]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/amd64/amd64/pmap.c
nvi: import version 2.2.1
[FreeBSD/FreeBSD.git] / sys / amd64 / amd64 / pmap.c
1 /*-
2  * SPDX-License-Identifier: BSD-4-Clause
3  *
4  * Copyright (c) 1991 Regents of the University of California.
5  * All rights reserved.
6  * Copyright (c) 1994 John S. Dyson
7  * All rights reserved.
8  * Copyright (c) 1994 David Greenman
9  * All rights reserved.
10  * Copyright (c) 2003 Peter Wemm
11  * All rights reserved.
12  * Copyright (c) 2005-2010 Alan L. Cox <alc@cs.rice.edu>
13  * All rights reserved.
14  *
15  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
16  * the Systems Programming Group of the University of Utah Computer
17  * Science Department and William Jolitz of UUNET Technologies Inc.
18  *
19  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
20  * modification, are permitted provided that the following conditions
21  * are met:
22  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
23  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
24  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
25  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
26  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
27  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
28  *    must display the following acknowledgement:
29  *      This product includes software developed by the University of
30  *      California, Berkeley and its contributors.
31  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
32  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
33  *    without specific prior written permission.
34  *
35  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
36  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
37  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
38  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
39  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
40  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
41  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
42  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
43  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
44  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
45  * SUCH DAMAGE.
46  *
47  *      from:   @(#)pmap.c      7.7 (Berkeley)  5/12/91
48  */
49 /*-
50  * Copyright (c) 2003 Networks Associates Technology, Inc.
51  * Copyright (c) 2014-2020 The FreeBSD Foundation
52  * All rights reserved.
53  *
54  * This software was developed for the FreeBSD Project by Jake Burkholder,
55  * Safeport Network Services, and Network Associates Laboratories, the
56  * Security Research Division of Network Associates, Inc. under
57  * DARPA/SPAWAR contract N66001-01-C-8035 ("CBOSS"), as part of the DARPA
58  * CHATS research program.
59  *
60  * Portions of this software were developed by
61  * Konstantin Belousov <kib@FreeBSD.org> under sponsorship from
62  * the FreeBSD Foundation.
63  *
64  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
65  * modification, are permitted provided that the following conditions
66  * are met:
67  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
68  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
69  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
70  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
71  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
72  *
73  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
74  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
75  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
76  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
77  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
78  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
79  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
80  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
81  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
82  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
83  * SUCH DAMAGE.
84  */
85
86 #define AMD64_NPT_AWARE
87
88 #include <sys/cdefs.h>
89 /*
90  *      Manages physical address maps.
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_ddb.h"
109 #include "opt_pmap.h"
110 #include "opt_vm.h"
111
112 #include <sys/param.h>
113 #include <sys/asan.h>
114 #include <sys/bitstring.h>
115 #include <sys/bus.h>
116 #include <sys/systm.h>
117 #include <sys/counter.h>
118 #include <sys/kernel.h>
119 #include <sys/ktr.h>
120 #include <sys/lock.h>
121 #include <sys/malloc.h>
122 #include <sys/mman.h>
123 #include <sys/msan.h>
124 #include <sys/mutex.h>
125 #include <sys/proc.h>
126 #include <sys/rangeset.h>
127 #include <sys/rwlock.h>
128 #include <sys/sbuf.h>
129 #include <sys/smr.h>
130 #include <sys/sx.h>
131 #include <sys/turnstile.h>
132 #include <sys/vmem.h>
133 #include <sys/vmmeter.h>
134 #include <sys/sched.h>
135 #include <sys/sysctl.h>
136 #include <sys/smp.h>
137 #ifdef DDB
138 #include <sys/kdb.h>
139 #include <ddb/ddb.h>
140 #endif
141
142 #include <vm/vm.h>
143 #include <vm/vm_param.h>
144 #include <vm/vm_kern.h>
145 #include <vm/vm_page.h>
146 #include <vm/vm_map.h>
147 #include <vm/vm_object.h>
148 #include <vm/vm_extern.h>
149 #include <vm/vm_pageout.h>
150 #include <vm/vm_pager.h>
151 #include <vm/vm_phys.h>
152 #include <vm/vm_radix.h>
153 #include <vm/vm_reserv.h>
154 #include <vm/vm_dumpset.h>
155 #include <vm/uma.h>
156
157 #include <machine/asan.h>
158 #include <machine/intr_machdep.h>
159 #include <x86/apicvar.h>
160 #include <x86/ifunc.h>
161 #include <machine/cpu.h>
162 #include <machine/cputypes.h>
163 #include <machine/md_var.h>
164 #include <machine/msan.h>
165 #include <machine/pcb.h>
166 #include <machine/specialreg.h>
167 #ifdef SMP
168 #include <machine/smp.h>
169 #endif
170 #include <machine/sysarch.h>
171 #include <machine/tss.h>
172
173 #ifdef NUMA
174 #define PMAP_MEMDOM     MAXMEMDOM
175 #else
176 #define PMAP_MEMDOM     1
177 #endif
178
179 static __inline boolean_t
180 pmap_type_guest(pmap_t pmap)
181 {
182
183         return ((pmap->pm_type == PT_EPT) || (pmap->pm_type == PT_RVI));
184 }
185
186 static __inline boolean_t
187 pmap_emulate_ad_bits(pmap_t pmap)
188 {
189
190         return ((pmap->pm_flags & PMAP_EMULATE_AD_BITS) != 0);
191 }
192
193 static __inline pt_entry_t
194 pmap_valid_bit(pmap_t pmap)
195 {
196         pt_entry_t mask;
197
198         switch (pmap->pm_type) {
199         case PT_X86:
200         case PT_RVI:
201                 mask = X86_PG_V;
202                 break;
203         case PT_EPT:
204                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
205                         mask = EPT_PG_EMUL_V;
206                 else
207                         mask = EPT_PG_READ;
208                 break;
209         default:
210                 panic("pmap_valid_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
211         }
212
213         return (mask);
214 }
215
216 static __inline pt_entry_t
217 pmap_rw_bit(pmap_t pmap)
218 {
219         pt_entry_t mask;
220
221         switch (pmap->pm_type) {
222         case PT_X86:
223         case PT_RVI:
224                 mask = X86_PG_RW;
225                 break;
226         case PT_EPT:
227                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
228                         mask = EPT_PG_EMUL_RW;
229                 else
230                         mask = EPT_PG_WRITE;
231                 break;
232         default:
233                 panic("pmap_rw_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
234         }
235
236         return (mask);
237 }
238
239 static pt_entry_t pg_g;
240
241 static __inline pt_entry_t
242 pmap_global_bit(pmap_t pmap)
243 {
244         pt_entry_t mask;
245
246         switch (pmap->pm_type) {
247         case PT_X86:
248                 mask = pg_g;
249                 break;
250         case PT_RVI:
251         case PT_EPT:
252                 mask = 0;
253                 break;
254         default:
255                 panic("pmap_global_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
256         }
257
258         return (mask);
259 }
260
261 static __inline pt_entry_t
262 pmap_accessed_bit(pmap_t pmap)
263 {
264         pt_entry_t mask;
265
266         switch (pmap->pm_type) {
267         case PT_X86:
268         case PT_RVI:
269                 mask = X86_PG_A;
270                 break;
271         case PT_EPT:
272                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
273                         mask = EPT_PG_READ;
274                 else
275                         mask = EPT_PG_A;
276                 break;
277         default:
278                 panic("pmap_accessed_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
279         }
280
281         return (mask);
282 }
283
284 static __inline pt_entry_t
285 pmap_modified_bit(pmap_t pmap)
286 {
287         pt_entry_t mask;
288
289         switch (pmap->pm_type) {
290         case PT_X86:
291         case PT_RVI:
292                 mask = X86_PG_M;
293                 break;
294         case PT_EPT:
295                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
296                         mask = EPT_PG_WRITE;
297                 else
298                         mask = EPT_PG_M;
299                 break;
300         default:
301                 panic("pmap_modified_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
302         }
303
304         return (mask);
305 }
306
307 static __inline pt_entry_t
308 pmap_pku_mask_bit(pmap_t pmap)
309 {
310
311         return (pmap->pm_type == PT_X86 ? X86_PG_PKU_MASK : 0);
312 }
313
314 static __inline boolean_t
315 safe_to_clear_referenced(pmap_t pmap, pt_entry_t pte)
316 {
317
318         if (!pmap_emulate_ad_bits(pmap))
319                 return (TRUE);
320
321         KASSERT(pmap->pm_type == PT_EPT, ("invalid pm_type %d", pmap->pm_type));
322
323         /*
324          * XWR = 010 or 110 will cause an unconditional EPT misconfiguration
325          * so we don't let the referenced (aka EPT_PG_READ) bit to be cleared
326          * if the EPT_PG_WRITE bit is set.
327          */
328         if ((pte & EPT_PG_WRITE) != 0)
329                 return (FALSE);
330
331         /*
332          * XWR = 100 is allowed only if the PMAP_SUPPORTS_EXEC_ONLY is set.
333          */
334         if ((pte & EPT_PG_EXECUTE) == 0 ||
335             ((pmap->pm_flags & PMAP_SUPPORTS_EXEC_ONLY) != 0))
336                 return (TRUE);
337         else
338                 return (FALSE);
339 }
340
341 #if !defined(DIAGNOSTIC)
342 #ifdef __GNUC_GNU_INLINE__
343 #define PMAP_INLINE     __attribute__((__gnu_inline__)) inline
344 #else
345 #define PMAP_INLINE     extern inline
346 #endif
347 #else
348 #define PMAP_INLINE
349 #endif
350
351 #ifdef PV_STATS
352 #define PV_STAT(x)      do { x ; } while (0)
353 #else
354 #define PV_STAT(x)      do { } while (0)
355 #endif
356
357 #undef pa_index
358 #ifdef NUMA
359 #define pa_index(pa)    ({                                      \
360         KASSERT((pa) <= vm_phys_segs[vm_phys_nsegs - 1].end,    \
361             ("address %lx beyond the last segment", (pa)));     \
362         (pa) >> PDRSHIFT;                                       \
363 })
364 #define pa_to_pmdp(pa)  (&pv_table[pa_index(pa)])
365 #define pa_to_pvh(pa)   (&(pa_to_pmdp(pa)->pv_page))
366 #define PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa)        ({                      \
367         struct rwlock *_lock;                                   \
368         if (__predict_false((pa) > pmap_last_pa))               \
369                 _lock = &pv_dummy_large.pv_lock;                \
370         else                                                    \
371                 _lock = &(pa_to_pmdp(pa)->pv_lock);             \
372         _lock;                                                  \
373 })
374 #else
375 #define pa_index(pa)    ((pa) >> PDRSHIFT)
376 #define pa_to_pvh(pa)   (&pv_table[pa_index(pa)])
377
378 #define NPV_LIST_LOCKS  MAXCPU
379
380 #define PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa)        \
381                         (&pv_list_locks[pa_index(pa) % NPV_LIST_LOCKS])
382 #endif
383
384 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa)  do {    \
385         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
386         struct rwlock *_new_lock;                       \
387                                                         \
388         _new_lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);           \
389         if (_new_lock != *_lockp) {                     \
390                 if (*_lockp != NULL)                    \
391                         rw_wunlock(*_lockp);            \
392                 *_lockp = _new_lock;                    \
393                 rw_wlock(*_lockp);                      \
394         }                                               \
395 } while (0)
396
397 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m)        \
398                         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, VM_PAGE_TO_PHYS(m))
399
400 #define RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp)             do {    \
401         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
402                                                         \
403         if (*_lockp != NULL) {                          \
404                 rw_wunlock(*_lockp);                    \
405                 *_lockp = NULL;                         \
406         }                                               \
407 } while (0)
408
409 #define VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m)      \
410                         PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(VM_PAGE_TO_PHYS(m))
411
412 /*
413  * Statically allocate kernel pmap memory.  However, memory for
414  * pm_pcids is obtained after the dynamic allocator is operational.
415  * Initialize it with a non-canonical pointer to catch early accesses
416  * regardless of the active mapping.
417  */
418 struct pmap kernel_pmap_store = {
419         .pm_pcidp = (void *)0xdeadbeefdeadbeef,
420 };
421
422 vm_offset_t virtual_avail;      /* VA of first avail page (after kernel bss) */
423 vm_offset_t virtual_end;        /* VA of last avail page (end of kernel AS) */
424
425 int nkpt;
426 SYSCTL_INT(_machdep, OID_AUTO, nkpt, CTLFLAG_RD, &nkpt, 0,
427     "Number of kernel page table pages allocated on bootup");
428
429 static int ndmpdp;
430 vm_paddr_t dmaplimit;
431 vm_offset_t kernel_vm_end = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
432 pt_entry_t pg_nx;
433
434 static SYSCTL_NODE(_vm, OID_AUTO, pmap, CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
435     "VM/pmap parameters");
436
437 static int __read_frequently pg_ps_enabled = 1;
438 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pg_ps_enabled, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
439     &pg_ps_enabled, 0, "Are large page mappings enabled?");
440
441 int __read_frequently la57 = 0;
442 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, la57, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
443     &la57, 0,
444     "5-level paging for host is enabled");
445
446 static bool
447 pmap_is_la57(pmap_t pmap)
448 {
449         if (pmap->pm_type == PT_X86)
450                 return (la57);
451         return (false);         /* XXXKIB handle EPT */
452 }
453
454 #define PAT_INDEX_SIZE  8
455 static int pat_index[PAT_INDEX_SIZE];   /* cache mode to PAT index conversion */
456
457 static u_int64_t        KPTphys;        /* phys addr of kernel level 1 */
458 static u_int64_t        KPDphys;        /* phys addr of kernel level 2 */
459 static u_int64_t        KPDPphys;       /* phys addr of kernel level 3 */
460 u_int64_t               KPML4phys;      /* phys addr of kernel level 4 */
461 u_int64_t               KPML5phys;      /* phys addr of kernel level 5,
462                                            if supported */
463
464 #ifdef KASAN
465 static uint64_t         KASANPDPphys;
466 #endif
467 #ifdef KMSAN
468 static uint64_t         KMSANSHADPDPphys;
469 static uint64_t         KMSANORIGPDPphys;
470
471 /*
472  * To support systems with large amounts of memory, it is necessary to extend
473  * the maximum size of the direct map.  This could eat into the space reserved
474  * for the shadow map.
475  */
476 _Static_assert(DMPML4I + NDMPML4E <= KMSANSHADPML4I, "direct map overflow");
477 #endif
478
479 static pml4_entry_t     *kernel_pml4;
480 static u_int64_t        DMPDphys;       /* phys addr of direct mapped level 2 */
481 static u_int64_t        DMPDPphys;      /* phys addr of direct mapped level 3 */
482 static int              ndmpdpphys;     /* number of DMPDPphys pages */
483
484 vm_paddr_t              kernphys;       /* phys addr of start of bootstrap data */
485 vm_paddr_t              KERNend;        /* and the end */
486
487 /*
488  * pmap_mapdev support pre initialization (i.e. console)
489  */
490 #define PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT      8
491 static struct pmap_preinit_mapping {
492         vm_paddr_t      pa;
493         vm_offset_t     va;
494         vm_size_t       sz;
495         int             mode;
496 } pmap_preinit_mapping[PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT];
497 static int pmap_initialized;
498
499 /*
500  * Data for the pv entry allocation mechanism.
501  * Updates to pv_invl_gen are protected by the pv list lock but reads are not.
502  */
503 #ifdef NUMA
504 static __inline int
505 pc_to_domain(struct pv_chunk *pc)
506 {
507
508         return (vm_phys_domain(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc)));
509 }
510 #else
511 static __inline int
512 pc_to_domain(struct pv_chunk *pc __unused)
513 {
514
515         return (0);
516 }
517 #endif
518
519 struct pv_chunks_list {
520         struct mtx pvc_lock;
521         TAILQ_HEAD(pch, pv_chunk) pvc_list;
522         int active_reclaims;
523 } __aligned(CACHE_LINE_SIZE);
524
525 struct pv_chunks_list __exclusive_cache_line pv_chunks[PMAP_MEMDOM];
526
527 #ifdef  NUMA
528 struct pmap_large_md_page {
529         struct rwlock   pv_lock;
530         struct md_page  pv_page;
531         u_long pv_invl_gen;
532 };
533 __exclusive_cache_line static struct pmap_large_md_page pv_dummy_large;
534 #define pv_dummy pv_dummy_large.pv_page
535 __read_mostly static struct pmap_large_md_page *pv_table;
536 __read_mostly vm_paddr_t pmap_last_pa;
537 #else
538 static struct rwlock __exclusive_cache_line pv_list_locks[NPV_LIST_LOCKS];
539 static u_long pv_invl_gen[NPV_LIST_LOCKS];
540 static struct md_page *pv_table;
541 static struct md_page pv_dummy;
542 #endif
543
544 /*
545  * All those kernel PT submaps that BSD is so fond of
546  */
547 pt_entry_t *CMAP1 = NULL;
548 caddr_t CADDR1 = 0;
549 static vm_offset_t qframe = 0;
550 static struct mtx qframe_mtx;
551
552 static int pmap_flags = PMAP_PDE_SUPERPAGE;     /* flags for x86 pmaps */
553
554 static vmem_t *large_vmem;
555 static u_int lm_ents;
556 #define PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(va)    ((va) >= LARGEMAP_MIN_ADDRESS && \
557         (va) < LARGEMAP_MIN_ADDRESS + NBPML4 * (u_long)lm_ents)
558
559 int pmap_pcid_enabled = 1;
560 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pcid_enabled, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
561     &pmap_pcid_enabled, 0, "Is TLB Context ID enabled ?");
562 int invpcid_works = 0;
563 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, invpcid_works, CTLFLAG_RD, &invpcid_works, 0,
564     "Is the invpcid instruction available ?");
565 int pmap_pcid_invlpg_workaround = 0;
566 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pcid_invlpg_workaround,
567     CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
568     &pmap_pcid_invlpg_workaround, 0,
569     "Enable small core PCID/INVLPG workaround");
570 int pmap_pcid_invlpg_workaround_uena = 1;
571
572 int __read_frequently pti = 0;
573 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pti, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
574     &pti, 0,
575     "Page Table Isolation enabled");
576 static vm_object_t pti_obj;
577 static pml4_entry_t *pti_pml4;
578 static vm_pindex_t pti_pg_idx;
579 static bool pti_finalized;
580
581 struct pmap_pkru_range {
582         struct rs_el    pkru_rs_el;
583         u_int           pkru_keyidx;
584         int             pkru_flags;
585 };
586
587 static uma_zone_t pmap_pkru_ranges_zone;
588 static bool pmap_pkru_same(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva);
589 static pt_entry_t pmap_pkru_get(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
590 static void pmap_pkru_on_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva);
591 static void *pkru_dup_range(void *ctx, void *data);
592 static void pkru_free_range(void *ctx, void *node);
593 static int pmap_pkru_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap);
594 static int pmap_pkru_deassign(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva);
595 static void pmap_pkru_deassign_all(pmap_t pmap);
596
597 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(pcid_save_cnt);
598 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_pmap, OID_AUTO, pcid_save_cnt, CTLFLAG_RD,
599     &pcid_save_cnt, "Count of saved TLB context on switch");
600
601 static LIST_HEAD(, pmap_invl_gen) pmap_invl_gen_tracker =
602     LIST_HEAD_INITIALIZER(&pmap_invl_gen_tracker);
603 static struct mtx invl_gen_mtx;
604 /* Fake lock object to satisfy turnstiles interface. */
605 static struct lock_object invl_gen_ts = {
606         .lo_name = "invlts",
607 };
608 static struct pmap_invl_gen pmap_invl_gen_head = {
609         .gen = 1,
610         .next = NULL,
611 };
612 static u_long pmap_invl_gen = 1;
613 static int pmap_invl_waiters;
614 static struct callout pmap_invl_callout;
615 static bool pmap_invl_callout_inited;
616
617 #define PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI() \
618     KASSERT(pmap_not_in_di(), ("DI already started"))
619
620 static bool
621 pmap_di_locked(void)
622 {
623         int tun;
624
625         if ((cpu_feature2 & CPUID2_CX16) == 0)
626                 return (true);
627         tun = 0;
628         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.di_locked", &tun);
629         return (tun != 0);
630 }
631
632 static int
633 sysctl_pmap_di_locked(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
634 {
635         int locked;
636
637         locked = pmap_di_locked();
638         return (sysctl_handle_int(oidp, &locked, 0, req));
639 }
640 SYSCTL_PROC(_vm_pmap, OID_AUTO, di_locked, CTLTYPE_INT | CTLFLAG_RDTUN |
641     CTLFLAG_MPSAFE, 0, 0, sysctl_pmap_di_locked, "",
642     "Locked delayed invalidation");
643
644 static bool pmap_not_in_di_l(void);
645 static bool pmap_not_in_di_u(void);
646 DEFINE_IFUNC(, bool, pmap_not_in_di, (void))
647 {
648
649         return (pmap_di_locked() ? pmap_not_in_di_l : pmap_not_in_di_u);
650 }
651
652 static bool
653 pmap_not_in_di_l(void)
654 {
655         struct pmap_invl_gen *invl_gen;
656
657         invl_gen = &curthread->td_md.md_invl_gen;
658         return (invl_gen->gen == 0);
659 }
660
661 static void
662 pmap_thread_init_invl_gen_l(struct thread *td)
663 {
664         struct pmap_invl_gen *invl_gen;
665
666         invl_gen = &td->td_md.md_invl_gen;
667         invl_gen->gen = 0;
668 }
669
670 static void
671 pmap_delayed_invl_wait_block(u_long *m_gen, u_long *invl_gen)
672 {
673         struct turnstile *ts;
674
675         ts = turnstile_trywait(&invl_gen_ts);
676         if (*m_gen > atomic_load_long(invl_gen))
677                 turnstile_wait(ts, NULL, TS_SHARED_QUEUE);
678         else
679                 turnstile_cancel(ts);
680 }
681
682 static void
683 pmap_delayed_invl_finish_unblock(u_long new_gen)
684 {
685         struct turnstile *ts;
686
687         turnstile_chain_lock(&invl_gen_ts);
688         ts = turnstile_lookup(&invl_gen_ts);
689         if (new_gen != 0)
690                 pmap_invl_gen = new_gen;
691         if (ts != NULL) {
692                 turnstile_broadcast(ts, TS_SHARED_QUEUE);
693                 turnstile_unpend(ts);
694         }
695         turnstile_chain_unlock(&invl_gen_ts);
696 }
697
698 /*
699  * Start a new Delayed Invalidation (DI) block of code, executed by
700  * the current thread.  Within a DI block, the current thread may
701  * destroy both the page table and PV list entries for a mapping and
702  * then release the corresponding PV list lock before ensuring that
703  * the mapping is flushed from the TLBs of any processors with the
704  * pmap active.
705  */
706 static void
707 pmap_delayed_invl_start_l(void)
708 {
709         struct pmap_invl_gen *invl_gen;
710         u_long currgen;
711
712         invl_gen = &curthread->td_md.md_invl_gen;
713         PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI();
714         mtx_lock(&invl_gen_mtx);
715         if (LIST_EMPTY(&pmap_invl_gen_tracker))
716                 currgen = pmap_invl_gen;
717         else
718                 currgen = LIST_FIRST(&pmap_invl_gen_tracker)->gen;
719         invl_gen->gen = currgen + 1;
720         LIST_INSERT_HEAD(&pmap_invl_gen_tracker, invl_gen, link);
721         mtx_unlock(&invl_gen_mtx);
722 }
723
724 /*
725  * Finish the DI block, previously started by the current thread.  All
726  * required TLB flushes for the pages marked by
727  * pmap_delayed_invl_page() must be finished before this function is
728  * called.
729  *
730  * This function works by bumping the global DI generation number to
731  * the generation number of the current thread's DI, unless there is a
732  * pending DI that started earlier.  In the latter case, bumping the
733  * global DI generation number would incorrectly signal that the
734  * earlier DI had finished.  Instead, this function bumps the earlier
735  * DI's generation number to match the generation number of the
736  * current thread's DI.
737  */
738 static void
739 pmap_delayed_invl_finish_l(void)
740 {
741         struct pmap_invl_gen *invl_gen, *next;
742
743         invl_gen = &curthread->td_md.md_invl_gen;
744         KASSERT(invl_gen->gen != 0, ("missed invl_start"));
745         mtx_lock(&invl_gen_mtx);
746         next = LIST_NEXT(invl_gen, link);
747         if (next == NULL)
748                 pmap_delayed_invl_finish_unblock(invl_gen->gen);
749         else
750                 next->gen = invl_gen->gen;
751         LIST_REMOVE(invl_gen, link);
752         mtx_unlock(&invl_gen_mtx);
753         invl_gen->gen = 0;
754 }
755
756 static bool
757 pmap_not_in_di_u(void)
758 {
759         struct pmap_invl_gen *invl_gen;
760
761         invl_gen = &curthread->td_md.md_invl_gen;
762         return (((uintptr_t)invl_gen->next & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) != 0);
763 }
764
765 static void
766 pmap_thread_init_invl_gen_u(struct thread *td)
767 {
768         struct pmap_invl_gen *invl_gen;
769
770         invl_gen = &td->td_md.md_invl_gen;
771         invl_gen->gen = 0;
772         invl_gen->next = (void *)PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID;
773 }
774
775 static bool
776 pmap_di_load_invl(struct pmap_invl_gen *ptr, struct pmap_invl_gen *out)
777 {
778         uint64_t new_high, new_low, old_high, old_low;
779         char res;
780
781         old_low = new_low = 0;
782         old_high = new_high = (uintptr_t)0;
783
784         __asm volatile("lock;cmpxchg16b\t%1"
785             : "=@cce" (res), "+m" (*ptr), "+a" (old_low), "+d" (old_high)
786             : "b"(new_low), "c" (new_high)
787             : "memory", "cc");
788         if (res == 0) {
789                 if ((old_high & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) != 0)
790                         return (false);
791                 out->gen = old_low;
792                 out->next = (void *)old_high;
793         } else {
794                 out->gen = new_low;
795                 out->next = (void *)new_high;
796         }
797         return (true);
798 }
799
800 static bool
801 pmap_di_store_invl(struct pmap_invl_gen *ptr, struct pmap_invl_gen *old_val,
802     struct pmap_invl_gen *new_val)
803 {
804         uint64_t new_high, new_low, old_high, old_low;
805         char res;
806
807         new_low = new_val->gen;
808         new_high = (uintptr_t)new_val->next;
809         old_low = old_val->gen;
810         old_high = (uintptr_t)old_val->next;
811
812         __asm volatile("lock;cmpxchg16b\t%1"
813             : "=@cce" (res), "+m" (*ptr), "+a" (old_low), "+d" (old_high)
814             : "b"(new_low), "c" (new_high)
815             : "memory", "cc");
816         return (res);
817 }
818
819 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(pv_page_count);
820 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_page_count, CTLFLAG_RD,
821     &pv_page_count, "Current number of allocated pv pages");
822
823 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(user_pt_page_count);
824 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_pmap, OID_AUTO, user_pt_page_count, CTLFLAG_RD,
825     &user_pt_page_count,
826     "Current number of allocated page table pages for userspace");
827
828 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(kernel_pt_page_count);
829 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_pmap, OID_AUTO, kernel_pt_page_count, CTLFLAG_RD,
830     &kernel_pt_page_count,
831     "Current number of allocated page table pages for the kernel");
832
833 #ifdef PV_STATS
834
835 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(invl_start_restart);
836 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_pmap, OID_AUTO, invl_start_restart,
837     CTLFLAG_RD, &invl_start_restart,
838     "Number of delayed TLB invalidation request restarts");
839
840 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(invl_finish_restart);
841 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_pmap, OID_AUTO, invl_finish_restart, CTLFLAG_RD,
842     &invl_finish_restart,
843     "Number of delayed TLB invalidation completion restarts");
844
845 static int invl_max_qlen;
846 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, invl_max_qlen, CTLFLAG_RD,
847     &invl_max_qlen, 0,
848     "Maximum delayed TLB invalidation request queue length");
849 #endif
850
851 #define di_delay        locks_delay
852
853 static void
854 pmap_delayed_invl_start_u(void)
855 {
856         struct pmap_invl_gen *invl_gen, *p, prev, new_prev;
857         struct thread *td;
858         struct lock_delay_arg lda;
859         uintptr_t prevl;
860         u_char pri;
861 #ifdef PV_STATS
862         int i, ii;
863 #endif
864
865         td = curthread;
866         invl_gen = &td->td_md.md_invl_gen;
867         PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI();
868         lock_delay_arg_init(&lda, &di_delay);
869         invl_gen->saved_pri = 0;
870         pri = td->td_base_pri;
871         if (pri > PVM) {
872                 thread_lock(td);
873                 pri = td->td_base_pri;
874                 if (pri > PVM) {
875                         invl_gen->saved_pri = pri;
876                         sched_prio(td, PVM);
877                 }
878                 thread_unlock(td);
879         }
880 again:
881         PV_STAT(i = 0);
882         for (p = &pmap_invl_gen_head;; p = prev.next) {
883                 PV_STAT(i++);
884                 prevl = (uintptr_t)atomic_load_ptr(&p->next);
885                 if ((prevl & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) != 0) {
886                         PV_STAT(counter_u64_add(invl_start_restart, 1));
887                         lock_delay(&lda);
888                         goto again;
889                 }
890                 if (prevl == 0)
891                         break;
892                 prev.next = (void *)prevl;
893         }
894 #ifdef PV_STATS
895         if ((ii = invl_max_qlen) < i)
896                 atomic_cmpset_int(&invl_max_qlen, ii, i);
897 #endif
898
899         if (!pmap_di_load_invl(p, &prev) || prev.next != NULL) {
900                 PV_STAT(counter_u64_add(invl_start_restart, 1));
901                 lock_delay(&lda);
902                 goto again;
903         }
904
905         new_prev.gen = prev.gen;
906         new_prev.next = invl_gen;
907         invl_gen->gen = prev.gen + 1;
908
909         /* Formal fence between store to invl->gen and updating *p. */
910         atomic_thread_fence_rel();
911
912         /*
913          * After inserting an invl_gen element with invalid bit set,
914          * this thread blocks any other thread trying to enter the
915          * delayed invalidation block.  Do not allow to remove us from
916          * the CPU, because it causes starvation for other threads.
917          */
918         critical_enter();
919
920         /*
921          * ABA for *p is not possible there, since p->gen can only
922          * increase.  So if the *p thread finished its di, then
923          * started a new one and got inserted into the list at the
924          * same place, its gen will appear greater than the previously
925          * read gen.
926          */
927         if (!pmap_di_store_invl(p, &prev, &new_prev)) {
928                 critical_exit();
929                 PV_STAT(counter_u64_add(invl_start_restart, 1));
930                 lock_delay(&lda);
931                 goto again;
932         }
933
934         /*
935          * There we clear PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID in
936          * invl_gen->next, allowing other threads to iterate past us.
937          * pmap_di_store_invl() provides fence between the generation
938          * write and the update of next.
939          */
940         invl_gen->next = NULL;
941         critical_exit();
942 }
943
944 static bool
945 pmap_delayed_invl_finish_u_crit(struct pmap_invl_gen *invl_gen,
946     struct pmap_invl_gen *p)
947 {
948         struct pmap_invl_gen prev, new_prev;
949         u_long mygen;
950
951         /*
952          * Load invl_gen->gen after setting invl_gen->next
953          * PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID.  This prevents larger
954          * generations to propagate to our invl_gen->gen.  Lock prefix
955          * in atomic_set_ptr() worked as seq_cst fence.
956          */
957         mygen = atomic_load_long(&invl_gen->gen);
958
959         if (!pmap_di_load_invl(p, &prev) || prev.next != invl_gen)
960                 return (false);
961
962         KASSERT(prev.gen < mygen,
963             ("invalid di gen sequence %lu %lu", prev.gen, mygen));
964         new_prev.gen = mygen;
965         new_prev.next = (void *)((uintptr_t)invl_gen->next &
966             ~PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID);
967
968         /* Formal fence between load of prev and storing update to it. */
969         atomic_thread_fence_rel();
970
971         return (pmap_di_store_invl(p, &prev, &new_prev));
972 }
973
974 static void
975 pmap_delayed_invl_finish_u(void)
976 {
977         struct pmap_invl_gen *invl_gen, *p;
978         struct thread *td;
979         struct lock_delay_arg lda;
980         uintptr_t prevl;
981
982         td = curthread;
983         invl_gen = &td->td_md.md_invl_gen;
984         KASSERT(invl_gen->gen != 0, ("missed invl_start: gen 0"));
985         KASSERT(((uintptr_t)invl_gen->next & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) == 0,
986             ("missed invl_start: INVALID"));
987         lock_delay_arg_init(&lda, &di_delay);
988
989 again:
990         for (p = &pmap_invl_gen_head; p != NULL; p = (void *)prevl) {
991                 prevl = (uintptr_t)atomic_load_ptr(&p->next);
992                 if ((prevl & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) != 0) {
993                         PV_STAT(counter_u64_add(invl_finish_restart, 1));
994                         lock_delay(&lda);
995                         goto again;
996                 }
997                 if ((void *)prevl == invl_gen)
998                         break;
999         }
1000
1001         /*
1002          * It is legitimate to not find ourself on the list if a
1003          * thread before us finished its DI and started it again.
1004          */
1005         if (__predict_false(p == NULL)) {
1006                 PV_STAT(counter_u64_add(invl_finish_restart, 1));
1007                 lock_delay(&lda);
1008                 goto again;
1009         }
1010
1011         critical_enter();
1012         atomic_set_ptr((uintptr_t *)&invl_gen->next,
1013             PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID);
1014         if (!pmap_delayed_invl_finish_u_crit(invl_gen, p)) {
1015                 atomic_clear_ptr((uintptr_t *)&invl_gen->next,
1016                     PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID);
1017                 critical_exit();
1018                 PV_STAT(counter_u64_add(invl_finish_restart, 1));
1019                 lock_delay(&lda);
1020                 goto again;
1021         }
1022         critical_exit();
1023         if (atomic_load_int(&pmap_invl_waiters) > 0)
1024                 pmap_delayed_invl_finish_unblock(0);
1025         if (invl_gen->saved_pri != 0) {
1026                 thread_lock(td);
1027                 sched_prio(td, invl_gen->saved_pri);
1028                 thread_unlock(td);
1029         }
1030 }
1031
1032 #ifdef DDB
1033 DB_SHOW_COMMAND(di_queue, pmap_di_queue)
1034 {
1035         struct pmap_invl_gen *p, *pn;
1036         struct thread *td;
1037         uintptr_t nextl;
1038         bool first;
1039
1040         for (p = &pmap_invl_gen_head, first = true; p != NULL; p = pn,
1041             first = false) {
1042                 nextl = (uintptr_t)atomic_load_ptr(&p->next);
1043                 pn = (void *)(nextl & ~PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID);
1044                 td = first ? NULL : __containerof(p, struct thread,
1045                     td_md.md_invl_gen);
1046                 db_printf("gen %lu inv %d td %p tid %d\n", p->gen,
1047                     (nextl & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) != 0, td,
1048                     td != NULL ? td->td_tid : -1);
1049         }
1050 }
1051 #endif
1052
1053 #ifdef PV_STATS
1054 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(invl_wait);
1055 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_pmap, OID_AUTO, invl_wait,
1056     CTLFLAG_RD, &invl_wait,
1057     "Number of times DI invalidation blocked pmap_remove_all/write");
1058
1059 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(invl_wait_slow);
1060 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_pmap, OID_AUTO, invl_wait_slow, CTLFLAG_RD,
1061      &invl_wait_slow, "Number of slow invalidation waits for lockless DI");
1062
1063 #endif
1064
1065 #ifdef NUMA
1066 static u_long *
1067 pmap_delayed_invl_genp(vm_page_t m)
1068 {
1069         vm_paddr_t pa;
1070         u_long *gen;
1071
1072         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
1073         if (__predict_false((pa) > pmap_last_pa))
1074                 gen = &pv_dummy_large.pv_invl_gen;
1075         else
1076                 gen = &(pa_to_pmdp(pa)->pv_invl_gen);
1077
1078         return (gen);
1079 }
1080 #else
1081 static u_long *
1082 pmap_delayed_invl_genp(vm_page_t m)
1083 {
1084
1085         return (&pv_invl_gen[pa_index(VM_PAGE_TO_PHYS(m)) % NPV_LIST_LOCKS]);
1086 }
1087 #endif
1088
1089 static void
1090 pmap_delayed_invl_callout_func(void *arg __unused)
1091 {
1092
1093         if (atomic_load_int(&pmap_invl_waiters) == 0)
1094                 return;
1095         pmap_delayed_invl_finish_unblock(0);
1096 }
1097
1098 static void
1099 pmap_delayed_invl_callout_init(void *arg __unused)
1100 {
1101
1102         if (pmap_di_locked())
1103                 return;
1104         callout_init(&pmap_invl_callout, 1);
1105         pmap_invl_callout_inited = true;
1106 }
1107 SYSINIT(pmap_di_callout, SI_SUB_CPU + 1, SI_ORDER_ANY,
1108     pmap_delayed_invl_callout_init, NULL);
1109
1110 /*
1111  * Ensure that all currently executing DI blocks, that need to flush
1112  * TLB for the given page m, actually flushed the TLB at the time the
1113  * function returned.  If the page m has an empty PV list and we call
1114  * pmap_delayed_invl_wait(), upon its return we know that no CPU has a
1115  * valid mapping for the page m in either its page table or TLB.
1116  *
1117  * This function works by blocking until the global DI generation
1118  * number catches up with the generation number associated with the
1119  * given page m and its PV list.  Since this function's callers
1120  * typically own an object lock and sometimes own a page lock, it
1121  * cannot sleep.  Instead, it blocks on a turnstile to relinquish the
1122  * processor.
1123  */
1124 static void
1125 pmap_delayed_invl_wait_l(vm_page_t m)
1126 {
1127         u_long *m_gen;
1128 #ifdef PV_STATS
1129         bool accounted = false;
1130 #endif
1131
1132         m_gen = pmap_delayed_invl_genp(m);
1133         while (*m_gen > pmap_invl_gen) {
1134 #ifdef PV_STATS
1135                 if (!accounted) {
1136                         counter_u64_add(invl_wait, 1);
1137                         accounted = true;
1138                 }
1139 #endif
1140                 pmap_delayed_invl_wait_block(m_gen, &pmap_invl_gen);
1141         }
1142 }
1143
1144 static void
1145 pmap_delayed_invl_wait_u(vm_page_t m)
1146 {
1147         u_long *m_gen;
1148         struct lock_delay_arg lda;
1149         bool fast;
1150
1151         fast = true;
1152         m_gen = pmap_delayed_invl_genp(m);
1153         lock_delay_arg_init(&lda, &di_delay);
1154         while (*m_gen > atomic_load_long(&pmap_invl_gen_head.gen)) {
1155                 if (fast || !pmap_invl_callout_inited) {
1156                         PV_STAT(counter_u64_add(invl_wait, 1));
1157                         lock_delay(&lda);
1158                         fast = false;
1159                 } else {
1160                         /*
1161                          * The page's invalidation generation number
1162                          * is still below the current thread's number.
1163                          * Prepare to block so that we do not waste
1164                          * CPU cycles or worse, suffer livelock.
1165                          *
1166                          * Since it is impossible to block without
1167                          * racing with pmap_delayed_invl_finish_u(),
1168                          * prepare for the race by incrementing
1169                          * pmap_invl_waiters and arming a 1-tick
1170                          * callout which will unblock us if we lose
1171                          * the race.
1172                          */
1173                         atomic_add_int(&pmap_invl_waiters, 1);
1174
1175                         /*
1176                          * Re-check the current thread's invalidation
1177                          * generation after incrementing
1178                          * pmap_invl_waiters, so that there is no race
1179                          * with pmap_delayed_invl_finish_u() setting
1180                          * the page generation and checking
1181                          * pmap_invl_waiters.  The only race allowed
1182                          * is for a missed unblock, which is handled
1183                          * by the callout.
1184                          */
1185                         if (*m_gen >
1186                             atomic_load_long(&pmap_invl_gen_head.gen)) {
1187                                 callout_reset(&pmap_invl_callout, 1,
1188                                     pmap_delayed_invl_callout_func, NULL);
1189                                 PV_STAT(counter_u64_add(invl_wait_slow, 1));
1190                                 pmap_delayed_invl_wait_block(m_gen,
1191                                     &pmap_invl_gen_head.gen);
1192                         }
1193                         atomic_add_int(&pmap_invl_waiters, -1);
1194                 }
1195         }
1196 }
1197
1198 DEFINE_IFUNC(, void, pmap_thread_init_invl_gen, (struct thread *))
1199 {
1200
1201         return (pmap_di_locked() ? pmap_thread_init_invl_gen_l :
1202             pmap_thread_init_invl_gen_u);
1203 }
1204
1205 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_delayed_invl_start, (void))
1206 {
1207
1208         return (pmap_di_locked() ? pmap_delayed_invl_start_l :
1209             pmap_delayed_invl_start_u);
1210 }
1211
1212 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_delayed_invl_finish, (void))
1213 {
1214
1215         return (pmap_di_locked() ? pmap_delayed_invl_finish_l :
1216             pmap_delayed_invl_finish_u);
1217 }
1218
1219 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_delayed_invl_wait, (vm_page_t))
1220 {
1221
1222         return (pmap_di_locked() ? pmap_delayed_invl_wait_l :
1223             pmap_delayed_invl_wait_u);
1224 }
1225
1226 /*
1227  * Mark the page m's PV list as participating in the current thread's
1228  * DI block.  Any threads concurrently using m's PV list to remove or
1229  * restrict all mappings to m will wait for the current thread's DI
1230  * block to complete before proceeding.
1231  *
1232  * The function works by setting the DI generation number for m's PV
1233  * list to at least the DI generation number of the current thread.
1234  * This forces a caller of pmap_delayed_invl_wait() to block until
1235  * current thread calls pmap_delayed_invl_finish().
1236  */
1237 static void
1238 pmap_delayed_invl_page(vm_page_t m)
1239 {
1240         u_long gen, *m_gen;
1241
1242         rw_assert(VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), RA_WLOCKED);
1243         gen = curthread->td_md.md_invl_gen.gen;
1244         if (gen == 0)
1245                 return;
1246         m_gen = pmap_delayed_invl_genp(m);
1247         if (*m_gen < gen)
1248                 *m_gen = gen;
1249 }
1250
1251 /*
1252  * Crashdump maps.
1253  */
1254 static caddr_t crashdumpmap;
1255
1256 /*
1257  * Internal flags for pmap_enter()'s helper functions.
1258  */
1259 #define PMAP_ENTER_NORECLAIM    0x1000000       /* Don't reclaim PV entries. */
1260 #define PMAP_ENTER_NOREPLACE    0x2000000       /* Don't replace mappings. */
1261
1262 /*
1263  * Internal flags for pmap_mapdev_internal() and
1264  * pmap_change_props_locked().
1265  */
1266 #define MAPDEV_FLUSHCACHE       0x00000001      /* Flush cache after mapping. */
1267 #define MAPDEV_SETATTR          0x00000002      /* Modify existing attrs. */
1268 #define MAPDEV_ASSERTVALID      0x00000004      /* Assert mapping validity. */
1269
1270 TAILQ_HEAD(pv_chunklist, pv_chunk);
1271
1272 static void     free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc);
1273 static void     free_pv_chunk_batch(struct pv_chunklist *batch);
1274 static void     free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv);
1275 static pv_entry_t get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp);
1276 static int      popcnt_pc_map_pq(uint64_t *map);
1277 static vm_page_t reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp);
1278 static void     reserve_pv_entries(pmap_t pmap, int needed,
1279                     struct rwlock **lockp);
1280 static void     pmap_pv_demote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
1281                     struct rwlock **lockp);
1282 static bool     pmap_pv_insert_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde,
1283                     u_int flags, struct rwlock **lockp);
1284 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
1285 static void     pmap_pv_promote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
1286                     struct rwlock **lockp);
1287 #endif
1288 static void     pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va);
1289 static pv_entry_t pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap,
1290                     vm_offset_t va);
1291
1292 static void     pmap_abort_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t mpte);
1293 static int pmap_change_props_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size,
1294     vm_prot_t prot, int mode, int flags);
1295 static boolean_t pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va);
1296 static boolean_t pmap_demote_pde_locked(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde,
1297     vm_offset_t va, struct rwlock **lockp);
1298 static boolean_t pmap_demote_pdpe(pmap_t pmap, pdp_entry_t *pdpe,
1299     vm_offset_t va);
1300 static int      pmap_enter_2mpage(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
1301                     vm_prot_t prot, struct rwlock **lockp);
1302 static int      pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t newpde,
1303                     u_int flags, vm_page_t m, struct rwlock **lockp);
1304 static vm_page_t pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
1305     vm_page_t m, vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp);
1306 static void pmap_fill_ptp(pt_entry_t *firstpte, pt_entry_t newpte);
1307 static int pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte, bool promoted,
1308     bool allpte_PG_A_set);
1309 static void pmap_invalidate_cache_range_selfsnoop(vm_offset_t sva,
1310     vm_offset_t eva);
1311 static void pmap_invalidate_cache_range_all(vm_offset_t sva,
1312     vm_offset_t eva);
1313 static void pmap_invalidate_pde_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
1314                     pd_entry_t pde);
1315 static void pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode);
1316 static vm_page_t pmap_large_map_getptp_unlocked(void);
1317 static vm_paddr_t pmap_large_map_kextract(vm_offset_t va);
1318 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
1319 static bool pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
1320     vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp);
1321 #endif
1322 static boolean_t pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva,
1323     vm_prot_t prot);
1324 static void pmap_pte_props(pt_entry_t *pte, u_long bits, u_long mask);
1325 static void pmap_pti_add_kva_locked(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
1326     bool exec);
1327 static pdp_entry_t *pmap_pti_pdpe(vm_offset_t va);
1328 static pd_entry_t *pmap_pti_pde(vm_offset_t va);
1329 static void pmap_pti_wire_pte(void *pte);
1330 static int pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
1331     struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
1332 static int pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t sva,
1333     pd_entry_t ptepde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
1334 static vm_page_t pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
1335 static void pmap_remove_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
1336     struct spglist *free);
1337 static bool     pmap_remove_ptes(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
1338                     pd_entry_t *pde, struct spglist *free,
1339                     struct rwlock **lockp);
1340 static boolean_t pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
1341     vm_page_t m, struct rwlock **lockp);
1342 static void pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
1343     pd_entry_t newpde);
1344 static void pmap_update_pde_invalidate(pmap_t, vm_offset_t va, pd_entry_t pde);
1345
1346 static pd_entry_t *pmap_alloc_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t *pdpgp,
1347                 struct rwlock **lockp);
1348 static vm_page_t pmap_allocpte_alloc(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex,
1349                 struct rwlock **lockp, vm_offset_t va);
1350 static vm_page_t pmap_allocpte_nosleep(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex,
1351                 struct rwlock **lockp, vm_offset_t va);
1352 static vm_page_t pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
1353                 struct rwlock **lockp);
1354
1355 static void _pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
1356     struct spglist *free);
1357 static int pmap_unuse_pt(pmap_t, vm_offset_t, pd_entry_t, struct spglist *);
1358
1359 static vm_page_t pmap_alloc_pt_page(pmap_t, vm_pindex_t, int);
1360 static void pmap_free_pt_page(pmap_t, vm_page_t, bool);
1361
1362 /********************/
1363 /* Inline functions */
1364 /********************/
1365
1366 /*
1367  * Return a non-clipped indexes for a given VA, which are page table
1368  * pages indexes at the corresponding level.
