
2898                 size -= PAGE_SIZE;
2899                 tmpva += PAGE_SIZE;
2900                 pa += PAGE_SIZE;
2901         }
2902         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, va, tmpva);
2903         return ((void *)(va + offset));
2904 }
2905
2906 void
2907 pmap_unmapdev(va, size)
2908         vm_offset_t va;
2909         vm_size_t size;
2910 {
2911         vm_offset_t base, offset, tmpva;
2912
2913         /* If we gave a direct map region in pmap_mapdev, do nothing */
2914         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS)
2915                 return;
2916         base = trunc_page(va);
2917         offset = va & PAGE_MASK;
2918         size = roundup(offset + size, PAGE_SIZE);
2919         for (tmpva = base; tmpva < (base + size); tmpva += PAGE_SIZE)
2920                 pmap_kremove(tmpva);
2921         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, va, tmpva);
2922         kmem_free(kernel_map, base, size);
2923 }
2924
2925 /*
2926  * perform the pmap work for mincore
2927  */
2928 int
2929 pmap_mincore(pmap, addr)
2930         pmap_t pmap;
2931         vm_offset_t addr;
2932 {
2933         pt_entry_t *ptep, pte;
2934         vm_page_t m;
2935         int val = 0;
2936
2937         PMAP_LOCK(pmap);
2938         ptep = pmap_pte(pmap, addr);
2939         pte = (ptep != NULL) ? *ptep : 0;
2940         PMAP_UNLOCK(pmap);
2941
2942         if (pte != 0) {
2943                 vm_paddr_t pa;
2944
2945                 val = MINCORE_INCORE;
2946                 if ((pte & PG_MANAGED) == 0)
2947                         return val;
2948
2949                 pa = pte & PG_FRAME;
2950
2951                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
2952
2953                 /*
2954                  * Modified by us
2955                  */
2956                 if (pte & PG_M)
2957                         val |= MINCORE_MODIFIED|MINCORE_MODIFIED_OTHER;
2958                 else {
2959                         /*
2960                          * Modified by someone else
2961                          */
2962                         vm_page_lock_queues();
2963                         if (m->dirty || pmap_is_modified(m))
2964                                 val |= MINCORE_MODIFIED_OTHER;
2965                         vm_page_unlock_queues();
2966                 }
2967                 /*
2968                  * Referenced by us
2969                  */
2970                 if (pte & PG_A)
2971                         val |= MINCORE_REFERENCED|MINCORE_REFERENCED_OTHER;
2972                 else {
2973                         /*
2974                          * Referenced by someone else
2975                          */
2976                         vm_page_lock_queues();
2977                         if ((m->flags & PG_REFERENCED) ||
2978                             pmap_ts_referenced(m)) {
2979                                 val |= MINCORE_REFERENCED_OTHER;
2980                                 vm_page_flag_set(m, PG_REFERENCED);
2981                         }
2982                         vm_page_unlock_queues();
2983                 }
2984         }
2985         return val;
2986 }
2987
2988 void
2989 pmap_activate(struct thread *td)
2990 {
2991         struct proc *p = td->td_proc;
2992         pmap_t  pmap, oldpmap;
2993         u_int64_t  cr3;
2994
2995         critical_enter();
2996         pmap = vmspace_pmap(td->td_proc->p_vmspace);
2997         oldpmap = PCPU_GET(curpmap);
2998 #ifdef SMP
2999 if (oldpmap)    /* XXX FIXME */
3000         atomic_clear_int(&oldpmap->pm_active, PCPU_GET(cpumask));
3001         atomic_set_int(&pmap->pm_active, PCPU_GET(cpumask));
3002 #else
3003 if (oldpmap)    /* XXX FIXME */
3004         oldpmap->pm_active &= ~PCPU_GET(cpumask);
3005         pmap->pm_active |= PCPU_GET(cpumask);
3006 #endif
3007         cr3 = vtophys(pmap->pm_pml4);
3008         /* XXXKSE this is wrong.
3009          * pmap_activate is for the current thread on the current cpu
3010          */
3011         if (p->p_flag & P_SA) {
3012                 /* Make sure all other cr3 entries are updated. */
3013                 /* what if they are running?  XXXKSE (maybe abort them) */
3014                 FOREACH_THREAD_IN_PROC(p, td) {
3015                         td->td_pcb->pcb_cr3 = cr3;
3016                 }
3017         } else {
3018                 td->td_pcb->pcb_cr3 = cr3;
3019         }
3020         load_cr3(cr3);
3021         critical_exit();
3022 }
3023
3024 vm_offset_t
3025 pmap_addr_hint(vm_object_t obj, vm_offset_t addr, vm_size_t size)
3026 {
3027
3028         if ((obj == NULL) || (size < NBPDR) || (obj->type != OBJT_DEVICE)) {
3029                 return addr;
3030         }
3031
3032         addr = (addr + (NBPDR - 1)) & ~(NBPDR - 1);
3033         return addr;
3034 }