1369  */
1370 static __inline vm_pindex_t
1371 pmap_pde_pindex(vm_offset_t va)
1372 {
1373         return (va >> PDRSHIFT);
1374 }
1375
1376 static __inline vm_pindex_t
1377 pmap_pdpe_pindex(vm_offset_t va)
1378 {
1379         return (NUPDE + (va >> PDPSHIFT));
1380 }
1381
1382 static __inline vm_pindex_t
1383 pmap_pml4e_pindex(vm_offset_t va)
1384 {
1385         return (NUPDE + NUPDPE + (va >> PML4SHIFT));
1386 }
1387
1388 static __inline vm_pindex_t
1389 pmap_pml5e_pindex(vm_offset_t va)
1390 {
1391         return (NUPDE + NUPDPE + NUPML4E + (va >> PML5SHIFT));
1392 }
1393
1394 static __inline pml4_entry_t *
1395 pmap_pml5e(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1396 {
1397
1398         MPASS(pmap_is_la57(pmap));
1399         return (&pmap->pm_pmltop[pmap_pml5e_index(va)]);
1400 }
1401
1402 static __inline pml4_entry_t *
1403 pmap_pml5e_u(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1404 {
1405
1406         MPASS(pmap_is_la57(pmap));
1407         return (&pmap->pm_pmltopu[pmap_pml5e_index(va)]);
1408 }
1409
1410 static __inline pml4_entry_t *
1411 pmap_pml5e_to_pml4e(pml5_entry_t *pml5e, vm_offset_t va)
1412 {
1413         pml4_entry_t *pml4e;
1414
1415         /* XXX MPASS(pmap_is_la57(pmap); */
1416         pml4e = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml5e & PG_FRAME);
1417         return (&pml4e[pmap_pml4e_index(va)]);
1418 }
1419
1420 /* Return a pointer to the PML4 slot that corresponds to a VA */
1421 static __inline pml4_entry_t *
1422 pmap_pml4e(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1423 {
1424         pml5_entry_t *pml5e;
1425         pml4_entry_t *pml4e;
1426         pt_entry_t PG_V;
1427
1428         if (pmap_is_la57(pmap)) {
1429                 pml5e = pmap_pml5e(pmap, va);
1430                 PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
1431                 if ((*pml5e & PG_V) == 0)
1432                         return (NULL);
1433                 pml4e = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml5e & PG_FRAME);
1434         } else {
1435                 pml4e = pmap->pm_pmltop;
1436         }
1437         return (&pml4e[pmap_pml4e_index(va)]);
1438 }
1439
1440 static __inline pml4_entry_t *
1441 pmap_pml4e_u(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1442 {
1443         MPASS(!pmap_is_la57(pmap));
1444         return (&pmap->pm_pmltopu[pmap_pml4e_index(va)]);
1445 }
1446
1447 /* Return a pointer to the PDP slot that corresponds to a VA */
1448 static __inline pdp_entry_t *
1449 pmap_pml4e_to_pdpe(pml4_entry_t *pml4e, vm_offset_t va)
1450 {
1451         pdp_entry_t *pdpe;
1452
1453         pdpe = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4e & PG_FRAME);
1454         return (&pdpe[pmap_pdpe_index(va)]);
1455 }
1456
1457 /* Return a pointer to the PDP slot that corresponds to a VA */
1458 static __inline pdp_entry_t *
1459 pmap_pdpe(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1460 {
1461         pml4_entry_t *pml4e;
1462         pt_entry_t PG_V;
1463
1464         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
1465         pml4e = pmap_pml4e(pmap, va);
1466         if (pml4e == NULL || (*pml4e & PG_V) == 0)
1467                 return (NULL);
1468         return (pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, va));
1469 }
1470
1471 /* Return a pointer to the PD slot that corresponds to a VA */
1472 static __inline pd_entry_t *
1473 pmap_pdpe_to_pde(pdp_entry_t *pdpe, vm_offset_t va)
1474 {
1475         pd_entry_t *pde;
1476
1477         KASSERT((*pdpe & PG_PS) == 0,
1478             ("%s: pdpe %#lx is a leaf", __func__, *pdpe));
1479         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdpe & PG_FRAME);
1480         return (&pde[pmap_pde_index(va)]);
1481 }
1482
1483 /* Return a pointer to the PD slot that corresponds to a VA */
1484 static __inline pd_entry_t *
1485 pmap_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1486 {
1487         pdp_entry_t *pdpe;
1488         pt_entry_t PG_V;
1489
1490         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
1491         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
1492         if (pdpe == NULL || (*pdpe & PG_V) == 0)
1493                 return (NULL);
1494         KASSERT((*pdpe & PG_PS) == 0,
1495             ("pmap_pde for 1G page, pmap %p va %#lx", pmap, va));
1496         return (pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va));
1497 }
1498
1499 /* Return a pointer to the PT slot that corresponds to a VA */
1500 static __inline pt_entry_t *
1501 pmap_pde_to_pte(pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
1502 {
1503         pt_entry_t *pte;
1504
1505         KASSERT((*pde & PG_PS) == 0,
1506             ("%s: pde %#lx is a leaf", __func__, *pde));
1507         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pde & PG_FRAME);
1508         return (&pte[pmap_pte_index(va)]);
1509 }
1510
1511 /* Return a pointer to the PT slot that corresponds to a VA */
1512 static __inline pt_entry_t *
1513 pmap_pte(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1514 {
1515         pd_entry_t *pde;
1516         pt_entry_t PG_V;
1517
1518         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
1519         pde = pmap_pde(pmap, va);
1520         if (pde == NULL || (*pde & PG_V) == 0)
1521                 return (NULL);
1522         if ((*pde & PG_PS) != 0)        /* compat with i386 pmap_pte() */
1523                 return ((pt_entry_t *)pde);
1524         return (pmap_pde_to_pte(pde, va));
1525 }
1526
1527 static __inline void
1528 pmap_resident_count_adj(pmap_t pmap, int count)
1529 {
1530
1531         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1532         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count + count >= 0,
1533             ("pmap %p resident count underflow %ld %d", pmap,
1534             pmap->pm_stats.resident_count, count));
1535         pmap->pm_stats.resident_count += count;
1536 }
1537
1538 static __inline void
1539 pmap_pt_page_count_pinit(pmap_t pmap, int count)
1540 {
1541         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count + count >= 0,
1542             ("pmap %p resident count underflow %ld %d", pmap,
1543             pmap->pm_stats.resident_count, count));
1544         pmap->pm_stats.resident_count += count;
1545 }
1546
1547 static __inline void
1548 pmap_pt_page_count_adj(pmap_t pmap, int count)
1549 {
1550         if (pmap == kernel_pmap)
1551                 counter_u64_add(kernel_pt_page_count, count);
1552         else {
1553                 if (pmap != NULL)
1554                         pmap_resident_count_adj(pmap, count);
1555                 counter_u64_add(user_pt_page_count, count);
1556         }
1557 }
1558
1559 pt_entry_t vtoptem __read_mostly = ((1ul << (NPTEPGSHIFT + NPDEPGSHIFT +
1560     NPDPEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT)) - 1) << 3;
1561 vm_offset_t PTmap __read_mostly = (vm_offset_t)P4Tmap;
1562
1563 PMAP_INLINE pt_entry_t *
1564 vtopte(vm_offset_t va)
1565 {
1566         KASSERT(va >= VM_MAXUSER_ADDRESS, ("vtopte on a uva/gpa 0x%0lx", va));
1567
1568         return ((pt_entry_t *)(PTmap + ((va >> (PAGE_SHIFT - 3)) & vtoptem)));
1569 }
1570
1571 pd_entry_t vtopdem __read_mostly = ((1ul << (NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT +
1572     NPML4EPGSHIFT)) - 1) << 3;
1573 vm_offset_t PDmap __read_mostly = (vm_offset_t)P4Dmap;
1574
1575 static __inline pd_entry_t *
1576 vtopde(vm_offset_t va)
1577 {
1578         KASSERT(va >= VM_MAXUSER_ADDRESS, ("vtopde on a uva/gpa 0x%0lx", va));
1579
1580         return ((pt_entry_t *)(PDmap + ((va >> (PDRSHIFT - 3)) & vtopdem)));
1581 }
1582
1583 static u_int64_t
1584 allocpages(vm_paddr_t *firstaddr, int n)
1585 {
1586         u_int64_t ret;
1587
1588         ret = *firstaddr;
1589         bzero((void *)ret, n * PAGE_SIZE);
1590         *firstaddr += n * PAGE_SIZE;
1591         return (ret);
1592 }
1593
1594 CTASSERT(powerof2(NDMPML4E));
1595
1596 /* number of kernel PDP slots */
1597 #define NKPDPE(ptpgs)           howmany(ptpgs, NPDEPG)
1598
1599 static void
1600 nkpt_init(vm_paddr_t addr)
1601 {
1602         int pt_pages;
1603
1604 #ifdef NKPT
1605         pt_pages = NKPT;
1606 #else
1607         pt_pages = howmany(addr - kernphys, NBPDR) + 1; /* +1 for 2M hole @0 */
1608         pt_pages += NKPDPE(pt_pages);
1609
1610         /*
1611          * Add some slop beyond the bare minimum required for bootstrapping
1612          * the kernel.
1613          *
1614          * This is quite important when allocating KVA for kernel modules.
1615          * The modules are required to be linked in the negative 2GB of
1616          * the address space.  If we run out of KVA in this region then
1617          * pmap_growkernel() will need to allocate page table pages to map
1618          * the entire 512GB of KVA space which is an unnecessary tax on
1619          * physical memory.
1620          *
1621          * Secondly, device memory mapped as part of setting up the low-
1622          * level console(s) is taken from KVA, starting at virtual_avail.
1623          * This is because cninit() is called after pmap_bootstrap() but
1624          * before vm_init() and pmap_init(). 20MB for a frame buffer is
1625          * not uncommon.
1626          */
1627         pt_pages += 32;         /* 64MB additional slop. */
1628 #endif
1629         nkpt = pt_pages;
1630 }
1631
1632 /*
1633  * Returns the proper write/execute permission for a physical page that is
1634  * part of the initial boot allocations.
1635  *
1636  * If the page has kernel text, it is marked as read-only. If the page has
1637  * kernel read-only data, it is marked as read-only/not-executable. If the
1638  * page has only read-write data, it is marked as read-write/not-executable.
1639  * If the page is below/above the kernel range, it is marked as read-write.
1640  *
1641  * This function operates on 2M pages, since we map the kernel space that
1642  * way.
1643  */
1644 static inline pt_entry_t
1645 bootaddr_rwx(vm_paddr_t pa)
1646 {
1647         /*
1648          * The kernel is loaded at a 2MB-aligned address, and memory below that
1649          * need not be executable.  The .bss section is padded to a 2MB
1650          * boundary, so memory following the kernel need not be executable
1651          * either.  Preloaded kernel modules have their mapping permissions
1652          * fixed up by the linker.
1653          */
1654         if (pa < trunc_2mpage(kernphys + btext - KERNSTART) ||
1655             pa >= trunc_2mpage(kernphys + _end - KERNSTART))
1656                 return (X86_PG_RW | pg_nx);
1657
1658         /*
1659          * The linker should ensure that the read-only and read-write
1660          * portions don't share the same 2M page, so this shouldn't
1661          * impact read-only data. However, in any case, any page with
1662          * read-write data needs to be read-write.
1663          */
1664         if (pa >= trunc_2mpage(kernphys + brwsection - KERNSTART))
1665                 return (X86_PG_RW | pg_nx);
1666
1667         /*
1668          * Mark any 2M page containing kernel text as read-only. Mark
1669          * other pages with read-only data as read-only and not executable.
1670          * (It is likely a small portion of the read-only data section will
1671          * be marked as read-only, but executable. This should be acceptable
1672          * since the read-only protection will keep the data from changing.)
1673          * Note that fixups to the .text section will still work until we
1674          * set CR0.WP.
1675          */
1676         if (pa < round_2mpage(kernphys + etext - KERNSTART))
1677                 return (0);
1678         return (pg_nx);
1679 }
1680
1681 static void
1682 create_pagetables(vm_paddr_t *firstaddr)
1683 {
1684         pd_entry_t *pd_p;
1685         pdp_entry_t *pdp_p;
1686         pml4_entry_t *p4_p;
1687         uint64_t DMPDkernphys;
1688         vm_paddr_t pax;
1689 #ifdef KASAN
1690         pt_entry_t *pt_p;
1691         uint64_t KASANPDphys, KASANPTphys, KASANphys;
1692         vm_offset_t kasankernbase;
1693         int kasankpdpi, kasankpdi, nkasanpte;
1694 #endif
1695         int i, j, ndm1g, nkpdpe, nkdmpde;
1696
1697         TSENTER();
1698         /* Allocate page table pages for the direct map */
1699         ndmpdp = howmany(ptoa(Maxmem), NBPDP);
1700         if (ndmpdp < 4)         /* Minimum 4GB of dirmap */
1701                 ndmpdp = 4;
1702         ndmpdpphys = howmany(ndmpdp, NPDPEPG);
1703         if (ndmpdpphys > NDMPML4E) {
1704                 /*
1705                  * Each NDMPML4E allows 512 GB, so limit to that,
1706                  * and then readjust ndmpdp and ndmpdpphys.
1707                  */
1708                 printf("NDMPML4E limits system to %d GB\n", NDMPML4E * 512);
1709                 Maxmem = atop(NDMPML4E * NBPML4);
1710                 ndmpdpphys = NDMPML4E;
1711                 ndmpdp = NDMPML4E * NPDEPG;
1712         }
1713         DMPDPphys = allocpages(firstaddr, ndmpdpphys);
1714         ndm1g = 0;
1715         if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0) {
1716                 /*
1717                  * Calculate the number of 1G pages that will fully fit in
1718                  * Maxmem.
1719                  */
1720                 ndm1g = ptoa(Maxmem) >> PDPSHIFT;
1721
1722                 /*
1723                  * Allocate 2M pages for the kernel. These will be used in
1724                  * place of the one or more 1G pages from ndm1g that maps
1725                  * kernel memory into DMAP.
1726                  */
1727                 nkdmpde = howmany((vm_offset_t)brwsection - KERNSTART +
1728                     kernphys - rounddown2(kernphys, NBPDP), NBPDP);
1729                 DMPDkernphys = allocpages(firstaddr, nkdmpde);
1730         }
1731         if (ndm1g < ndmpdp)
1732                 DMPDphys = allocpages(firstaddr, ndmpdp - ndm1g);
1733         dmaplimit = (vm_paddr_t)ndmpdp << PDPSHIFT;
1734
1735         /* Allocate pages. */
1736         KPML4phys = allocpages(firstaddr, 1);
1737         KPDPphys = allocpages(firstaddr, NKPML4E);
1738 #ifdef KASAN
1739         KASANPDPphys = allocpages(firstaddr, NKASANPML4E);
1740         KASANPDphys = allocpages(firstaddr, 1);
1741 #endif
1742 #ifdef KMSAN
1743         /*
1744          * The KMSAN shadow maps are initially left unpopulated, since there is
1745          * no need to shadow memory above KERNBASE.
1746          */
1747         KMSANSHADPDPphys = allocpages(firstaddr, NKMSANSHADPML4E);
1748         KMSANORIGPDPphys = allocpages(firstaddr, NKMSANORIGPML4E);
1749 #endif
1750
1751         /*
1752          * Allocate the initial number of kernel page table pages required to
1753          * bootstrap.  We defer this until after all memory-size dependent
1754          * allocations are done (e.g. direct map), so that we don't have to
1755          * build in too much slop in our estimate.
1756          *
1757          * Note that when NKPML4E > 1, we have an empty page underneath
1758          * all but the KPML4I'th one, so we need NKPML4E-1 extra (zeroed)
1759          * pages.  (pmap_enter requires a PD page to exist for each KPML4E.)
1760          */
1761         nkpt_init(*firstaddr);
1762         nkpdpe = NKPDPE(nkpt);
1763
1764         KPTphys = allocpages(firstaddr, nkpt);
1765         KPDphys = allocpages(firstaddr, nkpdpe);
1766
1767 #ifdef KASAN
1768         nkasanpte = howmany(nkpt, KASAN_SHADOW_SCALE);
1769         KASANPTphys = allocpages(firstaddr, nkasanpte);
1770         KASANphys = allocpages(firstaddr, nkasanpte * NPTEPG);
1771 #endif
1772
1773         /*
1774          * Connect the zero-filled PT pages to their PD entries.  This
1775          * implicitly maps the PT pages at their correct locations within
1776          * the PTmap.
1777          */
1778         pd_p = (pd_entry_t *)KPDphys;
1779         for (i = 0; i < nkpt; i++)
1780                 pd_p[i] = (KPTphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW | X86_PG_V;
1781
1782         /*
1783          * Map from start of the kernel in physical memory (staging
1784          * area) to the end of loader preallocated memory using 2MB
1785          * pages.  This replaces some of the PD entries created above.
1786          * For compatibility, identity map 2M at the start.
1787          */
1788         pd_p[0] = X86_PG_V | PG_PS | pg_g | X86_PG_M | X86_PG_A |
1789             X86_PG_RW | pg_nx;
1790         for (i = 1, pax = kernphys; pax < KERNend; i++, pax += NBPDR) {
1791                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
1792                 pd_p[i] = pax | X86_PG_V | PG_PS | pg_g | X86_PG_M |
1793                     X86_PG_A | bootaddr_rwx(pax);
1794         }
1795
1796         /*
1797          * Because we map the physical blocks in 2M pages, adjust firstaddr
1798          * to record the physical blocks we've actually mapped into kernel
1799          * virtual address space.
1800          */
1801         if (*firstaddr < round_2mpage(KERNend))
1802                 *firstaddr = round_2mpage(KERNend);
1803
1804         /* And connect up the PD to the PDP (leaving room for L4 pages) */
1805         pdp_p = (pdp_entry_t *)(KPDPphys + ptoa(KPML4I - KPML4BASE));
1806         for (i = 0; i < nkpdpe; i++)
1807                 pdp_p[i + KPDPI] = (KPDphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW | X86_PG_V;
1808
1809 #ifdef KASAN
1810         kasankernbase = kasan_md_addr_to_shad(KERNBASE);
1811         kasankpdpi = pmap_pdpe_index(kasankernbase);
1812         kasankpdi = pmap_pde_index(kasankernbase);
1813
1814         pdp_p = (pdp_entry_t *)KASANPDPphys;
1815         pdp_p[kasankpdpi] = (KASANPDphys | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx);
1816
1817         pd_p = (pd_entry_t *)KASANPDphys;
1818         for (i = 0; i < nkasanpte; i++)
1819                 pd_p[i + kasankpdi] = (KASANPTphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW |
1820                     X86_PG_V | pg_nx;
1821
1822         pt_p = (pt_entry_t *)KASANPTphys;
1823         for (i = 0; i < nkasanpte * NPTEPG; i++)
1824                 pt_p[i] = (KASANphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW | X86_PG_V |
1825                     X86_PG_M | X86_PG_A | pg_nx;
1826 #endif
1827
1828         /*
1829          * Now, set up the direct map region using 2MB and/or 1GB pages.  If
1830          * the end of physical memory is not aligned to a 1GB page boundary,
1831          * then the residual physical memory is mapped with 2MB pages.  Later,
1832          * if pmap_mapdev{_attr}() uses the direct map for non-write-back
1833          * memory, pmap_change_attr() will demote any 2MB or 1GB page mappings
1834          * that are partially used. 
1835          */
1836         pd_p = (pd_entry_t *)DMPDphys;
1837         for (i = NPDEPG * ndm1g, j = 0; i < NPDEPG * ndmpdp; i++, j++) {
1838                 pd_p[j] = (vm_paddr_t)i << PDRSHIFT;
1839                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
1840                 pd_p[j] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_PS | pg_g |
1841                     X86_PG_M | X86_PG_A | pg_nx;
1842         }
1843         pdp_p = (pdp_entry_t *)DMPDPphys;
1844         for (i = 0; i < ndm1g; i++) {
1845                 pdp_p[i] = (vm_paddr_t)i << PDPSHIFT;
1846                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
1847                 pdp_p[i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_PS | pg_g |
1848                     X86_PG_M | X86_PG_A | pg_nx;
1849         }
1850         for (j = 0; i < ndmpdp; i++, j++) {
1851                 pdp_p[i] = DMPDphys + ptoa(j);
1852                 pdp_p[i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
1853         }
1854
1855         /*
1856          * Instead of using a 1G page for the memory containing the kernel,
1857          * use 2M pages with read-only and no-execute permissions.  (If using 1G
1858          * pages, this will partially overwrite the PDPEs above.)
1859          */
1860         if (ndm1g > 0) {
1861                 pd_p = (pd_entry_t *)DMPDkernphys;
1862                 for (i = 0, pax = rounddown2(kernphys, NBPDP);
1863                     i < NPDEPG * nkdmpde; i++, pax += NBPDR) {
1864                         pd_p[i] = pax | X86_PG_V | PG_PS | pg_g | X86_PG_M |
1865                             X86_PG_A | pg_nx | bootaddr_rwx(pax);
1866                 }
1867                 j = rounddown2(kernphys, NBPDP) >> PDPSHIFT;
1868                 for (i = 0; i < nkdmpde; i++) {
1869                         pdp_p[i + j] = (DMPDkernphys + ptoa(i)) |
1870                             X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
1871                 }
1872         }
1873
1874         /* And recursively map PML4 to itself in order to get PTmap */
1875         p4_p = (pml4_entry_t *)KPML4phys;
1876         p4_p[PML4PML4I] = KPML4phys;
1877         p4_p[PML4PML4I] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
1878
1879 #ifdef KASAN
1880         /* Connect the KASAN shadow map slots up to the PML4. */
1881         for (i = 0; i < NKASANPML4E; i++) {
1882                 p4_p[KASANPML4I + i] = KASANPDPphys + ptoa(i);
1883                 p4_p[KASANPML4I + i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
1884         }
1885 #endif
1886
1887 #ifdef KMSAN
1888         /* Connect the KMSAN shadow map slots up to the PML4. */
1889         for (i = 0; i < NKMSANSHADPML4E; i++) {
1890                 p4_p[KMSANSHADPML4I + i] = KMSANSHADPDPphys + ptoa(i);
1891                 p4_p[KMSANSHADPML4I + i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
1892         }
1893
1894         /* Connect the KMSAN origin map slots up to the PML4. */
1895         for (i = 0; i < NKMSANORIGPML4E; i++) {
1896                 p4_p[KMSANORIGPML4I + i] = KMSANORIGPDPphys + ptoa(i);
1897                 p4_p[KMSANORIGPML4I + i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
1898         }
1899 #endif
1900
1901         /* Connect the Direct Map slots up to the PML4. */
1902         for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++) {
1903                 p4_p[DMPML4I + i] = DMPDPphys + ptoa(i);
1904                 p4_p[DMPML4I + i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
1905         }
1906
1907         /* Connect the KVA slots up to the PML4 */
1908         for (i = 0; i < NKPML4E; i++) {
1909                 p4_p[KPML4BASE + i] = KPDPphys + ptoa(i);
1910                 p4_p[KPML4BASE + i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V;
1911         }
1912
1913         kernel_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(KPML4phys);
1914         TSEXIT();
1915 }
1916
1917 /*
1918  *      Bootstrap the system enough to run with virtual memory.
1919  *
1920  *      On amd64 this is called after mapping has already been enabled
1921  *      and just syncs the pmap module with what has already been done.
1922  *      [We can't call it easily with mapping off since the kernel is not
1923  *      mapped with PA == VA, hence we would have to relocate every address
1924  *      from the linked base (virtual) address "KERNBASE" to the actual
1925  *      (physical) address starting relative to 0]
1926  */
1927 void
1928 pmap_bootstrap(vm_paddr_t *firstaddr)
1929 {
1930         vm_offset_t va;
1931         pt_entry_t *pte, *pcpu_pte;
1932         struct region_descriptor r_gdt;
1933         uint64_t cr4, pcpu0_phys;
1934         u_long res;
1935         int i;
1936
1937         TSENTER();
1938         KERNend = *firstaddr;
1939         res = atop(KERNend - (vm_paddr_t)kernphys);
1940
1941         if (!pti)
1942                 pg_g = X86_PG_G;
1943
1944         /*
1945          * Create an initial set of page tables to run the kernel in.
1946          */
1947         create_pagetables(firstaddr);
1948
1949         pcpu0_phys = allocpages(firstaddr, 1);
1950
1951         /*
1952          * Add a physical memory segment (vm_phys_seg) corresponding to the
1953          * preallocated kernel page table pages so that vm_page structures
1954          * representing these pages will be created.  The vm_page structures
1955          * are required for promotion of the corresponding kernel virtual
1956          * addresses to superpage mappings.
1957          */
1958         vm_phys_early_add_seg(KPTphys, KPTphys + ptoa(nkpt));
1959
1960         /*
1961          * Account for the virtual addresses mapped by create_pagetables().
1962          */
1963         virtual_avail = (vm_offset_t)KERNSTART + round_2mpage(KERNend -
1964             (vm_paddr_t)kernphys);
1965         virtual_end = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS;
1966
1967         /*
1968          * Enable PG_G global pages, then switch to the kernel page
1969          * table from the bootstrap page table.  After the switch, it
1970          * is possible to enable SMEP and SMAP since PG_U bits are
1971          * correct now.
1972          */
1973         cr4 = rcr4();
1974         cr4 |= CR4_PGE;
1975         load_cr4(cr4);
1976         load_cr3(KPML4phys);
1977         if (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_SMEP)
1978                 cr4 |= CR4_SMEP;
1979         if (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_SMAP)
1980                 cr4 |= CR4_SMAP;
1981         load_cr4(cr4);
1982
1983         /*
1984          * Initialize the kernel pmap (which is statically allocated).
1985          * Count bootstrap data as being resident in case any of this data is
1986          * later unmapped (using pmap_remove()) and freed.
1987          */
1988         PMAP_LOCK_INIT(kernel_pmap);
1989         kernel_pmap->pm_pmltop = kernel_pml4;
1990         kernel_pmap->pm_cr3 = KPML4phys;
1991         kernel_pmap->pm_ucr3 = PMAP_NO_CR3;
1992         TAILQ_INIT(&kernel_pmap->pm_pvchunk);
1993         kernel_pmap->pm_stats.resident_count = res;
1994         vm_radix_init(&kernel_pmap->pm_root);
1995         kernel_pmap->pm_flags = pmap_flags;
1996         if ((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0) {
1997                 rangeset_init(&kernel_pmap->pm_pkru, pkru_dup_range,
1998                     pkru_free_range, kernel_pmap, M_NOWAIT);
1999         }
2000
2001         /*
2002          * The kernel pmap is always active on all CPUs.  Once CPUs are
2003          * enumerated, the mask will be set equal to all_cpus.
2004          */
2005         CPU_FILL(&kernel_pmap->pm_active);
2006
2007         /*
2008          * Initialize the TLB invalidations generation number lock.
2009          */
2010         mtx_init(&invl_gen_mtx, "invlgn", NULL, MTX_DEF);
2011
2012         /*
2013          * Reserve some special page table entries/VA space for temporary
2014          * mapping of pages.
2015          */
2016 #define SYSMAP(c, p, v, n)      \
2017         v = (c)va; va += ((n)*PAGE_SIZE); p = pte; pte += (n);
2018
2019         va = virtual_avail;
2020         pte = vtopte(va);
2021
2022         /*
2023          * Crashdump maps.  The first page is reused as CMAP1 for the
2024          * memory test.
2025          */
2026         SYSMAP(caddr_t, CMAP1, crashdumpmap, MAXDUMPPGS)
2027         CADDR1 = crashdumpmap;
2028
2029         SYSMAP(struct pcpu *, pcpu_pte, __pcpu, MAXCPU);
2030         virtual_avail = va;
2031
2032         /*
2033          * Map the BSP PCPU now, the rest of the PCPUs are mapped by
2034          * amd64_mp_alloc_pcpu()/start_all_aps() when we know the
2035          * number of CPUs and NUMA affinity.
2036          */
2037         pcpu_pte[0] = pcpu0_phys | X86_PG_V | X86_PG_RW | pg_g | pg_nx |
2038             X86_PG_M | X86_PG_A;
2039         for (i = 1; i < MAXCPU; i++)
2040                 pcpu_pte[i] = 0;
2041
2042         /*
2043          * Re-initialize PCPU area for BSP after switching.
2044          * Make hardware use gdt and common_tss from the new PCPU.
2045          */
2046         STAILQ_INIT(&cpuhead);
2047         wrmsr(MSR_GSBASE, (uint64_t)&__pcpu[0]);
2048         pcpu_init(&__pcpu[0], 0, sizeof(struct pcpu));
2049         amd64_bsp_pcpu_init1(&__pcpu[0]);
2050         amd64_bsp_ist_init(&__pcpu[0]);
2051         __pcpu[0].pc_common_tss.tss_iobase = sizeof(struct amd64tss) +
2052             IOPERM_BITMAP_SIZE;
2053         memcpy(__pcpu[0].pc_gdt, temp_bsp_pcpu.pc_gdt, NGDT *
2054             sizeof(struct user_segment_descriptor));
2055         gdt_segs[GPROC0_SEL].ssd_base = (uintptr_t)&__pcpu[0].pc_common_tss;
2056         ssdtosyssd(&gdt_segs[GPROC0_SEL],
2057             (struct system_segment_descriptor *)&__pcpu[0].pc_gdt[GPROC0_SEL]);
2058         r_gdt.rd_limit = NGDT * sizeof(struct user_segment_descriptor) - 1;
2059         r_gdt.rd_base = (long)__pcpu[0].pc_gdt;
2060         lgdt(&r_gdt);
2061         wrmsr(MSR_GSBASE, (uint64_t)&__pcpu[0]);
2062         ltr(GSEL(GPROC0_SEL, SEL_KPL));
2063         __pcpu[0].pc_dynamic = temp_bsp_pcpu.pc_dynamic;
2064         __pcpu[0].pc_acpi_id = temp_bsp_pcpu.pc_acpi_id;
2065
2066         /*
2067          * Initialize the PAT MSR.
2068          * pmap_init_pat() clears and sets CR4_PGE, which, as a
2069          * side-effect, invalidates stale PG_G TLB entries that might
2070          * have been created in our pre-boot environment.
2071          */
2072         pmap_init_pat();
2073
2074         /* Initialize TLB Context Id. */
2075         if (pmap_pcid_enabled) {
2076                 kernel_pmap->pm_pcidp = (void *)(uintptr_t)
2077                     offsetof(struct pcpu, pc_kpmap_store);
2078
2079                 PCPU_SET(kpmap_store.pm_pcid, PMAP_PCID_KERN);
2080                 PCPU_SET(kpmap_store.pm_gen, 1);
2081
2082                 /*
2083                  * PMAP_PCID_KERN + 1 is used for initialization of
2084                  * proc0 pmap.  The pmap' pcid state might be used by
2085                  * EFIRT entry before first context switch, so it
2086                  * needs to be valid.
2087                  */
2088                 PCPU_SET(pcid_next, PMAP_PCID_KERN + 2);
2089                 PCPU_SET(pcid_gen, 1);
2090
2091                 /*
2092                  * pcpu area for APs is zeroed during AP startup.
2093                  * pc_pcid_next and pc_pcid_gen are initialized by AP
2094                  * during pcpu setup.
2095                  */
2096                 load_cr4(rcr4() | CR4_PCIDE);
2097         }
2098         TSEXIT();
2099 }
2100
2101 /*
2102  * Setup the PAT MSR.
2103  */
2104 void
2105 pmap_init_pat(void)
2106 {
2107         uint64_t pat_msr;
2108         u_long cr0, cr4;
2109         int i;
2110
2111         /* Bail if this CPU doesn't implement PAT. */
2112         if ((cpu_feature & CPUID_PAT) == 0)
2113                 panic("no PAT??");
2114
2115         /* Set default PAT index table. */
2116         for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
2117                 pat_index[i] = -1;
2118         pat_index[PAT_WRITE_BACK] = 0;
2119         pat_index[PAT_WRITE_THROUGH] = 1;
2120         pat_index[PAT_UNCACHEABLE] = 3;
2121         pat_index[PAT_WRITE_COMBINING] = 6;
2122         pat_index[PAT_WRITE_PROTECTED] = 5;
2123         pat_index[PAT_UNCACHED] = 2;
2124
2125         /*
2126          * Initialize default PAT entries.
2127          * Leave the indices 0-3 at the default of WB, WT, UC-, and UC.
2128          * Program 5 and 6 as WP and WC.
2129          *
2130          * Leave 4 and 7 as WB and UC.  Note that a recursive page table
2131          * mapping for a 2M page uses a PAT value with the bit 3 set due
2132          * to its overload with PG_PS.
2133          */
2134         pat_msr = PAT_VALUE(0, PAT_WRITE_BACK) |
2135             PAT_VALUE(1, PAT_WRITE_THROUGH) |
2136             PAT_VALUE(2, PAT_UNCACHED) |
2137             PAT_VALUE(3, PAT_UNCACHEABLE) |
2138             PAT_VALUE(4, PAT_WRITE_BACK) |
2139             PAT_VALUE(5, PAT_WRITE_PROTECTED) |
2140             PAT_VALUE(6, PAT_WRITE_COMBINING) |
2141             PAT_VALUE(7, PAT_UNCACHEABLE);
2142
2143         /* Disable PGE. */
2144         cr4 = rcr4();
2145         load_cr4(cr4 & ~CR4_PGE);
2146
2147         /* Disable caches (CD = 1, NW = 0). */
2148         cr0 = rcr0();
2149         load_cr0((cr0 & ~CR0_NW) | CR0_CD);
2150
2151         /* Flushes caches and TLBs. */
2152         wbinvd();
2153         invltlb();
2154
2155         /* Update PAT and index table. */
2156         wrmsr(MSR_PAT, pat_msr);
2157
2158         /* Flush caches and TLBs again. */
2159         wbinvd();
2160         invltlb();
2161
2162         /* Restore caches and PGE. */
2163         load_cr0(cr0);
2164         load_cr4(cr4);
2165 }
2166
2167 vm_page_t
2168 pmap_page_alloc_below_4g(bool zeroed)
2169 {
2170         return (vm_page_alloc_noobj_contig((zeroed ? VM_ALLOC_ZERO : 0),
2171             1, 0, (1ULL << 32), PAGE_SIZE, 0, VM_MEMATTR_DEFAULT));
2172 }
2173
2174 extern const char la57_trampoline[], la57_trampoline_gdt_desc[],
2175     la57_trampoline_gdt[], la57_trampoline_end[];
2176
2177 static void
2178 pmap_bootstrap_la57(void *arg __unused)
2179 {
2180         char *v_code;
2181         pml5_entry_t *v_pml5;
2182         pml4_entry_t *v_pml4;
2183         pdp_entry_t *v_pdp;
2184         pd_entry_t *v_pd;
2185         pt_entry_t *v_pt;
2186         vm_page_t m_code, m_pml4, m_pdp, m_pd, m_pt, m_pml5;
2187         void (*la57_tramp)(uint64_t pml5);
2188         struct region_descriptor r_gdt;
2189
2190         if ((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_LA57) == 0)
2191                 return;
2192         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.la57", &la57);
2193         if (!la57)
2194                 return;
2195
2196         r_gdt.rd_limit = NGDT * sizeof(struct user_segment_descriptor) - 1;
2197         r_gdt.rd_base = (long)__pcpu[0].pc_gdt;
2198
2199         m_code = pmap_page_alloc_below_4g(true);
2200         v_code = (char *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m_code));
2201         m_pml5 = pmap_page_alloc_below_4g(true);
2202         KPML5phys = VM_PAGE_TO_PHYS(m_pml5);
2203         v_pml5 = (pml5_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(KPML5phys);
2204         m_pml4 = pmap_page_alloc_below_4g(true);
2205         v_pml4 = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m_pml4));
2206         m_pdp = pmap_page_alloc_below_4g(true);
2207         v_pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m_pdp));
2208         m_pd = pmap_page_alloc_below_4g(true);
2209         v_pd = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m_pd));
2210         m_pt = pmap_page_alloc_below_4g(true);
2211         v_pt = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m_pt));
2212
2213         /*
2214          * Map m_code 1:1, it appears below 4G in KVA due to physical
2215          * address being below 4G.  Since kernel KVA is in upper half,
2216          * the pml4e should be zero and free for temporary use.
2217          */
2218         kernel_pmap->pm_pmltop[pmap_pml4e_index(VM_PAGE_TO_PHYS(m_code))] =
2219             VM_PAGE_TO_PHYS(m_pdp) | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A |
2220             X86_PG_M;
2221         v_pdp[pmap_pdpe_index(VM_PAGE_TO_PHYS(m_code))] =
2222             VM_PAGE_TO_PHYS(m_pd) | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A |
2223             X86_PG_M;
2224         v_pd[pmap_pde_index(VM_PAGE_TO_PHYS(m_code))] =
2225             VM_PAGE_TO_PHYS(m_pt) | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A |
2226             X86_PG_M;
2227         v_pt[pmap_pte_index(VM_PAGE_TO_PHYS(m_code))] =
2228             VM_PAGE_TO_PHYS(m_code) | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A |
2229             X86_PG_M;
2230
2231         /*
2232          * Add pml5 entry at top of KVA pointing to existing pml4 table,
2233          * entering all existing kernel mappings into level 5 table.
2234          */
2235         v_pml5[pmap_pml5e_index(UPT_MAX_ADDRESS)] = KPML4phys | X86_PG_V |
2236             X86_PG_RW | X86_PG_A | X86_PG_M | pg_g;
2237
2238         /*
2239          * Add pml5 entry for 1:1 trampoline mapping after LA57 is turned on.
2240          */
2241         v_pml5[pmap_pml5e_index(VM_PAGE_TO_PHYS(m_code))] =
2242             VM_PAGE_TO_PHYS(m_pml4) | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A |
2243             X86_PG_M;
2244         v_pml4[pmap_pml4e_index(VM_PAGE_TO_PHYS(m_code))] =
2245             VM_PAGE_TO_PHYS(m_pdp) | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A |
2246             X86_PG_M;
2247
2248         /*
2249          * Copy and call the 48->57 trampoline, hope we return there, alive.
2250          */
2251         bcopy(la57_trampoline, v_code, la57_trampoline_end - la57_trampoline);
2252         *(u_long *)(v_code + 2 + (la57_trampoline_gdt_desc - la57_trampoline)) =
2253             la57_trampoline_gdt - la57_trampoline + VM_PAGE_TO_PHYS(m_code);
2254         la57_tramp = (void (*)(uint64_t))VM_PAGE_TO_PHYS(m_code);
2255         invlpg((vm_offset_t)la57_tramp);
2256         la57_tramp(KPML5phys);
2257
2258         /*
2259          * gdt was necessary reset, switch back to our gdt.
2260          */
2261         lgdt(&r_gdt);
2262         wrmsr(MSR_GSBASE, (uint64_t)&__pcpu[0]);
2263         load_ds(_udatasel);
2264         load_es(_udatasel);
2265         load_fs(_ufssel);
2266         ssdtosyssd(&gdt_segs[GPROC0_SEL],
2267             (struct system_segment_descriptor *)&__pcpu[0].pc_gdt[GPROC0_SEL]);
2268         ltr(GSEL(GPROC0_SEL, SEL_KPL));
2269
2270         /*
2271          * Now unmap the trampoline, and free the pages.
2272          * Clear pml5 entry used for 1:1 trampoline mapping.
2273          */
2274         pte_clear(&v_pml5[pmap_pml5e_index(VM_PAGE_TO_PHYS(m_code))]);
2275         invlpg((vm_offset_t)v_code);
2276         vm_page_free(m_code);
2277         vm_page_free(m_pdp);
2278         vm_page_free(m_pd);
2279         vm_page_free(m_pt);
2280
2281         /* 
2282          * Recursively map PML5 to itself in order to get PTmap and
2283          * PDmap.
2284          */
2285         v_pml5[PML5PML5I] = KPML5phys | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
2286
2287         vtoptem = ((1ul << (NPTEPGSHIFT + NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT +
2288             NPML4EPGSHIFT + NPML5EPGSHIFT)) - 1) << 3;
2289         PTmap = (vm_offset_t)P5Tmap;
2290         vtopdem = ((1ul << (NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT +
2291             NPML4EPGSHIFT + NPML5EPGSHIFT)) - 1) << 3;
2292         PDmap = (vm_offset_t)P5Dmap;
2293
2294         kernel_pmap->pm_cr3 = KPML5phys;
2295         kernel_pmap->pm_pmltop = v_pml5;
2296         pmap_pt_page_count_adj(kernel_pmap, 1);
2297 }
2298 SYSINIT(la57, SI_SUB_KMEM, SI_ORDER_ANY, pmap_bootstrap_la57, NULL);
2299
2300 /*
2301  *      Initialize a vm_page's machine-dependent fields.
2302  */
2303 void
2304 pmap_page_init(vm_page_t m)
2305 {
2306
2307         TAILQ_INIT(&m->md.pv_list);
2308         m->md.pat_mode = PAT_WRITE_BACK;
2309 }
2310
2311 static int pmap_allow_2m_x_ept;
2312 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, allow_2m_x_ept, CTLFLAG_RWTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
2313     &pmap_allow_2m_x_ept, 0,
2314     "Allow executable superpage mappings in EPT");
2315
2316 void
2317 pmap_allow_2m_x_ept_recalculate(void)
2318 {
2319         /*
2320          * SKL002, SKL012S.  Since the EPT format is only used by
2321          * Intel CPUs, the vendor check is merely a formality.
2322          */
2323         if (!(cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL ||
2324             (cpu_ia32_arch_caps & IA32_ARCH_CAP_IF_PSCHANGE_MC_NO) != 0 ||
2325             (CPUID_TO_FAMILY(cpu_id) == 0x6 &&
2326             (CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x26 ||  /* Atoms */
2327             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x27 ||
2328             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x35 ||
2329             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x36 ||
2330             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x37 ||
2331             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x86 ||
2332             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x1c ||
2333             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x4a ||
2334             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x4c ||
2335             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x4d ||
2336             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x5a ||
2337             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x5c ||
2338             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x5d ||
2339             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x5f ||
2340             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x6e ||
2341             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x7a ||
2342             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x57 ||   /* Knights */
2343             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x85))))
2344                 pmap_allow_2m_x_ept = 1;
2345         TUNABLE_INT_FETCH("hw.allow_2m_x_ept", &pmap_allow_2m_x_ept);
2346 }
2347
2348 static bool
2349 pmap_allow_2m_x_page(pmap_t pmap, bool executable)
2350 {
2351
2352         return (pmap->pm_type != PT_EPT || !executable ||
2353             !pmap_allow_2m_x_ept);
2354 }
2355
2356 #ifdef NUMA
2357 static void
2358 pmap_init_pv_table(void)
2359 {
2360         struct pmap_large_md_page *pvd;
2361         vm_size_t s;
2362         long start, end, highest, pv_npg;
2363         int domain, i, j, pages;
2364
2365         /*
2366          * For correctness we depend on the size being evenly divisible into a
2367          * page. As a tradeoff between performance and total memory use, the
2368          * entry is 64 bytes (aka one cacheline) in size. Not being smaller
2369          * avoids false-sharing, but not being 128 bytes potentially allows for
2370          * avoidable traffic due to adjacent cacheline prefetcher.
2371          *
2372          * Assert the size so that accidental changes fail to compile.
2373          */
2374         CTASSERT((sizeof(*pvd) == 64));
2375
2376         /*
2377          * Calculate the size of the array.
2378          */
2379         pmap_last_pa = vm_phys_segs[vm_phys_nsegs - 1].end;
2380         pv_npg = howmany(pmap_last_pa, NBPDR);
2381         s = (vm_size_t)pv_npg * sizeof(struct pmap_large_md_page);
2382         s = round_page(s);
2383         pv_table = (struct pmap_large_md_page *)kva_alloc(s);
2384         if (pv_table == NULL)
2385                 panic("%s: kva_alloc failed\n", __func__);
2386
2387         /*
2388          * Iterate physical segments to allocate space for respective pages.
2389          */
2390         highest = -1;
2391         s = 0;
2392         for (i = 0; i < vm_phys_nsegs; i++) {
2393                 end = vm_phys_segs[i].end / NBPDR;
2394                 domain = vm_phys_segs[i].domain;
2395
2396                 if (highest >= end)
2397                         continue;
2398
2399                 start = highest + 1;
2400                 pvd = &pv_table[start];
2401
2402                 pages = end - start + 1;
2403                 s = round_page(pages * sizeof(*pvd));
2404                 highest = start + (s / sizeof(*pvd)) - 1;
2405
2406                 for (j = 0; j < s; j += PAGE_SIZE) {
2407                         vm_page_t m = vm_page_alloc_noobj_domain(domain, 0);
2408                         if (m == NULL)
2409                                 panic("failed to allocate PV table page");
2410                         pmap_qenter((vm_offset_t)pvd + j, &m, 1);
2411                 }
2412
2413                 for (j = 0; j < s / sizeof(*pvd); j++) {
2414                         rw_init_flags(&pvd->pv_lock, "pmap pv list", RW_NEW);
2415                         TAILQ_INIT(&pvd->pv_page.pv_list);
2416                         pvd->pv_page.pv_gen = 0;
2417                         pvd->pv_page.pat_mode = 0;
2418                         pvd->pv_invl_gen = 0;
2419                         pvd++;
2420                 }
2421         }
2422         pvd = &pv_dummy_large;
2423         rw_init_flags(&pvd->pv_lock, "pmap pv list dummy", RW_NEW);
2424         TAILQ_INIT(&pvd->pv_page.pv_list);
2425         pvd->pv_page.pv_gen = 0;
2426         pvd->pv_page.pat_mode = 0;
2427         pvd->pv_invl_gen = 0;
2428 }
2429 #else
2430 static void
2431 pmap_init_pv_table(void)
2432 {
2433         vm_size_t s;
2434         long i, pv_npg;
2435
2436         /*
2437          * Initialize the pool of pv list locks.
2438          */
2439         for (i = 0; i < NPV_LIST_LOCKS; i++)
2440                 rw_init(&pv_list_locks[i], "pmap pv list");
2441
2442         /*
2443          * Calculate the size of the pv head table for superpages.
2444          */
2445         pv_npg = howmany(vm_phys_segs[vm_phys_nsegs - 1].end, NBPDR);
2446
2447         /*
2448          * Allocate memory for the pv head table for superpages.
2449          */
2450         s = (vm_size_t)pv_npg * sizeof(struct md_page);
2451         s = round_page(s);
2452         pv_table = kmem_malloc(s, M_WAITOK | M_ZERO);
2453         for (i = 0; i < pv_npg; i++)
2454                 TAILQ_INIT(&pv_table[i].pv_list);
2455         TAILQ_INIT(&pv_dummy.pv_list);
2456 }
2457 #endif
2458
2459 /*
2460  *      Initialize the pmap module.
2461  *      Called by vm_init, to initialize any structures that the pmap
2462  *      system needs to map virtual memory.
2463  */
2464 void
2465 pmap_init(void)
2466 {
2467         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
2468         vm_page_t m, mpte;
2469         int error, i, ret, skz63;
2470
2471         /* L1TF, reserve page @0 unconditionally */
2472         vm_page_blacklist_add(0, bootverbose);
2473
2474         /* Detect bare-metal Skylake Server and Skylake-X. */
2475         if (vm_guest == VM_GUEST_NO && cpu_vendor_id == CPU_VENDOR_INTEL &&
2476             CPUID_TO_FAMILY(cpu_id) == 0x6 && CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x55) {
2477                 /*
2478                  * Skylake-X errata SKZ63. Processor May Hang When
2479                  * Executing Code In an HLE Transaction Region between
2480                  * 40000000H and 403FFFFFH.
2481                  *
2482                  * Mark the pages in the range as preallocated.  It
2483                  * seems to be impossible to distinguish between
2484                  * Skylake Server and Skylake X.
2485                  */
2486                 skz63 = 1;
2487                 TUNABLE_INT_FETCH("hw.skz63_enable", &skz63);
2488                 if (skz63 != 0) {
2489                         if (bootverbose)
2490                                 printf("SKZ63: skipping 4M RAM starting "
2491                                     "at physical 1G\n");
2492                         for (i = 0; i < atop(0x400000); i++) {
2493                                 ret = vm_page_blacklist_add(0x40000000 +
2494                                     ptoa(i), FALSE);
2495                                 if (!ret && bootverbose)
2496                                         printf("page at %#lx already used\n",
2497                                             0x40000000 + ptoa(i));
2498                         }
2499                 }
2500         }
2501
2502         /* IFU */
2503         pmap_allow_2m_x_ept_recalculate();
2504
2505         /*
2506          * Initialize the vm page array entries for the kernel pmap's
2507          * page table pages.
2508          */ 
2509         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
2510         for (i = 0; i < nkpt; i++) {
2511                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(KPTphys + (i << PAGE_SHIFT));
2512                 KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
2513                     mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
2514                     ("pmap_init: page table page is out of range"));
2515                 mpte->pindex = pmap_pde_pindex(KERNBASE) + i;
2516                 mpte->phys_addr = KPTphys + (i << PAGE_SHIFT);
2517                 mpte->ref_count = 1;
2518
2519                 /*
2520                  * Collect the page table pages that were replaced by a 2MB
2521                  * page in create_pagetables().  They are zero filled.
2522                  */
2523                 if ((i == 0 ||
2524                     kernphys + ((vm_paddr_t)(i - 1) << PDRSHIFT) < KERNend) &&
2525                     pmap_insert_pt_page(kernel_pmap, mpte, false, false))
2526                         panic("pmap_init: pmap_insert_pt_page failed");
2527         }
2528         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
2529         vm_wire_add(nkpt);
2530
2531         /*
2532          * If the kernel is running on a virtual machine, then it must assume
2533          * that MCA is enabled by the hypervisor.  Moreover, the kernel must
2534          * be prepared for the hypervisor changing the vendor and family that
2535          * are reported by CPUID.  Consequently, the workaround for AMD Family
2536          * 10h Erratum 383 is enabled if the processor's feature set does not
2537          * include at least one feature that is only supported by older Intel
2538          * or newer AMD processors.
2539          */
2540         if (vm_guest != VM_GUEST_NO && (cpu_feature & CPUID_SS) == 0 &&
2541             (cpu_feature2 & (CPUID2_SSSE3 | CPUID2_SSE41 | CPUID2_AESNI |
2542             CPUID2_AVX | CPUID2_XSAVE)) == 0 && (amd_feature2 & (AMDID2_XOP |
2543             AMDID2_FMA4)) == 0)
2544                 workaround_erratum383 = 1;
2545
2546         /*
2547          * Are large page mappings enabled?
2548          */
2549         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.pg_ps_enabled", &pg_ps_enabled);
2550         if (pg_ps_enabled) {
2551                 KASSERT(MAXPAGESIZES > 1 && pagesizes[1] == 0,
2552                     ("pmap_init: can't assign to pagesizes[1]"));
2553                 pagesizes[1] = NBPDR;
2554                 if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0) {
2555                         KASSERT(MAXPAGESIZES > 2 && pagesizes[2] == 0,
2556                             ("pmap_init: can't assign to pagesizes[2]"));
2557                         pagesizes[2] = NBPDP;
2558                 }
2559         }
2560
2561         /*
2562          * Initialize pv chunk lists.
2563          */
2564         for (i = 0; i < PMAP_MEMDOM; i++) {
2565                 mtx_init(&pv_chunks[i].pvc_lock, "pmap pv chunk list", NULL, MTX_DEF);
2566                 TAILQ_INIT(&pv_chunks[i].pvc_list);
2567         }
2568         pmap_init_pv_table();
2569
2570         pmap_initialized = 1;
2571         for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
2572                 ppim = pmap_preinit_mapping + i;
2573                 if (ppim->va == 0)
2574                         continue;
2575                 /* Make the direct map consistent */
2576                 if (ppim->pa < dmaplimit && ppim->pa + ppim->sz <= dmaplimit) {
2577                         (void)pmap_change_attr(PHYS_TO_DMAP(ppim->pa),
2578                             ppim->sz, ppim->mode);
2579                 }
2580                 if (!bootverbose)
2581                         continue;
2582                 printf("PPIM %u: PA=%#lx, VA=%#lx, size=%#lx, mode=%#x\n", i,
2583                     ppim->pa, ppim->va, ppim->sz, ppim->mode);
2584         }
2585
2586         mtx_init(&qframe_mtx, "qfrmlk", NULL, MTX_SPIN);
2587         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE, M_BESTFIT | M_WAITOK,
2588             (vmem_addr_t *)&qframe);
2589         if (error != 0)
2590                 panic("qframe allocation failed");
2591
2592         lm_ents = 8;
2593         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.large_map_pml4_entries", &lm_ents);
2594         if (lm_ents > LMEPML4I - LMSPML4I + 1)
2595                 lm_ents = LMEPML4I - LMSPML4I + 1;
2596 #ifdef KMSAN
2597         if (lm_ents > KMSANORIGPML4I - LMSPML4I) {
2598                 printf(
2599             "pmap: shrinking large map for KMSAN (%d slots to %ld slots)\n",
2600                     lm_ents, KMSANORIGPML4I - LMSPML4I);
2601                 lm_ents = KMSANORIGPML4I - LMSPML4I;
2602         }
2603 #endif
2604         if (bootverbose)
2605                 printf("pmap: large map %u PML4 slots (%lu GB)\n",
2606                     lm_ents, (u_long)lm_ents * (NBPML4 / 1024 / 1024 / 1024));
2607         if (lm_ents != 0) {
2608                 large_vmem = vmem_create("large", LARGEMAP_MIN_ADDRESS,
2609                     (vmem_size_t)lm_ents * NBPML4, PAGE_SIZE, 0, M_WAITOK);
2610                 if (large_vmem == NULL) {
2611                         printf("pmap: cannot create large map\n");
2612                         lm_ents = 0;
2613                 }
2614                 for (i = 0; i < lm_ents; i++) {
2615                         m = pmap_large_map_getptp_unlocked();
2616                         /* XXXKIB la57 */
2617                         kernel_pml4[LMSPML4I + i] = X86_PG_V |
2618                             X86_PG_RW | X86_PG_A | X86_PG_M | pg_nx |
2619                             VM_PAGE_TO_PHYS(m);
2620                 }
2621         }
2622 }
2623
2624 SYSCTL_UINT(_vm_pmap, OID_AUTO, large_map_pml4_entries,
2625     CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH, &lm_ents, 0,
2626     "Maximum number of PML4 entries for use by large map (tunable).  "
2627     "Each entry corresponds to 512GB of address space.");
2628
2629 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, pde, CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
2630     "2MB page mapping counters");
2631
2632 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(pmap_pde_demotions);
2633 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, demotions,
2634     CTLFLAG_RD, &pmap_pde_demotions, "2MB page demotions");
2635
2636 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(pmap_pde_mappings);
2637 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, mappings, CTLFLAG_RD,
2638     &pmap_pde_mappings, "2MB page mappings");
2639
2640 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(pmap_pde_p_failures);
2641 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, p_failures, CTLFLAG_RD,
2642     &pmap_pde_p_failures, "2MB page promotion failures");
2643
2644 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(pmap_pde_promotions);
2645 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, promotions, CTLFLAG_RD,
2646     &pmap_pde_promotions, "2MB page promotions");
2647
2648 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, pdpe, CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
2649     "1GB page mapping counters");
2650
2651 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(pmap_pdpe_demotions);
2652 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_pmap_pdpe, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
2653     &pmap_pdpe_demotions, "1GB page demotions");
2654
2655 /***************************************************
2656  * Low level helper routines.....
2657  ***************************************************/
2658
2659 static pt_entry_t
2660 pmap_swap_pat(pmap_t pmap, pt_entry_t entry)
2661 {
2662         int x86_pat_bits = X86_PG_PTE_PAT | X86_PG_PDE_PAT;
2663
2664         switch (pmap->pm_type) {
2665         case PT_X86:
2666         case PT_RVI:
2667                 /* Verify that both PAT bits are not set at the same time */
2668                 KASSERT((entry & x86_pat_bits) != x86_pat_bits,
2669                     ("Invalid PAT bits in entry %#lx", entry));
2670
2671                 /* Swap the PAT bits if one of them is set */
2672                 if ((entry & x86_pat_bits) != 0)
2673                         entry ^= x86_pat_bits;
2674                 break;
2675         case PT_EPT:
2676                 /*
2677                  * Nothing to do - the memory attributes are represented
2678                  * the same way for regular pages and superpages.
2679                  */
2680                 break;
2681         default:
2682                 panic("pmap_switch_pat_bits: bad pm_type %d", pmap->pm_type);
2683         }
2684
2685         return (entry);
2686 }
2687
2688 boolean_t
2689 pmap_is_valid_memattr(pmap_t pmap __unused, vm_memattr_t mode)
2690 {
2691
2692         return (mode >= 0 && mode < PAT_INDEX_SIZE &&
2693             pat_index[(int)mode] >= 0);
2694 }
2695
2696 /*
2697  * Determine the appropriate bits to set in a PTE or PDE for a specified
2698  * caching mode.
2699  */
2700 int
2701 pmap_cache_bits(pmap_t pmap, int mode, boolean_t is_pde)
2702 {
2703         int cache_bits, pat_flag, pat_idx;
2704
2705         if (!pmap_is_valid_memattr(pmap, mode))
2706                 panic("Unknown caching mode %d\n", mode);
2707
2708         switch (pmap->pm_type) {
2709         case PT_X86:
2710         case PT_RVI:
2711                 /* The PAT bit is different for PTE's and PDE's. */
2712                 pat_flag = is_pde ? X86_PG_PDE_PAT : X86_PG_PTE_PAT;
2713
2714                 /* Map the caching mode to a PAT index. */
2715                 pat_idx = pat_index[mode];
2716
2717                 /* Map the 3-bit index value into the PAT, PCD, and PWT bits. */
2718                 cache_bits = 0;
2719                 if (pat_idx & 0x4)
2720                         cache_bits |= pat_flag;
2721                 if (pat_idx & 0x2)
2722                         cache_bits |= PG_NC_PCD;
2723                 if (pat_idx & 0x1)
2724                         cache_bits |= PG_NC_PWT;
2725                 break;
2726
2727         case PT_EPT:
2728                 cache_bits = EPT_PG_IGNORE_PAT | EPT_PG_MEMORY_TYPE(mode);
2729                 break;
2730
2731         default:
2732                 panic("unsupported pmap type %d", pmap->pm_type);
2733         }
2734
2735         return (cache_bits);
2736 }
2737
2738 static int
2739 pmap_cache_mask(pmap_t pmap, boolean_t is_pde)
2740 {
2741         int mask;
2742
2743         switch (pmap->pm_type) {
2744         case PT_X86:
2745         case PT_RVI:
2746                 mask = is_pde ? X86_PG_PDE_CACHE : X86_PG_PTE_CACHE;
2747                 break;
2748         case PT_EPT:
2749                 mask = EPT_PG_IGNORE_PAT | EPT_PG_MEMORY_TYPE(0x7);
2750                 break;
2751         default:
2752                 panic("pmap_cache_mask: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
2753         }
2754
2755         return (mask);
2756 }
2757
2758 static int
2759 pmap_pat_index(pmap_t pmap, pt_entry_t pte, bool is_pde)
2760 {
2761         int pat_flag, pat_idx;
2762
2763         pat_idx = 0;
2764         switch (pmap->pm_type) {
2765         case PT_X86:
2766         case PT_RVI:
2767                 /* The PAT bit is different for PTE's and PDE's. */
2768                 pat_flag = is_pde ? X86_PG_PDE_PAT : X86_PG_PTE_PAT;
2769
2770                 if ((pte & pat_flag) != 0)
2771                         pat_idx |= 0x4;
2772                 if ((pte & PG_NC_PCD) != 0)
2773                         pat_idx |= 0x2;
2774                 if ((pte & PG_NC_PWT) != 0)
2775                         pat_idx |= 0x1;
2776                 break;
2777         case PT_EPT:
2778                 if ((pte & EPT_PG_IGNORE_PAT) != 0)
2779                         panic("EPT PTE %#lx has no PAT memory type", pte);
2780                 pat_idx = (pte & EPT_PG_MEMORY_TYPE(0x7)) >> 3;
2781                 break;
2782         }
2783
2784         /* See pmap_init_pat(). */
2785         if (pat_idx == 4)
2786                 pat_idx = 0;
2787         if (pat_idx == 7)
2788                 pat_idx = 3;
2789
2790         return (pat_idx);
2791 }
2792
2793 bool
2794 pmap_ps_enabled(pmap_t pmap)
2795 {
2796
2797         return (pg_ps_enabled && (pmap->pm_flags & PMAP_PDE_SUPERPAGE) != 0);
2798 }
2799
2800 static void
2801 pmap_update_pde_store(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
2802 {
2803
2804         switch (pmap->pm_type) {
2805         case PT_X86:
2806                 break;
2807         case PT_RVI:
2808         case PT_EPT:
2809                 /*
2810                  * XXX
2811                  * This is a little bogus since the generation number is
2812                  * supposed to be bumped up when a region of the address
2813                  * space is invalidated in the page tables.
2814                  *
2815                  * In this case the old PDE entry is valid but yet we want
2816                  * to make sure that any mappings using the old entry are
2817                  * invalidated in the TLB.
2818                  *
2819                  * The reason this works as expected is because we rendezvous
2820                  * "all" host cpus and force any vcpu context to exit as a
2821                  * side-effect.
2822                  */
2823                 atomic_add_long(&pmap->pm_eptgen, 1);
2824                 break;
2825         default:
2826                 panic("pmap_update_pde_store: bad pm_type %d", pmap->pm_type);
2827         }
2828         pde_store(pde, newpde);
2829 }
2830
2831 /*
2832  * After changing the page size for the specified virtual address in the page
2833  * table, flush the corresponding entries from the processor's TLB.  Only the
2834  * calling processor's TLB is affected.
2835  *
2836  * The calling thread must be pinned to a processor.
2837  */
2838 static void
2839 pmap_update_pde_invalidate(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t newpde)
2840 {
2841         pt_entry_t PG_G;
2842
2843         if (pmap_type_guest(pmap))
2844                 return;
2845
2846         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
2847             ("pmap_update_pde_invalidate: invalid type %d", pmap->pm_type));
2848
2849         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
2850
2851         if ((newpde & PG_PS) == 0)
2852                 /* Demotion: flush a specific 2MB page mapping. */
2853                 pmap_invlpg(pmap, va);
2854         else if ((newpde & PG_G) == 0)
2855                 /*
2856                  * Promotion: flush every 4KB page mapping from the TLB
2857                  * because there are too many to flush individually.
2858                  */
2859                 invltlb();
2860         else {
2861                 /*
2862                  * Promotion: flush every 4KB page mapping from the TLB,
2863                  * including any global (PG_G) mappings.
2864                  */
2865                 invltlb_glob();
2866         }
2867 }
2868
2869 /*
2870  * The amd64 pmap uses different approaches to TLB invalidation
2871  * depending on the kernel configuration, available hardware features,
2872  * and known hardware errata.  The kernel configuration option that
2873  * has the greatest operational impact on TLB invalidation is PTI,
2874  * which is enabled automatically on affected Intel CPUs.  The most
2875  * impactful hardware features are first PCID, and then INVPCID
2876  * instruction presence.  PCID usage is quite different for PTI
2877  * vs. non-PTI.
2878  *
2879  * * Kernel Page Table Isolation (PTI or KPTI) is used to mitigate
2880  *   the Meltdown bug in some Intel CPUs.  Under PTI, each user address
2881  *   space is served by two page tables, user and kernel.  The user
2882  *   page table only maps user space and a kernel trampoline.  The
2883  *   kernel trampoline includes the entirety of the kernel text but
2884  *   only the kernel data that is needed to switch from user to kernel
2885  *   mode.  The kernel page table maps the user and kernel address
2886  *   spaces in their entirety.  It is identical to the per-process
2887  *   page table used in non-PTI mode.
2888  *
2889  *   User page tables are only used when the CPU is in user mode.
2890  *   Consequently, some TLB invalidations can be postponed until the
2891  *   switch from kernel to user mode.  In contrast, the user
2892  *   space part of the kernel page table is used for copyout(9), so
2893  *   TLB invalidations on this page table cannot be similarly postponed.
2894  *
2895  *   The existence of a user mode page table for the given pmap is
2896  *   indicated by a pm_ucr3 value that differs from PMAP_NO_CR3, in
2897  *   which case pm_ucr3 contains the %cr3 register value for the user
2898  *   mode page table's root.
2899  *
2900  * * The pm_active bitmask indicates which CPUs currently have the
2901  *   pmap active.  A CPU's bit is set on context switch to the pmap, and
2902  *   cleared on switching off this CPU.  For the kernel page table,
2903  *   the pm_active field is immutable and contains all CPUs.  The
2904  *   kernel page table is always logically active on every processor,
2905  *   but not necessarily in use by the hardware, e.g., in PTI mode.
2906  *
2907  *   When requesting invalidation of virtual addresses with
2908  *   pmap_invalidate_XXX() functions, the pmap sends shootdown IPIs to
2909  *   all CPUs recorded as active in pm_active.  Updates to and reads
2910  *   from pm_active are not synchronized, and so they may race with
2911  *   each other.  Shootdown handlers are prepared to handle the race.
2912  *
2913  * * PCID is an optional feature of the long mode x86 MMU where TLB
2914  *   entries are tagged with the 'Process ID' of the address space
2915  *   they belong to.  This feature provides a limited namespace for
2916  *   process identifiers, 12 bits, supporting 4095 simultaneous IDs
2917  *   total.
2918  *
2919  *   Allocation of a PCID to a pmap is done by an algorithm described
2920  *   in section 15.12, "Other TLB Consistency Algorithms", of
2921  *   Vahalia's book "Unix Internals".  A PCID cannot be allocated for
2922  *   the whole lifetime of a pmap in pmap_pinit() due to the limited
2923  *   namespace.  Instead, a per-CPU, per-pmap PCID is assigned when
2924  *   the CPU is about to start caching TLB entries from a pmap,
2925  *   i.e., on the context switch that activates the pmap on the CPU.
2926  *
2927  *   The PCID allocator maintains a per-CPU, per-pmap generation
2928  *   count, pm_gen, which is incremented each time a new PCID is
2929  *   allocated.  On TLB invalidation, the generation counters for the
2930  *   pmap are zeroed, which signals the context switch code that the
2931  *   previously allocated PCID is no longer valid.  Effectively,
2932  *   zeroing any of these counters triggers a TLB shootdown for the
2933  *   given CPU/address space, due to the allocation of a new PCID.
2934  *
2935  *   Zeroing can be performed remotely.  Consequently, if a pmap is
2936  *   inactive on a CPU, then a TLB shootdown for that pmap and CPU can
2937  *   be initiated by an ordinary memory access to reset the target
2938  *   CPU's generation count within the pmap.  The CPU initiating the
2939  *   TLB shootdown does not need to send an IPI to the target CPU.
2940  *
2941  * * PTI + PCID.  The available PCIDs are divided into two sets: PCIDs
2942  *   for complete (kernel) page tables, and PCIDs for user mode page
2943  *   tables.  A user PCID value is obtained from the kernel PCID value
2944  *   by setting the highest bit, 11, to 1 (0x800 == PMAP_PCID_USER_PT).
2945  *
2946  *   User space page tables are activated on return to user mode, by
2947  *   loading pm_ucr3 into %cr3.  If the PCPU(ucr3_load_mask) requests
2948  *   clearing bit 63 of the loaded ucr3, this effectively causes
2949  *   complete invalidation of the user mode TLB entries for the
2950  *   current pmap.  In which case, local invalidations of individual
2951  *   pages in the user page table are skipped.
2952  *
2953  * * Local invalidation, all modes.  If the requested invalidation is
2954  *   for a specific address or the total invalidation of a currently
2955  *   active pmap, then the TLB is flushed using INVLPG for a kernel
2956  *   page table, and INVPCID(INVPCID_CTXGLOB)/invltlb_glob() for a
2957  *   user space page table(s).
2958  *
2959  *   If the INVPCID instruction is available, it is used to flush user
2960  *   entries from the kernel page table.
2961  *
2962  *   When PCID is enabled, the INVLPG instruction invalidates all TLB
2963  *   entries for the given page that either match the current PCID or
2964  *   are global. Since TLB entries for the same page under different
2965  *   PCIDs are unaffected, kernel pages which reside in all address
2966  *   spaces could be problematic.  We avoid the problem by creating
2967  *   all kernel PTEs with the global flag (PG_G) set, when PTI is
2968  *   disabled.
2969  *
2970  * * mode: PTI disabled, PCID present.  The kernel reserves PCID 0 for its
2971  *   address space, all other 4095 PCIDs are used for user mode spaces
2972  *   as described above.  A context switch allocates a new PCID if
2973  *   the recorded PCID is zero or the recorded generation does not match
2974  *   the CPU's generation, effectively flushing the TLB for this address space.
2975  *   Total remote invalidation is performed by zeroing pm_gen for all CPUs.
2976  *      local user page: INVLPG
2977  *      local kernel page: INVLPG
2978  *      local user total: INVPCID(CTX)
2979  *      local kernel total: INVPCID(CTXGLOB) or invltlb_glob()
2980  *      remote user page, inactive pmap: zero pm_gen
2981  *      remote user page, active pmap: zero pm_gen + IPI:INVLPG
2982  *      (Both actions are required to handle the aforementioned pm_active races.)
2983  *      remote kernel page: IPI:INVLPG
2984  *      remote user total, inactive pmap: zero pm_gen
2985  *      remote user total, active pmap: zero pm_gen + IPI:(INVPCID(CTX) or
2986  *          reload %cr3)
2987  *      (See note above about pm_active races.)
2988  *      remote kernel total: IPI:(INVPCID(CTXGLOB) or invltlb_glob())
2989  *
2990  * PTI enabled, PCID present.
2991  *      local user page: INVLPG for kpt, INVPCID(ADDR) or (INVLPG for ucr3)
2992  *          for upt
2993  *      local kernel page: INVLPG
2994  *      local user total: INVPCID(CTX) or reload %cr3 for kpt, clear PCID_SAVE
2995  *          on loading UCR3 into %cr3 for upt
2996  *      local kernel total: INVPCID(CTXGLOB) or invltlb_glob()
2997  *      remote user page, inactive pmap: zero pm_gen
2998  *      remote user page, active pmap: zero pm_gen + IPI:(INVLPG for kpt,
2999  *          INVPCID(ADDR) for upt)
3000  *      remote kernel page: IPI:INVLPG
3001  *      remote user total, inactive pmap: zero pm_gen
3002  *      remote user total, active pmap: zero pm_gen + IPI:(INVPCID(CTX) for kpt,
3003  *          clear PCID_SAVE on loading UCR3 into $cr3 for upt)
3004  *      remote kernel total: IPI:(INVPCID(CTXGLOB) or invltlb_glob())
3005  *
3006  *  No PCID.
3007  *      local user page: INVLPG
3008  *      local kernel page: INVLPG
3009  *      local user total: reload %cr3
3010  *      local kernel total: invltlb_glob()
3011  *      remote user page, inactive pmap: -
3012  *      remote user page, active pmap: IPI:INVLPG
3013  *      remote kernel page: IPI:INVLPG
3014  *      remote user total, inactive pmap: -
3015  *      remote user total, active pmap: IPI:(reload %cr3)
3016  *      remote kernel total: IPI:invltlb_glob()
3017  *  Since on return to user mode, the reload of %cr3 with ucr3 causes
3018  *  TLB invalidation, no specific action is required for user page table.
3019  *
3020  * EPT.  EPT pmaps do not map KVA, all mappings are userspace.
3021  * XXX TODO
3022  */
3023
3024 #ifdef SMP
3025 /*
3026  * Interrupt the cpus that are executing in the guest context.
3027  * This will force the vcpu to exit and the cached EPT mappings
3028  * will be invalidated by the host before the next vmresume.
3029  */
3030 static __inline void
3031 pmap_invalidate_ept(pmap_t pmap)
3032 {
3033         smr_seq_t goal;
3034         int ipinum;
3035
3036         sched_pin();
3037         KASSERT(!CPU_ISSET(curcpu, &pmap->pm_active),
3038             ("pmap_invalidate_ept: absurd pm_active"));
3039
3040         /*
3041          * The TLB mappings associated with a vcpu context are not
3042          * flushed each time a different vcpu is chosen to execute.
3043          *
3044          * This is in contrast with a process's vtop mappings that
3045          * are flushed from the TLB on each context switch.
3046          *
3047          * Therefore we need to do more than just a TLB shootdown on
3048          * the active cpus in 'pmap->pm_active'. To do this we keep
3049          * track of the number of invalidations performed on this pmap.
3050          *
3051          * Each vcpu keeps a cache of this counter and compares it
3052          * just before a vmresume. If the counter is out-of-date an
3053          * invept will be done to flush stale mappings from the TLB.
3054          *
3055          * To ensure that all vCPU threads have observed the new counter
3056          * value before returning, we use SMR.  Ordering is important here:
3057          * the VMM enters an SMR read section before loading the counter
3058          * and after updating the pm_active bit set.  Thus, pm_active is
3059          * a superset of active readers, and any reader that has observed
3060          * the goal has observed the new counter value.
3061          */
3062         atomic_add_long(&pmap->pm_eptgen, 1);
3063
3064         goal = smr_advance(pmap->pm_eptsmr);
3065
3066         /*
3067          * Force the vcpu to exit and trap back into the hypervisor.
3068          */
3069         ipinum = pmap->pm_flags & PMAP_NESTED_IPIMASK;
3070         ipi_selected(pmap->pm_active, ipinum);
3071         sched_unpin();
3072
3073         /*
3074          * Ensure that all active vCPUs will observe the new generation counter
3075          * value before executing any more guest instructions.
3076          */
3077         smr_wait(pmap->pm_eptsmr, goal);
3078 }
3079
3080 static inline void
3081 pmap_invalidate_preipi_pcid(pmap_t pmap)
3082 {
3083         struct pmap_pcid *pcidp;
3084         u_int cpuid, i;
3085
3086         sched_pin();
3087
3088         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
3089         if (pmap != PCPU_GET(curpmap))
3090                 cpuid = 0xffffffff;     /* An impossible value */
3091
3092         CPU_FOREACH(i) {
3093                 if (cpuid != i) {
3094                         pcidp = zpcpu_get_cpu(pmap->pm_pcidp, i);
3095                         pcidp->pm_gen = 0;
3096                 }
3097         }
3098
3099         /*
3100          * The fence is between stores to pm_gen and the read of the
3101          * pm_active mask.  We need to ensure that it is impossible
3102          * for us to miss the bit update in pm_active and
3103          * simultaneously observe a non-zero pm_gen in
3104          * pmap_activate_sw(), otherwise TLB update is missed.
3105          * Without the fence, IA32 allows such an outcome.  Note that
3106          * pm_active is updated by a locked operation, which provides
3107          * the reciprocal fence.
3108          */
3109         atomic_thread_fence_seq_cst();
3110 }
3111
3112 static void
3113 pmap_invalidate_preipi_nopcid(pmap_t pmap __unused)
3114 {
3115         sched_pin();
3116 }
3117
3118 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_invalidate_preipi, (pmap_t))
3119 {
3120         return (pmap_pcid_enabled ? pmap_invalidate_preipi_pcid :
3121             pmap_invalidate_preipi_nopcid);
3122 }
3123
3124 static inline void
3125 pmap_invalidate_page_pcid_cb(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
3126     const bool invpcid_works1)
3127 {
3128         struct invpcid_descr d;
3129         uint64_t kcr3, ucr3;
3130         uint32_t pcid;
3131
3132         /*
3133          * Because pm_pcid is recalculated on a context switch, we
3134          * must ensure there is no preemption, not just pinning.
3135          * Otherwise, we might use a stale value below.
3136          */
3137         CRITICAL_ASSERT(curthread);
3138
3139         /*
3140          * No need to do anything with user page tables invalidation
3141          * if there is no user page table, or invalidation is deferred
3142          * until the return to userspace.  ucr3_load_mask is stable
3143          * because we have preemption disabled.
3144          */
3145         if (pmap->pm_ucr3 == PMAP_NO_CR3 ||
3146             PCPU_GET(ucr3_load_mask) != PMAP_UCR3_NOMASK)
3147                 return;
3148
3149         pcid = pmap_get_pcid(pmap);
3150         if (invpcid_works1) {
3151                 d.pcid = pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
3152                 d.pad = 0;
3153                 d.addr = va;
3154                 invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
3155         } else {
3156                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pcid | CR3_PCID_SAVE;
3157                 ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pcid | PMAP_PCID_USER_PT | CR3_PCID_SAVE;
3158                 pmap_pti_pcid_invlpg(ucr3, kcr3, va);
3159         }
3160 }
3161
3162 static void
3163 pmap_invalidate_page_pcid_invpcid_cb(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3164 {
3165         pmap_invalidate_page_pcid_cb(pmap, va, true);
3166 }
3167
3168 static void
3169 pmap_invalidate_page_pcid_noinvpcid_cb(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3170 {
3171         pmap_invalidate_page_pcid_cb(pmap, va, false);
3172 }
3173
3174 static void
3175 pmap_invalidate_page_nopcid_cb(pmap_t pmap __unused, vm_offset_t va __unused)
3176 {
3177 }
3178
3179 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_invalidate_page_cb, (pmap_t, vm_offset_t))
3180 {
3181         if (pmap_pcid_enabled)
3182                 return (invpcid_works ? pmap_invalidate_page_pcid_invpcid_cb :
3183                     pmap_invalidate_page_pcid_noinvpcid_cb);
3184         return (pmap_invalidate_page_nopcid_cb);
3185 }
3186
3187 static void
3188 pmap_invalidate_page_curcpu_cb(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
3189     vm_offset_t addr2 __unused)
3190 {
3191         if (pmap == kernel_pmap) {
3192                 pmap_invlpg(kernel_pmap, va);
3193         } else if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
3194                 invlpg(va);
3195                 pmap_invalidate_page_cb(pmap, va);
3196         }
3197 }
3198
3199 void
3200 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3201 {
3202         if (pmap_type_guest(pmap)) {
3203                 pmap_invalidate_ept(pmap);
3204                 return;
3205         }
3206
3207         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
3208             ("pmap_invalidate_page: invalid type %d", pmap->pm_type));
3209
3210         pmap_invalidate_preipi(pmap);
3211         smp_masked_invlpg(va, pmap, pmap_invalidate_page_curcpu_cb);
3212 }
3213
3214 /* 4k PTEs -- Chosen to exceed the total size of Broadwell L2 TLB */
3215 #define PMAP_INVLPG_THRESHOLD   (4 * 1024 * PAGE_SIZE)
3216
3217 static void
3218 pmap_invalidate_range_pcid_cb(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
3219     const bool invpcid_works1)
3220 {
3221         struct invpcid_descr d;
3222         uint64_t kcr3, ucr3;
3223         uint32_t pcid;
3224
3225         CRITICAL_ASSERT(curthread);
3226
3227         if (pmap != PCPU_GET(curpmap) ||
3228             pmap->pm_ucr3 == PMAP_NO_CR3 ||
3229             PCPU_GET(ucr3_load_mask) != PMAP_UCR3_NOMASK)
3230                 return;
3231
3232         pcid = pmap_get_pcid(pmap);
3233         if (invpcid_works1) {
3234                 d.pcid = pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
3235                 d.pad = 0;
3236                 for (d.addr = sva; d.addr < eva; d.addr += PAGE_SIZE)
3237                         invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
3238         } else {
3239                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pcid | CR3_PCID_SAVE;
3240                 ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pcid | PMAP_PCID_USER_PT | CR3_PCID_SAVE;
3241                 pmap_pti_pcid_invlrng(ucr3, kcr3, sva, eva);
3242         }
3243 }
3244
3245 static void
3246 pmap_invalidate_range_pcid_invpcid_cb(pmap_t pmap, vm_offset_t sva,
3247     vm_offset_t eva)
3248 {
3249         pmap_invalidate_range_pcid_cb(pmap, sva, eva, true);
3250 }
3251
3252 static void
3253 pmap_invalidate_range_pcid_noinvpcid_cb(pmap_t pmap, vm_offset_t sva,
3254     vm_offset_t eva)
3255 {
3256         pmap_invalidate_range_pcid_cb(pmap, sva, eva, false);
3257 }
3258
3259 static void
3260 pmap_invalidate_range_nopcid_cb(pmap_t pmap __unused, vm_offset_t sva __unused,
3261     vm_offset_t eva __unused)
3262 {
3263 }
3264
3265 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_invalidate_range_cb, (pmap_t, vm_offset_t,
3266     vm_offset_t))
3267 {
3268         if (pmap_pcid_enabled)
3269                 return (invpcid_works ? pmap_invalidate_range_pcid_invpcid_cb :
3270                     pmap_invalidate_range_pcid_noinvpcid_cb);
3271         return (pmap_invalidate_range_nopcid_cb);
3272 }
3273
3274 static void
3275 pmap_invalidate_range_curcpu_cb(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3276 {
3277         vm_offset_t addr;
3278
3279         if (pmap == kernel_pmap) {
3280                 if (PCPU_GET(pcid_invlpg_workaround)) {
3281                         struct invpcid_descr d = { 0 };
3282
3283                         invpcid(&d, INVPCID_CTXGLOB);
3284                 } else {
3285                         for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
3286                                 invlpg(addr);
3287                 }
3288         } else if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
3289                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
3290                         invlpg(addr);
3291                 pmap_invalidate_range_cb(pmap, sva, eva);
3292         }
3293 }
3294
3295 void
3296 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3297 {
3298         if (eva - sva >= PMAP_INVLPG_THRESHOLD) {
3299                 pmap_invalidate_all(pmap);
3300                 return;
3301         }
3302
3303         if (pmap_type_guest(pmap)) {
3304                 pmap_invalidate_ept(pmap);
3305                 return;
3306         }
3307
3308         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
3309             ("pmap_invalidate_range: invalid type %d", pmap->pm_type));
3310
3311         pmap_invalidate_preipi(pmap);
3312         smp_masked_invlpg_range(sva, eva, pmap,
3313             pmap_invalidate_range_curcpu_cb);
3314 }
3315
3316 static inline void
3317 pmap_invalidate_all_pcid_cb(pmap_t pmap, bool invpcid_works1)
3318 {
3319         struct invpcid_descr d;
3320         uint64_t kcr3;
3321         uint32_t pcid;
3322
3323         if (pmap == kernel_pmap) {
3324                 if (invpcid_works1) {
3325                         bzero(&d, sizeof(d));
3326                         invpcid(&d, INVPCID_CTXGLOB);
3327                 } else {
3328                         invltlb_glob();
3329                 }
3330         } else if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
3331                 CRITICAL_ASSERT(curthread);
3332
3333                 pcid = pmap_get_pcid(pmap);
3334                 if (invpcid_works1) {
3335                         d.pcid = pcid;
3336                         d.pad = 0;
3337                         d.addr = 0;
3338                         invpcid(&d, INVPCID_CTX);
3339                 } else {
3340                         kcr3 = pmap->pm_cr3 | pcid;
3341                         load_cr3(kcr3);
3342                 }
3343                 if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3)
3344                         PCPU_SET(ucr3_load_mask, ~CR3_PCID_SAVE);
3345         }
3346 }
3347
3348 static void
3349 pmap_invalidate_all_pcid_invpcid_cb(pmap_t pmap)
3350 {
3351         pmap_invalidate_all_pcid_cb(pmap, true);
3352 }
3353
3354 static void
3355 pmap_invalidate_all_pcid_noinvpcid_cb(pmap_t pmap)
3356 {
3357         pmap_invalidate_all_pcid_cb(pmap, false);
3358 }
3359
3360 static void
3361 pmap_invalidate_all_nopcid_cb(pmap_t pmap)
3362 {
3363         if (pmap == kernel_pmap)
3364                 invltlb_glob();
3365         else if (pmap == PCPU_GET(curpmap))
3366                 invltlb();
3367 }
3368
3369 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_invalidate_all_cb, (pmap_t))
3370 {
3371         if (pmap_pcid_enabled)
3372                 return (invpcid_works ? pmap_invalidate_all_pcid_invpcid_cb :
3373                     pmap_invalidate_all_pcid_noinvpcid_cb);
3374         return (pmap_invalidate_all_nopcid_cb);
3375 }
3376
3377 static void
3378 pmap_invalidate_all_curcpu_cb(pmap_t pmap, vm_offset_t addr1 __unused,
3379     vm_offset_t addr2 __unused)
3380 {
3381         pmap_invalidate_all_cb(pmap);
3382 }
3383
3384 void
3385 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
3386 {
3387         if (pmap_type_guest(pmap)) {
3388                 pmap_invalidate_ept(pmap);
3389                 return;
3390         }
3391
3392         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
3393             ("pmap_invalidate_all: invalid type %d", pmap->pm_type));
3394
3395         pmap_invalidate_preipi(pmap);
3396         smp_masked_invltlb(pmap, pmap_invalidate_all_curcpu_cb);
3397 }
3398
3399 static void
3400 pmap_invalidate_cache_curcpu_cb(pmap_t pmap __unused, vm_offset_t va __unused,
3401     vm_offset_t addr2 __unused)
3402 {
3403         wbinvd();
3404 }
3405
3406 void
3407 pmap_invalidate_cache(void)
3408 {
3409         sched_pin();
3410         smp_cache_flush(pmap_invalidate_cache_curcpu_cb);
3411 }
3412
3413 struct pde_action {
3414         cpuset_t invalidate;    /* processors that invalidate their TLB */
3415         pmap_t pmap;
3416         vm_offset_t va;
3417         pd_entry_t *pde;
3418         pd_entry_t newpde;
3419         u_int store;            /* processor that updates the PDE */
3420 };
3421
3422 static void
3423 pmap_update_pde_action(void *arg)
3424 {
3425         struct pde_action *act = arg;
3426
3427         if (act->store == PCPU_GET(cpuid))
3428                 pmap_update_pde_store(act->pmap, act->pde, act->newpde);
3429 }
3430
3431 static void
3432 pmap_update_pde_teardown(void *arg)
3433 {
3434         struct pde_action *act = arg;
3435
3436         if (CPU_ISSET(PCPU_GET(cpuid), &act->invalidate))
3437                 pmap_update_pde_invalidate(act->pmap, act->va, act->newpde);
3438 }
3439
3440 /*
3441  * Change the page size for the specified virtual address in a way that
3442  * prevents any possibility of the TLB ever having two entries that map the
3443  * same virtual address using different page sizes.  This is the recommended
3444  * workaround for Erratum 383 on AMD Family 10h processors.  It prevents a
3445  * machine check exception for a TLB state that is improperly diagnosed as a
3446  * hardware error.
3447  */
3448 static void
3449 pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
3450 {
3451         struct pde_action act;
3452         cpuset_t active, other_cpus;
3453         u_int cpuid;
3454
3455         sched_pin();
3456         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
3457         other_cpus = all_cpus;
3458         CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
3459         if (pmap == kernel_pmap || pmap_type_guest(pmap)) 
3460                 active = all_cpus;
3461         else {
3462                 active = pmap->pm_active;
3463         }
3464         if (CPU_OVERLAP(&active, &other_cpus)) { 
3465                 act.store = cpuid;
3466                 act.invalidate = active;
3467                 act.va = va;
3468                 act.pmap = pmap;
3469                 act.pde = pde;
3470                 act.newpde = newpde;
3471                 CPU_SET(cpuid, &active);
3472                 smp_rendezvous_cpus(active,
3473                     smp_no_rendezvous_barrier, pmap_update_pde_action,
3474                     pmap_update_pde_teardown, &act);
3475         } else {
3476                 pmap_update_pde_store(pmap, pde, newpde);
3477                 if (CPU_ISSET(cpuid, &active))
3478                         pmap_update_pde_invalidate(pmap, va, newpde);
3479         }
3480         sched_unpin();
3481 }
3482 #else /* !SMP */
3483 /*
3484  * Normal, non-SMP, invalidation functions.
3485  */
3486 void
3487 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3488 {
3489         struct invpcid_descr d;
3490         struct pmap_pcid *pcidp;
3491         uint64_t kcr3, ucr3;
3492         uint32_t pcid;
3493
3494         if (pmap->pm_type == PT_RVI || pmap->pm_type == PT_EPT) {
3495                 pmap->pm_eptgen++;
3496                 return;
3497         }
3498         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
3499             ("pmap_invalidate_range: unknown type %d", pmap->pm_type));
3500
3501         if (pmap == kernel_pmap || pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
3502                 invlpg(va);
3503                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap) && pmap_pcid_enabled &&
3504                     pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
3505                         critical_enter();
3506                         pcid = pmap_get_pcid(pmap);
3507                         if (invpcid_works) {
3508                                 d.pcid = pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
3509                                 d.pad = 0;
3510                                 d.addr = va;
3511                                 invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
3512                         } else {
3513                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pcid | CR3_PCID_SAVE;
3514                                 ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pcid |
3515                                     PMAP_PCID_USER_PT | CR3_PCID_SAVE;
3516                                 pmap_pti_pcid_invlpg(ucr3, kcr3, va);
3517                         }
3518                         critical_exit();
3519                 }
3520         } else if (pmap_pcid_enabled) {
3521                 pcidp = zpcpu_get(pmap->pm_pcidp);
3522                 pcidp->pm_gen = 0;
3523         }
3524 }
3525
3526 void
3527 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3528 {
3529         struct invpcid_descr d;
3530         struct pmap_pcid *pcidp;
3531         vm_offset_t addr;
3532         uint64_t kcr3, ucr3;
3533         uint32_t pcid;
3534
3535         if (pmap->pm_type == PT_RVI || pmap->pm_type == PT_EPT) {
3536                 pmap->pm_eptgen++;
3537                 return;
3538         }
3539         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
3540             ("pmap_invalidate_range: unknown type %d", pmap->pm_type));
3541
3542         if (pmap == kernel_pmap || pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
3543                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
3544                         invlpg(addr);
3545                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap) && pmap_pcid_enabled &&
3546                     pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
3547                         critical_enter();
3548                         pcid = pmap_get_pcid(pmap);
3549                         if (invpcid_works) {
3550                                 d.pcid = pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
3551                                 d.pad = 0;
3552                                 d.addr = sva;
3553                                 for (; d.addr < eva; d.addr += PAGE_SIZE)
3554                                         invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
3555                         } else {
3556                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pcid | CR3_PCID_SAVE;
3557                                 ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pcid |
3558                                     PMAP_PCID_USER_PT | CR3_PCID_SAVE;
3559                                 pmap_pti_pcid_invlrng(ucr3, kcr3, sva, eva);
3560                         }
3561                         critical_exit();
3562                 }
3563         } else if (pmap_pcid_enabled) {
3564                 pcidp = zpcpu_get(pmap->pm_pcidp);
3565                 pcidp->pm_gen = 0;
3566         }
3567 }
3568
3569 void
3570 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
3571 {
3572         struct invpcid_descr d;
3573         struct pmap_pcid *pcidp;
3574         uint64_t kcr3, ucr3;
3575         uint32_t pcid;
3576
3577         if (pmap->pm_type == PT_RVI || pmap->pm_type == PT_EPT) {
3578                 pmap->pm_eptgen++;
3579                 return;
3580         }
3581         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
3582             ("pmap_invalidate_all: unknown type %d", pmap->pm_type));
3583
3584         if (pmap == kernel_pmap) {
3585                 if (pmap_pcid_enabled && invpcid_works) {
3586                         bzero(&d, sizeof(d));
3587                         invpcid(&d, INVPCID_CTXGLOB);
3588                 } else {
3589                         invltlb_glob();
3590                 }
3591         } else if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
3592                 if (pmap_pcid_enabled) {
3593                         critical_enter();
3594                         pcid = pmap_get_pcid(pmap);
3595                         if (invpcid_works) {
3596                                 d.pcid = pcid;
3597                                 d.pad = 0;
3598                                 d.addr = 0;
3599                                 invpcid(&d, INVPCID_CTX);
3600                                 if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
3601                                         d.pcid |= PMAP_PCID_USER_PT;
3602                                         invpcid(&d, INVPCID_CTX);
3603                                 }
3604                         } else {
3605                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pcid;
3606                                 if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
3607                                         ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pcid |
3608                                             PMAP_PCID_USER_PT;
3609                                         pmap_pti_pcid_invalidate(ucr3, kcr3);
3610                                 } else
3611                                         load_cr3(kcr3);
3612                         }
3613                         critical_exit();
3614                 } else {
3615                         invltlb();
3616                 }
3617         } else if (pmap_pcid_enabled) {
3618                 pcidp = zpcpu_get(pmap->pm_pcidp);
3619                 pcidp->pm_gen = 0;
3620         }
3621 }
3622
3623 PMAP_INLINE void
3624 pmap_invalidate_cache(void)
3625 {
3626
3627         wbinvd();
3628 }
3629
3630 static void
3631 pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
3632 {
3633         struct pmap_pcid *pcidp;
3634
3635         pmap_update_pde_store(pmap, pde, newpde);
3636         if (pmap == kernel_pmap || pmap == PCPU_GET(curpmap))
3637                 pmap_update_pde_invalidate(pmap, va, newpde);
3638         else {
3639                 pcidp = zpcpu_get(pmap->pm_pcidp);
3640                 pcidp->pm_gen = 0;
3641         }
3642 }
3643 #endif /* !SMP */
3644
3645 static void
3646 pmap_invalidate_pde_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde)
3647 {
3648
3649         /*
3650          * When the PDE has PG_PROMOTED set, the 2MB page mapping was created
3651          * by a promotion that did not invalidate the 512 4KB page mappings
3652          * that might exist in the TLB.  Consequently, at this point, the TLB
3653          * may hold both 4KB and 2MB page mappings for the address range [va,
3654          * va + NBPDR).  Therefore, the entire range must be invalidated here.
3655          * In contrast, when PG_PROMOTED is clear, the TLB will not hold any
3656          * 4KB page mappings for the address range [va, va + NBPDR), and so a
3657          * single INVLPG suffices to invalidate the 2MB page mapping from the
3658          * TLB.
3659          */
3660         if ((pde & PG_PROMOTED) != 0)
3661                 pmap_invalidate_range(pmap, va, va + NBPDR - 1);
3662         else
3663                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
3664 }
3665
3666 DEFINE_IFUNC(, void, pmap_invalidate_cache_range,
3667     (vm_offset_t sva, vm_offset_t eva))
3668 {
3669
3670         if ((cpu_feature & CPUID_SS) != 0)
3671                 return (pmap_invalidate_cache_range_selfsnoop);
3672         if ((cpu_feature & CPUID_CLFSH) != 0)
3673                 return (pmap_force_invalidate_cache_range);
3674         return (pmap_invalidate_cache_range_all);
3675 }
3676
3677 #define PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD   (2 * 1024 * 1024)
3678
3679 static void
3680 pmap_invalidate_cache_range_check_align(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3681 {
3682
3683         KASSERT((sva & PAGE_MASK) == 0,
3684             ("pmap_invalidate_cache_range: sva not page-aligned"));
3685         KASSERT((eva & PAGE_MASK) == 0,
3686             ("pmap_invalidate_cache_range: eva not page-aligned"));
3687 }
3688
3689 static void
3690 pmap_invalidate_cache_range_selfsnoop(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3691 {
3692
3693         pmap_invalidate_cache_range_check_align(sva, eva);
3694 }
3695
3696 void
3697 pmap_force_invalidate_cache_range(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3698 {
3699
3700         sva &= ~(vm_offset_t)(cpu_clflush_line_size - 1);
3701
3702         /*
3703          * XXX: Some CPUs fault, hang, or trash the local APIC
3704          * registers if we use CLFLUSH on the local APIC range.  The
3705          * local APIC is always uncached, so we don't need to flush
3706          * for that range anyway.
3707          */
3708         if (pmap_kextract(sva) == lapic_paddr)
3709                 return;
3710
3711         if ((cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT) != 0) {
3712                 /*
3713                  * Do per-cache line flush.  Use a locked
3714                  * instruction to insure that previous stores are
3715                  * included in the write-back.  The processor
3716                  * propagates flush to other processors in the cache
3717                  * coherence domain.
3718                  */
3719                 atomic_thread_fence_seq_cst();
3720                 for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size)
3721                         clflushopt(sva);
3722                 atomic_thread_fence_seq_cst();
3723         } else {
3724                 /*
3725                  * Writes are ordered by CLFLUSH on Intel CPUs.
3726                  */
3727                 if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
3728                         mfence();
3729                 for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size)
3730                         clflush(sva);
3731                 if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
3732                         mfence();
3733         }
3734 }
3735
3736 static void
3737 pmap_invalidate_cache_range_all(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3738 {
3739
3740         pmap_invalidate_cache_range_check_align(sva, eva);
3741         pmap_invalidate_cache();
3742 }
3743
3744 /*
3745  * Remove the specified set of pages from the data and instruction caches.
3746  *
3747  * In contrast to pmap_invalidate_cache_range(), this function does not
3748  * rely on the CPU's self-snoop feature, because it is intended for use
3749  * when moving pages into a different cache domain.
3750  */
3751 void
3752 pmap_invalidate_cache_pages(vm_page_t *pages, int count)
3753 {
3754         vm_offset_t daddr, eva;
3755         int i;
3756         bool useclflushopt;
3757
3758         useclflushopt = (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT) != 0;
3759         if (count >= PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD / PAGE_SIZE ||
3760             ((cpu_feature & CPUID_CLFSH) == 0 && !useclflushopt))
3761                 pmap_invalidate_cache();
3762         else {
3763                 if (useclflushopt)
3764                         atomic_thread_fence_seq_cst();
3765                 else if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
3766                         mfence();
3767                 for (i = 0; i < count; i++) {
3768                         daddr = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pages[i]));
3769                         eva = daddr + PAGE_SIZE;
3770                         for (; daddr < eva; daddr += cpu_clflush_line_size) {
3771                                 if (useclflushopt)
3772                                         clflushopt(daddr);
3773                                 else
3774                                         clflush(daddr);
3775                         }
3776                 }
3777                 if (useclflushopt)
3778                         atomic_thread_fence_seq_cst();
3779                 else if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
3780                         mfence();
3781         }
3782 }
3783
3784 void
3785 pmap_flush_cache_range(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3786 {
3787
3788         pmap_invalidate_cache_range_check_align(sva, eva);
3789
3790         if ((cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLWB) == 0) {
3791                 pmap_force_invalidate_cache_range(sva, eva);
3792                 return;
3793         }
3794
3795         /* See comment in pmap_force_invalidate_cache_range(). */
3796         if (pmap_kextract(sva) == lapic_paddr)
3797                 return;
3798
3799         atomic_thread_fence_seq_cst();
3800         for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size)
3801                 clwb(sva);
3802         atomic_thread_fence_seq_cst();
3803 }
3804
3805 void
3806 pmap_flush_cache_phys_range(vm_paddr_t spa, vm_paddr_t epa, vm_memattr_t mattr)
3807 {
3808         pt_entry_t *pte;
3809         vm_offset_t vaddr;
3810         int error __diagused;
3811         int pte_bits;
3812
3813         KASSERT((spa & PAGE_MASK) == 0,
3814             ("pmap_flush_cache_phys_range: spa not page-aligned"));
3815         KASSERT((epa & PAGE_MASK) == 0,
3816             ("pmap_flush_cache_phys_range: epa not page-aligned"));
3817
3818         if (spa < dmaplimit) {
3819                 pmap_flush_cache_range(PHYS_TO_DMAP(spa), PHYS_TO_DMAP(MIN(
3820                     dmaplimit, epa)));
3821                 if (dmaplimit >= epa)
3822                         return;
3823                 spa = dmaplimit;
3824         }
3825
3826         pte_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mattr, 0) | X86_PG_RW |
3827             X86_PG_V;
3828         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE, M_BESTFIT | M_WAITOK,
3829             &vaddr);
3830         KASSERT(error == 0, ("vmem_alloc failed: %d", error));
3831         pte = vtopte(vaddr);
3832         for (; spa < epa; spa += PAGE_SIZE) {
3833                 sched_pin();
3834                 pte_store(pte, spa | pte_bits);
3835                 pmap_invlpg(kernel_pmap, vaddr);
3836                 /* XXXKIB atomic inside flush_cache_range are excessive */
3837                 pmap_flush_cache_range(vaddr, vaddr + PAGE_SIZE);
3838                 sched_unpin();
3839         }
3840         vmem_free(kernel_arena, vaddr, PAGE_SIZE);
3841 }
3842
3843 /*
3844  *      Routine:        pmap_extract
3845  *      Function:
3846  *              Extract the physical page address associated
3847  *              with the given map/virtual_address pair.
3848  */
3849 vm_paddr_t 
3850 pmap_extract(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3851 {
3852         pdp_entry_t *pdpe;
3853         pd_entry_t *pde;
3854         pt_entry_t *pte, PG_V;
3855         vm_paddr_t pa;
3856
3857         pa = 0;
3858         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3859         PMAP_LOCK(pmap);
3860         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
3861         if (pdpe != NULL && (*pdpe & PG_V) != 0) {
3862                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0)
3863                         pa = (*pdpe & PG_PS_FRAME) | (va & PDPMASK);
3864                 else {
3865                         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
3866                         if ((*pde & PG_V) != 0) {
3867                                 if ((*pde & PG_PS) != 0) {
3868                                         pa = (*pde & PG_PS_FRAME) |
3869                                             (va & PDRMASK);
3870                                 } else {
3871                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
3872                                         pa = (*pte & PG_FRAME) |
3873                                             (va & PAGE_MASK);
3874                                 }
3875                         }
3876                 }
3877         }
3878         PMAP_UNLOCK(pmap);
3879         return (pa);
3880 }
3881
3882 /*
3883  *      Routine:        pmap_extract_and_hold
3884  *      Function:
3885  *              Atomically extract and hold the physical page
3886  *              with the given pmap and virtual address pair
3887  *              if that mapping permits the given protection.
3888  */
3889 vm_page_t
3890 pmap_extract_and_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_prot_t prot)
3891 {
3892         pdp_entry_t pdpe, *pdpep;
3893         pd_entry_t pde, *pdep;
3894         pt_entry_t pte, PG_RW, PG_V;
3895         vm_page_t m;
3896
3897         m = NULL;
3898         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
3899         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3900         PMAP_LOCK(pmap);
3901
3902         pdpep = pmap_pdpe(pmap, va);
3903         if (pdpep == NULL || ((pdpe = *pdpep) & PG_V) == 0)
3904                 goto out;
3905         if ((pdpe & PG_PS) != 0) {
3906                 if ((pdpe & PG_RW) == 0 && (prot & VM_PROT_WRITE) != 0)
3907                         goto out;
3908                 m = PHYS_TO_VM_PAGE((pdpe & PG_PS_FRAME) | (va & PDPMASK));
3909                 goto check_page;
3910         }
3911
3912         pdep = pmap_pdpe_to_pde(pdpep, va);
3913         if (pdep == NULL || ((pde = *pdep) & PG_V) == 0)
3914                 goto out;
3915         if ((pde & PG_PS) != 0) {
3916                 if ((pde & PG_RW) == 0 && (prot & VM_PROT_WRITE) != 0)
3917                         goto out;
3918                 m = PHYS_TO_VM_PAGE((pde & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK));
3919                 goto check_page;
3920         }
3921
3922         pte = *pmap_pde_to_pte(pdep, va);
3923         if ((pte & PG_V) == 0 ||
3924             ((pte & PG_RW) == 0 && (prot & VM_PROT_WRITE) != 0))
3925                 goto out;
3926         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pte & PG_FRAME);
3927
3928 check_page:
3929         if (m != NULL && !vm_page_wire_mapped(m))
3930                 m = NULL;
3931 out:
3932         PMAP_UNLOCK(pmap);
3933         return (m);
3934 }
3935
3936 vm_paddr_t
3937 pmap_kextract(vm_offset_t va)
3938 {
3939         pd_entry_t pde;
3940         vm_paddr_t pa;
3941
3942         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS) {
3943                 pa = DMAP_TO_PHYS(va);
3944         } else if (PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(va)) {
3945                 pa = pmap_large_map_kextract(va);
3946         } else {
3947                 pde = *vtopde(va);
3948                 if (pde & PG_PS) {
3949                         pa = (pde & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK);
3950                 } else {
3951                         /*
3952                          * Beware of a concurrent promotion that changes the
3953                          * PDE at this point!  For example, vtopte() must not
3954                          * be used to access the PTE because it would use the
3955                          * new PDE.  It is, however, safe to use the old PDE
3956                          * because the page table page is preserved by the
3957                          * promotion.
3958                          */
3959                         pa = *pmap_pde_to_pte(&pde, va);
3960                         pa = (pa & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK);
3961                 }
3962         }
3963         return (pa);
3964 }
3965
3966 /***************************************************
3967  * Low level mapping routines.....
3968  ***************************************************/
3969
3970 /*
3971  * Add a wired page to the kva.
3972  * Note: not SMP coherent.
3973  */
3974 PMAP_INLINE void 
3975 pmap_kenter(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
3976 {
3977         pt_entry_t *pte;
3978
3979         pte = vtopte(va);
3980         pte_store(pte, pa | pg_g | pg_nx | X86_PG_A | X86_PG_M |
3981             X86_PG_RW | X86_PG_V);
3982 }
3983
3984 static __inline void
3985 pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode)
3986 {
3987         pt_entry_t *pte;
3988         int cache_bits;
3989
3990         pte = vtopte(va);
3991         cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, 0);
3992         pte_store(pte, pa | pg_g | pg_nx | X86_PG_A | X86_PG_M |
3993             X86_PG_RW | X86_PG_V | cache_bits);
3994 }
3995
3996 /*
3997  * Remove a page from the kernel pagetables.
3998  * Note: not SMP coherent.
3999  */
4000 PMAP_INLINE void
4001 pmap_kremove(vm_offset_t va)
4002 {
4003         pt_entry_t *pte;
4004
4005         pte = vtopte(va);
4006         pte_clear(pte);
4007 }
4008
4009 /*
4010  *      Used to map a range of physical addresses into kernel
4011  *      virtual address space.
4012  *
4013  *      The value passed in '*virt' is a suggested virtual address for
4014  *      the mapping. Architectures which can support a direct-mapped
4015  *      physical to virtual region can return the appropriate address
4016  *      within that region, leaving '*virt' unchanged. Other
4017  *      architectures should map the pages starting at '*virt' and
4018  *      update '*virt' with the first usable address after the mapped
4019  *      region.
4020  */
4021 vm_offset_t
4022 pmap_map(vm_offset_t *virt, vm_paddr_t start, vm_paddr_t end, int prot)
4023 {
4024         return PHYS_TO_DMAP(start);
4025 }
4026
4027 /*
4028  * Add a list of wired pages to the kva
4029  * this routine is only used for temporary
4030  * kernel mappings that do not need to have
4031  * page modification or references recorded.
4032  * Note that old mappings are simply written
4033  * over.  The page *must* be wired.
4034  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
4035  */
4036 void
4037 pmap_qenter(vm_offset_t sva, vm_page_t *ma, int count)
4038 {
4039         pt_entry_t *endpte, oldpte, pa, *pte;
4040         vm_page_t m;
4041         int cache_bits;
4042
4043         oldpte = 0;
4044         pte = vtopte(sva);
4045         endpte = pte + count;
4046         while (pte < endpte) {
4047                 m = *ma++;
4048                 cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap, m->md.pat_mode, 0);
4049                 pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | cache_bits;
4050                 if ((*pte & (PG_FRAME | X86_PG_PTE_CACHE)) != pa) {
4051                         oldpte |= *pte;
4052                         pte_store(pte, pa | pg_g | pg_nx | X86_PG_A |
4053                             X86_PG_M | X86_PG_RW | X86_PG_V);
4054                 }
4055                 pte++;
4056         }
4057         if (__predict_false((oldpte & X86_PG_V) != 0))
4058                 pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, sva + count *
4059                     PAGE_SIZE);
4060 }
4061
4062 /*
4063  * This routine tears out page mappings from the
4064  * kernel -- it is meant only for temporary mappings.
4065  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
4066  */
4067 void
4068 pmap_qremove(vm_offset_t sva, int count)
4069 {
4070         vm_offset_t va;
4071
4072         va = sva;
4073         while (count-- > 0) {
4074                 KASSERT(va >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS, ("usermode va %lx", va));
4075                 pmap_kremove(va);
4076                 va += PAGE_SIZE;
4077         }
4078         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
4079 }
4080
4081 /***************************************************
4082  * Page table page management routines.....
4083  ***************************************************/
4084 /*
4085  * Schedule the specified unused page table page to be freed.  Specifically,
4086  * add the page to the specified list of pages that will be released to the
4087  * physical memory manager after the TLB has been updated.
4088  */
4089 static __inline void
4090 pmap_add_delayed_free_list(vm_page_t m, struct spglist *free,
4091     boolean_t set_PG_ZERO)
4092 {
4093
4094         if (set_PG_ZERO)
4095                 m->flags |= PG_ZERO;
4096         else
4097                 m->flags &= ~PG_ZERO;
4098         SLIST_INSERT_HEAD(free, m, plinks.s.ss);
4099 }
4100
4101 /*
4102  * Inserts the specified page table page into the specified pmap's collection
4103  * of idle page table pages.  Each of a pmap's page table pages is responsible
4104  * for mapping a distinct range of virtual addresses.  The pmap's collection is
4105  * ordered by this virtual address range.
4106  *
4107  * If "promoted" is false, then the page table page "mpte" must be zero filled;
4108  * "mpte"'s valid field will be set to 0.
4109  *
4110  * If "promoted" is true and "allpte_PG_A_set" is false, then "mpte" must
4111  * contain valid mappings with identical attributes except for PG_A; "mpte"'s
4112  * valid field will be set to 1.
4113  *
4114  * If "promoted" and "allpte_PG_A_set" are both true, then "mpte" must contain
4115  * valid mappings with identical attributes including PG_A; "mpte"'s valid
4116  * field will be set to VM_PAGE_BITS_ALL.
4117  */
4118 static __inline int
4119 pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte, bool promoted,
4120     bool allpte_PG_A_set)
4121 {
4122
4123         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4124         KASSERT(promoted || !allpte_PG_A_set,
4125             ("a zero-filled PTP can't have PG_A set in every PTE"));
4126         mpte->valid = promoted ? (allpte_PG_A_set ? VM_PAGE_BITS_ALL : 1) : 0;
4127         return (vm_radix_insert(&pmap->pm_root, mpte));
4128 }
4129
4130 /*
4131  * Removes the page table page mapping the specified virtual address from the
4132  * specified pmap's collection of idle page table pages, and returns it.
4133  * Otherwise, returns NULL if there is no page table page corresponding to the
4134  * specified virtual address.
4135  */
4136 static __inline vm_page_t
4137 pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
4138 {
4139
4140         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4141         return (vm_radix_remove(&pmap->pm_root, pmap_pde_pindex(va)));
4142 }
4143
4144 /*
4145  * Decrements a page table page's reference count, which is used to record the
4146  * number of valid page table entries within the page.  If the reference count
4147  * drops to zero, then the page table page is unmapped.  Returns TRUE if the
4148  * page table page was unmapped and FALSE otherwise.
4149  */
4150 static inline boolean_t
4151 pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
4152 {
4153
4154         --m->ref_count;
4155         if (m->ref_count == 0) {
4156                 _pmap_unwire_ptp(pmap, va, m, free);
4157                 return (TRUE);
4158         } else
4159                 return (FALSE);
4160 }
4161
4162 static void
4163 _pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
4164 {
4165         pml5_entry_t *pml5;
4166         pml4_entry_t *pml4;
4167         pdp_entry_t *pdp;
4168         pd_entry_t *pd;
4169         vm_page_t pdpg, pdppg, pml4pg;
4170
4171         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4172
4173         /*
4174          * unmap the page table page
4175          */
4176         if (m->pindex >= NUPDE + NUPDPE + NUPML4E) {
4177                 /* PML4 page */
4178                 MPASS(pmap_is_la57(pmap));
4179                 pml5 = pmap_pml5e(pmap, va);
4180                 *pml5 = 0;
4181                 if (pmap->pm_pmltopu != NULL && va <= VM_MAXUSER_ADDRESS) {
4182                         pml5 = pmap_pml5e_u(pmap, va);
4183                         *pml5 = 0;
4184                 }
4185         } else if (m->pindex >= NUPDE + NUPDPE) {
4186                 /* PDP page */
4187                 pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
4188                 *pml4 = 0;
4189                 if (!pmap_is_la57(pmap) && pmap->pm_pmltopu != NULL &&
4190                     va <= VM_MAXUSER_ADDRESS) {
4191                         pml4 = pmap_pml4e_u(pmap, va);
4192                         *pml4 = 0;
4193                 }
4194         } else if (m->pindex >= NUPDE) {
4195                 /* PD page */
4196                 pdp = pmap_pdpe(pmap, va);
4197                 *pdp = 0;
4198         } else {
4199                 /* PTE page */
4200                 pd = pmap_pde(pmap, va);
4201                 *pd = 0;
4202         }
4203         if (m->pindex < NUPDE) {
4204                 /* We just released a PT, unhold the matching PD */
4205                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pdpe(pmap, va) & PG_FRAME);
4206                 pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdpg, free);
4207         } else if (m->pindex < NUPDE + NUPDPE) {
4208                 /* We just released a PD, unhold the matching PDP */
4209                 pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pml4e(pmap, va) & PG_FRAME);
4210                 pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdppg, free);
4211         } else if (m->pindex < NUPDE + NUPDPE + NUPML4E && pmap_is_la57(pmap)) {
4212                 /* We just released a PDP, unhold the matching PML4 */
4213                 pml4pg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pml5e(pmap, va) & PG_FRAME);
4214                 pmap_unwire_ptp(pmap, va, pml4pg, free);
4215         }
4216
4217         pmap_pt_page_count_adj(pmap, -1);
4218
4219         /* 
4220          * Put page on a list so that it is released after
4221          * *ALL* TLB shootdown is done
4222          */
4223         pmap_add_delayed_free_list(m, free, TRUE);
4224 }
4225
4226 /*
4227  * After removing a page table entry, this routine is used to
4228  * conditionally free the page, and manage the reference count.
4229  */
4230 static int
4231 pmap_unuse_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t ptepde,
4232     struct spglist *free)
4233 {
4234         vm_page_t mpte;
4235
4236         if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
4237                 return (0);
4238         KASSERT(ptepde != 0, ("pmap_unuse_pt: ptepde != 0"));
4239         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(ptepde & PG_FRAME);
4240         return (pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpte, free));
4241 }
4242
4243 /*
4244  * Release a page table page reference after a failed attempt to create a
4245  * mapping.
4246  */
4247 static void
4248 pmap_abort_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t mpte)
4249 {
4250         struct spglist free;
4251
4252         SLIST_INIT(&free);
4253         if (pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpte, &free)) {
4254                 /*
4255                  * Although "va" was never mapped, paging-structure caches
4256                  * could nonetheless have entries that refer to the freed
4257                  * page table pages.  Invalidate those entries.
4258                  */
4259                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
4260                 vm_page_free_pages_toq(&free, true);
4261         }
4262 }
4263
4264 static void
4265 pmap_pinit_pcids(pmap_t pmap, uint32_t pcid, int gen)
4266 {
4267         struct pmap_pcid *pcidp;
4268         int i;
4269
4270         CPU_FOREACH(i) {
4271                 pcidp = zpcpu_get_cpu(pmap->pm_pcidp, i);
4272                 pcidp->pm_pcid = pcid;
4273                 pcidp->pm_gen = gen;
4274         }
4275 }
4276
4277 void
4278 pmap_pinit0(pmap_t pmap)
4279 {
4280         struct proc *p;
4281         struct thread *td;
4282
4283         PMAP_LOCK_INIT(pmap);
4284         pmap->pm_pmltop = kernel_pmap->pm_pmltop;
4285         pmap->pm_pmltopu = NULL;
4286         pmap->pm_cr3 = kernel_pmap->pm_cr3;
4287         /* hack to keep pmap_pti_pcid_invalidate() alive */
4288         pmap->pm_ucr3 = PMAP_NO_CR3;
4289         vm_radix_init(&pmap->pm_root);
4290         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
4291         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
4292         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
4293         pmap->pm_flags = pmap_flags;
4294         pmap->pm_pcidp = uma_zalloc_pcpu(pcpu_zone_8, M_WAITOK);
4295         pmap_pinit_pcids(pmap, PMAP_PCID_KERN + 1, 1);
4296         pmap_activate_boot(pmap);
4297         td = curthread;
4298         if (pti) {
4299                 p = td->td_proc;
4300                 PROC_LOCK(p);
4301                 p->p_md.md_flags |= P_MD_KPTI;
4302                 PROC_UNLOCK(p);
4303         }
4304         pmap_thread_init_invl_gen(td);
4305
4306         if ((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0) {
4307                 pmap_pkru_ranges_zone = uma_zcreate("pkru ranges",
4308                     sizeof(struct pmap_pkru_range), NULL, NULL, NULL, NULL,
4309                     UMA_ALIGN_PTR, 0);
4310         }
4311 }
4312
4313 void
4314 pmap_pinit_pml4(vm_page_t pml4pg)
4315 {
4316         pml4_entry_t *pm_pml4;
4317         int i;
4318
4319         pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg));
4320
4321         /* Wire in kernel global address entries. */
4322         for (i = 0; i < NKPML4E; i++) {
4323                 pm_pml4[KPML4BASE + i] = (KPDPphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW |
4324                     X86_PG_V;
4325         }
4326 #ifdef KASAN
4327         for (i = 0; i < NKASANPML4E; i++) {
4328                 pm_pml4[KASANPML4I + i] = (KASANPDPphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW |
4329                     X86_PG_V | pg_nx;
4330         }
4331 #endif
4332 #ifdef KMSAN
4333         for (i = 0; i < NKMSANSHADPML4E; i++) {
4334                 pm_pml4[KMSANSHADPML4I + i] = (KMSANSHADPDPphys + ptoa(i)) |
4335                     X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
4336         }
4337         for (i = 0; i < NKMSANORIGPML4E; i++) {
4338                 pm_pml4[KMSANORIGPML4I + i] = (KMSANORIGPDPphys + ptoa(i)) |
4339                     X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
4340         }
4341 #endif
4342         for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++) {
4343                 pm_pml4[DMPML4I + i] = (DMPDPphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW |
4344                     X86_PG_V;
4345         }
4346
4347         /* install self-referential address mapping entry(s) */
4348         pm_pml4[PML4PML4I] = VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg) | X86_PG_V | X86_PG_RW |
4349             X86_PG_A | X86_PG_M;
4350
4351         /* install large map entries if configured */
4352         for (i = 0; i < lm_ents; i++)
4353                 pm_pml4[LMSPML4I + i] = kernel_pmap->pm_pmltop[LMSPML4I + i];
4354 }
4355
4356 void
4357 pmap_pinit_pml5(vm_page_t pml5pg)
4358 {
4359         pml5_entry_t *pm_pml5;
4360
4361         pm_pml5 = (pml5_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml5pg));
4362
4363         /*
4364          * Add pml5 entry at top of KVA pointing to existing pml4 table,
4365          * entering all existing kernel mappings into level 5 table.
4366          */
4367         pm_pml5[pmap_pml5e_index(UPT_MAX_ADDRESS)] = KPML4phys | X86_PG_V |
4368             X86_PG_RW | X86_PG_A | X86_PG_M | pg_g |
4369             pmap_cache_bits(kernel_pmap, VM_MEMATTR_DEFAULT, FALSE);
4370
4371         /* 
4372          * Install self-referential address mapping entry.
4373          */
4374         pm_pml5[PML5PML5I] = VM_PAGE_TO_PHYS(pml5pg) |
4375             X86_PG_RW | X86_PG_V | X86_PG_M | X86_PG_A |
4376             pmap_cache_bits(kernel_pmap, VM_MEMATTR_DEFAULT, FALSE);
4377 }
4378
4379 static void
4380 pmap_pinit_pml4_pti(vm_page_t pml4pgu)
4381 {
4382         pml4_entry_t *pm_pml4u;
4383         int i;
4384
4385         pm_pml4u = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pgu));
4386         for (i = 0; i < NPML4EPG; i++)
4387                 pm_pml4u[i] = pti_pml4[i];
4388 }
4389
4390 static void
4391 pmap_pinit_pml5_pti(vm_page_t pml5pgu)
4392 {
4393         pml5_entry_t *pm_pml5u;
4394
4395         pm_pml5u = (pml5_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml5pgu));
4396         pagezero(pm_pml5u);
4397
4398         /*
4399          * Add pml5 entry at top of KVA pointing to existing pml4 pti
4400          * table, entering all kernel mappings needed for usermode
4401          * into level 5 table.
4402          */
4403         pm_pml5u[pmap_pml5e_index(UPT_MAX_ADDRESS)] =
4404             pmap_kextract((vm_offset_t)pti_pml4) |
4405             X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A | X86_PG_M | pg_g |
4406             pmap_cache_bits(kernel_pmap, VM_MEMATTR_DEFAULT, FALSE);
4407 }
4408
4409 /* Allocate a page table page and do related bookkeeping */
4410 static vm_page_t
4411 pmap_alloc_pt_page(pmap_t pmap, vm_pindex_t pindex, int flags)
4412 {
4413         vm_page_t m;
4414
4415         m = vm_page_alloc_noobj(flags);
4416         if (__predict_false(m == NULL))
4417                 return (NULL);
4418         m->pindex = pindex;
4419         pmap_pt_page_count_adj(pmap, 1);
4420         return (m);
4421 }
4422
4423 static void
4424 pmap_free_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t m, bool zerofilled)
4425 {
4426         /*
4427          * This function assumes the page will need to be unwired,
4428          * even though the counterpart allocation in pmap_alloc_pt_page()
4429          * doesn't enforce VM_ALLOC_WIRED.  However, all current uses
4430          * of pmap_free_pt_page() require unwiring.  The case in which
4431          * a PT page doesn't require unwiring because its ref_count has
4432          * naturally reached 0 is handled through _pmap_unwire_ptp().
4433          */
4434         vm_page_unwire_noq(m);
4435         if (zerofilled)
4436                 vm_page_free_zero(m);
4437         else
4438                 vm_page_free(m);
4439
4440         pmap_pt_page_count_adj(pmap, -1);
4441 }
4442
4443 _Static_assert(sizeof(struct pmap_pcid) == 8, "Fix pcpu zone for pm_pcidp");
4444
4445 /*
4446  * Initialize a preallocated and zeroed pmap structure,
4447  * such as one in a vmspace structure.
4448  */
4449 int
4450 pmap_pinit_type(pmap_t pmap, enum pmap_type pm_type, int flags)
4451 {
4452         vm_page_t pmltop_pg, pmltop_pgu;
4453         vm_paddr_t pmltop_phys;
4454
4455         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
4456
4457         /*
4458          * Allocate the page directory page.  Pass NULL instead of a
4459          * pointer to the pmap here to avoid calling
4460          * pmap_resident_count_adj() through pmap_pt_page_count_adj(),
4461          * since that requires pmap lock.  Instead do the accounting
4462          * manually.
4463          *
4464          * Note that final call to pmap_remove() optimization that
4465          * checks for zero resident_count is basically disabled by
4466          * accounting for top-level page.  But the optimization was
4467          * not effective since we started using non-managed mapping of
4468          * the shared page.
4469          */
4470         pmltop_pg = pmap_alloc_pt_page(NULL, 0, VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO |
4471             VM_ALLOC_WAITOK);
4472         pmap_pt_page_count_pinit(pmap, 1);
4473
4474         pmltop_phys = VM_PAGE_TO_PHYS(pmltop_pg);
4475         pmap->pm_pmltop = (pml5_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pmltop_phys);
4476
4477         if (pmap_pcid_enabled) {
4478                 if (pmap->pm_pcidp == NULL)
4479                         pmap->pm_pcidp = uma_zalloc_pcpu(pcpu_zone_8,
4480                             M_WAITOK);
4481                 pmap_pinit_pcids(pmap, PMAP_PCID_NONE, 0);
4482         }
4483         pmap->pm_cr3 = PMAP_NO_CR3;     /* initialize to an invalid value */
4484         pmap->pm_ucr3 = PMAP_NO_CR3;
4485         pmap->pm_pmltopu = NULL;
4486
4487         pmap->pm_type = pm_type;
4488
4489         /*
4490          * Do not install the host kernel mappings in the nested page
4491          * tables. These mappings are meaningless in the guest physical
4492          * address space.
4493          * Install minimal kernel mappings in PTI case.
4494          */
4495         switch (pm_type) {
4496         case PT_X86:
4497                 pmap->pm_cr3 = pmltop_phys;
4498                 if (pmap_is_la57(pmap))
4499                         pmap_pinit_pml5(pmltop_pg);
4500                 else
4501                         pmap_pinit_pml4(pmltop_pg);
4502                 if ((curproc->p_md.md_flags & P_MD_KPTI) != 0) {
4503                         /*
4504                          * As with pmltop_pg, pass NULL instead of a
4505                          * pointer to the pmap to ensure that the PTI
4506                          * page counted explicitly.
4507                          */
4508                         pmltop_pgu = pmap_alloc_pt_page(NULL, 0,
4509                             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_WAITOK);
4510                         pmap_pt_page_count_pinit(pmap, 1);
4511                         pmap->pm_pmltopu = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(
4512                             VM_PAGE_TO_PHYS(pmltop_pgu));
4513                         if (pmap_is_la57(pmap))
4514                                 pmap_pinit_pml5_pti(pmltop_pgu);
4515                         else
4516                                 pmap_pinit_pml4_pti(pmltop_pgu);
4517                         pmap->pm_ucr3 = VM_PAGE_TO_PHYS(pmltop_pgu);
4518                 }
4519                 if ((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0) {
4520                         rangeset_init(&pmap->pm_pkru, pkru_dup_range,
4521                             pkru_free_range, pmap, M_NOWAIT);
4522                 }
4523                 break;
4524         case PT_EPT:
4525         case PT_RVI:
4526                 pmap->pm_eptsmr = smr_create("pmap", 0, 0);
4527                 break;
4528         }
4529
4530         vm_radix_init(&pmap->pm_root);
4531         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
4532         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
4533         pmap->pm_flags = flags;
4534         pmap->pm_eptgen = 0;
4535
4536         return (1);
4537 }
4538
4539 int
4540 pmap_pinit(pmap_t pmap)
4541 {
4542
4543         return (pmap_pinit_type(pmap, PT_X86, pmap_flags));
4544 }
4545
4546 static void
4547 pmap_allocpte_free_unref(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pt_entry_t *pte)
4548 {
4549         vm_page_t mpg;
4550         struct spglist free;
4551
4552         mpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pte & PG_FRAME);
4553         if (mpg->ref_count != 0)
4554                 return;
4555         SLIST_INIT(&free);
4556         _pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpg, &free);
4557         pmap_invalidate_page(pmap, va);
4558         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
4559 }
4560
4561 static pml4_entry_t *
4562 pmap_allocpte_getpml4(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp, vm_offset_t va,
4563     bool addref)
4564 {
4565         vm_pindex_t pml5index;
4566         pml5_entry_t *pml5;
4567         pml4_entry_t *pml4;
4568         vm_page_t pml4pg;
4569         pt_entry_t PG_V;
4570         bool allocated;
4571
4572         if (!pmap_is_la57(pmap))
4573                 return (&pmap->pm_pmltop[pmap_pml4e_index(va)]);
4574
4575         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4576         pml5index = pmap_pml5e_index(va);
4577         pml5 = &pmap->pm_pmltop[pml5index];
4578         if ((*pml5 & PG_V) == 0) {
4579                 if (pmap_allocpte_nosleep(pmap, pmap_pml5e_pindex(va), lockp,
4580                     va) == NULL)
4581                         return (NULL);
4582                 allocated = true;
4583         } else {
4584                 allocated = false;
4585         }
4586         pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml5 & PG_FRAME);
4587         pml4 = &pml4[pmap_pml4e_index(va)];
4588         if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
4589                 pml4pg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pml5 & PG_FRAME);
4590                 if (allocated && !addref)
4591                         pml4pg->ref_count--;
4592                 else if (!allocated && addref)
4593                         pml4pg->ref_count++;
4594         }
4595         return (pml4);
4596 }
4597
4598 static pdp_entry_t *
4599 pmap_allocpte_getpdp(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp, vm_offset_t va,
4600     bool addref)
4601 {
4602         vm_page_t pdppg;
4603         pml4_entry_t *pml4;
4604         pdp_entry_t *pdp;
4605         pt_entry_t PG_V;
4606         bool allocated;
4607
4608         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4609
4610         pml4 = pmap_allocpte_getpml4(pmap, lockp, va, false);
4611         if (pml4 == NULL)
4612                 return (NULL);
4613
4614         if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
4615                 /* Have to allocate a new pdp, recurse */
4616                 if (pmap_allocpte_nosleep(pmap, pmap_pml4e_pindex(va), lockp,
4617                     va) == NULL) {
4618                         if (pmap_is_la57(pmap))
4619                                 pmap_allocpte_free_unref(pmap, va,
4620                                     pmap_pml5e(pmap, va));
4621                         return (NULL);
4622                 }
4623                 allocated = true;
4624         } else {
4625                 allocated = false;
4626         }
4627         pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
4628         pdp = &pdp[pmap_pdpe_index(va)];
4629         if ((*pdp & PG_V) == 0) {
4630                 pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pml4 & PG_FRAME);
4631                 if (allocated && !addref)
4632                         pdppg->ref_count--;
4633                 else if (!allocated && addref)
4634                         pdppg->ref_count++;
4635         }
4636         return (pdp);
4637 }
4638
4639 /*
4640  * The ptepindexes, i.e. page indices, of the page table pages encountered
4641  * while translating virtual address va are defined as follows:
4642  * - for the page table page (last level),
4643  *      ptepindex = pmap_pde_pindex(va) = va >> PDRSHIFT,
4644  *   in other words, it is just the index of the PDE that maps the page
4645  *   table page.
4646  * - for the page directory page,
4647  *      ptepindex = NUPDE (number of userland PD entries) +
4648  *          (pmap_pde_index(va) >> NPDEPGSHIFT)
4649  *   i.e. index of PDPE is put after the last index of PDE,
4650  * - for the page directory pointer page,
4651  *      ptepindex = NUPDE + NUPDPE + (pmap_pde_index(va) >> (NPDEPGSHIFT +
4652  *          NPML4EPGSHIFT),
4653  *   i.e. index of pml4e is put after the last index of PDPE,
4654  * - for the PML4 page (if LA57 mode is enabled),
4655  *      ptepindex = NUPDE + NUPDPE + NUPML4E + (pmap_pde_index(va) >>
4656  *          (NPDEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT + NPML5EPGSHIFT),
4657  *   i.e. index of pml5e is put after the last index of PML4E.
4658  *
4659  * Define an order on the paging entries, where all entries of the
4660  * same height are put together, then heights are put from deepest to
4661  * root.  Then ptexpindex is the sequential number of the
4662  * corresponding paging entry in this order.
4663  *
4664  * The values of NUPDE, NUPDPE, and NUPML4E are determined by the size of
4665  * LA57 paging structures even in LA48 paging mode. Moreover, the
4666  * ptepindexes are calculated as if the paging structures were 5-level
4667  * regardless of the actual mode of operation.
4668  *
4669  * The root page at PML4/PML5 does not participate in this indexing scheme,
4670  * since it is statically allocated by pmap_pinit() and not by pmap_allocpte().
4671  */
4672 static vm_page_t
4673 pmap_allocpte_nosleep(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex, struct rwlock **lockp,
4674     vm_offset_t va)
4675 {
4676         vm_pindex_t pml5index, pml4index;
4677         pml5_entry_t *pml5, *pml5u;
4678         pml4_entry_t *pml4, *pml4u;
4679         pdp_entry_t *pdp;
4680         pd_entry_t *pd;
4681         vm_page_t m, pdpg;
4682         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
4683
4684         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4685
4686         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
4687         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4688         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4689         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4690
4691         /*
4692          * Allocate a page table page.
4693          */
4694         m = pmap_alloc_pt_page(pmap, ptepindex,
4695             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
4696         if (m == NULL)
4697                 return (NULL);
4698
4699         /*
4700          * Map the pagetable page into the process address space, if
4701          * it isn't already there.
4702          */
4703         if (ptepindex >= NUPDE + NUPDPE + NUPML4E) {
4704                 MPASS(pmap_is_la57(pmap));
4705
4706                 pml5index = pmap_pml5e_index(va);
4707                 pml5 = &pmap->pm_pmltop[pml5index];
4708                 KASSERT((*pml5 & PG_V) == 0,
4709                     ("pmap %p va %#lx pml5 %#lx", pmap, va, *pml5));
4710                 *pml5 = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
4711
4712                 if (pmap->pm_pmltopu != NULL && pml5index < NUPML5E) {
4713                         if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3)
4714                                 *pml5 |= pg_nx;
4715
4716                         pml5u = &pmap->pm_pmltopu[pml5index];
4717                         *pml5u = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V |
4718                             PG_A | PG_M;
4719                 }
4720         } else if (ptepindex >= NUPDE + NUPDPE) {
4721                 pml4index = pmap_pml4e_index(va);
4722                 /* Wire up a new PDPE page */
4723                 pml4 = pmap_allocpte_getpml4(pmap, lockp, va, true);
4724                 if (pml4 == NULL) {
4725                         pmap_free_pt_page(pmap, m, true);
4726                         return (NULL);
4727                 }
4728                 KASSERT((*pml4 & PG_V) == 0,
4729                     ("pmap %p va %#lx pml4 %#lx", pmap, va, *pml4));
4730                 *pml4 = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
4731
4732                 if (!pmap_is_la57(pmap) && pmap->pm_pmltopu != NULL &&
4733                     pml4index < NUPML4E) {
4734                         /*
4735                          * PTI: Make all user-space mappings in the
4736                          * kernel-mode page table no-execute so that
4737                          * we detect any programming errors that leave
4738                          * the kernel-mode page table active on return
4739                          * to user space.
4740                          */
4741                         if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3)
4742                                 *pml4 |= pg_nx;
4743
4744                         pml4u = &pmap->pm_pmltopu[pml4index];
4745                         *pml4u = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V |
4746                             PG_A | PG_M;
4747                 }
4748         } else if (ptepindex >= NUPDE) {
4749                 /* Wire up a new PDE page */
4750                 pdp = pmap_allocpte_getpdp(pmap, lockp, va, true);
4751                 if (pdp == NULL) {
4752                         pmap_free_pt_page(pmap, m, true);
4753                         return (NULL);
4754                 }
4755                 KASSERT((*pdp & PG_V) == 0,
4756                     ("pmap %p va %#lx pdp %#lx", pmap, va, *pdp));
4757                 *pdp = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
4758         } else {
4759                 /* Wire up a new PTE page */
4760                 pdp = pmap_allocpte_getpdp(pmap, lockp, va, false);
4761                 if (pdp == NULL) {
4762                         pmap_free_pt_page(pmap, m, true);
4763                         return (NULL);
4764                 }
4765                 if ((*pdp & PG_V) == 0) {
4766                         /* Have to allocate a new pd, recurse */
4767                   if (pmap_allocpte_nosleep(pmap, pmap_pdpe_pindex(va),
4768                       lockp, va) == NULL) {
4769                                 pmap_allocpte_free_unref(pmap, va,
4770                                     pmap_pml4e(pmap, va));
4771                                 pmap_free_pt_page(pmap, m, true);
4772                                 return (NULL);
4773                         }
4774                 } else {
4775                         /* Add reference to the pd page */
4776                         pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdp & PG_FRAME);
4777                         pdpg->ref_count++;
4778                 }
4779                 pd = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdp & PG_FRAME);
4780
4781                 /* Now we know where the page directory page is */
4782                 pd = &pd[pmap_pde_index(va)];
4783                 KASSERT((*pd & PG_V) == 0,
4784                     ("pmap %p va %#lx pd %#lx", pmap, va, *pd));
4785                 *pd = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
4786         }
4787
4788         return (m);
4789 }
4790
4791 /*
4792  * This routine is called if the desired page table page does not exist.
4793  *
4794  * If page table page allocation fails, this routine may sleep before
4795  * returning NULL.  It sleeps only if a lock pointer was given.  Sleep
4796  * occurs right before returning to the caller. This way, we never
4797  * drop pmap lock to sleep while a page table page has ref_count == 0,
4798  * which prevents the page from being freed under us.
4799  */
4800 static vm_page_t
4801 pmap_allocpte_alloc(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex, struct rwlock **lockp,
4802     vm_offset_t va)
4803 {
4804         vm_page_t m;
4805
4806         m = pmap_allocpte_nosleep(pmap, ptepindex, lockp, va);
4807         if (m == NULL && lockp != NULL) {
4808                 RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
4809                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4810                 PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI();
4811                 vm_wait(NULL);
4812                 PMAP_LOCK(pmap);
4813         }
4814         return (m);
4815 }
4816
4817 static pd_entry_t *
4818 pmap_alloc_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t *pdpgp,
4819     struct rwlock **lockp)
4820 {
4821         pdp_entry_t *pdpe, PG_V;
4822         pd_entry_t *pde;
4823         vm_page_t pdpg;
4824         vm_pindex_t pdpindex;
4825
4826         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4827
4828 retry:
4829         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
4830         if (pdpe != NULL && (*pdpe & PG_V) != 0) {
4831                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
4832                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
4833                         /* Add a reference to the pd page. */
4834                         pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdpe & PG_FRAME);
4835                         pdpg->ref_count++;
4836                 } else
4837                         pdpg = NULL;
4838         } else if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
4839                 /* Allocate a pd page. */
4840                 pdpindex = pmap_pde_pindex(va) >> NPDPEPGSHIFT;
4841                 pdpg = pmap_allocpte_alloc(pmap, NUPDE + pdpindex, lockp, va);
4842                 if (pdpg == NULL) {
4843                         if (lockp != NULL)
4844                                 goto retry;
4845                         else
4846                                 return (NULL);
4847                 }
4848                 pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pdpg));
4849                 pde = &pde[pmap_pde_index(va)];
4850         } else
4851                 panic("pmap_alloc_pde: missing page table page for va %#lx",
4852                     va);
4853         *pdpgp = pdpg;
4854         return (pde);
4855 }
4856
4857 static vm_page_t
4858 pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct rwlock **lockp)
4859 {
4860         vm_pindex_t ptepindex;
4861         pd_entry_t *pd, PG_V;
4862         vm_page_t m;
4863
4864         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4865
4866         /*
4867          * Calculate pagetable page index
4868          */
4869         ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
4870 retry:
4871         /*
4872          * Get the page directory entry
4873          */
4874         pd = pmap_pde(pmap, va);
4875
4876         /*
4877          * This supports switching from a 2MB page to a
4878          * normal 4K page.
4879          */
4880         if (pd != NULL && (*pd & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V)) {
4881                 if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pd, va, lockp)) {
4882                         /*
4883                          * Invalidation of the 2MB page mapping may have caused
4884                          * the deallocation of the underlying PD page.
4885                          */
4886                         pd = NULL;
4887                 }
4888         }
4889
4890         /*
4891          * If the page table page is mapped, we just increment the
4892          * hold count, and activate it.
4893          */
4894         if (pd != NULL && (*pd & PG_V) != 0) {
4895                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pd & PG_FRAME);
4896                 m->ref_count++;
4897         } else {
4898                 /*
4899                  * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been
4900                  * deallocated.
4901                  */
4902                 m = pmap_allocpte_alloc(pmap, ptepindex, lockp, va);
4903                 if (m == NULL && lockp != NULL)
4904                         goto retry;
4905         }
4906         return (m);
4907 }
4908
4909 /***************************************************
4910  * Pmap allocation/deallocation routines.
4911  ***************************************************/
4912
4913 /*
4914  * Release any resources held by the given physical map.
4915  * Called when a pmap initialized by pmap_pinit is being released.
4916  * Should only be called if the map contains no valid mappings.
4917  */
4918 void
4919 pmap_release(pmap_t pmap)
4920 {
4921         vm_page_t m;
4922         int i;
4923
4924         KASSERT(vm_radix_is_empty(&pmap->pm_root),
4925             ("pmap_release: pmap %p has reserved page table page(s)",
4926             pmap));
4927         KASSERT(CPU_EMPTY(&pmap->pm_active),
4928             ("releasing active pmap %p", pmap));
4929
4930         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pmap->pm_pmltop));
4931
4932         if (pmap_is_la57(pmap)) {
4933                 pmap->pm_pmltop[pmap_pml5e_index(UPT_MAX_ADDRESS)] = 0;
4934                 pmap->pm_pmltop[PML5PML5I] = 0;
4935         } else {
4936                 for (i = 0; i < NKPML4E; i++)   /* KVA */
4937                         pmap->pm_pmltop[KPML4BASE + i] = 0;
4938 #ifdef KASAN
4939                 for (i = 0; i < NKASANPML4E; i++) /* KASAN shadow map */
4940                         pmap->pm_pmltop[KASANPML4I + i] = 0;
4941 #endif
4942 #ifdef KMSAN
4943                 for (i = 0; i < NKMSANSHADPML4E; i++) /* KMSAN shadow map */
4944                         pmap->pm_pmltop[KMSANSHADPML4I + i] = 0;
4945                 for (i = 0; i < NKMSANORIGPML4E; i++) /* KMSAN shadow map */
4946                         pmap->pm_pmltop[KMSANORIGPML4I + i] = 0;
4947 #endif
4948                 for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++)/* Direct Map */
4949                         pmap->pm_pmltop[DMPML4I + i] = 0;
4950                 pmap->pm_pmltop[PML4PML4I] = 0; /* Recursive Mapping */
4951                 for (i = 0; i < lm_ents; i++)   /* Large Map */
4952                         pmap->pm_pmltop[LMSPML4I + i] = 0;
4953         }
4954
4955         pmap_free_pt_page(NULL, m, true);
4956         pmap_pt_page_count_pinit(pmap, -1);
4957
4958         if (pmap->pm_pmltopu != NULL) {
4959                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pmap->
4960                     pm_pmltopu));
4961                 pmap_free_pt_page(NULL, m, false);
4962                 pmap_pt_page_count_pinit(pmap, -1);
4963         }
4964         if (pmap->pm_type == PT_X86 &&
4965             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0)
4966                 rangeset_fini(&pmap->pm_pkru);
4967
4968         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count == 0,
4969             ("pmap_release: pmap %p resident count %ld != 0",
4970             pmap, pmap->pm_stats.resident_count));
4971 }
4972
4973 static int
4974 kvm_size(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
4975 {
4976         unsigned long ksize = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
4977
4978         return sysctl_handle_long(oidp, &ksize, 0, req);
4979 }
4980 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_size, CTLTYPE_LONG | CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE,
4981     0, 0, kvm_size, "LU",
4982     "Size of KVM");
4983
4984 static int
4985 kvm_free(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
4986 {
4987         unsigned long kfree = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - kernel_vm_end;
4988
4989         return sysctl_handle_long(oidp, &kfree, 0, req);
4990 }
4991 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_free, CTLTYPE_LONG | CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE,
4992     0, 0, kvm_free, "LU",
4993     "Amount of KVM free");
4994
4995 #ifdef KMSAN
4996 static void
4997 pmap_kmsan_shadow_map_page_array(vm_paddr_t pdppa, vm_size_t size)
4998 {
4999         pdp_entry_t *pdpe;
5000         pd_entry_t *pde;
5001         pt_entry_t *pte;
5002         vm_paddr_t dummypa, dummypd, dummypt;
5003         int i, npde, npdpg;
5004
5005         npdpg = howmany(size, NBPDP);
5006         npde = size / NBPDR;
5007
5008         dummypa = vm_phys_early_alloc(-1, PAGE_SIZE);
5009         pagezero((void *)PHYS_TO_DMAP(dummypa));
5010
5011         dummypt = vm_phys_early_alloc(-1, PAGE_SIZE);
5012         pagezero((void *)PHYS_TO_DMAP(dummypt));
5013         dummypd = vm_phys_early_alloc(-1, PAGE_SIZE * npdpg);
5014         for (i = 0; i < npdpg; i++)
5015                 pagezero((void *)PHYS_TO_DMAP(dummypd + ptoa(i)));
5016
5017         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(dummypt);
5018         for (i = 0; i < NPTEPG; i++)
5019                 pte[i] = (pt_entry_t)(dummypa | X86_PG_V | X86_PG_RW |
5020                     X86_PG_A | X86_PG_M | pg_nx);
5021
5022         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(dummypd);
5023         for (i = 0; i < npde; i++)
5024                 pde[i] = (pd_entry_t)(dummypt | X86_PG_V | X86_PG_RW | pg_nx);
5025
5026         pdpe = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pdppa);
5027         for (i = 0; i < npdpg; i++)
5028                 pdpe[i] = (pdp_entry_t)(dummypd + ptoa(i) | X86_PG_V |
5029                     X86_PG_RW | pg_nx);
5030 }
5031
5032 static void
5033 pmap_kmsan_page_array_startup(vm_offset_t start, vm_offset_t end)
5034 {
5035         vm_size_t size;
5036
5037         KASSERT(start % NBPDP == 0, ("unaligned page array start address"));
5038
5039         /*
5040          * The end of the page array's KVA region is 2MB aligned, see
5041          * kmem_init().
5042          */
5043         size = round_2mpage(end) - start;
5044         pmap_kmsan_shadow_map_page_array(KMSANSHADPDPphys, size);
5045         pmap_kmsan_shadow_map_page_array(KMSANORIGPDPphys, size);
5046 }
5047 #endif
5048
5049 /*
5050  * Allocate physical memory for the vm_page array and map it into KVA,
5051  * attempting to back the vm_pages with domain-local memory.
5052  */
5053 void
5054 pmap_page_array_startup(long pages)
5055 {
5056         pdp_entry_t *pdpe;
5057         pd_entry_t *pde, newpdir;
5058         vm_offset_t va, start, end;
5059         vm_paddr_t pa;
5060         long pfn;
5061         int domain, i;
5062
5063         vm_page_array_size = pages;
5064
5065         start = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
5066         end = start + pages * sizeof(struct vm_page);
5067         for (va = start; va < end; va += NBPDR) {
5068                 pfn = first_page + (va - start) / sizeof(struct vm_page);
5069                 domain = vm_phys_domain(ptoa(pfn));
5070                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, va);
5071                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0) {
5072                         pa = vm_phys_early_alloc(domain, PAGE_SIZE);
5073                         dump_add_page(pa);
5074                         pagezero((void *)PHYS_TO_DMAP(pa));
5075                         *pdpe = (pdp_entry_t)(pa | X86_PG_V | X86_PG_RW |
5076                             X86_PG_A | X86_PG_M);
5077                 }
5078                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
5079                 if ((*pde & X86_PG_V) != 0)
5080                         panic("Unexpected pde");
5081                 pa = vm_phys_early_alloc(domain, NBPDR);
5082                 for (i = 0; i < NPDEPG; i++)
5083                         dump_add_page(pa + i * PAGE_SIZE);
5084                 newpdir = (pd_entry_t)(pa | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A |
5085                     X86_PG_M | PG_PS | pg_g | pg_nx);
5086                 pde_store(pde, newpdir);
5087         }
5088         vm_page_array = (vm_page_t)start;
5089
5090 #ifdef KMSAN
5091         pmap_kmsan_page_array_startup(start, end);
5092 #endif
5093 }
5094
5095 /*
5096  * grow the number of kernel page table entries, if needed
5097  */
5098 void
5099 pmap_growkernel(vm_offset_t addr)
5100 {
5101         vm_paddr_t paddr;
5102         vm_page_t nkpg;
5103         pd_entry_t *pde, newpdir;
5104         pdp_entry_t *pdpe;
5105         vm_offset_t end;
5106
5107         TSENTER();
5108         mtx_assert(&kernel_map->system_mtx, MA_OWNED);
5109
5110         /*
5111          * The kernel map covers two distinct regions of KVA: that used
5112          * for dynamic kernel memory allocations, and the uppermost 2GB
5113          * of the virtual address space.  The latter is used to map the
5114          * kernel and loadable kernel modules.  This scheme enables the
5115          * use of a special code generation model for kernel code which
5116          * takes advantage of compact addressing modes in machine code.
5117          *
5118          * Both regions grow upwards; to avoid wasting memory, the gap
5119          * in between is unmapped.  If "addr" is above "KERNBASE", the
5120          * kernel's region is grown, otherwise the kmem region is grown.
5121          *
5122          * The correctness of this action is based on the following
5123          * argument: vm_map_insert() allocates contiguous ranges of the
5124          * kernel virtual address space.  It calls this function if a range
5125          * ends after "kernel_vm_end".  If the kernel is mapped between
5126          * "kernel_vm_end" and "addr", then the range cannot begin at
5127          * "kernel_vm_end".  In fact, its beginning address cannot be less
5128          * than the kernel.  Thus, there is no immediate need to allocate
5129          * any new kernel page table pages between "kernel_vm_end" and
5130          * "KERNBASE".
5131          */
5132         if (KERNBASE < addr) {
5133                 end = KERNBASE + nkpt * NBPDR;
5134                 if (end == 0) {
5135                         TSEXIT();
5136                         return;
5137                 }
5138         } else {
5139                 end = kernel_vm_end;
5140         }
5141
5142         addr = roundup2(addr, NBPDR);
5143         if (addr - 1 >= vm_map_max(kernel_map))
5144                 addr = vm_map_max(kernel_map);
5145         if (addr <= end) {
5146                 /*
5147                  * The grown region is already mapped, so there is
5148                  * nothing to do.
5149                  */
5150                 TSEXIT();
5151                 return;
5152         }
5153
5154         kasan_shadow_map(end, addr - end);
5155         kmsan_shadow_map(end, addr - end);
5156         while (end < addr) {
5157                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, end);
5158                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0) {
5159                         nkpg = pmap_alloc_pt_page(kernel_pmap,
5160                             pmap_pdpe_pindex(end), VM_ALLOC_WIRED |
5161                             VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_ZERO);
5162                         if (nkpg == NULL)
5163                                 panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
5164                         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
5165                         *pdpe = (pdp_entry_t)(paddr | X86_PG_V | X86_PG_RW |
5166                             X86_PG_A | X86_PG_M);
5167                         continue; /* try again */
5168                 }
5169                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, end);
5170                 if ((*pde & X86_PG_V) != 0) {
5171                         end = (end + NBPDR) & ~PDRMASK;
5172                         if (end - 1 >= vm_map_max(kernel_map)) {
5173                                 end = vm_map_max(kernel_map);
5174                                 break;                       
5175                         }
5176                         continue;
5177                 }
5178
5179                 nkpg = pmap_alloc_pt_page(kernel_pmap, pmap_pde_pindex(end),
5180                     VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_ZERO);
5181                 if (nkpg == NULL)
5182                         panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
5183                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
5184                 newpdir = paddr | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A | X86_PG_M;
5185                 pde_store(pde, newpdir);
5186
5187                 end = (end + NBPDR) & ~PDRMASK;
5188                 if (end - 1 >= vm_map_max(kernel_map)) {
5189                         end = vm_map_max(kernel_map);
5190                         break;                       
5191                 }
5192         }
5193
5194         if (end <= KERNBASE)
5195                 kernel_vm_end = end;
5196         else
5197                 nkpt = howmany(end - KERNBASE, NBPDR);
5198         TSEXIT();
5199 }
5200
5201 /***************************************************
5202  * page management routines.
5203  ***************************************************/
5204
5205 static const uint64_t pc_freemask[_NPCM] = {
5206         [0 ... _NPCM - 2] = PC_FREEN,
5207         [_NPCM - 1] = PC_FREEL
5208 };
5209
5210 #ifdef PV_STATS
5211
5212 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(pc_chunk_count);
5213 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_count, CTLFLAG_RD,
5214     &pc_chunk_count, "Current number of pv entry cnunks");
5215
5216 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(pc_chunk_allocs);
5217 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_allocs, CTLFLAG_RD,
5218     &pc_chunk_allocs, "Total number of pv entry chunks allocated");
5219
5220 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(pc_chunk_frees);
5221 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_frees, CTLFLAG_RD,
5222     &pc_chunk_frees, "Total number of pv entry chunks freed");
5223
5224 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(pc_chunk_tryfail);
5225 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_tryfail, CTLFLAG_RD,
5226     &pc_chunk_tryfail,
5227     "Number of failed attempts to get a pv entry chunk page");
5228
5229 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(pv_entry_frees);
5230 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_frees, CTLFLAG_RD,
5231     &pv_entry_frees, "Total number of pv entries freed");
5232
5233 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(pv_entry_allocs);
5234 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_allocs, CTLFLAG_RD,
5235     &pv_entry_allocs, "Total number of pv entries allocated");
5236
5237 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(pv_entry_count);
5238 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_count, CTLFLAG_RD,
5239     &pv_entry_count, "Current number of pv entries");
5240
5241 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(pv_entry_spare);
5242 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_spare, CTLFLAG_RD,
5243     &pv_entry_spare, "Current number of spare pv entries");
5244 #endif
5245
5246 static void
5247 reclaim_pv_chunk_leave_pmap(pmap_t pmap, pmap_t locked_pmap, bool start_di)
5248 {
5249
5250         if (pmap == NULL)
5251                 return;
5252         pmap_invalidate_all(pmap);
5253         if (pmap != locked_pmap)
5254                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5255         if (start_di)
5256                 pmap_delayed_invl_finish();
5257 }
5258
5259 /*
5260  * We are in a serious low memory condition.  Resort to
5261  * drastic measures to free some pages so we can allocate
5262  * another pv entry chunk.
5263  *
5264  * Returns NULL if PV entries were reclaimed from the specified pmap.
5265  *
5266  * We do not, however, unmap 2mpages because subsequent accesses will
5267  * allocate per-page pv entries until repromotion occurs, thereby
5268  * exacerbating the shortage of free pv entries.
5269  */
5270 static vm_page_t
5271 reclaim_pv_chunk_domain(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp, int domain)
5272 {
5273         struct pv_chunks_list *pvc;
5274         struct pv_chunk *pc, *pc_marker, *pc_marker_end;
5275         struct pv_chunk_header pc_marker_b, pc_marker_end_b;
5276         struct md_page *pvh;
5277         pd_entry_t *pde;
5278         pmap_t next_pmap, pmap;
5279         pt_entry_t *pte, tpte;
5280         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW;
5281         pv_entry_t pv;
5282         vm_offset_t va;
5283         vm_page_t m, m_pc;
5284         struct spglist free;
5285         uint64_t inuse;
5286         int bit, field, freed;
5287         bool start_di, restart;
5288
5289         PMAP_LOCK_ASSERT(locked_pmap, MA_OWNED);
5290         KASSERT(lockp != NULL, ("reclaim_pv_chunk: lockp is NULL"));
5291         pmap = NULL;
5292         m_pc = NULL;
5293         PG_G = PG_A = PG_M = PG_RW = 0;
5294         SLIST_INIT(&free);
5295         bzero(&pc_marker_b, sizeof(pc_marker_b));
5296         bzero(&pc_marker_end_b, sizeof(pc_marker_end_b));
5297         pc_marker = (struct pv_chunk *)&pc_marker_b;
5298         pc_marker_end = (struct pv_chunk *)&pc_marker_end_b;
5299
5300         /*
5301          * A delayed invalidation block should already be active if
5302          * pmap_advise() or pmap_remove() called this function by way
5303          * of pmap_demote_pde_locked().
5304          */
5305         start_di = pmap_not_in_di();
5306
5307         pvc = &pv_chunks[domain];
5308         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
5309         pvc->active_reclaims++;
5310         TAILQ_INSERT_HEAD(&pvc->pvc_list, pc_marker, pc_lru);
5311         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvc->pvc_list, pc_marker_end, pc_lru);
5312         while ((pc = TAILQ_NEXT(pc_marker, pc_lru)) != pc_marker_end &&
5313             SLIST_EMPTY(&free)) {
5314                 next_pmap = pc->pc_pmap;
5315                 if (next_pmap == NULL) {
5316                         /*
5317                          * The next chunk is a marker.  However, it is
5318                          * not our marker, so active_reclaims must be
5319                          * > 1.  Consequently, the next_chunk code
5320                          * will not rotate the pv_chunks list.
5321                          */
5322                         goto next_chunk;
5323                 }
5324                 mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
5325
5326                 /*
5327                  * A pv_chunk can only be removed from the pc_lru list
5328                  * when both pc_chunks_mutex is owned and the
5329                  * corresponding pmap is locked.
5330                  */
5331                 if (pmap != next_pmap) {
5332                         restart = false;
5333                         reclaim_pv_chunk_leave_pmap(pmap, locked_pmap,
5334                             start_di);
5335                         pmap = next_pmap;
5336                         /* Avoid deadlock and lock recursion. */
5337                         if (pmap > locked_pmap) {
5338                                 RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
5339                                 PMAP_LOCK(pmap);
5340                                 if (start_di)
5341                                         pmap_delayed_invl_start();
5342                                 mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
5343                                 restart = true;
5344                         } else if (pmap != locked_pmap) {
5345                                 if (PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5346                                         if (start_di)
5347                                                 pmap_delayed_invl_start();
5348                                         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
5349                                         restart = true;
5350                                 } else {
5351                                         pmap = NULL; /* pmap is not locked */
5352                                         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
5353                                         pc = TAILQ_NEXT(pc_marker, pc_lru);
5354                                         if (pc == NULL ||
5355                                             pc->pc_pmap != next_pmap)
5356                                                 continue;
5357                                         goto next_chunk;
5358                                 }
5359                         } else if (start_di)
5360                                 pmap_delayed_invl_start();
5361                         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5362                         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5363                         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5364                         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5365                         if (restart)
5366                                 continue;
5367                 }
5368
5369                 /*
5370                  * Destroy every non-wired, 4 KB page mapping in the chunk.
5371                  */
5372                 freed = 0;
5373                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
5374                         for (inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
5375                             inuse != 0; inuse &= ~(1UL << bit)) {
5376                                 bit = bsfq(inuse);
5377                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
5378                                 va = pv->pv_va;
5379                                 pde = pmap_pde(pmap, va);
5380                                 if ((*pde & PG_PS) != 0)
5381                                         continue;
5382                                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
5383                                 if ((*pte & PG_W) != 0)
5384                                         continue;
5385                                 tpte = pte_load_clear(pte);
5386                                 if ((tpte & PG_G) != 0)
5387                                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
5388                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpte & PG_FRAME);
5389                                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
5390                                         vm_page_dirty(m);
5391                                 if ((tpte & PG_A) != 0)
5392                                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
5393                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
5394                                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5395                                 m->md.pv_gen++;
5396                                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
5397                                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5398                                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5399                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
5400                                                 vm_page_aflag_clear(m,
5401                                                     PGA_WRITEABLE);
5402                                         }
5403                                 }
5404                                 pmap_delayed_invl_page(m);
5405                                 pc->pc_map[field] |= 1UL << bit;
5406                                 pmap_unuse_pt(pmap, va, *pde, &free);
5407                                 freed++;
5408                         }
5409                 }
5410                 if (freed == 0) {
5411                         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
5412                         goto next_chunk;
5413                 }
5414                 /* Every freed mapping is for a 4 KB page. */
5415                 pmap_resident_count_adj(pmap, -freed);
5416                 PV_STAT(counter_u64_add(pv_entry_frees, freed));
5417                 PV_STAT(counter_u64_add(pv_entry_spare, freed));
5418                 PV_STAT(counter_u64_add(pv_entry_count, -freed));
5419                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5420                 if (pc_is_free(pc)) {
5421                         PV_STAT(counter_u64_add(pv_entry_spare, -_NPCPV));
5422                         PV_STAT(counter_u64_add(pc_chunk_count, -1));
5423                         PV_STAT(counter_u64_add(pc_chunk_frees, 1));
5424                         /* Entire chunk is free; return it. */
5425                         m_pc = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
5426                         dump_drop_page(m_pc->phys_addr);
5427                         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
5428                         TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
5429                         break;
5430                 }
5431                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5432                 mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
5433                 /* One freed pv entry in locked_pmap is sufficient. */
5434                 if (pmap == locked_pmap)
5435                         break;
5436 next_chunk:
5437                 TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc_marker, pc_lru);
5438                 TAILQ_INSERT_AFTER(&pvc->pvc_list, pc, pc_marker, pc_lru);
5439                 if (pvc->active_reclaims == 1 && pmap != NULL) {
5440                         /*
5441                          * Rotate the pv chunks list so that we do not
5442                          * scan the same pv chunks that could not be
5443                          * freed (because they contained a wired
5444                          * and/or superpage mapping) on every
5445                          * invocation of reclaim_pv_chunk().
5446                          */
5447                         while ((pc = TAILQ_FIRST(&pvc->pvc_list)) != pc_marker) {
5448                                 MPASS(pc->pc_pmap != NULL);
5449                                 TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
5450                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
5451                         }
5452                 }
5453         }
5454         TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc_marker, pc_lru);
5455         TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc_marker_end, pc_lru);
5456         pvc->active_reclaims--;
5457         mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
5458         reclaim_pv_chunk_leave_pmap(pmap, locked_pmap, start_di);
5459         if (m_pc == NULL && !SLIST_EMPTY(&free)) {
5460                 m_pc = SLIST_FIRST(&free);
5461                 SLIST_REMOVE_HEAD(&free, plinks.s.ss);
5462                 /* Recycle a freed page table page. */
5463                 m_pc->ref_count = 1;
5464         }
5465         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
5466         return (m_pc);
5467 }
5468
5469 static vm_page_t
5470 reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp)
5471 {
5472         vm_page_t m;
5473         int i, domain;
5474
5475         domain = PCPU_GET(domain);
5476         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
5477                 m = reclaim_pv_chunk_domain(locked_pmap, lockp, domain);
5478                 if (m != NULL)
5479                         break;
5480                 domain = (domain + 1) % vm_ndomains;
5481         }
5482
5483         return (m);
5484 }
5485
5486 /*
5487  * free the pv_entry back to the free list
5488  */
5489 static void
5490 free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv)
5491 {
5492         struct pv_chunk *pc;
5493         int idx, field, bit;
5494
5495         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5496         PV_STAT(counter_u64_add(pv_entry_frees, 1));
5497         PV_STAT(counter_u64_add(pv_entry_spare, 1));
5498         PV_STAT(counter_u64_add(pv_entry_count, -1));
5499         pc = pv_to_chunk(pv);
5500         idx = pv - &pc->pc_pventry[0];
5501         field = idx / 64;
5502         bit = idx % 64;
5503         pc->pc_map[field] |= 1ul << bit;
5504         if (!pc_is_free(pc)) {
5505                 /* 98% of the time, pc is already at the head of the list. */
5506                 if (__predict_false(pc != TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk))) {
5507                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5508                         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5509                 }
5510                 return;
5511         }
5512         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5513         free_pv_chunk(pc);
5514 }
5515
5516 static void
5517 free_pv_chunk_dequeued(struct pv_chunk *pc)
5518 {
5519         vm_page_t m;
5520
5521         PV_STAT(counter_u64_add(pv_entry_spare, -_NPCPV));
5522         PV_STAT(counter_u64_add(pc_chunk_count, -1));
5523         PV_STAT(counter_u64_add(pc_chunk_frees, 1));
5524         counter_u64_add(pv_page_count, -1);
5525         /* entire chunk is free, return it */
5526         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
5527         dump_drop_page(m->phys_addr);
5528         vm_page_unwire_noq(m);
5529         vm_page_free(m);
5530 }
5531
5532 static void
5533 free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc)
5534 {
5535         struct pv_chunks_list *pvc;
5536
5537         pvc = &pv_chunks[pc_to_domain(pc)];
5538         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
5539         TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
5540         mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
5541         free_pv_chunk_dequeued(pc);
5542 }
5543
5544 static void
5545 free_pv_chunk_batch(struct pv_chunklist *batch)
5546 {
5547         struct pv_chunks_list *pvc;
5548         struct pv_chunk *pc, *npc;
5549         int i;
5550
5551         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
5552                 if (TAILQ_EMPTY(&batch[i]))
5553                         continue;
5554                 pvc = &pv_chunks[i];
5555                 mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
5556                 TAILQ_FOREACH(pc, &batch[i], pc_list) {
5557                         TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
5558                 }
5559                 mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
5560         }
5561
5562         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
5563                 TAILQ_FOREACH_SAFE(pc, &batch[i], pc_list, npc) {
5564                         free_pv_chunk_dequeued(pc);
5565                 }
5566         }
5567 }
5568
5569 /*
5570  * Returns a new PV entry, allocating a new PV chunk from the system when
5571  * needed.  If this PV chunk allocation fails and a PV list lock pointer was
5572  * given, a PV chunk is reclaimed from an arbitrary pmap.  Otherwise, NULL is
5573  * returned.
5574  *
5575  * The given PV list lock may be released.
5576  */
5577 static pv_entry_t
5578 get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp)
5579 {
5580         struct pv_chunks_list *pvc;
5581         int bit, field;
5582         pv_entry_t pv;
5583         struct pv_chunk *pc;
5584         vm_page_t m;
5585
5586         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5587         PV_STAT(counter_u64_add(pv_entry_allocs, 1));
5588 retry:
5589         pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
5590         if (pc != NULL) {
5591                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
5592                         if (pc->pc_map[field]) {
5593                                 bit = bsfq(pc->pc_map[field]);
5594                                 break;
5595                         }
5596                 }
5597                 if (field < _NPCM) {
5598                         pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
5599                         pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
5600                         /* If this was the last item, move it to tail */
5601                         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 &&
5602                             pc->pc_map[2] == 0) {
5603                                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5604                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc,
5605                                     pc_list);
5606                         }
5607                         PV_STAT(counter_u64_add(pv_entry_count, 1));
5608                         PV_STAT(counter_u64_add(pv_entry_spare, -1));
5609                         return (pv);
5610                 }
5611         }
5612         /* No free items, allocate another chunk */
5613         m = vm_page_alloc_noobj(VM_ALLOC_WIRED);
5614         if (m == NULL) {
5615                 if (lockp == NULL) {
5616                         PV_STAT(counter_u64_add(pc_chunk_tryfail, 1));
5617                         return (NULL);
5618                 }
5619                 m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
5620                 if (m == NULL)
5621                         goto retry;
5622         } else
5623                 counter_u64_add(pv_page_count, 1);
5624         PV_STAT(counter_u64_add(pc_chunk_count, 1));
5625         PV_STAT(counter_u64_add(pc_chunk_allocs, 1));
5626         dump_add_page(m->phys_addr);
5627         pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
5628         pc->pc_pmap = pmap;
5629         pc->pc_map[0] = PC_FREEN & ~1ul;        /* preallocated bit 0 */
5630         pc->pc_map[1] = PC_FREEN;
5631         pc->pc_map[2] = PC_FREEL;
5632         pvc = &pv_chunks[vm_page_domain(m)];
5633         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
5634         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
5635         mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
5636         pv = &pc->pc_pventry[0];
5637         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5638         PV_STAT(counter_u64_add(pv_entry_count, 1));
5639         PV_STAT(counter_u64_add(pv_entry_spare, _NPCPV - 1));
5640         return (pv);
5641 }
5642
5643 /*
5644  * Returns the number of one bits within the given PV chunk map.
5645  *
5646  * The erratas for Intel processors state that "POPCNT Instruction May
5647  * Take Longer to Execute Than Expected".  It is believed that the
5648  * issue is the spurious dependency on the destination register.
5649  * Provide a hint to the register rename logic that the destination
5650  * value is overwritten, by clearing it, as suggested in the
5651  * optimization manual.  It should be cheap for unaffected processors
5652  * as well.
5653  *
5654  * Reference numbers for erratas are
5655  * 4th Gen Core: HSD146
5656  * 5th Gen Core: BDM85
5657  * 6th Gen Core: SKL029
5658  */
5659 static int
5660 popcnt_pc_map_pq(uint64_t *map)
5661 {
5662         u_long result, tmp;
5663
5664         __asm __volatile("xorl %k0,%k0;popcntq %2,%0;"
5665             "xorl %k1,%k1;popcntq %3,%1;addl %k1,%k0;"
5666             "xorl %k1,%k1;popcntq %4,%1;addl %k1,%k0"
5667             : "=&r" (result), "=&r" (tmp)
5668             : "m" (map[0]), "m" (map[1]), "m" (map[2]));
5669         return (result);
5670 }
5671
5672 /*
5673  * Ensure that the number of spare PV entries in the specified pmap meets or
5674  * exceeds the given count, "needed".
5675  *
5676  * The given PV list lock may be released.
5677  */
5678 static void
5679 reserve_pv_entries(pmap_t pmap, int needed, struct rwlock **lockp)
5680 {
5681         struct pv_chunks_list *pvc;
5682         struct pch new_tail[PMAP_MEMDOM];
5683         struct pv_chunk *pc;
5684         vm_page_t m;
5685         int avail, free, i;
5686         bool reclaimed;
5687
5688         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5689         KASSERT(lockp != NULL, ("reserve_pv_entries: lockp is NULL"));
5690
5691         /*
5692          * Newly allocated PV chunks must be stored in a private list until
5693          * the required number of PV chunks have been allocated.  Otherwise,
5694          * reclaim_pv_chunk() could recycle one of these chunks.  In
5695          * contrast, these chunks must be added to the pmap upon allocation.
5696          */
5697         for (i = 0; i < PMAP_MEMDOM; i++)
5698                 TAILQ_INIT(&new_tail[i]);
5699 retry:
5700         avail = 0;
5701         TAILQ_FOREACH(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list) {
5702 #ifndef __POPCNT__
5703                 if ((cpu_feature2 & CPUID2_POPCNT) == 0)
5704                         bit_count((bitstr_t *)pc->pc_map, 0,
5705                             sizeof(pc->pc_map) * NBBY, &free);
5706                 else
5707 #endif
5708                 free = popcnt_pc_map_pq(pc->pc_map);
5709                 if (free == 0)
5710                         break;
5711                 avail += free;
5712                 if (avail >= needed)
5713                         break;
5714         }
5715         for (reclaimed = false; avail < needed; avail += _NPCPV) {
5716                 m = vm_page_alloc_noobj(VM_ALLOC_WIRED);
5717                 if (m == NULL) {
5718                         m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
5719                         if (m == NULL)
5720                                 goto retry;
5721                         reclaimed = true;
5722                 } else
5723                         counter_u64_add(pv_page_count, 1);
5724                 PV_STAT(counter_u64_add(pc_chunk_count, 1));
5725                 PV_STAT(counter_u64_add(pc_chunk_allocs, 1));
5726                 dump_add_page(m->phys_addr);
5727                 pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
5728                 pc->pc_pmap = pmap;
5729                 pc->pc_map[0] = PC_FREEN;
5730                 pc->pc_map[1] = PC_FREEN;
5731                 pc->pc_map[2] = PC_FREEL;
5732                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5733                 TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail[vm_page_domain(m)], pc, pc_lru);
5734                 PV_STAT(counter_u64_add(pv_entry_spare, _NPCPV));
5735
5736                 /*
5737                  * The reclaim might have freed a chunk from the current pmap.
5738                  * If that chunk contained available entries, we need to
5739                  * re-count the number of available entries.
5740                  */
5741                 if (reclaimed)
5742                         goto retry;
5743         }
5744         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
5745                 if (TAILQ_EMPTY(&new_tail[i]))
5746                         continue;
5747                 pvc = &pv_chunks[i];
5748                 mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
5749                 TAILQ_CONCAT(&pvc->pvc_list, &new_tail[i], pc_lru);
5750                 mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
5751         }
5752 }
5753
5754 /*
5755  * First find and then remove the pv entry for the specified pmap and virtual
5756  * address from the specified pv list.  Returns the pv entry if found and NULL
5757  * otherwise.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or
5758  * 2MB page mappings.
5759  */
5760 static __inline pv_entry_t
5761 pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
5762 {
5763         pv_entry_t pv;
5764
5765         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
5766                 if (pmap == PV_PMAP(pv) && va == pv->pv_va) {
5767                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
5768                         pvh->pv_gen++;
5769                         break;
5770                 }
5771         }
5772         return (pv);
5773 }
5774
5775 /*
5776  * After demotion from a 2MB page mapping to 512 4KB page mappings,
5777  * destroy the pv entry for the 2MB page mapping and reinstantiate the pv
5778  * entries for each of the 4KB page mappings.
5779  */
5780 static void
5781 pmap_pv_demote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
5782     struct rwlock **lockp)
5783 {
5784         struct md_page *pvh;
5785         struct pv_chunk *pc;
5786         pv_entry_t pv;
5787         vm_offset_t va_last;
5788         vm_page_t m;
5789         int bit, field;
5790
5791         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5792         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
5793             ("pmap_pv_demote_pde: pa is not 2mpage aligned"));
5794         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
5795
5796         /*
5797          * Transfer the 2mpage's pv entry for this mapping to the first
5798          * page's pv list.  Once this transfer begins, the pv list lock
5799          * must not be released until the last pv entry is reinstantiated.
5800          */
5801         pvh = pa_to_pvh(pa);
5802         va = trunc_2mpage(va);
5803         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
5804         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_demote_pde: pv not found"));
5805         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
5806         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5807         m->md.pv_gen++;
5808         /* Instantiate the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
5809         PV_STAT(counter_u64_add(pv_entry_allocs, NPTEPG - 1));
5810         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
5811         for (;;) {
5812                 pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
5813                 KASSERT(pc->pc_map[0] != 0 || pc->pc_map[1] != 0 ||
5814                     pc->pc_map[2] != 0, ("pmap_pv_demote_pde: missing spare"));
5815                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
5816                         while (pc->pc_map[field]) {
5817                                 bit = bsfq(pc->pc_map[field]);
5818                                 pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
5819                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
5820                                 va += PAGE_SIZE;
5821                                 pv->pv_va = va;
5822                                 m++;
5823                                 KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5824                             ("pmap_pv_demote_pde: page %p is not managed", m));
5825                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5826                                 m->md.pv_gen++;
5827                                 if (va == va_last)
5828                                         goto out;
5829                         }
5830                 }
5831                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5832                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5833         }
5834 out:
5835         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 && pc->pc_map[2] == 0) {
5836                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5837                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5838         }
5839         PV_STAT(counter_u64_add(pv_entry_count, NPTEPG - 1));
5840         PV_STAT(counter_u64_add(pv_entry_spare, -(NPTEPG - 1)));
5841 }
5842
5843 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
5844 /*
5845  * After promotion from 512 4KB page mappings to a single 2MB page mapping,
5846  * replace the many pv entries for the 4KB page mappings by a single pv entry
5847  * for the 2MB page mapping.
5848  */
5849 static void
5850 pmap_pv_promote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
5851     struct rwlock **lockp)
5852 {
5853         struct md_page *pvh;
5854         pv_entry_t pv;
5855         vm_offset_t va_last;
5856         vm_page_t m;
5857
5858         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
5859             ("pmap_pv_promote_pde: pa is not 2mpage aligned"));
5860         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
5861
5862         /*
5863          * Transfer the first page's pv entry for this mapping to the 2mpage's
5864          * pv list.  Aside from avoiding the cost of a call to get_pv_entry(),
5865          * a transfer avoids the possibility that get_pv_entry() calls
5866          * reclaim_pv_chunk() and that reclaim_pv_chunk() removes one of the
5867          * mappings that is being promoted.
5868          */
5869         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
5870         va = trunc_2mpage(va);
5871         pv = pmap_pvh_remove(&m->md, pmap, va);
5872         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_promote_pde: pv not found"));
5873         pvh = pa_to_pvh(pa);
5874         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
5875         pvh->pv_gen++;
5876         /* Free the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
5877         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
5878         do {
5879                 m++;
5880                 va += PAGE_SIZE;
5881                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
5882         } while (va < va_last);
5883 }
5884 #endif /* VM_NRESERVLEVEL > 0 */
5885
5886 /*
5887  * First find and then destroy the pv entry for the specified pmap and virtual
5888  * address.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or 2MB
5889  * page mappings.
5890  */
5891 static void
5892 pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
5893 {
5894         pv_entry_t pv;
5895
5896         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
5897         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pvh_free: pv not found"));
5898         free_pv_entry(pmap, pv);
5899 }
5900
5901 /*
5902  * Conditionally create the PV entry for a 4KB page mapping if the required
5903  * memory can be allocated without resorting to reclamation.
5904  */
5905 static boolean_t
5906 pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
5907     struct rwlock **lockp)
5908 {
5909         pv_entry_t pv;
5910
5911         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5912         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
5913         if ((pv = get_pv_entry(pmap, NULL)) != NULL) {
5914                 pv->pv_va = va;
5915                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
5916                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5917                 m->md.pv_gen++;
5918                 return (TRUE);
5919         } else
5920                 return (FALSE);
5921 }
5922
5923 /*
5924  * Create the PV entry for a 2MB page mapping.  Always returns true unless the
5925  * flag PMAP_ENTER_NORECLAIM is specified.  If that flag is specified, returns
5926  * false if the PV entry cannot be allocated without resorting to reclamation.
5927  */
5928 static bool
5929 pmap_pv_insert_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde, u_int flags,
5930     struct rwlock **lockp)
5931 {
5932         struct md_page *pvh;
5933         pv_entry_t pv;
5934         vm_paddr_t pa;
5935
5936         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5937         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
5938         if ((pv = get_pv_entry(pmap, (flags & PMAP_ENTER_NORECLAIM) != 0 ?
5939             NULL : lockp)) == NULL)
5940                 return (false);
5941         pv->pv_va = va;
5942         pa = pde & PG_PS_FRAME;
5943         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
5944         pvh = pa_to_pvh(pa);
5945         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
5946         pvh->pv_gen++;
5947         return (true);
5948 }
5949
5950 /*
5951  * Fills a page table page with mappings to consecutive physical pages.
5952  */
5953 static void
5954 pmap_fill_ptp(pt_entry_t *firstpte, pt_entry_t newpte)
5955 {
5956         pt_entry_t *pte;
5957
5958         for (pte = firstpte; pte < firstpte + NPTEPG; pte++) {
5959                 *pte = newpte;
5960                 newpte += PAGE_SIZE;
5961         }
5962 }
5963
5964 /*
5965  * Tries to demote a 2MB page mapping.  If demotion fails, the 2MB page
5966  * mapping is invalidated.
5967  */
5968 static boolean_t
5969 pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
5970 {
5971         struct rwlock *lock;
5972         boolean_t rv;
5973
5974         lock = NULL;
5975         rv = pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
5976         if (lock != NULL)
5977                 rw_wunlock(lock);
5978         return (rv);
5979 }
5980
5981 static void
5982 pmap_demote_pde_check(pt_entry_t *firstpte __unused, pt_entry_t newpte __unused)
5983 {
5984 #ifdef INVARIANTS
5985 #ifdef DIAGNOSTIC
5986         pt_entry_t *xpte, *ypte;
5987
5988         for (xpte = firstpte; xpte < firstpte + NPTEPG;
5989             xpte++, newpte += PAGE_SIZE) {
5990                 if ((*xpte & PG_FRAME) != (newpte & PG_FRAME)) {
5991                         printf("pmap_demote_pde: xpte %zd and newpte map "
5992                             "different pages: found %#lx, expected %#lx\n",
5993                             xpte - firstpte, *xpte, newpte);
5994                         printf("page table dump\n");
5995                         for (ypte = firstpte; ypte < firstpte + NPTEPG; ypte++)
5996                                 printf("%zd %#lx\n", ypte - firstpte, *ypte);
5997                         panic("firstpte");
5998                 }
5999         }
6000 #else
6001         KASSERT((*firstpte & PG_FRAME) == (newpte & PG_FRAME),
6002             ("pmap_demote_pde: firstpte and newpte map different physical"
6003             " addresses"));
6004 #endif
6005 #endif
6006 }
6007
6008 static void
6009 pmap_demote_pde_abort(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
6010     pd_entry_t oldpde, struct rwlock **lockp)
6011 {
6012         struct spglist free;
6013         vm_offset_t sva;
6014
6015         SLIST_INIT(&free);
6016         sva = trunc_2mpage(va);
6017         pmap_remove_pde(pmap, pde, sva, &free, lockp);
6018         if ((oldpde & pmap_global_bit(pmap)) == 0)
6019                 pmap_invalidate_pde_page(pmap, sva, oldpde);
6020         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
6021         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: failure for va %#lx in pmap %p",
6022             va, pmap);
6023 }
6024
6025 static boolean_t
6026 pmap_demote_pde_locked(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
6027     struct rwlock **lockp)
6028 {
6029         pd_entry_t newpde, oldpde;
6030         pt_entry_t *firstpte, newpte;
6031         pt_entry_t PG_A, PG_G, PG_M, PG_PKU_MASK, PG_RW, PG_V;
6032         vm_paddr_t mptepa;
6033         vm_page_t mpte;
6034         int PG_PTE_CACHE;
6035         bool in_kernel;
6036
6037         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6038         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
6039         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6040         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6041         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6042         PG_PTE_CACHE = pmap_cache_mask(pmap, 0);
6043         PG_PKU_MASK = pmap_pku_mask_bit(pmap);
6044
6045         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6046         in_kernel = va >= VM_MAXUSER_ADDRESS;
6047         oldpde = *pde;
6048         KASSERT((oldpde & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V),
6049             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_PS and/or PG_V"));
6050
6051         /*
6052          * Invalidate the 2MB page mapping and return "failure" if the
6053          * mapping was never accessed.
6054          */
6055         if ((oldpde & PG_A) == 0) {
6056                 KASSERT((oldpde & PG_W) == 0,
6057                     ("pmap_demote_pde: a wired mapping is missing PG_A"));
6058                 pmap_demote_pde_abort(pmap, va, pde, oldpde, lockp);
6059                 return (FALSE);
6060         }
6061
6062         mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, va);
6063         if (mpte == NULL) {
6064                 KASSERT((oldpde & PG_W) == 0,
6065                     ("pmap_demote_pde: page table page for a wired mapping"
6066                     " is missing"));
6067
6068                 /*
6069                  * If the page table page is missing and the mapping
6070                  * is for a kernel address, the mapping must belong to
6071                  * the direct map.  Page table pages are preallocated
6072                  * for every other part of the kernel address space,
6073                  * so the direct map region is the only part of the
6074                  * kernel address space that must be handled here.
6075                  */
6076                 KASSERT(!in_kernel || (va >= DMAP_MIN_ADDRESS &&
6077                     va < DMAP_MAX_ADDRESS),
6078                     ("pmap_demote_pde: No saved mpte for va %#lx", va));
6079
6080                 /*
6081                  * If the 2MB page mapping belongs to the direct map
6082                  * region of the kernel's address space, then the page
6083                  * allocation request specifies the highest possible
6084                  * priority (VM_ALLOC_INTERRUPT).  Otherwise, the
6085                  * priority is normal.
6086                  */
6087                 mpte = pmap_alloc_pt_page(pmap, pmap_pde_pindex(va),
6088                     (in_kernel ? VM_ALLOC_INTERRUPT : 0) | VM_ALLOC_WIRED);
6089
6090                 /*
6091                  * If the allocation of the new page table page fails,
6092                  * invalidate the 2MB page mapping and return "failure".
6093                  */
6094                 if (mpte == NULL) {
6095                         pmap_demote_pde_abort(pmap, va, pde, oldpde, lockp);
6096                         return (FALSE);
6097                 }
6098
6099                 if (!in_kernel)
6100                         mpte->ref_count = NPTEPG;
6101         }
6102         mptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpte);
6103         firstpte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mptepa);
6104         newpde = mptepa | PG_M | PG_A | (oldpde & PG_U) | PG_RW | PG_V;
6105         KASSERT((oldpde & (PG_M | PG_RW)) != PG_RW,
6106             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_M"));
6107         newpte = oldpde & ~PG_PS;
6108         newpte = pmap_swap_pat(pmap, newpte);
6109
6110         /*
6111          * If the PTP is not leftover from an earlier promotion or it does not
6112          * have PG_A set in every PTE, then fill it.  The new PTEs will all
6113          * have PG_A set.
6114          */
6115         if (!vm_page_all_valid(mpte))
6116                 pmap_fill_ptp(firstpte, newpte);
6117
6118         pmap_demote_pde_check(firstpte, newpte);
6119
6120         /*
6121          * If the mapping has changed attributes, update the PTEs.
6122          */
6123         if ((*firstpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpte & PG_PTE_PROMOTE))
6124                 pmap_fill_ptp(firstpte, newpte);
6125
6126         /*
6127          * The spare PV entries must be reserved prior to demoting the
6128          * mapping, that is, prior to changing the PDE.  Otherwise, the state
6129          * of the PDE and the PV lists will be inconsistent, which can result
6130          * in reclaim_pv_chunk() attempting to remove a PV entry from the
6131          * wrong PV list and pmap_pv_demote_pde() failing to find the expected
6132          * PV entry for the 2MB page mapping that is being demoted.
6133          */
6134         if ((oldpde & PG_MANAGED) != 0)
6135                 reserve_pv_entries(pmap, NPTEPG - 1, lockp);
6136
6137         /*
6138          * Demote the mapping.  This pmap is locked.  The old PDE has
6139          * PG_A set.  If the old PDE has PG_RW set, it also has PG_M
6140          * set.  Thus, there is no danger of a race with another
6141          * processor changing the setting of PG_A and/or PG_M between
6142          * the read above and the store below. 
6143          */
6144         if (workaround_erratum383)
6145                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, newpde);
6146         else
6147                 pde_store(pde, newpde);
6148
6149         /*
6150          * Invalidate a stale recursive mapping of the page table page.
6151          */
6152         if (in_kernel)
6153                 pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopte(va));
6154
6155         /*
6156          * Demote the PV entry.
6157          */
6158         if ((oldpde & PG_MANAGED) != 0)
6159                 pmap_pv_demote_pde(pmap, va, oldpde & PG_PS_FRAME, lockp);
6160
6161         counter_u64_add(pmap_pde_demotions, 1);
6162         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: success for va %#lx in pmap %p",
6163             va, pmap);
6164         return (TRUE);
6165 }
6166
6167 /*
6168  * pmap_remove_kernel_pde: Remove a kernel superpage mapping.
6169  */
6170 static void
6171 pmap_remove_kernel_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
6172 {
6173         pd_entry_t newpde;
6174         vm_paddr_t mptepa;
6175         vm_page_t mpte;
6176
6177         KASSERT(pmap == kernel_pmap, ("pmap %p is not kernel_pmap", pmap));
6178         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6179         mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, va);
6180         if (mpte == NULL)
6181                 panic("pmap_remove_kernel_pde: Missing pt page.");
6182
6183         mptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpte);
6184         newpde = mptepa | X86_PG_M | X86_PG_A | X86_PG_RW | X86_PG_V;
6185
6186         /*
6187          * If this page table page was unmapped by a promotion, then it
6188          * contains valid mappings.  Zero it to invalidate those mappings.
6189          */
6190         if (vm_page_any_valid(mpte))
6191                 pagezero((void *)PHYS_TO_DMAP(mptepa));
6192
6193         /*
6194          * Demote the mapping.
6195          */
6196         if (workaround_erratum383)
6197                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, newpde);
6198         else
6199                 pde_store(pde, newpde);
6200
6201         /*
6202          * Invalidate a stale recursive mapping of the page table page.
6203          */
6204         pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopte(va));
6205 }
6206
6207 /*
6208  * pmap_remove_pde: do the things to unmap a superpage in a process
6209  */
6210 static int
6211 pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
6212     struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
6213 {
6214         struct md_page *pvh;
6215         pd_entry_t oldpde;
6216         vm_offset_t eva, va;
6217         vm_page_t m, mpte;
6218         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW;
6219
6220         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
6221         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6222         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6223         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6224
6225         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6226         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
6227             ("pmap_remove_pde: sva is not 2mpage aligned"));
6228         oldpde = pte_load_clear(pdq);
6229         if (oldpde & PG_W)
6230                 pmap->pm_stats.wired_count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
6231         if ((oldpde & PG_G) != 0)
6232                 pmap_invalidate_pde_page(kernel_pmap, sva, oldpde);
6233         pmap_resident_count_adj(pmap, -NBPDR / PAGE_SIZE);
6234         if (oldpde & PG_MANAGED) {
6235                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, oldpde & PG_PS_FRAME);
6236                 pvh = pa_to_pvh(oldpde & PG_PS_FRAME);
6237                 pmap_pvh_free(pvh, pmap, sva);
6238                 eva = sva + NBPDR;
6239                 for (va = sva, m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
6240                     va < eva; va += PAGE_SIZE, m++) {
6241                         if ((oldpde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
6242                                 vm_page_dirty(m);
6243                         if (oldpde & PG_A)
6244                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
6245                         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
6246                             TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
6247                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
6248                         pmap_delayed_invl_page(m);
6249                 }
6250         }
6251         if (pmap == kernel_pmap) {
6252                 pmap_remove_kernel_pde(pmap, pdq, sva);
6253         } else {
6254                 mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, sva);
6255                 if (mpte != NULL) {
6256                         KASSERT(vm_page_any_valid(mpte),
6257                             ("pmap_remove_pde: pte page not promoted"));
6258                         pmap_pt_page_count_adj(pmap, -1);
6259                         KASSERT(mpte->ref_count == NPTEPG,
6260                             ("pmap_remove_pde: pte page ref count error"));
6261                         mpte->ref_count = 0;
6262                         pmap_add_delayed_free_list(mpte, free, FALSE);
6263                 }
6264         }
6265         return (pmap_unuse_pt(pmap, sva, *pmap_pdpe(pmap, sva), free));
6266 }
6267
6268 /*
6269  * pmap_remove_pte: do the things to unmap a page in a process
6270  */
6271 static int
6272 pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t va, 
6273     pd_entry_t ptepde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
6274 {
6275         struct md_page *pvh;
6276         pt_entry_t oldpte, PG_A, PG_M, PG_RW;
6277         vm_page_t m;
6278
6279         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6280         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6281         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6282
6283         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6284         oldpte = pte_load_clear(ptq);
6285         if (oldpte & PG_W)
6286                 pmap->pm_stats.wired_count -= 1;
6287         pmap_resident_count_adj(pmap, -1);
6288         if (oldpte & PG_MANAGED) {
6289                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpte & PG_FRAME);
6290                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
6291                         vm_page_dirty(m);
6292                 if (oldpte & PG_A)
6293                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
6294                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
6295                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
6296                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
6297                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
6298                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
6299                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
6300                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
6301                 }
6302                 pmap_delayed_invl_page(m);
6303         }
6304         return (pmap_unuse_pt(pmap, va, ptepde, free));
6305 }
6306
6307 /*
6308  * Remove a single page from a process address space
6309  */
6310 static void
6311 pmap_remove_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
6312     struct spglist *free)
6313 {
6314         struct rwlock *lock;
6315         pt_entry_t *pte, PG_V;
6316
6317         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6318         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6319         if ((*pde & PG_V) == 0)
6320                 return;
6321         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
6322         if ((*pte & PG_V) == 0)
6323                 return;
6324         lock = NULL;
6325         pmap_remove_pte(pmap, pte, va, *pde, free, &lock);
6326         if (lock != NULL)
6327                 rw_wunlock(lock);
6328         pmap_invalidate_page(pmap, va);
6329 }
6330
6331 /*
6332  * Removes the specified range of addresses from the page table page.
6333  */
6334 static bool
6335 pmap_remove_ptes(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
6336     pd_entry_t *pde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
6337 {
6338         pt_entry_t PG_G, *pte;
6339         vm_offset_t va;
6340         bool anyvalid;
6341
6342         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6343         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
6344         anyvalid = false;
6345         va = eva;
6346         for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != eva; pte++,
6347             sva += PAGE_SIZE) {
6348                 if (*pte == 0) {
6349                         if (va != eva) {
6350                                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
6351                                 va = eva;
6352                         }
6353                         continue;
6354                 }
6355                 if ((*pte & PG_G) == 0)
6356                         anyvalid = true;
6357                 else if (va == eva)
6358                         va = sva;
6359                 if (pmap_remove_pte(pmap, pte, sva, *pde, free, lockp)) {
6360                         sva += PAGE_SIZE;
6361                         break;
6362                 }
6363         }
6364         if (va != eva)
6365                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
6366         return (anyvalid);
6367 }
6368
6369 static void
6370 pmap_remove1(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, bool map_delete)
6371 {
6372         struct rwlock *lock;
6373         vm_page_t mt;
6374         vm_offset_t va_next;
6375         pml5_entry_t *pml5e;
6376         pml4_entry_t *pml4e;
6377         pdp_entry_t *pdpe;
6378         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
6379         pt_entry_t PG_G, PG_V;
6380         struct spglist free;
6381         int anyvalid;
6382
6383         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
6384         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6385
6386         /*
6387          * If there are no resident pages besides the top level page
6388          * table page(s), there is nothing to do.  Kernel pmap always
6389          * accounts whole preloaded area as resident, which makes its
6390          * resident count > 2.
6391          * Perform an unsynchronized read.  This is, however, safe.
6392          */
6393         if (pmap->pm_stats.resident_count <= 1 + (pmap->pm_pmltopu != NULL ?
6394             1 : 0))
6395                 return;
6396
6397         anyvalid = 0;
6398         SLIST_INIT(&free);
6399
6400         pmap_delayed_invl_start();
6401         PMAP_LOCK(pmap);
6402         if (map_delete)
6403                 pmap_pkru_on_remove(pmap, sva, eva);
6404
6405         /*
6406          * special handling of removing one page.  a very
6407          * common operation and easy to short circuit some
6408          * code.
6409          */
6410         if (sva + PAGE_SIZE == eva) {
6411                 pde = pmap_pde(pmap, sva);
6412                 if (pde && (*pde & PG_PS) == 0) {
6413                         pmap_remove_page(pmap, sva, pde, &free);
6414                         goto out;
6415                 }
6416         }
6417
6418         lock = NULL;
6419         for (; sva < eva; sva = va_next) {
6420                 if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
6421                         break;
6422
6423                 if (pmap_is_la57(pmap)) {
6424                         pml5e = pmap_pml5e(pmap, sva);
6425                         if ((*pml5e & PG_V) == 0) {
6426                                 va_next = (sva + NBPML5) & ~PML5MASK;
6427                                 if (va_next < sva)
6428                                         va_next = eva;
6429                                 continue;
6430                         }
6431                         pml4e = pmap_pml5e_to_pml4e(pml5e, sva);
6432                 } else {
6433                         pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
6434                 }
6435                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
6436                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
6437                         if (va_next < sva)
6438                                 va_next = eva;
6439                         continue;
6440                 }
6441
6442                 va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
6443                 if (va_next < sva)
6444                         va_next = eva;
6445                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
6446                 if ((*pdpe & PG_V) == 0)
6447                         continue;
6448                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0) {
6449                         KASSERT(va_next <= eva,
6450                             ("partial update of non-transparent 1G mapping "
6451                             "pdpe %#lx sva %#lx eva %#lx va_next %#lx",
6452                             *pdpe, sva, eva, va_next));
6453                         MPASS(pmap != kernel_pmap); /* XXXKIB */
6454                         MPASS((*pdpe & (PG_MANAGED | PG_G)) == 0);
6455                         anyvalid = 1;
6456                         *pdpe = 0;
6457                         pmap_resident_count_adj(pmap, -NBPDP / PAGE_SIZE);
6458                         mt = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pml4e(pmap, sva) & PG_FRAME);
6459                         pmap_unwire_ptp(pmap, sva, mt, &free);
6460                         continue;
6461                 }
6462
6463                 /*
6464                  * Calculate index for next page table.
6465                  */
6466                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
6467                 if (va_next < sva)
6468                         va_next = eva;
6469
6470                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
6471                 ptpaddr = *pde;
6472
6473                 /*
6474                  * Weed out invalid mappings.
6475                  */
6476                 if (ptpaddr == 0)
6477                         continue;
6478
6479                 /*
6480                  * Check for large page.
6481                  */
6482                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
6483                         /*
6484                          * Are we removing the entire large page?  If not,
6485                          * demote the mapping and fall through.
6486                          */
6487                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
6488                                 /*
6489                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
6490                                  * invalidated by pmap_remove_pde().
6491                                  */
6492                                 if ((ptpaddr & PG_G) == 0)
6493                                         anyvalid = 1;
6494                                 pmap_remove_pde(pmap, pde, sva, &free, &lock);
6495                                 continue;
6496                         } else if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, sva,
6497                             &lock)) {
6498                                 /* The large page mapping was destroyed. */
6499                                 continue;
6500                         } else
6501                                 ptpaddr = *pde;
6502                 }
6503
6504                 /*
6505                  * Limit our scan to either the end of the va represented
6506                  * by the current page table page, or to the end of the
6507                  * range being removed.
6508                  */
6509                 if (va_next > eva)
6510                         va_next = eva;
6511
6512                 if (pmap_remove_ptes(pmap, sva, va_next, pde, &free, &lock))
6513                         anyvalid = 1;
6514         }
6515         if (lock != NULL)
6516                 rw_wunlock(lock);
6517 out:
6518         if (anyvalid)
6519                 pmap_invalidate_all(pmap);
6520         PMAP_UNLOCK(pmap);
6521         pmap_delayed_invl_finish();
6522         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
6523 }
6524
6525 /*
6526  *      Remove the given range of addresses from the specified map.
6527  *
6528  *      It is assumed that the start and end are properly
6529  *      rounded to the page size.
6530  */
6531 void
6532 pmap_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
6533 {
6534         pmap_remove1(pmap, sva, eva, false);
6535 }
6536
6537 /*
6538  *      Remove the given range of addresses as part of a logical unmap
6539  *      operation. This has the effect of calling pmap_remove(), but
6540  *      also clears any metadata that should persist for the lifetime
6541  *      of a logical mapping.
6542  */
6543 void
6544 pmap_map_delete(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
6545 {
6546         pmap_remove1(pmap, sva, eva, true);
6547 }
6548
6549 /*
6550  *      Routine:        pmap_remove_all
6551  *      Function:
6552  *              Removes this physical page from
6553  *              all physical maps in which it resides.
6554  *              Reflects back modify bits to the pager.
6555  *
6556  *      Notes:
6557  *              Original versions of this routine were very
6558  *              inefficient because they iteratively called
6559  *              pmap_remove (slow...)
6560  */
6561
6562 void
6563 pmap_remove_all(vm_page_t m)
6564 {
6565         struct md_page *pvh;
6566         pv_entry_t pv;
6567         pmap_t pmap;
6568         struct rwlock *lock;
6569         pt_entry_t *pte, tpte, PG_A, PG_M, PG_RW;
6570         pd_entry_t *pde;
6571         vm_offset_t va;
6572         struct spglist free;
6573         int pvh_gen, md_gen;
6574
6575         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
6576             ("pmap_remove_all: page %p is not managed", m));
6577         SLIST_INIT(&free);
6578         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
6579         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
6580             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
6581         rw_wlock(lock);
6582 retry:
6583         while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != NULL) {
6584                 pmap = PV_PMAP(pv);
6585                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6586                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
6587                         rw_wunlock(lock);
6588                         PMAP_LOCK(pmap);
6589                         rw_wlock(lock);
6590                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
6591                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6592                                 goto retry;
6593                         }
6594                 }
6595                 va = pv->pv_va;
6596                 pde = pmap_pde(pmap, va);
6597                 (void)pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
6598                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6599         }
6600         while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
6601                 pmap = PV_PMAP(pv);
6602                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6603                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
6604                         md_gen = m->md.pv_gen;
6605                         rw_wunlock(lock);
6606                         PMAP_LOCK(pmap);
6607                         rw_wlock(lock);
6608                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
6609                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6610                                 goto retry;
6611                         }
6612                 }
6613                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6614                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6615                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6616                 pmap_resident_count_adj(pmap, -1);
6617                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
6618                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_remove_all: found"
6619                     " a 2mpage in page %p's pv list", m));
6620                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
6621                 tpte = pte_load_clear(pte);
6622                 if (tpte & PG_W)
6623                         pmap->pm_stats.wired_count--;
6624                 if (tpte & PG_A)
6625                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
6626
6627                 /*
6628                  * Update the vm_page_t clean and reference bits.
6629                  */
6630                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
6631                         vm_page_dirty(m);
6632                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, *pde, &free);
6633                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
6634                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
6635                 m->md.pv_gen++;
6636                 free_pv_entry(pmap, pv);
6637                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6638         }
6639         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
6640         rw_wunlock(lock);
6641         pmap_delayed_invl_wait(m);
6642         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
6643 }
6644
6645 /*
6646  * pmap_protect_pde: do the things to protect a 2mpage in a process
6647  */
6648 static boolean_t
6649 pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva, vm_prot_t prot)
6650 {
6651         pd_entry_t newpde, oldpde;
6652         vm_page_t m, mt;
6653         boolean_t anychanged;
6654         pt_entry_t PG_G, PG_M, PG_RW;
6655
6656         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
6657         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6658         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6659
6660         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6661         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
6662             ("pmap_protect_pde: sva is not 2mpage aligned"));
6663         anychanged = FALSE;
6664 retry:
6665         oldpde = newpde = *pde;
6666         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
6667                 if ((oldpde & (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) ==
6668                     (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) {
6669                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
6670                         for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
6671                                 vm_page_dirty(mt);
6672                 }
6673                 newpde &= ~(PG_RW | PG_M);
6674         }
6675         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
6676                 newpde |= pg_nx;
6677         if (newpde != oldpde) {
6678                 /*
6679                  * As an optimization to future operations on this PDE, clear
6680                  * PG_PROMOTED.  The impending invalidation will remove any
6681                  * lingering 4KB page mappings from the TLB.
6682                  */
6683                 if (!atomic_cmpset_long(pde, oldpde, newpde & ~PG_PROMOTED))
6684                         goto retry;
6685                 if ((oldpde & PG_G) != 0)
6686                         pmap_invalidate_pde_page(kernel_pmap, sva, oldpde);
6687                 else
6688                         anychanged = TRUE;
6689         }
6690         return (anychanged);
6691 }
6692
6693 /*
6694  *      Set the physical protection on the
6695  *      specified range of this map as requested.
6696  */
6697 void
6698 pmap_protect(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, vm_prot_t prot)
6699 {
6700         vm_page_t m;
6701         vm_offset_t va_next;
6702         pml4_entry_t *pml4e;
6703         pdp_entry_t *pdpe;
6704         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
6705         pt_entry_t *pte, PG_G, PG_M, PG_RW, PG_V;
6706         pt_entry_t obits, pbits;
6707         boolean_t anychanged;
6708
6709         KASSERT((prot & ~VM_PROT_ALL) == 0, ("invalid prot %x", prot));
6710         if (prot == VM_PROT_NONE) {
6711                 pmap_remove(pmap, sva, eva);
6712                 return;
6713         }
6714
6715         if ((prot & (VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE)) ==
6716             (VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE))
6717                 return;
6718
6719         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
6720         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6721         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6722         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6723         anychanged = FALSE;
6724
6725         /*
6726          * Although this function delays and batches the invalidation
6727          * of stale TLB entries, it does not need to call
6728          * pmap_delayed_invl_start() and
6729          * pmap_delayed_invl_finish(), because it does not
6730          * ordinarily destroy mappings.  Stale TLB entries from
6731          * protection-only changes need only be invalidated before the
6732          * pmap lock is released, because protection-only changes do
6733          * not destroy PV entries.  Even operations that iterate over
6734          * a physical page's PV list of mappings, like
6735          * pmap_remove_write(), acquire the pmap lock for each
6736          * mapping.  Consequently, for protection-only changes, the
6737          * pmap lock suffices to synchronize both page table and TLB
6738          * updates.
6739          *
6740          * This function only destroys a mapping if pmap_demote_pde()
6741          * fails.  In that case, stale TLB entries are immediately
6742          * invalidated.
6743          */
6744
6745         PMAP_LOCK(pmap);
6746         for (; sva < eva; sva = va_next) {
6747                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
6748                 if (pml4e == NULL || (*pml4e & PG_V) == 0) {
6749                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
6750                         if (va_next < sva)
6751                                 va_next = eva;
6752                         continue;
6753                 }
6754
6755                 va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
6756                 if (va_next < sva)
6757                         va_next = eva;
6758                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
6759                 if ((*pdpe & PG_V) == 0)
6760                         continue;
6761                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0) {
6762                         KASSERT(va_next <= eva,
6763                             ("partial update of non-transparent 1G mapping "
6764                             "pdpe %#lx sva %#lx eva %#lx va_next %#lx",
6765                             *pdpe, sva, eva, va_next));
6766 retry_pdpe:
6767                         obits = pbits = *pdpe;
6768                         MPASS((pbits & (PG_MANAGED | PG_G)) == 0);
6769                         MPASS(pmap != kernel_pmap); /* XXXKIB */
6770                         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0)
6771                                 pbits &= ~(PG_RW | PG_M);
6772                         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
6773                                 pbits |= pg_nx;
6774
6775                         if (pbits != obits) {
6776                                 if (!atomic_cmpset_long(pdpe, obits, pbits))
6777                                         /* PG_PS cannot be cleared under us, */
6778                                         goto retry_pdpe;
6779                                 anychanged = TRUE;
6780                         }
6781                         continue;
6782                 }
6783
6784                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
6785                 if (va_next < sva)
6786                         va_next = eva;
6787
6788                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
6789                 ptpaddr = *pde;
6790
6791                 /*
6792                  * Weed out invalid mappings.
6793                  */
6794                 if (ptpaddr == 0)
6795                         continue;
6796
6797                 /*
6798                  * Check for large page.
6799                  */
6800                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
6801                         /*
6802                          * Are we protecting the entire large page?  If not,
6803                          * demote the mapping and fall through.
6804                          */
6805                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
6806                                 /*
6807                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
6808                                  * invalidated by pmap_protect_pde().
6809                                  */
6810                                 if (pmap_protect_pde(pmap, pde, sva, prot))
6811                                         anychanged = TRUE;
6812                                 continue;
6813                         } else if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, sva)) {
6814                                 /*
6815                                  * The large page mapping was destroyed.
6816                                  */
6817                                 continue;
6818                         }
6819                 }
6820
6821                 if (va_next > eva)
6822                         va_next = eva;
6823
6824                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
6825                     sva += PAGE_SIZE) {
6826 retry:
6827                         obits = pbits = *pte;
6828                         if ((pbits & PG_V) == 0)
6829                                 continue;
6830
6831                         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
6832                                 if ((pbits & (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) ==
6833                                     (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) {
6834                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pbits & PG_FRAME);
6835                                         vm_page_dirty(m);
6836                                 }
6837                                 pbits &= ~(PG_RW | PG_M);
6838                         }
6839                         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
6840                                 pbits |= pg_nx;
6841
6842                         if (pbits != obits) {
6843                                 if (!atomic_cmpset_long(pte, obits, pbits))
6844                                         goto retry;
6845                                 if (obits & PG_G)
6846                                         pmap_invalidate_page(pmap, sva);
6847                                 else
6848                                         anychanged = TRUE;
6849                         }
6850                 }
6851         }
6852         if (anychanged)
6853                 pmap_invalidate_all(pmap);
6854         PMAP_UNLOCK(pmap);
6855 }
6856
6857 static bool
6858 pmap_pde_ept_executable(pmap_t pmap, pd_entry_t pde)
6859 {
6860
6861         if (pmap->pm_type != PT_EPT)
6862                 return (false);
6863         return ((pde & EPT_PG_EXECUTE) != 0);
6864 }
6865
6866 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
6867 /*
6868  * Tries to promote the 512, contiguous 4KB page mappings that are within a
6869  * single page table page (PTP) to a single 2MB page mapping.  For promotion
6870  * to occur, two conditions must be met: (1) the 4KB page mappings must map
6871  * aligned, contiguous physical memory and (2) the 4KB page mappings must have
6872  * identical characteristics. 
6873  */
6874 static bool
6875 pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va, vm_page_t mpte,
6876     struct rwlock **lockp)
6877 {
6878         pd_entry_t newpde;
6879         pt_entry_t *firstpte, oldpte, pa, *pte;
6880         pt_entry_t allpte_PG_A, PG_A, PG_G, PG_M, PG_PKU_MASK, PG_RW, PG_V;
6881         int PG_PTE_CACHE;
6882
6883         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6884         if (!pmap_ps_enabled(pmap))
6885                 return (false);
6886
6887         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6888         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
6889         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6890         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6891         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6892         PG_PKU_MASK = pmap_pku_mask_bit(pmap);
6893         PG_PTE_CACHE = pmap_cache_mask(pmap, 0);
6894
6895         /*
6896          * Examine the first PTE in the specified PTP.  Abort if this PTE is
6897          * ineligible for promotion due to hardware errata, invalid, or does
6898          * not map the first 4KB physical page within a 2MB page.
6899          */
6900         firstpte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pde & PG_FRAME);
6901         newpde = *firstpte;
6902         if (!pmap_allow_2m_x_page(pmap, pmap_pde_ept_executable(pmap, newpde)))
6903                 return (false);
6904         if ((newpde & ((PG_FRAME & PDRMASK) | PG_V)) != PG_V) {
6905                 counter_u64_add(pmap_pde_p_failures, 1);
6906                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
6907                     " in pmap %p", va, pmap);
6908                 return (false);
6909         }
6910
6911         /*
6912          * Both here and in the below "for" loop, to allow for repromotion
6913          * after MADV_FREE, conditionally write protect a clean PTE before
6914          * possibly aborting the promotion due to other PTE attributes.  Why?
6915          * Suppose that MADV_FREE is applied to a part of a superpage, the
6916          * address range [S, E).  pmap_advise() will demote the superpage
6917          * mapping, destroy the 4KB page mapping at the end of [S, E), and
6918          * clear PG_M and PG_A in the PTEs for the rest of [S, E).  Later,
6919          * imagine that the memory in [S, E) is recycled, but the last 4KB
6920          * page in [S, E) is not the last to be rewritten, or simply accessed.
6921          * In other words, there is still a 4KB page in [S, E), call it P,
6922          * that is writeable but PG_M and PG_A are clear in P's PTE.  Unless
6923          * we write protect P before aborting the promotion, if and when P is
6924          * finally rewritten, there won't be a page fault to trigger
6925          * repromotion.
6926          */
6927 setpde:
6928         if ((newpde & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
6929                 /*
6930                  * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared without
6931                  * a TLB invalidation.
6932                  */
6933                 if (!atomic_fcmpset_long(firstpte, &newpde, newpde & ~PG_RW))
6934                         goto setpde;
6935                 newpde &= ~PG_RW;
6936                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: protect for va %#lx"
6937                     " in pmap %p", va & ~PDRMASK, pmap);
6938         }
6939
6940         /*
6941          * Examine each of the other PTEs in the specified PTP.  Abort if this
6942          * PTE maps an unexpected 4KB physical page or does not have identical
6943          * characteristics to the first PTE.
6944          */
6945         allpte_PG_A = newpde & PG_A;
6946         pa = (newpde & (PG_PS_FRAME | PG_V)) + NBPDR - PAGE_SIZE;
6947         for (pte = firstpte + NPTEPG - 1; pte > firstpte; pte--) {
6948                 oldpte = *pte;
6949                 if ((oldpte & (PG_FRAME | PG_V)) != pa) {
6950                         counter_u64_add(pmap_pde_p_failures, 1);
6951                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
6952                             " in pmap %p", va, pmap);
6953                         return (false);
6954                 }
6955 setpte:
6956                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
6957                         /*
6958                          * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared
6959                          * without a TLB invalidation.
6960                          */
6961                         if (!atomic_fcmpset_long(pte, &oldpte, oldpte & ~PG_RW))
6962                                 goto setpte;
6963                         oldpte &= ~PG_RW;
6964                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: protect for va %#lx"
6965                             " in pmap %p", (oldpte & PG_FRAME & PDRMASK) |
6966                             (va & ~PDRMASK), pmap);
6967                 }
6968                 if ((oldpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpde & PG_PTE_PROMOTE)) {
6969                         counter_u64_add(pmap_pde_p_failures, 1);
6970                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
6971                             " in pmap %p", va, pmap);
6972                         return (false);
6973                 }
6974                 allpte_PG_A &= oldpte;
6975                 pa -= PAGE_SIZE;
6976         }
6977
6978         /*
6979          * Unless all PTEs have PG_A set, clear it from the superpage mapping,
6980          * so that promotions triggered by speculative mappings, such as
6981          * pmap_enter_quick(), don't automatically mark the underlying pages
6982          * as referenced.
6983          */
6984         newpde &= ~PG_A | allpte_PG_A;
6985
6986         /*
6987          * EPT PTEs with PG_M set and PG_A clear are not supported by early
6988          * MMUs supporting EPT.
6989          */
6990         KASSERT((newpde & PG_A) != 0 || safe_to_clear_referenced(pmap, newpde),
6991             ("unsupported EPT PTE"));
6992
6993         /*
6994          * Save the PTP in its current state until the PDE mapping the
6995          * superpage is demoted by pmap_demote_pde() or destroyed by
6996          * pmap_remove_pde().  If PG_A is not set in every PTE, then request
6997          * that the PTP be refilled on demotion.
6998          */
6999         if (mpte == NULL)
7000                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
7001         KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
7002             mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
7003             ("pmap_promote_pde: page table page is out of range"));
7004         KASSERT(mpte->pindex == pmap_pde_pindex(va),
7005             ("pmap_promote_pde: page table page's pindex is wrong "
7006             "mpte %p pidx %#lx va %#lx va pde pidx %#lx",
7007             mpte, mpte->pindex, va, pmap_pde_pindex(va)));
7008         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mpte, true, allpte_PG_A != 0)) {
7009                 counter_u64_add(pmap_pde_p_failures, 1);
7010                 CTR2(KTR_PMAP,
7011                     "pmap_promote_pde: failure for va %#lx in pmap %p", va,
7012                     pmap);
7013                 return (false);
7014         }
7015
7016         /*
7017          * Promote the pv entries.
7018          */
7019         if ((newpde & PG_MANAGED) != 0)
7020                 pmap_pv_promote_pde(pmap, va, newpde & PG_PS_FRAME, lockp);
7021
7022         /*
7023          * Propagate the PAT index to its proper position.
7024          */
7025         newpde = pmap_swap_pat(pmap, newpde);
7026
7027         /*
7028          * Map the superpage.
7029          */
7030         if (workaround_erratum383)
7031                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, PG_PS | newpde);
7032         else
7033                 pde_store(pde, PG_PROMOTED | PG_PS | newpde);
7034
7035         counter_u64_add(pmap_pde_promotions, 1);
7036         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: success for va %#lx"
7037             " in pmap %p", va, pmap);
7038         return (true);
7039 }
7040 #endif /* VM_NRESERVLEVEL > 0 */
7041
7042 static int
7043 pmap_enter_largepage(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pt_entry_t newpte, int flags,
7044     int psind)
7045 {
7046         vm_page_t mp;
7047         pt_entry_t origpte, *pml4e, *pdpe, *pde, pten, PG_V;
7048
7049         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
7050         KASSERT(psind > 0 && psind < MAXPAGESIZES && pagesizes[psind] != 0,
7051             ("psind %d unexpected", psind));
7052         KASSERT(((newpte & PG_FRAME) & (pagesizes[psind] - 1)) == 0,
7053             ("unaligned phys address %#lx newpte %#lx psind %d",
7054             newpte & PG_FRAME, newpte, psind));
7055         KASSERT((va & (pagesizes[psind] - 1)) == 0,
7056             ("unaligned va %#lx psind %d", va, psind));
7057         KASSERT(va < VM_MAXUSER_ADDRESS,
7058             ("kernel mode non-transparent superpage")); /* XXXKIB */
7059         KASSERT(va + pagesizes[psind] < VM_MAXUSER_ADDRESS,
7060             ("overflowing user map va %#lx psind %d", va, psind)); /* XXXKIB */
7061
7062         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7063
7064 restart:
7065         if (!pmap_pkru_same(pmap, va, va + pagesizes[psind]))
7066                 return (KERN_PROTECTION_FAILURE);
7067         pten = newpte;
7068         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS && pmap->pm_type == PT_X86)
7069                 pten |= pmap_pkru_get(pmap, va);
7070
7071         if (psind == 2) {       /* 1G */
7072                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, va);
7073                 if (pml4e == NULL || (*pml4e & PG_V) == 0) {
7074                         mp = pmap_allocpte_alloc(pmap, pmap_pml4e_pindex(va),
7075                             NULL, va);
7076                         if (mp == NULL)
7077                                 goto allocf;
7078                         pdpe = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mp));
7079                         pdpe = &pdpe[pmap_pdpe_index(va)];
7080                         origpte = *pdpe;
7081                         MPASS(origpte == 0);
7082                 } else {
7083                         pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, va);
7084                         KASSERT(pdpe != NULL, ("va %#lx lost pdpe", va));
7085                         origpte = *pdpe;
7086                         if ((origpte & PG_V) == 0) {
7087                                 mp = PHYS_TO_VM_PAGE(*pml4e & PG_FRAME);
7088                                 mp->ref_count++;
7089                         }
7090                 }
7091                 *pdpe = pten;
7092         } else /* (psind == 1) */ {     /* 2M */
7093                 pde = pmap_pde(pmap, va);
7094                 if (pde == NULL) {
7095                         mp = pmap_allocpte_alloc(pmap, pmap_pdpe_pindex(va),
7096                             NULL, va);
7097                         if (mp == NULL)
7098                                 goto allocf;
7099                         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mp));
7100                         pde = &pde[pmap_pde_index(va)];
7101                         origpte = *pde;
7102                         MPASS(origpte == 0);
7103                 } else {
7104                         origpte = *pde;
7105                         if ((origpte & PG_V) == 0) {
7106                                 pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
7107                                 MPASS(pdpe != NULL && (*pdpe & PG_V) != 0);
7108                                 mp = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdpe & PG_FRAME);
7109                                 mp->ref_count++;
7110                         }
7111                 }
7112                 *pde = pten;
7113         }
7114         KASSERT((origpte & PG_V) == 0 || ((origpte & PG_PS) != 0 &&
7115             (origpte & PG_PS_FRAME) == (pten & PG_PS_FRAME)),
7116             ("va %#lx changing %s phys page origpte %#lx pten %#lx",
7117             va, psind == 2 ? "1G" : "2M", origpte, pten));
7118         if ((pten & PG_W) != 0 && (origpte & PG_W) == 0)
7119                 pmap->pm_stats.wired_count += pagesizes[psind] / PAGE_SIZE;
7120         else if ((pten & PG_W) == 0 && (origpte & PG_W) != 0)
7121                 pmap->pm_stats.wired_count -= pagesizes[psind] / PAGE_SIZE;
7122         if ((origpte & PG_V) == 0)
7123                 pmap_resident_count_adj(pmap, pagesizes[psind] / PAGE_SIZE);
7124
7125         return (KERN_SUCCESS);
7126
7127 allocf:
7128         if ((flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0)
7129                 return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
7130         PMAP_UNLOCK(pmap);
7131         vm_wait(NULL);
7132         PMAP_LOCK(pmap);
7133         goto restart;
7134 }
7135
7136 /*
7137  *      Insert the given physical page (p) at
7138  *      the specified virtual address (v) in the
7139  *      target physical map with the protection requested.
7140  *
7141  *      If specified, the page will be wired down, meaning
7142  *      that the related pte can not be reclaimed.
7143  *
7144  *      NB:  This is the only routine which MAY NOT lazy-evaluate
7145  *      or lose information.  That is, this routine must actually
7146  *      insert this page into the given map NOW.
7147  *
7148  *      When destroying both a page table and PV entry, this function
7149  *      performs the TLB invalidation before releasing the PV list
7150  *      lock, so we do not need pmap_delayed_invl_page() calls here.
7151  */
7152 int
7153 pmap_enter(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
7154     u_int flags, int8_t psind)
7155 {
7156         struct rwlock *lock;
7157         pd_entry_t *pde;
7158         pt_entry_t *pte, PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
7159         pt_entry_t newpte, origpte;
7160         pv_entry_t pv;
7161         vm_paddr_t opa, pa;
7162         vm_page_t mpte, om;
7163         int rv;
7164         boolean_t nosleep;
7165
7166         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
7167         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
7168         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7169         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7170         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7171
7172         va = trunc_page(va);
7173         KASSERT(va <= VM_MAX_KERNEL_ADDRESS, ("pmap_enter: toobig"));
7174         KASSERT(va < UPT_MIN_ADDRESS || va >= UPT_MAX_ADDRESS,
7175             ("pmap_enter: invalid to pmap_enter page table pages (va: 0x%lx)",
7176             va));
7177         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0 || !VA_IS_CLEANMAP(va),
7178             ("pmap_enter: managed mapping within the clean submap"));
7179         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
7180                 VM_PAGE_OBJECT_BUSY_ASSERT(m);
7181         KASSERT((flags & PMAP_ENTER_RESERVED) == 0,
7182             ("pmap_enter: flags %u has reserved bits set", flags));
7183         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
7184         newpte = (pt_entry_t)(pa | PG_A | PG_V);
7185         if ((flags & VM_PROT_WRITE) != 0)
7186                 newpte |= PG_M;
7187         if ((prot & VM_PROT_WRITE) != 0)
7188                 newpte |= PG_RW;
7189         KASSERT((newpte & (PG_M | PG_RW)) != PG_M,
7190             ("pmap_enter: flags includes VM_PROT_WRITE but prot doesn't"));
7191         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
7192                 newpte |= pg_nx;
7193         if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) != 0)
7194                 newpte |= PG_W;
7195         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
7196                 newpte |= PG_U;
7197         if (pmap == kernel_pmap)
7198                 newpte |= PG_G;
7199         newpte |= pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, psind > 0);
7200
7201         /*
7202          * Set modified bit gratuitously for writeable mappings if
7203          * the page is unmanaged. We do not want to take a fault
7204          * to do the dirty bit accounting for these mappings.
7205          */
7206         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0) {
7207                 if ((newpte & PG_RW) != 0)
7208                         newpte |= PG_M;
7209         } else
7210                 newpte |= PG_MANAGED;
7211
7212         lock = NULL;
7213         PMAP_LOCK(pmap);
7214         if ((flags & PMAP_ENTER_LARGEPAGE) != 0) {
7215                 KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0,
7216                     ("managed largepage va %#lx flags %#x", va, flags));
7217                 rv = pmap_enter_largepage(pmap, va, newpte | PG_PS, flags,
7218                     psind);
7219                 goto out;
7220         }
7221         if (psind == 1) {
7222                 /* Assert the required virtual and physical alignment. */ 
7223                 KASSERT((va & PDRMASK) == 0, ("pmap_enter: va unaligned"));
7224                 KASSERT(m->psind > 0, ("pmap_enter: m->psind < psind"));
7225                 rv = pmap_enter_pde(pmap, va, newpte | PG_PS, flags, m, &lock);
7226                 goto out;
7227         }
7228         mpte = NULL;
7229
7230         /*
7231          * In the case that a page table page is not
7232          * resident, we are creating it here.
7233          */
7234 retry:
7235         pde = pmap_pde(pmap, va);
7236         if (pde != NULL && (*pde & PG_V) != 0 && ((*pde & PG_PS) == 0 ||
7237             pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock))) {
7238                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
7239                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS && mpte == NULL) {
7240                         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
7241                         mpte->ref_count++;
7242                 }
7243         } else if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
7244                 /*
7245                  * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been
7246                  * deallocated.
7247                  */
7248                 nosleep = (flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0;
7249                 mpte = pmap_allocpte_alloc(pmap, pmap_pde_pindex(va),
7250                     nosleep ? NULL : &lock, va);
7251                 if (mpte == NULL && nosleep) {
7252                         rv = KERN_RESOURCE_SHORTAGE;
7253                         goto out;
7254                 }
7255                 goto retry;
7256         } else
7257                 panic("pmap_enter: invalid page directory va=%#lx", va);
7258
7259         origpte = *pte;
7260         pv = NULL;
7261         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS && pmap->pm_type == PT_X86)
7262                 newpte |= pmap_pkru_get(pmap, va);
7263
7264         /*
7265          * Is the specified virtual address already mapped?
7266          */
7267         if ((origpte & PG_V) != 0) {
7268                 /*
7269                  * Wiring change, just update stats. We don't worry about
7270                  * wiring PT pages as they remain resident as long as there
7271                  * are valid mappings in them. Hence, if a user page is wired,
7272                  * the PT page will be also.
7273                  */
7274                 if ((newpte & PG_W) != 0 && (origpte & PG_W) == 0)
7275                         pmap->pm_stats.wired_count++;
7276                 else if ((newpte & PG_W) == 0 && (origpte & PG_W) != 0)
7277                         pmap->pm_stats.wired_count--;
7278
7279                 /*
7280                  * Remove the extra PT page reference.
7281                  */
7282                 if (mpte != NULL) {
7283                         mpte->ref_count--;
7284                         KASSERT(mpte->ref_count > 0,
7285                             ("pmap_enter: missing reference to page table page,"
7286                              " va: 0x%lx", va));
7287                 }
7288
7289                 /*
7290                  * Has the physical page changed?
7291                  */
7292                 opa = origpte & PG_FRAME;
7293                 if (opa == pa) {
7294                         /*
7295                          * No, might be a protection or wiring change.
7296                          */
7297                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0 &&
7298                             (newpte & PG_RW) != 0)
7299                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
7300                         if (((origpte ^ newpte) & ~(PG_M | PG_A)) == 0)
7301                                 goto unchanged;
7302                         goto validate;
7303                 }
7304
7305                 /*
7306                  * The physical page has changed.  Temporarily invalidate
7307                  * the mapping.  This ensures that all threads sharing the
7308                  * pmap keep a consistent view of the mapping, which is
7309                  * necessary for the correct handling of COW faults.  It
7310                  * also permits reuse of the old mapping's PV entry,
7311                  * avoiding an allocation.
7312                  *
7313                  * For consistency, handle unmanaged mappings the same way.
7314                  */
7315                 origpte = pte_load_clear(pte);
7316                 KASSERT((origpte & PG_FRAME) == opa,
7317                     ("pmap_enter: unexpected pa update for %#lx", va));
7318                 if ((origpte & PG_MANAGED) != 0) {
7319                         om = PHYS_TO_VM_PAGE(opa);
7320
7321                         /*
7322                          * The pmap lock is sufficient to synchronize with
7323                          * concurrent calls to pmap_page_test_mappings() and
7324                          * pmap_ts_referenced().
7325                          */
7326                         if ((origpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
7327                                 vm_page_dirty(om);
7328                         if ((origpte & PG_A) != 0) {
7329                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
7330                                 vm_page_aflag_set(om, PGA_REFERENCED);
7331                         }
7332                         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, opa);
7333                         pv = pmap_pvh_remove(&om->md, pmap, va);
7334                         KASSERT(pv != NULL,
7335                             ("pmap_enter: no PV entry for %#lx", va));
7336                         if ((newpte & PG_MANAGED) == 0)
7337                                 free_pv_entry(pmap, pv);
7338                         if ((om->a.flags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
7339                             TAILQ_EMPTY(&om->md.pv_list) &&
7340                             ((om->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
7341                             TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(opa)->pv_list)))
7342                                 vm_page_aflag_clear(om, PGA_WRITEABLE);
7343                 } else {
7344                         /*
7345                          * Since this mapping is unmanaged, assume that PG_A
7346                          * is set.
7347                          */
7348                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
7349                 }
7350                 origpte = 0;
7351         } else {
7352                 /*
7353                  * Increment the counters.
7354                  */
7355                 if ((newpte & PG_W) != 0)
7356                         pmap->pm_stats.wired_count++;
7357                 pmap_resident_count_adj(pmap, 1);
7358         }
7359
7360         /*
7361          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
7362          */
7363         if ((newpte & PG_MANAGED) != 0) {
7364                 if (pv == NULL) {
7365                         pv = get_pv_entry(pmap, &lock);
7366                         pv->pv_va = va;
7367                 }
7368                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, pa);
7369                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
7370                 m->md.pv_gen++;
7371                 if ((newpte & PG_RW) != 0)
7372                         vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
7373         }
7374
7375         /*
7376          * Update the PTE.
7377          */
7378         if ((origpte & PG_V) != 0) {
7379 validate:
7380                 origpte = pte_load_store(pte, newpte);
7381                 KASSERT((origpte & PG_FRAME) == pa,
7382                     ("pmap_enter: unexpected pa update for %#lx", va));
7383                 if ((newpte & PG_M) == 0 && (origpte & (PG_M | PG_RW)) ==
7384                     (PG_M | PG_RW)) {
7385                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0)
7386                                 vm_page_dirty(m);
7387
7388                         /*
7389                          * Although the PTE may still have PG_RW set, TLB
7390                          * invalidation may nonetheless be required because
7391                          * the PTE no longer has PG_M set.
7392                          */
7393                 } else if ((origpte & PG_NX) != 0 || (newpte & PG_NX) == 0) {
7394                         /*
7395                          * This PTE change does not require TLB invalidation.
7396                          */
7397                         goto unchanged;
7398                 }
7399                 if ((origpte & PG_A) != 0)
7400                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
7401         } else
7402                 pte_store(pte, newpte);
7403
7404 unchanged:
7405
7406 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
7407         /*
7408          * If both the page table page and the reservation are fully
7409          * populated, then attempt promotion.
7410          */
7411         if ((mpte == NULL || mpte->ref_count == NPTEPG) &&
7412             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
7413             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0)
7414                 (void)pmap_promote_pde(pmap, pde, va, mpte, &lock);
7415 #endif
7416
7417         rv = KERN_SUCCESS;
7418 out:
7419         if (lock != NULL)
7420                 rw_wunlock(lock);
7421         PMAP_UNLOCK(pmap);
7422         return (rv);
7423 }
7424
7425 /*
7426  * Tries to create a read- and/or execute-only 2MB page mapping.  Returns
7427  * KERN_SUCCESS if the mapping was created.  Otherwise, returns an error
7428  * value.  See pmap_enter_pde() for the possible error values when "no sleep",
7429  * "no replace", and "no reclaim" are specified.
7430  */
7431 static int
7432 pmap_enter_2mpage(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
7433     struct rwlock **lockp)
7434 {
7435         pd_entry_t newpde;
7436         pt_entry_t PG_V;
7437
7438         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
7439         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7440         newpde = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, 1) |
7441             PG_PS | PG_V;
7442         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
7443                 newpde |= PG_MANAGED;
7444         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
7445                 newpde |= pg_nx;
7446         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
7447                 newpde |= PG_U;
7448         return (pmap_enter_pde(pmap, va, newpde, PMAP_ENTER_NOSLEEP |
7449             PMAP_ENTER_NOREPLACE | PMAP_ENTER_NORECLAIM, NULL, lockp));
7450 }
7451
7452 /*
7453  * Returns true if every page table entry in the specified page table page is
7454  * zero.
7455  */
7456 static bool
7457 pmap_every_pte_zero(vm_paddr_t pa)
7458 {
7459         pt_entry_t *pt_end, *pte;
7460
7461         KASSERT((pa & PAGE_MASK) == 0, ("pa is misaligned"));
7462         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
7463         for (pt_end = pte + NPTEPG; pte < pt_end; pte++) {
7464                 if (*pte != 0)
7465                         return (false);
7466         }
7467         return (true);
7468 }
7469
7470 /*
7471  * Tries to create the specified 2MB page mapping.  Returns KERN_SUCCESS if
7472  * the mapping was created, and one of KERN_FAILURE, KERN_NO_SPACE,
7473  * KERN_PROTECTION_FAILURE, or KERN_RESOURCE_SHORTAGE otherwise.  Returns
7474  * KERN_FAILURE if either (1) PMAP_ENTER_NOREPLACE was specified and a 4KB
7475  * page mapping already exists within the 2MB virtual address range starting
7476  * at the specified virtual address or (2) the requested 2MB page mapping is
7477  * not supported due to hardware errata.  Returns KERN_NO_SPACE if
7478  * PMAP_ENTER_NOREPLACE was specified and a 2MB page mapping already exists at
7479  * the specified virtual address.  Returns KERN_PROTECTION_FAILURE if the PKRU
7480  * settings are not the same across the 2MB virtual address range starting at
7481  * the specified virtual address.  Returns KERN_RESOURCE_SHORTAGE if either
7482  * (1) PMAP_ENTER_NOSLEEP was specified and a page table page allocation
7483  * failed or (2) PMAP_ENTER_NORECLAIM was specified and a PV entry allocation
7484  * failed.
7485  *
7486  * The parameter "m" is only used when creating a managed, writeable mapping.
7487  */
7488 static int
7489 pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t newpde, u_int flags,
7490     vm_page_t m, struct rwlock **lockp)
7491 {
7492         struct spglist free;
7493         pd_entry_t oldpde, *pde;
7494         pt_entry_t PG_G, PG_RW, PG_V;
7495         vm_page_t mt, pdpg;
7496         vm_page_t uwptpg;
7497
7498         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
7499         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7500         KASSERT((newpde & (pmap_modified_bit(pmap) | PG_RW)) != PG_RW,
7501             ("pmap_enter_pde: newpde is missing PG_M"));
7502         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7503         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
7504
7505         if (!pmap_allow_2m_x_page(pmap, pmap_pde_ept_executable(pmap,
7506             newpde))) {
7507                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: 2m x blocked for va %#lx"
7508                     " in pmap %p", va, pmap);
7509                 return (KERN_FAILURE);
7510         }
7511         if ((pde = pmap_alloc_pde(pmap, va, &pdpg, (flags &
7512             PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0 ? NULL : lockp)) == NULL) {
7513                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
7514                     " in pmap %p", va, pmap);
7515                 return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
7516         }
7517
7518         /*
7519          * If pkru is not same for the whole pde range, return failure
7520          * and let vm_fault() cope.  Check after pde allocation, since
7521          * it could sleep.
7522          */
7523         if (!pmap_pkru_same(pmap, va, va + NBPDR)) {
7524                 pmap_abort_ptp(pmap, va, pdpg);
7525                 return (KERN_PROTECTION_FAILURE);
7526         }
7527         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS && pmap->pm_type == PT_X86) {
7528                 newpde &= ~X86_PG_PKU_MASK;
7529                 newpde |= pmap_pkru_get(pmap, va);
7530         }
7531
7532         /*
7533          * If there are existing mappings, either abort or remove them.
7534          */
7535         oldpde = *pde;
7536         if ((oldpde & PG_V) != 0) {
7537                 KASSERT(pdpg == NULL || pdpg->ref_count > 1,
7538                     ("pmap_enter_pde: pdpg's reference count is too low"));
7539                 if ((flags & PMAP_ENTER_NOREPLACE) != 0) {
7540                         if ((oldpde & PG_PS) != 0) {
7541                                 if (pdpg != NULL)
7542                                         pdpg->ref_count--;
7543                                 CTR2(KTR_PMAP,
7544                                     "pmap_enter_pde: no space for va %#lx"
7545                                     " in pmap %p", va, pmap);
7546                                 return (KERN_NO_SPACE);
7547                         } else if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS ||
7548                             !pmap_every_pte_zero(oldpde & PG_FRAME)) {
7549                                 if (pdpg != NULL)
7550                                         pdpg->ref_count--;
7551                                 CTR2(KTR_PMAP,
7552                                     "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
7553                                     " in pmap %p", va, pmap);
7554                                 return (KERN_FAILURE);
7555                         }
7556                 }
7557                 /* Break the existing mapping(s). */
7558                 SLIST_INIT(&free);
7559                 if ((oldpde & PG_PS) != 0) {
7560                         /*
7561                          * The reference to the PD page that was acquired by
7562                          * pmap_alloc_pde() ensures that it won't be freed.
7563                          * However, if the PDE resulted from a promotion, then
7564                          * a reserved PT page could be freed.
7565                          */
7566                         (void)pmap_remove_pde(pmap, pde, va, &free, lockp);
7567                         if ((oldpde & PG_G) == 0)
7568                                 pmap_invalidate_pde_page(pmap, va, oldpde);
7569                 } else {
7570                         pmap_delayed_invl_start();
7571                         if (pmap_remove_ptes(pmap, va, va + NBPDR, pde, &free,
7572                             lockp))
7573                                pmap_invalidate_all(pmap);
7574                         pmap_delayed_invl_finish();
7575                 }
7576                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
7577                         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
7578                         KASSERT(*pde == 0, ("pmap_enter_pde: non-zero pde %p",
7579                             pde));
7580                 } else {
7581                         KASSERT(SLIST_EMPTY(&free),
7582                             ("pmap_enter_pde: freed kernel page table page"));
7583
7584                         /*
7585                          * Both pmap_remove_pde() and pmap_remove_ptes() will
7586                          * leave the kernel page table page zero filled.
7587                          */
7588                         mt = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
7589                         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mt, false, false))
7590                                 panic("pmap_enter_pde: trie insert failed");
7591                 }
7592         }
7593
7594         /*
7595          * Allocate leaf ptpage for wired userspace pages.
7596          */
7597         uwptpg = NULL;
7598         if ((newpde & PG_W) != 0 && pmap != kernel_pmap) {
7599                 uwptpg = pmap_alloc_pt_page(pmap, pmap_pde_pindex(va),
7600                     VM_ALLOC_WIRED);
7601                 if (uwptpg == NULL)
7602                         return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
7603                 if (pmap_insert_pt_page(pmap, uwptpg, true, false)) {
7604                         pmap_free_pt_page(pmap, uwptpg, false);
7605                         return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
7606                 }
7607
7608                 uwptpg->ref_count = NPTEPG;
7609         }
7610         if ((newpde & PG_MANAGED) != 0) {
7611                 /*
7612                  * Abort this mapping if its PV entry could not be created.
7613                  */
7614                 if (!pmap_pv_insert_pde(pmap, va, newpde, flags, lockp)) {
7615                         if (pdpg != NULL)
7616                                 pmap_abort_ptp(pmap, va, pdpg);
7617                         if (uwptpg != NULL) {
7618                                 mt = pmap_remove_pt_page(pmap, va);
7619                                 KASSERT(mt == uwptpg,
7620                                     ("removed pt page %p, expected %p", mt,
7621                                     uwptpg));
7622                                 uwptpg->ref_count = 1;
7623                                 pmap_free_pt_page(pmap, uwptpg, false);
7624                         }
7625                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
7626                             " in pmap %p", va, pmap);
7627                         return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
7628                 }
7629                 if ((newpde & PG_RW) != 0) {
7630                         for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
7631                                 vm_page_aflag_set(mt, PGA_WRITEABLE);
7632                 }
7633         }
7634
7635         /*
7636          * Increment counters.
7637          */
7638         if ((newpde & PG_W) != 0)
7639                 pmap->pm_stats.wired_count += NBPDR / PAGE_SIZE;
7640         pmap_resident_count_adj(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
7641
7642         /*
7643          * Map the superpage.  (This is not a promoted mapping; there will not
7644          * be any lingering 4KB page mappings in the TLB.)
7645          */
7646         pde_store(pde, newpde);
7647
7648         counter_u64_add(pmap_pde_mappings, 1);
7649         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: success for va %#lx in pmap %p",
7650             va, pmap);
7651         return (KERN_SUCCESS);
7652 }
7653
7654 /*
7655  * Maps a sequence of resident pages belonging to the same object.
7656  * The sequence begins with the given page m_start.  This page is
7657  * mapped at the given virtual address start.  Each subsequent page is
7658  * mapped at a virtual address that is offset from start by the same
7659  * amount as the page is offset from m_start within the object.  The
7660  * last page in the sequence is the page with the largest offset from
7661  * m_start that can be mapped at a virtual address less than the given
7662  * virtual address end.  Not every virtual page between start and end
7663  * is mapped; only those for which a resident page exists with the
7664  * corresponding offset from m_start are mapped.
7665  */
7666 void
7667 pmap_enter_object(pmap_t pmap, vm_offset_t start, vm_offset_t end,
7668     vm_page_t m_start, vm_prot_t prot)
7669 {
7670         struct rwlock *lock;
7671         vm_offset_t va;
7672         vm_page_t m, mpte;
7673         vm_pindex_t diff, psize;
7674         int rv;
7675
7676         VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m_start->object);
7677
7678         psize = atop(end - start);
7679         mpte = NULL;
7680         m = m_start;
7681         lock = NULL;
7682         PMAP_LOCK(pmap);
7683         while (m != NULL && (diff = m->pindex - m_start->pindex) < psize) {
7684                 va = start + ptoa(diff);
7685                 if ((va & PDRMASK) == 0 && va + NBPDR <= end &&
7686                     m->psind == 1 && pmap_ps_enabled(pmap) &&
7687                     ((rv = pmap_enter_2mpage(pmap, va, m, prot, &lock)) ==
7688                     KERN_SUCCESS || rv == KERN_NO_SPACE))
7689                         m = &m[NBPDR / PAGE_SIZE - 1];
7690                 else
7691                         mpte = pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot,
7692                             mpte, &lock);
7693                 m = TAILQ_NEXT(m, listq);
7694         }
7695         if (lock != NULL)
7696                 rw_wunlock(lock);
7697         PMAP_UNLOCK(pmap);
7698 }
7699
7700 /*
7701  * this code makes some *MAJOR* assumptions:
7702  * 1. Current pmap & pmap exists.
7703  * 2. Not wired.
7704  * 3. Read access.
7705  * 4. No page table pages.
7706  * but is *MUCH* faster than pmap_enter...
7707  */
7708
7709 void
7710 pmap_enter_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot)
7711 {
7712         struct rwlock *lock;
7713
7714         lock = NULL;
7715         PMAP_LOCK(pmap);
7716         (void)pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot, NULL, &lock);
7717         if (lock != NULL)
7718                 rw_wunlock(lock);
7719         PMAP_UNLOCK(pmap);
7720 }
7721
7722 static vm_page_t
7723 pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
7724     vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp)
7725 {
7726         pd_entry_t *pde;
7727         pt_entry_t newpte, *pte, PG_V;
7728
7729         KASSERT(!VA_IS_CLEANMAP(va) ||
7730             (m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0,
7731             ("pmap_enter_quick_locked: managed mapping within the clean submap"));
7732         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7733         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
7734         pde = NULL;
7735
7736         /*
7737          * In the case that a page table page is not
7738          * resident, we are creating it here.
7739          */
7740         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
7741                 pdp_entry_t *pdpe;
7742                 vm_pindex_t ptepindex;
7743
7744                 /*
7745                  * Calculate pagetable page index
7746                  */
7747                 ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
7748                 if (mpte && (mpte->pindex == ptepindex)) {
7749                         mpte->ref_count++;
7750                 } else {
7751                         /*
7752                          * If the page table page is mapped, we just increment
7753                          * the hold count, and activate it.  Otherwise, we
7754                          * attempt to allocate a page table page, passing NULL
7755                          * instead of the PV list lock pointer because we don't
7756                          * intend to sleep.  If this attempt fails, we don't
7757                          * retry.  Instead, we give up.
7758                          */
7759                         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
7760                         if (pdpe != NULL && (*pdpe & PG_V) != 0) {
7761                                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0)
7762                                         return (NULL);
7763                                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
7764                                 if ((*pde & PG_V) != 0) {
7765                                         if ((*pde & PG_PS) != 0)
7766                                                 return (NULL);
7767                                         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
7768                                         mpte->ref_count++;
7769                                 } else {
7770                                         mpte = pmap_allocpte_alloc(pmap,
7771                                             ptepindex, NULL, va);
7772                                         if (mpte == NULL)
7773                                                 return (NULL);
7774                                 }
7775                         } else {
7776                                 mpte = pmap_allocpte_alloc(pmap, ptepindex,
7777                                     NULL, va);
7778                                 if (mpte == NULL)
7779                                         return (NULL);
7780                         }
7781                 }
7782                 pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mpte));
7783                 pte = &pte[pmap_pte_index(va)];
7784         } else {
7785                 mpte = NULL;
7786                 pte = vtopte(va);
7787         }
7788         if (*pte) {
7789                 if (mpte != NULL)
7790                         mpte->ref_count--;
7791                 return (NULL);
7792         }
7793
7794         /*
7795          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
7796          */
7797         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 &&
7798             !pmap_try_insert_pv_entry(pmap, va, m, lockp)) {
7799                 if (mpte != NULL)
7800                         pmap_abort_ptp(pmap, va, mpte);
7801                 return (NULL);
7802         }
7803
7804         /*
7805          * Increment counters
7806          */
7807         pmap_resident_count_adj(pmap, 1);
7808
7809         newpte = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_V |
7810             pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, 0);
7811         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
7812                 newpte |= PG_MANAGED;
7813         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
7814                 newpte |= pg_nx;
7815         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
7816                 newpte |= PG_U | pmap_pkru_get(pmap, va);
7817         pte_store(pte, newpte);
7818
7819 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
7820         /*
7821          * If both the PTP and the reservation are fully populated, then
7822          * attempt promotion.
7823          */
7824         if ((mpte == NULL || mpte->ref_count == NPTEPG) &&
7825             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
7826             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0) {
7827                 if (pde == NULL)
7828                         pde = pmap_pde(pmap, va);
7829
7830                 /*
7831                  * If promotion succeeds, then the next call to this function
7832                  * should not be given the unmapped PTP as a hint.
7833                  */
7834                 if (pmap_promote_pde(pmap, pde, va, mpte, lockp))
7835                         mpte = NULL;
7836         }
7837 #endif
7838
7839         return (mpte);
7840 }
7841
7842 /*
7843  * Make a temporary mapping for a physical address.  This is only intended
7844  * to be used for panic dumps.
7845  */
7846 void *
7847 pmap_kenter_temporary(vm_paddr_t pa, int i)
7848 {
7849         vm_offset_t va;
7850
7851         va = (vm_offset_t)crashdumpmap + (i * PAGE_SIZE);
7852         pmap_kenter(va, pa);
7853         pmap_invlpg(kernel_pmap, va);
7854         return ((void *)crashdumpmap);
7855 }
7856
7857 /*
7858  * This code maps large physical mmap regions into the
7859  * processor address space.  Note that some shortcuts
7860  * are taken, but the code works.
7861  */
7862 void
7863 pmap_object_init_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_object_t object,
7864     vm_pindex_t pindex, vm_size_t size)
7865 {
7866         pd_entry_t *pde;
7867         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
7868         vm_paddr_t pa, ptepa;
7869         vm_page_t p, pdpg;
7870         int pat_mode;
7871
7872         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
7873         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7874         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7875         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7876
7877         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
7878         KASSERT(object->type == OBJT_DEVICE || object->type == OBJT_SG,
7879             ("pmap_object_init_pt: non-device object"));
7880         if ((addr & (NBPDR - 1)) == 0 && (size & (NBPDR - 1)) == 0) {
7881                 if (!pmap_ps_enabled(pmap))
7882                         return;
7883                 if (!vm_object_populate(object, pindex, pindex + atop(size)))
7884                         return;
7885                 p = vm_page_lookup(object, pindex);
7886                 KASSERT(vm_page_all_valid(p),
7887                     ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
7888                 pat_mode = p->md.pat_mode;
7889
7890                 /*
7891                  * Abort the mapping if the first page is not physically
7892                  * aligned to a 2MB page boundary.
7893                  */
7894                 ptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(p);
7895                 if (ptepa & (NBPDR - 1))
7896                         return;
7897
7898                 /*
7899                  * Skip the first page.  Abort the mapping if the rest of
7900                  * the pages are not physically contiguous or have differing
7901                  * memory attributes.
7902                  */
7903                 p = TAILQ_NEXT(p, listq);
7904                 for (pa = ptepa + PAGE_SIZE; pa < ptepa + size;
7905                     pa += PAGE_SIZE) {
7906                         KASSERT(vm_page_all_valid(p),
7907                             ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
7908                         if (pa != VM_PAGE_TO_PHYS(p) ||
7909                             pat_mode != p->md.pat_mode)
7910                                 return;
7911                         p = TAILQ_NEXT(p, listq);
7912                 }
7913
7914                 /*
7915                  * Map using 2MB pages.  Since "ptepa" is 2M aligned and
7916                  * "size" is a multiple of 2M, adding the PAT setting to "pa"
7917                  * will not affect the termination of this loop.
7918                  */ 
7919                 PMAP_LOCK(pmap);
7920                 for (pa = ptepa | pmap_cache_bits(pmap, pat_mode, 1);
7921                     pa < ptepa + size; pa += NBPDR) {
7922                         pde = pmap_alloc_pde(pmap, addr, &pdpg, NULL);
7923                         if (pde == NULL) {
7924                                 /*
7925                                  * The creation of mappings below is only an
7926                                  * optimization.  If a page directory page
7927                                  * cannot be allocated without blocking,
7928                                  * continue on to the next mapping rather than
7929                                  * blocking.
7930                                  */
7931                                 addr += NBPDR;
7932                                 continue;
7933                         }
7934                         if ((*pde & PG_V) == 0) {
7935                                 pde_store(pde, pa | PG_PS | PG_M | PG_A |
7936                                     PG_U | PG_RW | PG_V);
7937                                 pmap_resident_count_adj(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
7938                                 counter_u64_add(pmap_pde_mappings, 1);
7939                         } else {
7940                                 /* Continue on if the PDE is already valid. */
7941                                 pdpg->ref_count--;
7942                                 KASSERT(pdpg->ref_count > 0,
7943                                     ("pmap_object_init_pt: missing reference "
7944                                     "to page directory page, va: 0x%lx", addr));
7945                         }
7946                         addr += NBPDR;
7947                 }
7948                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7949         }
7950 }
7951
7952 /*
7953  *      Clear the wired attribute from the mappings for the specified range of
7954  *      addresses in the given pmap.  Every valid mapping within that range
7955  *      must have the wired attribute set.  In contrast, invalid mappings
7956  *      cannot have the wired attribute set, so they are ignored.
7957  *
7958  *      The wired attribute of the page table entry is not a hardware
7959  *      feature, so there is no need to invalidate any TLB entries.
7960  *      Since pmap_demote_pde() for the wired entry must never fail,
7961  *      pmap_delayed_invl_start()/finish() calls around the
7962  *      function are not needed.
7963  */
7964 void
7965 pmap_unwire(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
7966 {
7967         vm_offset_t va_next;
7968         pml4_entry_t *pml4e;
7969         pdp_entry_t *pdpe;
7970         pd_entry_t *pde;
7971         pt_entry_t *pte, PG_V, PG_G __diagused;
7972
7973         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7974         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
7975         PMAP_LOCK(pmap);
7976         for (; sva < eva; sva = va_next) {
7977                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
7978                 if (pml4e == NULL || (*pml4e & PG_V) == 0) {
7979                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
7980                         if (va_next < sva)
7981                                 va_next = eva;
7982                         continue;
7983                 }
7984
7985                 va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
7986                 if (va_next < sva)
7987                         va_next = eva;
7988                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
7989                 if ((*pdpe & PG_V) == 0)
7990                         continue;
7991                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0) {
7992                         KASSERT(va_next <= eva,
7993                             ("partial update of non-transparent 1G mapping "
7994                             "pdpe %#lx sva %#lx eva %#lx va_next %#lx",
7995                             *pdpe, sva, eva, va_next));
7996                         MPASS(pmap != kernel_pmap); /* XXXKIB */
7997                         MPASS((*pdpe & (PG_MANAGED | PG_G)) == 0);
7998                         atomic_clear_long(pdpe, PG_W);
7999                         pmap->pm_stats.wired_count -= NBPDP / PAGE_SIZE;
8000                         continue;
8001                 }
8002
8003                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
8004                 if (va_next < sva)
8005                         va_next = eva;
8006                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
8007                 if ((*pde & PG_V) == 0)
8008                         continue;
8009                 if ((*pde & PG_PS) != 0) {
8010                         if ((*pde & PG_W) == 0)
8011                                 panic("pmap_unwire: pde %#jx is missing PG_W",
8012                                     (uintmax_t)*pde);
8013
8014                         /*
8015                          * Are we unwiring the entire large page?  If not,
8016                          * demote the mapping and fall through.
8017                          */
8018                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
8019                                 atomic_clear_long(pde, PG_W);
8020                                 pmap->pm_stats.wired_count -= NBPDR /
8021                                     PAGE_SIZE;
8022                                 continue;
8023                         } else if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, sva))
8024                                 panic("pmap_unwire: demotion failed");
8025                 }
8026                 if (va_next > eva)
8027                         va_next = eva;
8028                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
8029                     sva += PAGE_SIZE) {
8030                         if ((*pte & PG_V) == 0)
8031                                 continue;
8032                         if ((*pte & PG_W) == 0)
8033                                 panic("pmap_unwire: pte %#jx is missing PG_W",
8034                                     (uintmax_t)*pte);
8035
8036                         /*
8037                          * PG_W must be cleared atomically.  Although the pmap
8038                          * lock synchronizes access to PG_W, another processor
8039                          * could be setting PG_M and/or PG_A concurrently.
8040                          */
8041                         atomic_clear_long(pte, PG_W);
8042                         pmap->pm_stats.wired_count--;
8043                 }
8044         }
8045         PMAP_UNLOCK(pmap);
8046 }
8047
8048 /*
8049  *      Copy the range specified by src_addr/len
8050  *      from the source map to the range dst_addr/len
8051  *      in the destination map.
8052  *
8053  *      This routine is only advisory and need not do anything.
8054  */
8055 void
8056 pmap_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap, vm_offset_t dst_addr, vm_size_t len,
8057     vm_offset_t src_addr)
8058 {
8059         struct rwlock *lock;
8060         pml4_entry_t *pml4e;
8061         pdp_entry_t *pdpe;
8062         pd_entry_t *pde, srcptepaddr;
8063         pt_entry_t *dst_pte, PG_A, PG_M, PG_V, ptetemp, *src_pte;
8064         vm_offset_t addr, end_addr, va_next;
8065         vm_page_t dst_pdpg, dstmpte, srcmpte;
8066
8067         if (dst_addr != src_addr)
8068                 return;
8069
8070         if (dst_pmap->pm_type != src_pmap->pm_type)
8071                 return;
8072
8073         /*
8074          * EPT page table entries that require emulation of A/D bits are
8075          * sensitive to clearing the PG_A bit (aka EPT_PG_READ). Although
8076          * we clear PG_M (aka EPT_PG_WRITE) concomitantly, the PG_U bit
8077          * (aka EPT_PG_EXECUTE) could still be set. Since some EPT
8078          * implementations flag an EPT misconfiguration for exec-only
8079          * mappings we skip this function entirely for emulated pmaps.
8080          */
8081         if (pmap_emulate_ad_bits(dst_pmap))
8082                 return;
8083
8084         end_addr = src_addr + len;
8085         lock = NULL;
8086         if (dst_pmap < src_pmap) {
8087                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
8088                 PMAP_LOCK(src_pmap);
8089         } else {
8090                 PMAP_LOCK(src_pmap);
8091                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
8092         }
8093
8094         PG_A = pmap_accessed_bit(dst_pmap);
8095         PG_M = pmap_modified_bit(dst_pmap);
8096         PG_V = pmap_valid_bit(dst_pmap);
8097
8098         for (addr = src_addr; addr < end_addr; addr = va_next) {
8099                 KASSERT(addr < UPT_MIN_ADDRESS,
8100                     ("pmap_copy: invalid to pmap_copy page tables"));
8101
8102                 pml4e = pmap_pml4e(src_pmap, addr);
8103                 if (pml4e == NULL || (*pml4e & PG_V) == 0) {
8104                         va_next = (addr + NBPML4) & ~PML4MASK;
8105                         if (va_next < addr)
8106                                 va_next = end_addr;
8107                         continue;
8108                 }
8109
8110                 va_next = (addr + NBPDP) & ~PDPMASK;
8111                 if (va_next < addr)
8112                         va_next = end_addr;
8113                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, addr);
8114                 if ((*pdpe & PG_V) == 0)
8115                         continue;
8116                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0) {
8117                         KASSERT(va_next <= end_addr,
8118                             ("partial update of non-transparent 1G mapping "
8119                             "pdpe %#lx sva %#lx eva %#lx va_next %#lx",
8120                             *pdpe, addr, end_addr, va_next));
8121                         MPASS((addr & PDPMASK) == 0);
8122                         MPASS((*pdpe & PG_MANAGED) == 0);
8123                         srcptepaddr = *pdpe;
8124                         pdpe = pmap_pdpe(dst_pmap, addr);
8125                         if (pdpe == NULL) {
8126                                 if (pmap_allocpte_alloc(dst_pmap,
8127                                     pmap_pml4e_pindex(addr), NULL, addr) ==
8128                                     NULL)
8129                                         break;
8130                                 pdpe = pmap_pdpe(dst_pmap, addr);
8131                         } else {
8132                                 pml4e = pmap_pml4e(dst_pmap, addr);
8133                                 dst_pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pml4e & PG_FRAME);
8134                                 dst_pdpg->ref_count++;
8135                         }
8136                         KASSERT(*pdpe == 0,
8137                             ("1G mapping present in dst pmap "
8138                             "pdpe %#lx sva %#lx eva %#lx va_next %#lx",
8139                             *pdpe, addr, end_addr, va_next));
8140                         *pdpe = srcptepaddr & ~PG_W;
8141                         pmap_resident_count_adj(dst_pmap, NBPDP / PAGE_SIZE);
8142                         continue;
8143                 }
8144
8145                 va_next = (addr + NBPDR) & ~PDRMASK;
8146                 if (va_next < addr)
8147                         va_next = end_addr;
8148
8149                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, addr);
8150                 srcptepaddr = *pde;
8151                 if (srcptepaddr == 0)
8152                         continue;
8153                         
8154                 if (srcptepaddr & PG_PS) {
8155                         /*
8156                          * We can only virtual copy whole superpages.
8157                          */
8158                         if ((addr & PDRMASK) != 0 || addr + NBPDR > end_addr)
8159                                 continue;
8160                         pde = pmap_alloc_pde(dst_pmap, addr, &dst_pdpg, NULL);
8161                         if (pde == NULL)
8162                                 break;
8163                         if (*pde == 0 && ((srcptepaddr & PG_MANAGED) == 0 ||
8164                             pmap_pv_insert_pde(dst_pmap, addr, srcptepaddr,
8165                             PMAP_ENTER_NORECLAIM, &lock))) {
8166                                 /*
8167                                  * We leave the dirty bit unchanged because
8168                                  * managed read/write superpage mappings are
8169                                  * required to be dirty.  However, managed
8170                                  * superpage mappings are not required to
8171                                  * have their accessed bit set, so we clear
8172                                  * it because we don't know if this mapping
8173                                  * will be used.
8174                                  */
8175                                 srcptepaddr &= ~PG_W;
8176                                 if ((srcptepaddr & PG_MANAGED) != 0)
8177                                         srcptepaddr &= ~PG_A;
8178                                 *pde = srcptepaddr;
8179                                 pmap_resident_count_adj(dst_pmap, NBPDR /
8180                                     PAGE_SIZE);
8181                                 counter_u64_add(pmap_pde_mappings, 1);
8182                         } else
8183                                 pmap_abort_ptp(dst_pmap, addr, dst_pdpg);
8184                         continue;
8185                 }
8186
8187                 srcptepaddr &= PG_FRAME;
8188                 srcmpte = PHYS_TO_VM_PAGE(srcptepaddr);
8189                 KASSERT(srcmpte->ref_count > 0,
8190                     ("pmap_copy: source page table page is unused"));
8191
8192                 if (va_next > end_addr)
8193                         va_next = end_addr;
8194
8195                 src_pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(srcptepaddr);
8196                 src_pte = &src_pte[pmap_pte_index(addr)];
8197                 dstmpte = NULL;
8198                 for (; addr < va_next; addr += PAGE_SIZE, src_pte++) {
8199                         ptetemp = *src_pte;
8200
8201                         /*
8202                          * We only virtual copy managed pages.
8203                          */
8204                         if ((ptetemp & PG_MANAGED) == 0)
8205                                 continue;
8206
8207                         if (dstmpte != NULL) {
8208                                 KASSERT(dstmpte->pindex ==
8209                                     pmap_pde_pindex(addr),
8210                                     ("dstmpte pindex/addr mismatch"));
8211                                 dstmpte->ref_count++;
8212                         } else if ((dstmpte = pmap_allocpte(dst_pmap, addr,
8213                             NULL)) == NULL)
8214                                 goto out;
8215                         dst_pte = (pt_entry_t *)
8216                             PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(dstmpte));
8217                         dst_pte = &dst_pte[pmap_pte_index(addr)];
8218                         if (*dst_pte == 0 &&
8219                             pmap_try_insert_pv_entry(dst_pmap, addr,
8220                             PHYS_TO_VM_PAGE(ptetemp & PG_FRAME), &lock)) {
8221                                 /*
8222                                  * Clear the wired, modified, and accessed
8223                                  * (referenced) bits during the copy.
8224                                  */
8225                                 *dst_pte = ptetemp & ~(PG_W | PG_M | PG_A);
8226                                 pmap_resident_count_adj(dst_pmap, 1);
8227                         } else {
8228                                 pmap_abort_ptp(dst_pmap, addr, dstmpte);
8229                                 goto out;
8230                         }
8231                         /* Have we copied all of the valid mappings? */ 
8232                         if (dstmpte->ref_count >= srcmpte->ref_count)
8233                                 break;
8234                 }
8235         }
8236 out:
8237         if (lock != NULL)
8238                 rw_wunlock(lock);
8239         PMAP_UNLOCK(src_pmap);
8240         PMAP_UNLOCK(dst_pmap);
8241 }
8242
8243 int
8244 pmap_vmspace_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap)
8245 {
8246         int error;
8247
8248         if (dst_pmap->pm_type != src_pmap->pm_type ||
8249             dst_pmap->pm_type != PT_X86 ||
8250             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) == 0)
8251                 return (0);
8252         for (;;) {
8253                 if (dst_pmap < src_pmap) {
8254                         PMAP_LOCK(dst_pmap);
8255                         PMAP_LOCK(src_pmap);
8256                 } else {
8257                         PMAP_LOCK(src_pmap);
8258                         PMAP_LOCK(dst_pmap);
8259                 }
8260                 error = pmap_pkru_copy(dst_pmap, src_pmap);
8261                 /* Clean up partial copy on failure due to no memory. */
8262                 if (error == ENOMEM)
8263                         pmap_pkru_deassign_all(dst_pmap);
8264                 PMAP_UNLOCK(src_pmap);
8265                 PMAP_UNLOCK(dst_pmap);
8266                 if (error != ENOMEM)
8267                         break;
8268                 vm_wait(NULL);
8269         }
8270         return (error);
8271 }
8272
8273 /*
8274  * Zero the specified hardware page.
8275  */
8276 void
8277 pmap_zero_page(vm_page_t m)
8278 {
8279         vm_offset_t va;
8280
8281 #ifdef TSLOG_PAGEZERO
8282         TSENTER();
8283 #endif
8284         va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
8285         pagezero((void *)va);
8286 #ifdef TSLOG_PAGEZERO
8287         TSEXIT();
8288 #endif
8289 }
8290
8291 /*
8292  * Zero an area within a single hardware page.  off and size must not
8293  * cover an area beyond a single hardware page.
8294  */
8295 void
8296 pmap_zero_page_area(vm_page_t m, int off, int size)
8297 {
8298         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
8299
8300         if (off == 0 && size == PAGE_SIZE)
8301                 pagezero((void *)va);
8302         else
8303                 bzero((char *)va + off, size);
8304 }
8305
8306 /*
8307  * Copy 1 specified hardware page to another.
8308  */
8309 void
8310 pmap_copy_page(vm_page_t msrc, vm_page_t mdst)
8311 {
8312         vm_offset_t src = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(msrc));
8313         vm_offset_t dst = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mdst));
8314
8315         pagecopy((void *)src, (void *)dst);
8316 }
8317
8318 int unmapped_buf_allowed = 1;
8319
8320 void
8321 pmap_copy_pages(vm_page_t ma[], vm_offset_t a_offset, vm_page_t mb[],
8322     vm_offset_t b_offset, int xfersize)
8323 {
8324         void *a_cp, *b_cp;
8325         vm_page_t pages[2];
8326         vm_offset_t vaddr[2], a_pg_offset, b_pg_offset;
8327         int cnt;
8328         boolean_t mapped;
8329
8330         while (xfersize > 0) {
8331                 a_pg_offset = a_offset & PAGE_MASK;
8332                 pages[0] = ma[a_offset >> PAGE_SHIFT];
8333                 b_pg_offset = b_offset & PAGE_MASK;
8334                 pages[1] = mb[b_offset >> PAGE_SHIFT];
8335                 cnt = min(xfersize, PAGE_SIZE - a_pg_offset);
8336                 cnt = min(cnt, PAGE_SIZE - b_pg_offset);
8337                 mapped = pmap_map_io_transient(pages, vaddr, 2, FALSE);
8338                 a_cp = (char *)vaddr[0] + a_pg_offset;
8339                 b_cp = (char *)vaddr[1] + b_pg_offset;
8340                 bcopy(a_cp, b_cp, cnt);
8341                 if (__predict_false(mapped))
8342                         pmap_unmap_io_transient(pages, vaddr, 2, FALSE);
8343                 a_offset += cnt;
8344                 b_offset += cnt;
8345                 xfersize -= cnt;
8346         }
8347 }
8348
8349 /*
8350  * Returns true if the pmap's pv is one of the first
8351  * 16 pvs linked to from this page.  This count may
8352  * be changed upwards or downwards in the future; it
8353  * is only necessary that true be returned for a small
8354  * subset of pmaps for proper page aging.
8355  */
8356 boolean_t
8357 pmap_page_exists_quick(pmap_t pmap, vm_page_t m)
8358 {
8359         struct md_page *pvh;
8360         struct rwlock *lock;
8361         pv_entry_t pv;
8362         int loops = 0;
8363         boolean_t rv;
8364
8365         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
8366             ("pmap_page_exists_quick: page %p is not managed", m));
8367         rv = FALSE;
8368         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
8369         rw_rlock(lock);
8370         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
8371                 if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
8372                         rv = TRUE;
8373                         break;
8374                 }
8375                 loops++;
8376                 if (loops >= 16)
8377                         break;
8378         }
8379         if (!rv && loops < 16 && (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
8380                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
8381                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
8382                         if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
8383                                 rv = TRUE;
8384                                 break;
8385                         }
8386                         loops++;
8387                         if (loops >= 16)
8388                                 break;
8389                 }
8390         }
8391         rw_runlock(lock);
8392         return (rv);
8393 }
8394
8395 /*
8396  *      pmap_page_wired_mappings:
8397  *
8398  *      Return the number of managed mappings to the given physical page
8399  *      that are wired.
8400  */
8401 int
8402 pmap_page_wired_mappings(vm_page_t m)
8403 {
8404         struct rwlock *lock;
8405         struct md_page *pvh;
8406         pmap_t pmap;
8407         pt_entry_t *pte;
8408         pv_entry_t pv;
8409         int count, md_gen, pvh_gen;
8410
8411         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
8412                 return (0);
8413         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
8414         rw_rlock(lock);
8415 restart:
8416         count = 0;
8417         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
8418                 pmap = PV_PMAP(pv);
8419                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
8420                         md_gen = m->md.pv_gen;
8421                         rw_runlock(lock);
8422                         PMAP_LOCK(pmap);
8423                         rw_rlock(lock);
8424                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
8425                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8426                                 goto restart;
8427                         }
8428                 }
8429                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va);
8430                 if ((*pte & PG_W) != 0)
8431                         count++;
8432                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8433         }
8434         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
8435                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
8436                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
8437                         pmap = PV_PMAP(pv);
8438                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
8439                                 md_gen = m->md.pv_gen;
8440                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
8441                                 rw_runlock(lock);
8442                                 PMAP_LOCK(pmap);
8443                                 rw_rlock(lock);
8444                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
8445                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
8446                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
8447                                         goto restart;
8448                                 }
8449                         }
8450                         pte = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
8451                         if ((*pte & PG_W) != 0)
8452                                 count++;
8453                         PMAP_UNLOCK(pmap);
8454                 }
8455         }
8456         rw_runlock(lock);
8457         return (count);
8458 }
8459
8460 /*
8461  * Returns TRUE if the given page is mapped individually or as part of
8462  * a 2mpage.  Otherwise, returns FALSE.
8463  */
8464 boolean_t
8465 pmap_page_is_mapped(vm_page_t m)
8466 {
8467         struct rwlock *lock;
8468         boolean_t rv;
8469
8470         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
8471                 return (FALSE);
8472         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
8473         rw_rlock(lock);
8474         rv = !TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) ||
8475             ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
8476             !TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m))->pv_list));
8477         rw_runlock(lock);
8478         return (rv);
8479 }
8480
8481 /*
8482  * Destroy all managed, non-wired mappings in the given user-space
8483  * pmap.  This pmap cannot be active on any processor besides the
8484  * caller.
8485  *
8486  * This function cannot be applied to the kernel pmap.  Moreover, it
8487  * is not intended for general use.  It is only to be used during
8488  * process termination.  Consequently, it can be implemented in ways
8489  * that make it faster than pmap_remove().  First, it can more quickly
8490  * destroy mappings by iterating over the pmap's collection of PV
8491  * entries, rather than searching the page table.  Second, it doesn't
8492  * have to test and clear the page table entries atomically, because
8493  * no processor is currently accessing the user address space.  In
8494  * particular, a page table entry's dirty bit won't change state once
8495  * this function starts.
8496  *
8497  * Although this function destroys all of the pmap's managed,
8498  * non-wired mappings, it can delay and batch the invalidation of TLB
8499  * entries without calling pmap_delayed_invl_start() and
8500  * pmap_delayed_invl_finish().  Because the pmap is not active on
8501  * any other processor, none of these TLB entries will ever be used
8502  * before their eventual invalidation.  Consequently, there is no need
8503  * for either pmap_remove_all() or pmap_remove_write() to wait for
8504  * that eventual TLB invalidation.
8505  */
8506 void
8507 pmap_remove_pages(pmap_t pmap)
8508 {
8509         pd_entry_t ptepde;
8510         pt_entry_t *pte, tpte;
8511         pt_entry_t PG_M, PG_RW, PG_V;
8512         struct spglist free;
8513         struct pv_chunklist free_chunks[PMAP_MEMDOM];
8514         vm_page_t m, mpte, mt;
8515         pv_entry_t pv;
8516         struct md_page *pvh;
8517         struct pv_chunk *pc, *npc;
8518         struct rwlock *lock;
8519         int64_t bit;
8520         uint64_t inuse, bitmask;
8521         int allfree, field, i, idx;
8522 #ifdef PV_STATS
8523         int freed;
8524 #endif
8525         boolean_t superpage;
8526         vm_paddr_t pa;
8527
8528         /*
8529          * Assert that the given pmap is only active on the current
8530          * CPU.  Unfortunately, we cannot block another CPU from
8531          * activating the pmap while this function is executing.
8532          */
8533         KASSERT(pmap == PCPU_GET(curpmap), ("non-current pmap %p", pmap));
8534 #ifdef INVARIANTS
8535         {
8536                 cpuset_t other_cpus;
8537
8538                 other_cpus = all_cpus;
8539                 critical_enter();
8540                 CPU_CLR(PCPU_GET(cpuid), &other_cpus);
8541                 CPU_AND(&other_cpus, &other_cpus, &pmap->pm_active);
8542                 critical_exit();
8543                 KASSERT(CPU_EMPTY(&other_cpus), ("pmap active %p", pmap));
8544         }
8545 #endif
8546
8547         lock = NULL;
8548         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
8549         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
8550         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8551
8552         for (i = 0; i < PMAP_MEMDOM; i++)
8553                 TAILQ_INIT(&free_chunks[i]);
8554         SLIST_INIT(&free);
8555         PMAP_LOCK(pmap);
8556         TAILQ_FOREACH_SAFE(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list, npc) {
8557                 allfree = 1;
8558 #ifdef PV_STATS
8559                 freed = 0;
8560 #endif
8561                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
8562                         inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
8563                         while (inuse != 0) {
8564                                 bit = bsfq(inuse);
8565                                 bitmask = 1UL << bit;
8566                                 idx = field * 64 + bit;
8567                                 pv = &pc->pc_pventry[idx];
8568                                 inuse &= ~bitmask;
8569
8570                                 pte = pmap_pdpe(pmap, pv->pv_va);
8571                                 ptepde = *pte;
8572                                 pte = pmap_pdpe_to_pde(pte, pv->pv_va);
8573                                 tpte = *pte;
8574                                 if ((tpte & (PG_PS | PG_V)) == PG_V) {
8575                                         superpage = FALSE;
8576                                         ptepde = tpte;
8577                                         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(tpte &
8578                                             PG_FRAME);
8579                                         pte = &pte[pmap_pte_index(pv->pv_va)];
8580                                         tpte = *pte;
8581                                 } else {
8582                                         /*
8583                                          * Keep track whether 'tpte' is a
8584                                          * superpage explicitly instead of
8585                                          * relying on PG_PS being set.
8586                                          *
8587                                          * This is because PG_PS is numerically
8588                                          * identical to PG_PTE_PAT and thus a
8589                                          * regular page could be mistaken for
8590                                          * a superpage.
8591                                          */
8592                                         superpage = TRUE;
8593                                 }
8594
8595                                 if ((tpte & PG_V) == 0) {
8596                                         panic("bad pte va %lx pte %lx",
8597                                             pv->pv_va, tpte);
8598                                 }
8599
8600 /*
8601  * We cannot remove wired pages from a process' mapping at this time
8602  */
8603                                 if (tpte & PG_W) {
8604                                         allfree = 0;
8605                                         continue;
8606                                 }
8607
8608                                 /* Mark free */
8609                                 pc->pc_map[field] |= bitmask;
8610
8611                                 /*
8612                                  * Because this pmap is not active on other
8613                                  * processors, the dirty bit cannot have
8614                                  * changed state since we last loaded pte.
8615                                  */
8616                                 pte_clear(pte);
8617
8618                                 if (superpage)
8619                                         pa = tpte & PG_PS_FRAME;
8620                                 else
8621                                         pa = tpte & PG_FRAME;
8622
8623                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
8624                                 KASSERT(m->phys_addr == pa,
8625                                     ("vm_page_t %p phys_addr mismatch %016jx %016jx",
8626                                     m, (uintmax_t)m->phys_addr,
8627                                     (uintmax_t)tpte));
8628
8629                                 KASSERT((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
8630                                     m < &vm_page_array[vm_page_array_size],
8631                                     ("pmap_remove_pages: bad tpte %#jx",
8632                                     (uintmax_t)tpte));
8633
8634                                 /*
8635                                  * Update the vm_page_t clean/reference bits.
8636                                  */
8637                                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
8638                                         if (superpage) {
8639                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
8640                                                         vm_page_dirty(mt);
8641                                         } else
8642                                                 vm_page_dirty(m);
8643                                 }
8644
8645                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(&lock, m);
8646
8647                                 if (superpage) {
8648                                         pmap_resident_count_adj(pmap, -NBPDR / PAGE_SIZE);
8649                                         pvh = pa_to_pvh(tpte & PG_PS_FRAME);
8650                                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
8651                                         pvh->pv_gen++;
8652                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
8653                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
8654                                                         if ((mt->a.flags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
8655                                                             TAILQ_EMPTY(&mt->md.pv_list))
8656                                                                 vm_page_aflag_clear(mt, PGA_WRITEABLE);
8657                                         }
8658                                         mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, pv->pv_va);
8659                                         if (mpte != NULL) {
8660                                                 KASSERT(vm_page_any_valid(mpte),
8661                                                     ("pmap_remove_pages: pte page not promoted"));
8662                                                 pmap_pt_page_count_adj(pmap, -1);
8663                                                 KASSERT(mpte->ref_count == NPTEPG,
8664                                                     ("pmap_remove_pages: pte page reference count error"));
8665                                                 mpte->ref_count = 0;
8666                                                 pmap_add_delayed_free_list(mpte, &free, FALSE);
8667                                         }
8668                                 } else {
8669                                         pmap_resident_count_adj(pmap, -1);
8670                                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
8671                                         m->md.pv_gen++;
8672                                         if ((m->a.flags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
8673                                             TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
8674                                             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
8675                                                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
8676                                                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
8677                                                         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
8678                                         }
8679                                 }
8680                                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, ptepde, &free);
8681 #ifdef PV_STATS
8682                                 freed++;
8683 #endif
8684                         }
8685                 }
8686                 PV_STAT(counter_u64_add(pv_entry_frees, freed));
8687                 PV_STAT(counter_u64_add(pv_entry_spare, freed));
8688                 PV_STAT(counter_u64_add(pv_entry_count, -freed));
8689                 if (allfree) {
8690                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
8691                         TAILQ_INSERT_TAIL(&free_chunks[pc_to_domain(pc)], pc, pc_list);
8692                 }
8693         }
8694         if (lock != NULL)
8695                 rw_wunlock(lock);
8696         pmap_invalidate_all(pmap);
8697         pmap_pkru_deassign_all(pmap);
8698         free_pv_chunk_batch((struct pv_chunklist *)&free_chunks);
8699         PMAP_UNLOCK(pmap);
8700         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
8701 }
8702
8703 static boolean_t
8704 pmap_page_test_mappings(vm_page_t m, boolean_t accessed, boolean_t modified)
8705 {
8706         struct rwlock *lock;
8707         pv_entry_t pv;
8708         struct md_page *pvh;
8709         pt_entry_t *pte, mask;
8710         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
8711         pmap_t pmap;
8712         int md_gen, pvh_gen;
8713         boolean_t rv;
8714
8715         rv = FALSE;
8716         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
8717         rw_rlock(lock);
8718 restart:
8719         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
8720                 pmap = PV_PMAP(pv);
8721                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
8722                         md_gen = m->md.pv_gen;
8723                         rw_runlock(lock);
8724                         PMAP_LOCK(pmap);
8725                         rw_rlock(lock);
8726                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
8727                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8728                                 goto restart;
8729                         }
8730                 }
8731                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va);
8732                 mask = 0;
8733                 if (modified) {
8734                         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
8735                         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8736                         mask |= PG_RW | PG_M;
8737                 }
8738                 if (accessed) {
8739                         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
8740                         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
8741                         mask |= PG_V | PG_A;
8742                 }
8743                 rv = (*pte & mask) == mask;
8744                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8745                 if (rv)
8746                         goto out;
8747         }
8748         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
8749                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
8750                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
8751                         pmap = PV_PMAP(pv);
8752                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
8753                                 md_gen = m->md.pv_gen;
8754                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
8755                                 rw_runlock(lock);
8756                                 PMAP_LOCK(pmap);
8757                                 rw_rlock(lock);
8758                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
8759                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
8760                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
8761                                         goto restart;
8762                                 }
8763                         }
8764                         pte = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
8765                         mask = 0;
8766                         if (modified) {
8767                                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
8768                                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8769                                 mask |= PG_RW | PG_M;
8770                         }
8771                         if (accessed) {
8772                                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
8773                                 PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
8774                                 mask |= PG_V | PG_A;
8775                         }
8776                         rv = (*pte & mask) == mask;
8777                         PMAP_UNLOCK(pmap);
8778                         if (rv)
8779                                 goto out;
8780                 }
8781         }
8782 out:
8783         rw_runlock(lock);
8784         return (rv);
8785 }
8786
8787 /*
8788  *      pmap_is_modified:
8789  *
8790  *      Return whether or not the specified physical page was modified
8791  *      in any physical maps.
8792  */
8793 boolean_t
8794 pmap_is_modified(vm_page_t m)
8795 {
8796
8797         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
8798             ("pmap_is_modified: page %p is not managed", m));
8799
8800         /*
8801          * If the page is not busied then this check is racy.
8802          */
8803         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
8804                 return (FALSE);
8805         return (pmap_page_test_mappings(m, FALSE, TRUE));
8806 }
8807
8808 /*
8809  *      pmap_is_prefaultable:
8810  *
8811  *      Return whether or not the specified virtual address is eligible
8812  *      for prefault.
8813  */
8814 boolean_t
8815 pmap_is_prefaultable(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
8816 {
8817         pd_entry_t *pde;
8818         pt_entry_t *pte, PG_V;
8819         boolean_t rv;
8820
8821         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
8822
8823         /*
8824          * Return TRUE if and only if the PTE for the specified virtual
8825          * address is allocated but invalid.
8826          */
8827         rv = FALSE;
8828         PMAP_LOCK(pmap);
8829         pde = pmap_pde(pmap, addr);
8830         if (pde != NULL && (*pde & (PG_PS | PG_V)) == PG_V) {
8831                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, addr);
8832                 rv = (*pte & PG_V) == 0;
8833         }
8834         PMAP_UNLOCK(pmap);
8835         return (rv);
8836 }
8837
8838 /*
8839  *      pmap_is_referenced:
8840  *
8841  *      Return whether or not the specified physical page was referenced
8842  *      in any physical maps.
8843  */
8844 boolean_t
8845 pmap_is_referenced(vm_page_t m)
8846 {
8847
8848         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
8849             ("pmap_is_referenced: page %p is not managed", m));
8850         return (pmap_page_test_mappings(m, TRUE, FALSE));
8851 }
8852
8853 /*
8854  * Clear the write and modified bits in each of the given page's mappings.
8855  */
8856 void
8857 pmap_remove_write(vm_page_t m)
8858 {
8859         struct md_page *pvh;
8860         pmap_t pmap;
8861         struct rwlock *lock;
8862         pv_entry_t next_pv, pv;
8863         pd_entry_t *pde;
8864         pt_entry_t oldpte, *pte, PG_M, PG_RW;
8865         vm_offset_t va;
8866         int pvh_gen, md_gen;
8867
8868         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
8869             ("pmap_remove_write: page %p is not managed", m));
8870
8871         vm_page_assert_busied(m);
8872         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
8873                 return;
8874
8875         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
8876         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
8877             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
8878         rw_wlock(lock);
8879 retry:
8880         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
8881                 pmap = PV_PMAP(pv);
8882                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
8883                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
8884                         rw_wunlock(lock);
8885                         PMAP_LOCK(pmap);
8886                         rw_wlock(lock);
8887                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
8888                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8889                                 goto retry;
8890                         }
8891                 }
8892                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8893                 va = pv->pv_va;
8894                 pde = pmap_pde(pmap, va);
8895                 if ((*pde & PG_RW) != 0)
8896                         (void)pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
8897                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
8898                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
8899                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
8900                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8901         }
8902         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
8903                 pmap = PV_PMAP(pv);
8904                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
8905                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
8906                         md_gen = m->md.pv_gen;
8907                         rw_wunlock(lock);
8908                         PMAP_LOCK(pmap);
8909                         rw_wlock(lock);
8910                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen ||
8911                             md_gen != m->md.pv_gen) {
8912                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8913                                 goto retry;
8914                         }
8915                 }
8916                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
8917                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8918                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
8919                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0,
8920                     ("pmap_remove_write: found a 2mpage in page %p's pv list",
8921                     m));
8922                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
8923                 oldpte = *pte;
8924                 if (oldpte & PG_RW) {
8925                         while (!atomic_fcmpset_long(pte, &oldpte, oldpte &
8926                             ~(PG_RW | PG_M)))
8927                                 cpu_spinwait();
8928                         if ((oldpte & PG_M) != 0)
8929                                 vm_page_dirty(m);
8930                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
8931                 }
8932                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8933         }
8934         rw_wunlock(lock);
8935         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
8936         pmap_delayed_invl_wait(m);
8937 }
8938
8939 /*
8940  *      pmap_ts_referenced:
8941  *
8942  *      Return a count of reference bits for a page, clearing those bits.
8943  *      It is not necessary for every reference bit to be cleared, but it
8944  *      is necessary that 0 only be returned when there are truly no
8945  *      reference bits set.
8946  *
8947  *      As an optimization, update the page's dirty field if a modified bit is
8948  *      found while counting reference bits.  This opportunistic update can be
8949  *      performed at low cost and can eliminate the need for some future calls
8950  *      to pmap_is_modified().  However, since this function stops after
8951  *      finding PMAP_TS_REFERENCED_MAX reference bits, it may not detect some
8952  *      dirty pages.  Those dirty pages will only be detected by a future call
8953  *      to pmap_is_modified().
8954  *
8955  *      A DI block is not needed within this function, because
8956  *      invalidations are performed before the PV list lock is
8957  *      released.
8958  */
8959 int
8960 pmap_ts_referenced(vm_page_t m)
8961 {
8962         struct md_page *pvh;
8963         pv_entry_t pv, pvf;
8964         pmap_t pmap;
8965         struct rwlock *lock;
8966         pd_entry_t oldpde, *pde;
8967         pt_entry_t *pte, PG_A, PG_M, PG_RW;
8968         vm_offset_t va;
8969         vm_paddr_t pa;
8970         int cleared, md_gen, not_cleared, pvh_gen;
8971         struct spglist free;
8972         boolean_t demoted;
8973
8974         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
8975             ("pmap_ts_referenced: page %p is not managed", m));
8976         SLIST_INIT(&free);
8977         cleared = 0;
8978         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
8979         lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);
8980         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy : pa_to_pvh(pa);
8981         rw_wlock(lock);
8982 retry:
8983         not_cleared = 0;
8984         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) == NULL)
8985                 goto small_mappings;
8986         pv = pvf;
8987         do {
8988                 if (pvf == NULL)
8989                         pvf = pv;
8990                 pmap = PV_PMAP(pv);
8991                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
8992                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
8993                         rw_wunlock(lock);
8994                         PMAP_LOCK(pmap);
8995                         rw_wlock(lock);
8996                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
8997                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8998                                 goto retry;
8999                         }
9000                 }
9001                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
9002                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
9003                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
9004                 va = pv->pv_va;
9005                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
9006                 oldpde = *pde;
9007                 if ((oldpde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
9008                         /*
9009                          * Although "oldpde" is mapping a 2MB page, because
9010                          * this function is called at a 4KB page granularity,
9011                          * we only update the 4KB page under test.
9012                          */
9013                         vm_page_dirty(m);
9014                 }
9015                 if ((oldpde & PG_A) != 0) {
9016                         /*
9017                          * Since this reference bit is shared by 512 4KB
9018                          * pages, it should not be cleared every time it is
9019                          * tested.  Apply a simple "hash" function on the
9020                          * physical page number, the virtual superpage number,
9021                          * and the pmap address to select one 4KB page out of
9022                          * the 512 on which testing the reference bit will
9023                          * result in clearing that reference bit.  This
9024                          * function is designed to avoid the selection of the
9025                          * same 4KB page for every 2MB page mapping.
9026                          *
9027                          * On demotion, a mapping that hasn't been referenced
9028                          * is simply destroyed.  To avoid the possibility of a
9029                          * subsequent page fault on a demoted wired mapping,
9030                          * always leave its reference bit set.  Moreover,
9031                          * since the superpage is wired, the current state of
9032                          * its reference bit won't affect page replacement.
9033                          */
9034                         if ((((pa >> PAGE_SHIFT) ^ (pv->pv_va >> PDRSHIFT) ^
9035                             (uintptr_t)pmap) & (NPTEPG - 1)) == 0 &&
9036                             (oldpde & PG_W) == 0) {
9037                                 if (safe_to_clear_referenced(pmap, oldpde)) {
9038                                         atomic_clear_long(pde, PG_A);
9039                                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
9040                                         demoted = FALSE;
9041                                 } else if (pmap_demote_pde_locked(pmap, pde,
9042                                     pv->pv_va, &lock)) {
9043                                         /*
9044                                          * Remove the mapping to a single page
9045                                          * so that a subsequent access may
9046                                          * repromote.  Since the underlying
9047                                          * page table page is fully populated,
9048                                          * this removal never frees a page
9049                                          * table page.
9050                                          */
9051                                         demoted = TRUE;
9052                                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde &
9053                                             PG_PS_FRAME);
9054                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
9055                                         pmap_remove_pte(pmap, pte, va, *pde,
9056                                             NULL, &lock);
9057                                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
9058                                 } else
9059                                         demoted = TRUE;
9060
9061                                 if (demoted) {
9062                                         /*
9063                                          * The superpage mapping was removed
9064                                          * entirely and therefore 'pv' is no
9065                                          * longer valid.
9066                                          */
9067                                         if (pvf == pv)
9068                                                 pvf = NULL;
9069                                         pv = NULL;
9070                                 }
9071                                 cleared++;
9072                                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
9073                                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
9074                                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
9075                         } else
9076                                 not_cleared++;
9077                 }
9078                 PMAP_UNLOCK(pmap);
9079                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
9080                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
9081                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
9082                         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
9083                         pvh->pv_gen++;
9084                 }
9085                 if (cleared + not_cleared >= PMAP_TS_REFERENCED_MAX)
9086                         goto out;
9087         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != pvf);
9088 small_mappings:
9089         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) == NULL)
9090                 goto out;
9091         pv = pvf;
9092         do {
9093                 if (pvf == NULL)
9094                         pvf = pv;
9095                 pmap = PV_PMAP(pv);
9096                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
9097                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
9098                         md_gen = m->md.pv_gen;
9099                         rw_wunlock(lock);
9100                         PMAP_LOCK(pmap);
9101                         rw_wlock(lock);
9102                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
9103                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
9104                                 goto retry;
9105                         }
9106                 }
9107                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
9108                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
9109                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
9110                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
9111                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0,
9112                     ("pmap_ts_referenced: found a 2mpage in page %p's pv list",
9113                     m));
9114                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
9115                 if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
9116                         vm_page_dirty(m);
9117                 if ((*pte & PG_A) != 0) {
9118                         if (safe_to_clear_referenced(pmap, *pte)) {
9119                                 atomic_clear_long(pte, PG_A);
9120                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
9121                                 cleared++;
9122                         } else if ((*pte & PG_W) == 0) {
9123                                 /*
9124                                  * Wired pages cannot be paged out so
9125                                  * doing accessed bit emulation for
9126                                  * them is wasted effort. We do the
9127                                  * hard work for unwired pages only.
9128                                  */
9129                                 pmap_remove_pte(pmap, pte, pv->pv_va,
9130                                     *pde, &free, &lock);
9131                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
9132                                 cleared++;
9133                                 if (pvf == pv)
9134                                         pvf = NULL;
9135                                 pv = NULL;
9136                                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
9137                                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
9138                                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
9139                         } else
9140                                 not_cleared++;
9141                 }
9142                 PMAP_UNLOCK(pmap);
9143                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
9144                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
9145                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
9146                         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
9147                         m->md.pv_gen++;
9148                 }
9149         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != pvf && cleared +
9150             not_cleared < PMAP_TS_REFERENCED_MAX);
9151 out:
9152         rw_wunlock(lock);
9153         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
9154         return (cleared + not_cleared);
9155 }
9156
9157 /*
9158  *      Apply the given advice to the specified range of addresses within the
9159  *      given pmap.  Depending on the advice, clear the referenced and/or
9160  *      modified flags in each mapping and set the mapped page's dirty field.
9161  */
9162 void
9163 pmap_advise(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, int advice)
9164 {
9165         struct rwlock *lock;
9166         pml4_entry_t *pml4e;
9167         pdp_entry_t *pdpe;
9168         pd_entry_t oldpde, *pde;
9169         pt_entry_t *pte, PG_A, PG_G, PG_M, PG_RW, PG_V;
9170         vm_offset_t va, va_next;
9171         vm_page_t m;
9172         bool anychanged;
9173
9174         if (advice != MADV_DONTNEED && advice != MADV_FREE)
9175                 return;
9176
9177         /*
9178          * A/D bit emulation requires an alternate code path when clearing
9179          * the modified and accessed bits below. Since this function is
9180          * advisory in nature we skip it entirely for pmaps that require
9181          * A/D bit emulation.
9182          */
9183         if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
9184                 return;
9185
9186         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
9187         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
9188         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
9189         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
9190         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
9191         anychanged = false;
9192         pmap_delayed_invl_start();
9193         PMAP_LOCK(pmap);
9194         for (; sva < eva; sva = va_next) {
9195                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
9196                 if (pml4e == NULL || (*pml4e & PG_V) == 0) {
9197                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
9198                         if (va_next < sva)
9199                                 va_next = eva;
9200                         continue;
9201                 }
9202
9203                 va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
9204                 if (va_next < sva)
9205                         va_next = eva;
9206                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
9207                 if ((*pdpe & PG_V) == 0)
9208                         continue;
9209                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0)
9210                         continue;
9211
9212                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
9213                 if (va_next < sva)
9214                         va_next = eva;
9215                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
9216                 oldpde = *pde;
9217                 if ((oldpde & PG_V) == 0)
9218                         continue;
9219                 else if ((oldpde & PG_PS) != 0) {
9220                         if ((oldpde & PG_MANAGED) == 0)
9221                                 continue;
9222                         lock = NULL;
9223                         if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, sva, &lock)) {
9224                                 if (lock != NULL)
9225                                         rw_wunlock(lock);
9226
9227                                 /*
9228                                  * The large page mapping was destroyed.
9229                                  */
9230                                 continue;
9231                         }
9232
9233                         /*
9234                          * Unless the page mappings are wired, remove the
9235                          * mapping to a single page so that a subsequent
9236                          * access may repromote.  Choosing the last page
9237                          * within the address range [sva, min(va_next, eva))
9238                          * generally results in more repromotions.  Since the
9239                          * underlying page table page is fully populated, this
9240                          * removal never frees a page table page.
9241                          */
9242                         if ((oldpde & PG_W) == 0) {
9243                                 va = eva;
9244                                 if (va > va_next)
9245                                         va = va_next;
9246                                 va -= PAGE_SIZE;
9247                                 KASSERT(va >= sva,
9248                                     ("pmap_advise: no address gap"));
9249                                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
9250                                 KASSERT((*pte & PG_V) != 0,
9251                                     ("pmap_advise: invalid PTE"));
9252                                 pmap_remove_pte(pmap, pte, va, *pde, NULL,
9253                                     &lock);
9254                                 anychanged = true;
9255                         }
9256                         if (lock != NULL)
9257                                 rw_wunlock(lock);
9258                 }
9259                 if (va_next > eva)
9260                         va_next = eva;
9261                 va = va_next;
9262                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
9263                     sva += PAGE_SIZE) {
9264                         if ((*pte & (PG_MANAGED | PG_V)) != (PG_MANAGED | PG_V))
9265                                 goto maybe_invlrng;
9266                         else if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
9267                                 if (advice == MADV_DONTNEED) {
9268                                         /*
9269                                          * Future calls to pmap_is_modified()
9270                                          * can be avoided by making the page
9271                                          * dirty now.
9272                                          */
9273                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pte & PG_FRAME);
9274                                         vm_page_dirty(m);
9275                                 }
9276                                 atomic_clear_long(pte, PG_M | PG_A);
9277                         } else if ((*pte & PG_A) != 0)
9278                                 atomic_clear_long(pte, PG_A);
9279                         else
9280                                 goto maybe_invlrng;
9281
9282                         if ((*pte & PG_G) != 0) {
9283                                 if (va == va_next)
9284                                         va = sva;
9285                         } else
9286                                 anychanged = true;
9287                         continue;
9288 maybe_invlrng:
9289                         if (va != va_next) {
9290                                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
9291                                 va = va_next;
9292                         }
9293                 }
9294                 if (va != va_next)
9295                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
9296         }
9297         if (anychanged)
9298                 pmap_invalidate_all(pmap);
9299         PMAP_UNLOCK(pmap);
9300         pmap_delayed_invl_finish();
9301 }
9302
9303 /*
9304  *      Clear the modify bits on the specified physical page.
9305  */
9306 void
9307 pmap_clear_modify(vm_page_t m)
9308 {
9309         struct md_page *pvh;
9310         pmap_t pmap;
9311         pv_entry_t next_pv, pv;
9312         pd_entry_t oldpde, *pde;
9313         pt_entry_t *pte, PG_M, PG_RW;
9314         struct rwlock *lock;
9315         vm_offset_t va;
9316         int md_gen, pvh_gen;
9317
9318         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
9319             ("pmap_clear_modify: page %p is not managed", m));
9320         vm_page_assert_busied(m);
9321
9322         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
9323                 return;
9324         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
9325             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
9326         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
9327         rw_wlock(lock);
9328 restart:
9329         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
9330                 pmap = PV_PMAP(pv);
9331                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
9332                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
9333                         rw_wunlock(lock);
9334                         PMAP_LOCK(pmap);
9335                         rw_wlock(lock);
9336                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
9337                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
9338                                 goto restart;
9339                         }
9340                 }
9341                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
9342                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
9343                 va = pv->pv_va;
9344                 pde = pmap_pde(pmap, va);
9345                 oldpde = *pde;
9346                 /* If oldpde has PG_RW set, then it also has PG_M set. */
9347                 if ((oldpde & PG_RW) != 0 &&
9348                     pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock) &&
9349                     (oldpde & PG_W) == 0) {
9350                         /*
9351                          * Write protect the mapping to a single page so that
9352                          * a subsequent write access may repromote.
9353                          */
9354                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde & PG_PS_FRAME);
9355                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
9356                         atomic_clear_long(pte, PG_M | PG_RW);
9357                         vm_page_dirty(m);
9358                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
9359                 }
9360                 PMAP_UNLOCK(pmap);
9361         }
9362         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
9363                 pmap = PV_PMAP(pv);
9364                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
9365                         md_gen = m->md.pv_gen;
9366                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
9367                         rw_wunlock(lock);
9368                         PMAP_LOCK(pmap);
9369                         rw_wlock(lock);
9370                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
9371                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
9372                                 goto restart;
9373                         }
9374                 }
9375                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
9376                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
9377                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
9378                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_clear_modify: found"
9379                     " a 2mpage in page %p's pv list", m));
9380                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
9381                 if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
9382                         atomic_clear_long(pte, PG_M);
9383                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
9384                 }
9385                 PMAP_UNLOCK(pmap);
9386         }
9387         rw_wunlock(lock);
9388 }
9389
9390 /*
9391  * Miscellaneous support routines follow
9392  */
9393
9394 /* Adjust the properties for a leaf page table entry. */
9395 static __inline void
9396 pmap_pte_props(pt_entry_t *pte, u_long bits, u_long mask)
9397 {
9398         u_long opte, npte;
9399
9400         opte = *(u_long *)pte;
9401         do {
9402                 npte = opte & ~mask;
9403                 npte |= bits;
9404         } while (npte != opte && !atomic_fcmpset_long((u_long *)pte, &opte,
9405             npte));
9406 }
9407
9408 /*
9409  * Map a set of physical memory pages into the kernel virtual
9410  * address space. Return a pointer to where it is mapped. This
9411  * routine is intended to be used for mapping device memory,
9412  * NOT real memory.
9413  */
9414 static void *
9415 pmap_mapdev_internal(vm_paddr_t pa, vm_size_t size, int mode, int flags)
9416 {
9417         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
9418         vm_offset_t va, offset;
9419         vm_size_t tmpsize;
9420         int i;
9421
9422         offset = pa & PAGE_MASK;
9423         size = round_page(offset + size);
9424         pa = trunc_page(pa);
9425
9426         if (!pmap_initialized) {
9427                 va = 0;
9428                 for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
9429                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
9430                         if (ppim->va == 0) {
9431                                 ppim->pa = pa;
9432                                 ppim->sz = size;
9433                                 ppim->mode = mode;
9434                                 ppim->va = virtual_avail;
9435                                 virtual_avail += size;
9436                                 va = ppim->va;
9437                                 break;
9438                         }
9439                 }
9440                 if (va == 0)
9441                         panic("%s: too many preinit mappings", __func__);
9442         } else {
9443                 /*
9444                  * If we have a preinit mapping, re-use it.
9445                  */
9446                 for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
9447                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
9448                         if (ppim->pa == pa && ppim->sz == size &&
9449                             (ppim->mode == mode ||
9450                             (flags & MAPDEV_SETATTR) == 0))
9451                                 return ((void *)(ppim->va + offset));
9452                 }
9453                 /*
9454                  * If the specified range of physical addresses fits within
9455                  * the direct map window, use the direct map.
9456                  */
9457                 if (pa < dmaplimit && pa + size <= dmaplimit) {
9458                         va = PHYS_TO_DMAP(pa);
9459                         if ((flags & MAPDEV_SETATTR) != 0) {
9460                                 PMAP_LOCK(kernel_pmap);
9461                                 i = pmap_change_props_locked(va, size,
9462                                     PROT_NONE, mode, flags);
9463                                 PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
9464                         } else
9465                                 i = 0;
9466                         if (!i)
9467                                 return ((void *)(va + offset));
9468                 }
9469                 va = kva_alloc(size);
9470                 if (va == 0)
9471                         panic("%s: Couldn't allocate KVA", __func__);
9472         }
9473         for (tmpsize = 0; tmpsize < size; tmpsize += PAGE_SIZE)
9474                 pmap_kenter_attr(va + tmpsize, pa + tmpsize, mode);
9475         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, va, va + tmpsize);
9476         if ((flags & MAPDEV_FLUSHCACHE) != 0)
9477                 pmap_invalidate_cache_range(va, va + tmpsize);
9478         return ((void *)(va + offset));
9479 }
9480
9481 void *
9482 pmap_mapdev_attr(vm_paddr_t pa, vm_size_t size, int mode)
9483 {
9484
9485         return (pmap_mapdev_internal(pa, size, mode, MAPDEV_FLUSHCACHE |
9486             MAPDEV_SETATTR));
9487 }
9488
9489 void *
9490 pmap_mapdev(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
9491 {
9492
9493         return (pmap_mapdev_attr(pa, size, PAT_UNCACHEABLE));
9494 }
9495
9496 void *
9497 pmap_mapdev_pciecfg(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
9498 {
9499
9500         return (pmap_mapdev_internal(pa, size, PAT_UNCACHEABLE,
9501             MAPDEV_SETATTR));
9502 }
9503
9504 void *
9505 pmap_mapbios(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
9506 {
9507
9508         return (pmap_mapdev_internal(pa, size, PAT_WRITE_BACK,
9509             MAPDEV_FLUSHCACHE));
9510 }
9511
9512 void
9513 pmap_unmapdev(void *p, vm_size_t size)
9514 {
9515         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
9516         vm_offset_t offset, va;
9517         int i;
9518
9519         va = (vm_offset_t)p;
9520
9521         /* If we gave a direct map region in pmap_mapdev, do nothing */
9522         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS)
9523                 return;
9524         offset = va & PAGE_MASK;
9525         size = round_page(offset + size);
9526         va = trunc_page(va);
9527         for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
9528                 ppim = pmap_preinit_mapping + i;
9529                 if (ppim->va == va && ppim->sz == size) {
9530                         if (pmap_initialized)
9531                                 return;
9532                         ppim->pa = 0;
9533                         ppim->va = 0;
9534                         ppim->sz = 0;
9535                         ppim->mode = 0;
9536                         if (va + size == virtual_avail)
9537                                 virtual_avail = va;
9538                         return;
9539                 }
9540         }
9541         if (pmap_initialized) {
9542                 pmap_qremove(va, atop(size));
9543                 kva_free(va, size);
9544         }
9545 }
9546
9547 /*
9548  * Tries to demote a 1GB page mapping.
9549  */
9550 static boolean_t
9551 pmap_demote_pdpe(pmap_t pmap, pdp_entry_t *pdpe, vm_offset_t va)
9552 {
9553         pdp_entry_t newpdpe, oldpdpe;
9554         pd_entry_t *firstpde, newpde, *pde;
9555         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
9556         vm_paddr_t pdpgpa;
9557         vm_page_t pdpg;
9558
9559         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
9560         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
9561         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
9562         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
9563
9564         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
9565         oldpdpe = *pdpe;
9566         KASSERT((oldpdpe & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V),
9567             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_PS and/or PG_V"));
9568         pdpg = pmap_alloc_pt_page(pmap, va >> PDPSHIFT,
9569             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_INTERRUPT);
9570         if (pdpg  == NULL) {
9571                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pdpe: failure for va %#lx"
9572                     " in pmap %p", va, pmap);
9573                 return (FALSE);
9574         }
9575         pdpgpa = VM_PAGE_TO_PHYS(pdpg);
9576         firstpde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pdpgpa);
9577         newpdpe = pdpgpa | PG_M | PG_A | (oldpdpe & PG_U) | PG_RW | PG_V;
9578         KASSERT((oldpdpe & PG_A) != 0,
9579             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_A"));
9580         KASSERT((oldpdpe & (PG_M | PG_RW)) != PG_RW,
9581             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_M"));
9582         newpde = oldpdpe;
9583
9584         /*
9585          * Initialize the page directory page.
9586          */
9587         for (pde = firstpde; pde < firstpde + NPDEPG; pde++) {
9588                 *pde = newpde;
9589                 newpde += NBPDR;
9590         }
9591
9592         /*
9593          * Demote the mapping.
9594          */
9595         *pdpe = newpdpe;
9596
9597         /*
9598          * Invalidate a stale recursive mapping of the page directory page.
9599          */
9600         pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopde(va));
9601
9602         counter_u64_add(pmap_pdpe_demotions, 1);
9603         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pdpe: success for va %#lx"
9604             " in pmap %p", va, pmap);
9605         return (TRUE);
9606 }
9607
9608 /*
9609  * Sets the memory attribute for the specified page.
9610  */
9611 void
9612 pmap_page_set_memattr(vm_page_t m, vm_memattr_t ma)
9613 {
9614
9615         m->md.pat_mode = ma;
9616
9617         /*
9618          * If "m" is a normal page, update its direct mapping.  This update
9619          * can be relied upon to perform any cache operations that are
9620          * required for data coherence.
9621          */
9622         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
9623             pmap_change_attr(PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m)), PAGE_SIZE,
9624             m->md.pat_mode))
9625                 panic("memory attribute change on the direct map failed");
9626 }
9627
9628 void
9629 pmap_page_set_memattr_noflush(vm_page_t m, vm_memattr_t ma)
9630 {
9631         int error;
9632
9633         m->md.pat_mode = ma;
9634
9635         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0)
9636                 return;
9637         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
9638         error = pmap_change_props_locked(PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m)),
9639             PAGE_SIZE, PROT_NONE, m->md.pat_mode, 0);
9640         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
9641         if (error != 0)
9642                 panic("memory attribute change on the direct map failed");
9643 }
9644
9645 /*
9646  * Changes the specified virtual address range's memory type to that given by
9647  * the parameter "mode".  The specified virtual address range must be
9648  * completely contained within either the direct map or the kernel map.  If
9649  * the virtual address range is contained within the kernel map, then the
9650  * memory type for each of the corresponding ranges of the direct map is also
9651  * changed.  (The corresponding ranges of the direct map are those ranges that
9652  * map the same physical pages as the specified virtual address range.)  These
9653  * changes to the direct map are necessary because Intel describes the
9654  * behavior of their processors as "undefined" if two or more mappings to the
9655  * same physical page have different memory types.
9656  *
9657  * Returns zero if the change completed successfully, and either EINVAL or
9658  * ENOMEM if the change failed.  Specifically, EINVAL is returned if some part
9659  * of the virtual address range was not mapped, and ENOMEM is returned if
9660  * there was insufficient memory available to complete the change.  In the
9661  * latter case, the memory type may have been changed on some part of the
9662  * virtual address range or the direct map.
9663  */
9664 int
9665 pmap_change_attr(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
9666 {
9667         int error;
9668
9669         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
9670         error = pmap_change_props_locked(va, size, PROT_NONE, mode,
9671             MAPDEV_FLUSHCACHE);
9672         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
9673         return (error);
9674 }
9675
9676 /*
9677  * Changes the specified virtual address range's protections to those
9678  * specified by "prot".  Like pmap_change_attr(), protections for aliases
9679  * in the direct map are updated as well.  Protections on aliasing mappings may
9680  * be a subset of the requested protections; for example, mappings in the direct
9681  * map are never executable.
9682  */
9683 int
9684 pmap_change_prot(vm_offset_t va, vm_size_t size, vm_prot_t prot)
9685 {
9686         int error;
9687
9688         /* Only supported within the kernel map. */
9689         if (va < VM_MIN_KERNEL_ADDRESS)
9690                 return (EINVAL);
9691
9692         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
9693         error = pmap_change_props_locked(va, size, prot, -1,
9694             MAPDEV_ASSERTVALID);
9695         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
9696         return (error);
9697 }
9698
9699 static int
9700 pmap_change_props_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size, vm_prot_t prot,
9701     int mode, int flags)
9702 {
9703         vm_offset_t base, offset, tmpva;
9704         vm_paddr_t pa_start, pa_end, pa_end1;
9705         pdp_entry_t *pdpe;
9706         pd_entry_t *pde, pde_bits, pde_mask;
9707         pt_entry_t *pte, pte_bits, pte_mask;
9708         int error;
9709         bool changed;
9710
9711         PMAP_LOCK_ASSERT(kernel_pmap, MA_OWNED);
9712         base = trunc_page(va);
9713         offset = va & PAGE_MASK;
9714         size = round_page(offset + size);
9715
9716         /*
9717          * Only supported on kernel virtual addresses, including the direct
9718          * map but excluding the recursive map.
9719          */
9720         if (base < DMAP_MIN_ADDRESS)
9721                 return (EINVAL);
9722
9723         /*
9724          * Construct our flag sets and masks.  "bits" is the subset of
9725          * "mask" that will be set in each modified PTE.
9726          *
9727          * Mappings in the direct map are never allowed to be executable.
9728          */
9729         pde_bits = pte_bits = 0;
9730         pde_mask = pte_mask = 0;
9731         if (mode != -1) {
9732                 pde_bits |= pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, true);
9733                 pde_mask |= X86_PG_PDE_CACHE;
9734                 pte_bits |= pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, false);
9735                 pte_mask |= X86_PG_PTE_CACHE;
9736         }
9737         if (prot != VM_PROT_NONE) {
9738                 if ((prot & VM_PROT_WRITE) != 0) {
9739                         pde_bits |= X86_PG_RW;
9740                         pte_bits |= X86_PG_RW;
9741                 }
9742                 if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0 ||
9743                     va < VM_MIN_KERNEL_ADDRESS) {
9744                         pde_bits |= pg_nx;
9745                         pte_bits |= pg_nx;
9746                 }
9747                 pde_mask |= X86_PG_RW | pg_nx;
9748                 pte_mask |= X86_PG_RW | pg_nx;
9749         }
9750
9751         /*
9752          * Pages that aren't mapped aren't supported.  Also break down 2MB pages
9753          * into 4KB pages if required.
9754          */
9755         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
9756                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, tmpva);
9757                 if (pdpe == NULL || *pdpe == 0) {
9758                         KASSERT((flags & MAPDEV_ASSERTVALID) == 0,
9759                             ("%s: addr %#lx is not mapped", __func__, tmpva));
9760                         return (EINVAL);
9761                 }
9762                 if (*pdpe & PG_PS) {
9763                         /*
9764                          * If the current 1GB page already has the required
9765                          * properties, then we need not demote this page.  Just
9766                          * increment tmpva to the next 1GB page frame.
9767                          */
9768                         if ((*pdpe & pde_mask) == pde_bits) {
9769                                 tmpva = trunc_1gpage(tmpva) + NBPDP;
9770                                 continue;
9771                         }
9772
9773                         /*
9774                          * If the current offset aligns with a 1GB page frame
9775                          * and there is at least 1GB left within the range, then
9776                          * we need not break down this page into 2MB pages.
9777                          */
9778                         if ((tmpva & PDPMASK) == 0 &&
9779                             tmpva + PDPMASK < base + size) {
9780                                 tmpva += NBPDP;
9781                                 continue;
9782                         }
9783                         if (!pmap_demote_pdpe(kernel_pmap, pdpe, tmpva))
9784                                 return (ENOMEM);
9785                 }
9786                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, tmpva);
9787                 if (*pde == 0) {
9788                         KASSERT((flags & MAPDEV_ASSERTVALID) == 0,
9789                             ("%s: addr %#lx is not mapped", __func__, tmpva));
9790                         return (EINVAL);
9791                 }
9792                 if (*pde & PG_PS) {
9793                         /*
9794                          * If the current 2MB page already has the required
9795                          * properties, then we need not demote this page.  Just
9796                          * increment tmpva to the next 2MB page frame.
9797                          */
9798                         if ((*pde & pde_mask) == pde_bits) {
9799                                 tmpva = trunc_2mpage(tmpva) + NBPDR;
9800                                 continue;
9801                         }
9802
9803                         /*
9804                          * If the current offset aligns with a 2MB page frame
9805                          * and there is at least 2MB left within the range, then
9806                          * we need not break down this page into 4KB pages.
9807                          */
9808                         if ((tmpva & PDRMASK) == 0 &&
9809                             tmpva + PDRMASK < base + size) {
9810                                 tmpva += NBPDR;
9811                                 continue;
9812                         }
9813                         if (!pmap_demote_pde(kernel_pmap, pde, tmpva))
9814                                 return (ENOMEM);
9815                 }
9816                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, tmpva);
9817                 if (*pte == 0) {
9818                         KASSERT((flags & MAPDEV_ASSERTVALID) == 0,
9819                             ("%s: addr %#lx is not mapped", __func__, tmpva));
9820                         return (EINVAL);
9821                 }
9822                 tmpva += PAGE_SIZE;
9823         }
9824         error = 0;
9825
9826         /*
9827          * Ok, all the pages exist, so run through them updating their
9828          * properties if required.
9829          */
9830         changed = false;
9831         pa_start = pa_end = 0;
9832         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
9833                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, tmpva);
9834                 if (*pdpe & PG_PS) {
9835                         if ((*pdpe & pde_mask) != pde_bits) {
9836                                 pmap_pte_props(pdpe, pde_bits, pde_mask);
9837                                 changed = true;
9838                         }
9839                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS &&
9840                             (*pdpe & PG_PS_FRAME) < dmaplimit) {
9841                                 if (pa_start == pa_end) {
9842                                         /* Start physical address run. */
9843                                         pa_start = *pdpe & PG_PS_FRAME;
9844                                         pa_end = pa_start + NBPDP;
9845                                 } else if (pa_end == (*pdpe & PG_PS_FRAME))
9846                                         pa_end += NBPDP;
9847                                 else {
9848                                         /* Run ended, update direct map. */
9849                                         error = pmap_change_props_locked(
9850                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
9851                                             pa_end - pa_start, prot, mode,
9852                                             flags);
9853                                         if (error != 0)
9854                                                 break;
9855                                         /* Start physical address run. */
9856                                         pa_start = *pdpe & PG_PS_FRAME;
9857                                         pa_end = pa_start + NBPDP;
9858                                 }
9859                         }
9860                         tmpva = trunc_1gpage(tmpva) + NBPDP;
9861                         continue;
9862                 }
9863                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, tmpva);
9864                 if (*pde & PG_PS) {
9865                         if ((*pde & pde_mask) != pde_bits) {
9866                                 pmap_pte_props(pde, pde_bits, pde_mask);
9867                                 changed = true;
9868                         }
9869                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS &&
9870                             (*pde & PG_PS_FRAME) < dmaplimit) {
9871                                 if (pa_start == pa_end) {
9872                                         /* Start physical address run. */
9873                                         pa_start = *pde & PG_PS_FRAME;
9874                                         pa_end = pa_start + NBPDR;
9875                                 } else if (pa_end == (*pde & PG_PS_FRAME))
9876                                         pa_end += NBPDR;
9877                                 else {
9878                                         /* Run ended, update direct map. */
9879                                         error = pmap_change_props_locked(
9880                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
9881                                             pa_end - pa_start, prot, mode,
9882                                             flags);
9883                                         if (error != 0)
9884                                                 break;
9885                                         /* Start physical address run. */
9886                                         pa_start = *pde & PG_PS_FRAME;
9887                                         pa_end = pa_start + NBPDR;
9888                                 }
9889                         }
9890                         tmpva = trunc_2mpage(tmpva) + NBPDR;
9891                 } else {
9892                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, tmpva);
9893                         if ((*pte & pte_mask) != pte_bits) {
9894                                 pmap_pte_props(pte, pte_bits, pte_mask);
9895                                 changed = true;
9896                         }
9897                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS &&
9898                             (*pte & PG_FRAME) < dmaplimit) {
9899                                 if (pa_start == pa_end) {
9900                                         /* Start physical address run. */
9901                                         pa_start = *pte & PG_FRAME;
9902                                         pa_end = pa_start + PAGE_SIZE;
9903                                 } else if (pa_end == (*pte & PG_FRAME))
9904                                         pa_end += PAGE_SIZE;
9905                                 else {
9906                                         /* Run ended, update direct map. */
9907                                         error = pmap_change_props_locked(
9908                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
9909                                             pa_end - pa_start, prot, mode,
9910                                             flags);
9911                                         if (error != 0)
9912                                                 break;
9913                                         /* Start physical address run. */
9914                                         pa_start = *pte & PG_FRAME;
9915                                         pa_end = pa_start + PAGE_SIZE;
9916                                 }
9917                         }
9918                         tmpva += PAGE_SIZE;
9919                 }
9920         }
9921         if (error == 0 && pa_start != pa_end && pa_start < dmaplimit) {
9922                 pa_end1 = MIN(pa_end, dmaplimit);
9923                 if (pa_start != pa_end1)
9924                         error = pmap_change_props_locked(PHYS_TO_DMAP(pa_start),
9925                             pa_end1 - pa_start, prot, mode, flags);
9926         }
9927
9928         /*
9929          * Flush CPU caches if required to make sure any data isn't cached that
9930          * shouldn't be, etc.
9931          */
9932         if (changed) {
9933                 pmap_invalidate_range(kernel_pmap, base, tmpva);
9934                 if ((flags & MAPDEV_FLUSHCACHE) != 0)
9935                         pmap_invalidate_cache_range(base, tmpva);
9936         }
9937         return (error);
9938 }
9939
9940 /*
9941  * Demotes any mapping within the direct map region that covers more than the
9942  * specified range of physical addresses.  This range's size must be a power
9943  * of two and its starting address must be a multiple of its size.  Since the
9944  * demotion does not change any attributes of the mapping, a TLB invalidation
9945  * is not mandatory.  The caller may, however, request a TLB invalidation.
9946  */
9947 void
9948 pmap_demote_DMAP(vm_paddr_t base, vm_size_t len, boolean_t invalidate)
9949 {
9950         pdp_entry_t *pdpe;
9951         pd_entry_t *pde;
9952         vm_offset_t va;
9953         boolean_t changed;
9954
9955         if (len == 0)
9956                 return;
9957         KASSERT(powerof2(len), ("pmap_demote_DMAP: len is not a power of 2"));
9958         KASSERT((base & (len - 1)) == 0,
9959             ("pmap_demote_DMAP: base is not a multiple of len"));
9960         if (len < NBPDP && base < dmaplimit) {
9961                 va = PHYS_TO_DMAP(base);
9962                 changed = FALSE;
9963                 PMAP_LOCK(kernel_pmap);
9964                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, va);
9965                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0)
9966                         panic("pmap_demote_DMAP: invalid PDPE");
9967                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0) {
9968                         if (!pmap_demote_pdpe(kernel_pmap, pdpe, va))
9969                                 panic("pmap_demote_DMAP: PDPE failed");
9970                         changed = TRUE;
9971                 }
9972                 if (len < NBPDR) {
9973                         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
9974                         if ((*pde & X86_PG_V) == 0)
9975                                 panic("pmap_demote_DMAP: invalid PDE");
9976                         if ((*pde & PG_PS) != 0) {
9977                                 if (!pmap_demote_pde(kernel_pmap, pde, va))
9978                                         panic("pmap_demote_DMAP: PDE failed");
9979                                 changed = TRUE;
9980                         }
9981                 }
9982                 if (changed && invalidate)
9983                         pmap_invalidate_page(kernel_pmap, va);
9984                 PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
9985         }
9986 }
9987
9988 /*
9989  * Perform the pmap work for mincore(2).  If the page is not both referenced and
9990  * modified by this pmap, returns its physical address so that the caller can
9991  * find other mappings.
9992  */
9993 int
9994 pmap_mincore(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_paddr_t *pap)
9995 {
9996         pdp_entry_t *pdpe;
9997         pd_entry_t *pdep;
9998         pt_entry_t pte, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
9999         vm_paddr_t pa;
10000         int val;
10001
10002         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
10003         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
10004         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
10005         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
10006
10007         PMAP_LOCK(pmap);
10008         pte = 0;
10009         pa = 0;
10010         val = 0;
10011         pdpe = pmap_pdpe(pmap, addr);
10012         if (pdpe == NULL)
10013                 goto out;
10014         if ((*pdpe & PG_V) != 0) {
10015                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0) {
10016                         pte = *pdpe;
10017                         pa = ((pte & PG_PS_PDP_FRAME) | (addr & PDPMASK)) &
10018                             PG_FRAME;
10019                         val = MINCORE_PSIND(2);
10020                 } else {
10021                         pdep = pmap_pde(pmap, addr);
10022                         if (pdep != NULL && (*pdep & PG_V) != 0) {
10023                                 if ((*pdep & PG_PS) != 0) {
10024                                         pte = *pdep;
10025                         /* Compute the physical address of the 4KB page. */
10026                                         pa = ((pte & PG_PS_FRAME) | (addr &
10027                                             PDRMASK)) & PG_FRAME;
10028                                         val = MINCORE_PSIND(1);
10029                                 } else {
10030                                         pte = *pmap_pde_to_pte(pdep, addr);
10031                                         pa = pte & PG_FRAME;
10032                                         val = 0;
10033                                 }
10034                         }
10035                 }
10036         }
10037         if ((pte & PG_V) != 0) {
10038                 val |= MINCORE_INCORE;
10039                 if ((pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
10040                         val |= MINCORE_MODIFIED | MINCORE_MODIFIED_OTHER;
10041                 if ((pte & PG_A) != 0)
10042                         val |= MINCORE_REFERENCED | MINCORE_REFERENCED_OTHER;
10043         }
10044         if ((val & (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER)) !=
10045             (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER) &&
10046             (pte & (PG_MANAGED | PG_V)) == (PG_MANAGED | PG_V)) {
10047                 *pap = pa;
10048         }
10049 out:
10050         PMAP_UNLOCK(pmap);
10051         return (val);
10052 }
10053
10054 static uint64_t
10055 pmap_pcid_alloc(pmap_t pmap, struct pmap_pcid *pcidp)
10056 {
10057         uint32_t gen, new_gen, pcid_next;
10058
10059         CRITICAL_ASSERT(curthread);
10060         gen = PCPU_GET(pcid_gen);
10061         if (pcidp->pm_pcid == PMAP_PCID_KERN)
10062                 return (pti ? 0 : CR3_PCID_SAVE);
10063         if (pcidp->pm_gen == gen)
10064                 return (CR3_PCID_SAVE);
10065         pcid_next = PCPU_GET(pcid_next);
10066         KASSERT((!pti && pcid_next <= PMAP_PCID_OVERMAX) ||
10067             (pti && pcid_next <= PMAP_PCID_OVERMAX_KERN),
10068             ("cpu %d pcid_next %#x", PCPU_GET(cpuid), pcid_next));
10069         if ((!pti && pcid_next == PMAP_PCID_OVERMAX) ||
10070             (pti && pcid_next == PMAP_PCID_OVERMAX_KERN)) {
10071                 new_gen = gen + 1;
10072                 if (new_gen == 0)
10073                         new_gen = 1;
10074                 PCPU_SET(pcid_gen, new_gen);
10075                 pcid_next = PMAP_PCID_KERN + 1;
10076         } else {
10077                 new_gen = gen;
10078         }
10079         pcidp->pm_pcid = pcid_next;
10080         pcidp->pm_gen = new_gen;
10081         PCPU_SET(pcid_next, pcid_next + 1);
10082         return (0);
10083 }
10084
10085 static uint64_t
10086 pmap_pcid_alloc_checked(pmap_t pmap, struct pmap_pcid *pcidp)
10087 {
10088         uint64_t cached;
10089
10090         cached = pmap_pcid_alloc(pmap, pcidp);
10091         KASSERT(pcidp->pm_pcid < PMAP_PCID_OVERMAX,
10092             ("pmap %p cpu %d pcid %#x", pmap, PCPU_GET(cpuid), pcidp->pm_pcid));
10093         KASSERT(pcidp->pm_pcid != PMAP_PCID_KERN || pmap == kernel_pmap,
10094             ("non-kernel pmap pmap %p cpu %d pcid %#x",
10095             pmap, PCPU_GET(cpuid), pcidp->pm_pcid));
10096         return (cached);
10097 }
10098
10099 static void
10100 pmap_activate_sw_pti_post(struct thread *td, pmap_t pmap)
10101 {
10102
10103         PCPU_GET(tssp)->tss_rsp0 = pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3 ?
10104             PCPU_GET(pti_rsp0) : (uintptr_t)td->td_md.md_stack_base;
10105 }
10106
10107 static void
10108 pmap_activate_sw_pcid_pti(struct thread *td, pmap_t pmap, u_int cpuid)
10109 {
10110         pmap_t old_pmap;
10111         struct pmap_pcid *pcidp, *old_pcidp;
10112         uint64_t cached, cr3, kcr3, ucr3;
10113
10114         KASSERT((read_rflags() & PSL_I) == 0,
10115             ("PCID needs interrupts disabled in pmap_activate_sw()"));
10116
10117         /* See the comment in pmap_invalidate_page_pcid(). */
10118         if (PCPU_GET(ucr3_load_mask) != PMAP_UCR3_NOMASK) {
10119                 PCPU_SET(ucr3_load_mask, PMAP_UCR3_NOMASK);
10120                 old_pmap = PCPU_GET(curpmap);
10121                 MPASS(old_pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3);
10122                 old_pcidp = zpcpu_get_cpu(old_pmap->pm_pcidp, cpuid);
10123                 old_pcidp->pm_gen = 0;
10124         }
10125
10126         pcidp = zpcpu_get_cpu(pmap->pm_pcidp, cpuid);
10127         cached = pmap_pcid_alloc_checked(pmap, pcidp);
10128         cr3 = rcr3();
10129         if ((cr3 & ~CR3_PCID_MASK) != pmap->pm_cr3)
10130                 load_cr3(pmap->pm_cr3 | pcidp->pm_pcid);
10131         PCPU_SET(curpmap, pmap);
10132         kcr3 = pmap->pm_cr3 | pcidp->pm_pcid;
10133         ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pcidp->pm_pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
10134
10135         if (!cached && pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3)
10136                 PCPU_SET(ucr3_load_mask, ~CR3_PCID_SAVE);
10137
10138         PCPU_SET(kcr3, kcr3 | CR3_PCID_SAVE);
10139         PCPU_SET(ucr3, ucr3 | CR3_PCID_SAVE);
10140         if (cached)
10141                 counter_u64_add(pcid_save_cnt, 1);
10142
10143         pmap_activate_sw_pti_post(td, pmap);
10144 }
10145
10146 static void
10147 pmap_activate_sw_pcid_nopti(struct thread *td __unused, pmap_t pmap,
10148     u_int cpuid)
10149 {
10150         struct pmap_pcid *pcidp;
10151         uint64_t cached, cr3;
10152
10153         KASSERT((read_rflags() & PSL_I) == 0,
10154             ("PCID needs interrupts disabled in pmap_activate_sw()"));
10155
10156         pcidp = zpcpu_get_cpu(pmap->pm_pcidp, cpuid);
10157         cached = pmap_pcid_alloc_checked(pmap, pcidp);
10158         cr3 = rcr3();
10159         if (!cached || (cr3 & ~CR3_PCID_MASK) != pmap->pm_cr3)
10160                 load_cr3(pmap->pm_cr3 | pcidp->pm_pcid | cached);
10161         PCPU_SET(curpmap, pmap);
10162         if (cached)
10163                 counter_u64_add(pcid_save_cnt, 1);
10164 }
10165
10166 static void
10167 pmap_activate_sw_nopcid_nopti(struct thread *td __unused, pmap_t pmap,
10168     u_int cpuid __unused)
10169 {
10170
10171         load_cr3(pmap->pm_cr3);
10172         PCPU_SET(curpmap, pmap);
10173 }
10174
10175 static void
10176 pmap_activate_sw_nopcid_pti(struct thread *td, pmap_t pmap,
10177     u_int cpuid __unused)
10178 {
10179
10180         pmap_activate_sw_nopcid_nopti(td, pmap, cpuid);
10181         PCPU_SET(kcr3, pmap->pm_cr3);
10182         PCPU_SET(ucr3, pmap->pm_ucr3);
10183         pmap_activate_sw_pti_post(td, pmap);
10184 }
10185
10186 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_activate_sw_mode, (struct thread *, pmap_t,
10187     u_int))
10188 {
10189
10190         if (pmap_pcid_enabled && pti)
10191                 return (pmap_activate_sw_pcid_pti);
10192         else if (pmap_pcid_enabled && !pti)
10193                 return (pmap_activate_sw_pcid_nopti);
10194         else if (!pmap_pcid_enabled && pti)
10195                 return (pmap_activate_sw_nopcid_pti);
10196         else /* if (!pmap_pcid_enabled && !pti) */
10197                 return (pmap_activate_sw_nopcid_nopti);
10198 }
10199
10200 void
10201 pmap_activate_sw(struct thread *td)
10202 {
10203         pmap_t oldpmap, pmap;
10204         u_int cpuid;
10205
10206         oldpmap = PCPU_GET(curpmap);
10207         pmap = vmspace_pmap(td->td_proc->p_vmspace);
10208         if (oldpmap == pmap) {
10209                 if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
10210                         mfence();
10211                 return;
10212         }
10213         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
10214 #ifdef SMP
10215         CPU_SET_ATOMIC(cpuid, &pmap->pm_active);
10216 #else
10217         CPU_SET(cpuid, &pmap->pm_active);
10218 #endif
10219         pmap_activate_sw_mode(td, pmap, cpuid);
10220 #ifdef SMP
10221         CPU_CLR_ATOMIC(cpuid, &oldpmap->pm_active);
10222 #else
10223         CPU_CLR(cpuid, &oldpmap->pm_active);
10224 #endif
10225 }
10226
10227 void
10228 pmap_activate(struct thread *td)
10229 {
10230         /*
10231          * invltlb_{invpcid,}_pcid_handler() is used to handle an
10232          * invalidate_all IPI, which checks for curpmap ==
10233          * smp_tlb_pmap.  The below sequence of operations has a
10234          * window where %CR3 is loaded with the new pmap's PML4
10235          * address, but the curpmap value has not yet been updated.
10236          * This causes the invltlb IPI handler, which is called
10237          * between the updates, to execute as a NOP, which leaves
10238          * stale TLB entries.
10239          *
10240          * Note that the most common use of pmap_activate_sw(), from
10241          * a context switch, is immune to this race, because
10242          * interrupts are disabled (while the thread lock is owned),
10243          * so the IPI is delayed until after curpmap is updated.  Protect
10244          * other callers in a similar way, by disabling interrupts
10245          * around the %cr3 register reload and curpmap assignment.
10246          */
10247         spinlock_enter();
10248         pmap_activate_sw(td);
10249         spinlock_exit();
10250 }
10251
10252 void
10253 pmap_activate_boot(pmap_t pmap)
10254 {
10255         uint64_t kcr3;
10256         u_int cpuid;
10257
10258         /*
10259          * kernel_pmap must be never deactivated, and we ensure that
10260          * by never activating it at all.
10261          */
10262         MPASS(pmap != kernel_pmap);
10263
10264         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
10265 #ifdef SMP
10266         CPU_SET_ATOMIC(cpuid, &pmap->pm_active);
10267 #else
10268         CPU_SET(cpuid, &pmap->pm_active);
10269 #endif
10270         PCPU_SET(curpmap, pmap);
10271         if (pti) {
10272                 kcr3 = pmap->pm_cr3;
10273                 if (pmap_pcid_enabled)
10274                         kcr3 |= pmap_get_pcid(pmap) | CR3_PCID_SAVE;
10275         } else {
10276                 kcr3 = PMAP_NO_CR3;
10277         }
10278         PCPU_SET(kcr3, kcr3);
10279         PCPU_SET(ucr3, PMAP_NO_CR3);
10280 }
10281
10282 void
10283 pmap_active_cpus(pmap_t pmap, cpuset_t *res)
10284 {
10285         *res = pmap->pm_active;
10286 }
10287
10288 void
10289 pmap_sync_icache(pmap_t pm, vm_offset_t va, vm_size_t sz)
10290 {
10291 }
10292
10293 /*
10294  *      Increase the starting virtual address of the given mapping if a
10295  *      different alignment might result in more superpage mappings.
10296  */
10297 void
10298 pmap_align_superpage(vm_object_t object, vm_ooffset_t offset,
10299     vm_offset_t *addr, vm_size_t size)
10300 {
10301         vm_offset_t superpage_offset;
10302
10303         if (size < NBPDR)
10304                 return;
10305         if (object != NULL && (object->flags & OBJ_COLORED) != 0)
10306                 offset += ptoa(object->pg_color);
10307         superpage_offset = offset & PDRMASK;
10308         if (size - ((NBPDR - superpage_offset) & PDRMASK) < NBPDR ||
10309             (*addr & PDRMASK) == superpage_offset)
10310                 return;
10311         if ((*addr & PDRMASK) < superpage_offset)
10312                 *addr = (*addr & ~PDRMASK) + superpage_offset;
10313         else
10314                 *addr = ((*addr + PDRMASK) & ~PDRMASK) + superpage_offset;
10315 }
10316
10317 #ifdef INVARIANTS
10318 static unsigned long num_dirty_emulations;
10319 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_dirty_emulations, CTLFLAG_RW,
10320              &num_dirty_emulations, 0, NULL);
10321
10322 static unsigned long num_accessed_emulations;
10323 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_accessed_emulations, CTLFLAG_RW,
10324              &num_accessed_emulations, 0, NULL);
10325
10326 static unsigned long num_superpage_accessed_emulations;
10327 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_superpage_accessed_emulations, CTLFLAG_RW,
10328              &num_superpage_accessed_emulations, 0, NULL);
10329
10330 static unsigned long ad_emulation_superpage_promotions;
10331 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, ad_emulation_superpage_promotions, CTLFLAG_RW,
10332              &ad_emulation_superpage_promotions, 0, NULL);
10333 #endif  /* INVARIANTS */
10334
10335 int
10336 pmap_emulate_accessed_dirty(pmap_t pmap, vm_offset_t va, int ftype)
10337 {
10338         int rv;
10339         struct rwlock *lock;
10340 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
10341         vm_page_t m, mpte;
10342 #endif
10343         pd_entry_t *pde;
10344         pt_entry_t *pte, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
10345
10346         KASSERT(ftype == VM_PROT_READ || ftype == VM_PROT_WRITE,
10347             ("pmap_emulate_accessed_dirty: invalid fault type %d", ftype));
10348
10349         if (!pmap_emulate_ad_bits(pmap))
10350                 return (-1);
10351
10352         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
10353         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
10354         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
10355         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
10356
10357         rv = -1;
10358         lock = NULL;
10359         PMAP_LOCK(pmap);
10360
10361         pde = pmap_pde(pmap, va);
10362         if (pde == NULL || (*pde & PG_V) == 0)
10363                 goto done;
10364
10365         if ((*pde & PG_PS) != 0) {
10366                 if (ftype == VM_PROT_READ) {
10367 #ifdef INVARIANTS
10368                         atomic_add_long(&num_superpage_accessed_emulations, 1);
10369 #endif
10370                         *pde |= PG_A;
10371                         rv = 0;
10372                 }
10373                 goto done;
10374         }
10375
10376         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
10377         if ((*pte & PG_V) == 0)
10378                 goto done;
10379
10380         if (ftype == VM_PROT_WRITE) {
10381                 if ((*pte & PG_RW) == 0)
10382                         goto done;
10383                 /*
10384                  * Set the modified and accessed bits simultaneously.
10385                  *
10386                  * Intel EPT PTEs that do software emulation of A/D bits map
10387                  * PG_A and PG_M to EPT_PG_READ and EPT_PG_WRITE respectively.
10388                  * An EPT misconfiguration is triggered if the PTE is writable
10389                  * but not readable (WR=10). This is avoided by setting PG_A
10390                  * and PG_M simultaneously.
10391                  */
10392                 *pte |= PG_M | PG_A;
10393         } else {
10394                 *pte |= PG_A;
10395         }
10396
10397 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
10398         /* try to promote the mapping */
10399         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
10400                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
10401         else
10402                 mpte = NULL;
10403
10404         m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pte & PG_FRAME);
10405
10406         if ((mpte == NULL || mpte->ref_count == NPTEPG) &&
10407             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
10408             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0 &&
10409             pmap_promote_pde(pmap, pde, va, mpte, &lock)) {
10410 #ifdef INVARIANTS
10411                 atomic_add_long(&ad_emulation_superpage_promotions, 1);
10412 #endif
10413         }
10414 #endif
10415
10416 #ifdef INVARIANTS
10417         if (ftype == VM_PROT_WRITE)
10418                 atomic_add_long(&num_dirty_emulations, 1);
10419         else
10420                 atomic_add_long(&num_accessed_emulations, 1);
10421 #endif
10422         rv = 0;         /* success */
10423 done:
10424         if (lock != NULL)
10425                 rw_wunlock(lock);
10426         PMAP_UNLOCK(pmap);
10427         return (rv);
10428 }
10429
10430 void
10431 pmap_get_mapping(pmap_t pmap, vm_offset_t va, uint64_t *ptr, int *num)
10432 {
10433         pml4_entry_t *pml4;
10434         pdp_entry_t *pdp;
10435         pd_entry_t *pde;
10436         pt_entry_t *pte, PG_V;
10437         int idx;
10438
10439         idx = 0;
10440         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
10441         PMAP_LOCK(pmap);
10442
10443         pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
10444         if (pml4 == NULL)
10445                 goto done;
10446         ptr[idx++] = *pml4;
10447         if ((*pml4 & PG_V) == 0)
10448                 goto done;
10449
10450         pdp = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4, va);
10451         ptr[idx++] = *pdp;
10452         if ((*pdp & PG_V) == 0 || (*pdp & PG_PS) != 0)
10453                 goto done;
10454
10455         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdp, va);
10456         ptr[idx++] = *pde;
10457         if ((*pde & PG_V) == 0 || (*pde & PG_PS) != 0)
10458                 goto done;
10459
10460         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
10461         ptr[idx++] = *pte;
10462
10463 done:
10464         PMAP_UNLOCK(pmap);
10465         *num = idx;
10466 }
10467
10468 /**
10469  * Get the kernel virtual address of a set of physical pages. If there are
10470  * physical addresses not covered by the DMAP perform a transient mapping
10471  * that will be removed when calling pmap_unmap_io_transient.
10472  *
10473  * \param page        The pages the caller wishes to obtain the virtual
10474  *                    address on the kernel memory map.
10475  * \param vaddr       On return contains the kernel virtual memory address
10476  *                    of the pages passed in the page parameter.
10477  * \param count       Number of pages passed in.
10478  * \param can_fault   true if the thread using the mapped pages can take
10479  *                    page faults, false otherwise.
10480  *
10481  * \returns true if the caller must call pmap_unmap_io_transient when
10482  *          finished or false otherwise.
10483  *
10484  */
10485 bool
10486 pmap_map_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
10487     bool can_fault)
10488 {
10489         vm_paddr_t paddr;
10490         bool needs_mapping;
10491         pt_entry_t *pte;
10492         int cache_bits, error __unused, i;
10493
10494         /*
10495          * Allocate any KVA space that we need, this is done in a separate
10496          * loop to prevent calling vmem_alloc while pinned.
10497          */
10498         needs_mapping = false;
10499         for (i = 0; i < count; i++) {
10500                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
10501                 if (__predict_false(paddr >= dmaplimit)) {
10502                         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE,
10503                             M_BESTFIT | M_WAITOK, &vaddr[i]);
10504                         KASSERT(error == 0, ("vmem_alloc failed: %d", error));
10505                         needs_mapping = true;
10506                 } else {
10507                         vaddr[i] = PHYS_TO_DMAP(paddr);
10508                 }
10509         }
10510
10511         /* Exit early if everything is covered by the DMAP */
10512         if (!needs_mapping)
10513                 return (false);
10514
10515         /*
10516          * NB:  The sequence of updating a page table followed by accesses
10517          * to the corresponding pages used in the !DMAP case is subject to
10518          * the situation described in the "AMD64 Architecture Programmer's
10519          * Manual Volume 2: System Programming" rev. 3.23, "7.3.1 Special
10520          * Coherency Considerations".  Therefore, issuing the INVLPG right
10521          * after modifying the PTE bits is crucial.
10522          */
10523         if (!can_fault)
10524                 sched_pin();
10525         for (i = 0; i < count; i++) {
10526                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
10527                 if (paddr >= dmaplimit) {
10528                         if (can_fault) {
10529                                 /*
10530                                  * Slow path, since we can get page faults
10531                                  * while mappings are active don't pin the
10532                                  * thread to the CPU and instead add a global
10533                                  * mapping visible to all CPUs.
10534                                  */
10535                                 pmap_qenter(vaddr[i], &page[i], 1);
10536                         } else {
10537                                 pte = vtopte(vaddr[i]);
10538                                 cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap,
10539                                     page[i]->md.pat_mode, false);
10540                                 pte_store(pte, paddr | X86_PG_RW | X86_PG_V |
10541                                     cache_bits);
10542                                 pmap_invlpg(kernel_pmap, vaddr[i]);
10543                         }
10544                 }
10545         }
10546
10547         return (needs_mapping);
10548 }
10549
10550 void
10551 pmap_unmap_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
10552     bool can_fault)
10553 {
10554         vm_paddr_t paddr;
10555         int i;
10556
10557         if (!can_fault)
10558                 sched_unpin();
10559         for (i = 0; i < count; i++) {
10560                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
10561                 if (paddr >= dmaplimit) {
10562                         if (can_fault)
10563                                 pmap_qremove(vaddr[i], 1);
10564                         vmem_free(kernel_arena, vaddr[i], PAGE_SIZE);
10565                 }
10566         }
10567 }
10568
10569 vm_offset_t
10570 pmap_quick_enter_page(vm_page_t m)
10571 {
10572         vm_paddr_t paddr;
10573
10574         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
10575         if (paddr < dmaplimit)
10576                 return (PHYS_TO_DMAP(paddr));
10577         mtx_lock_spin(&qframe_mtx);
10578         KASSERT(*vtopte(qframe) == 0, ("qframe busy"));
10579
10580         /*
10581          * Since qframe is exclusively mapped by us, and we do not set
10582          * PG_G, we can use INVLPG here.
10583          */
10584         invlpg(qframe);
10585
10586         pte_store(vtopte(qframe), paddr | X86_PG_RW | X86_PG_V | X86_PG_A |
10587             X86_PG_M | pmap_cache_bits(kernel_pmap, m->md.pat_mode, 0));
10588         return (qframe);
10589 }
10590
10591 void
10592 pmap_quick_remove_page(vm_offset_t addr)
10593 {
10594
10595         if (addr != qframe)
10596                 return;
10597         pte_store(vtopte(qframe), 0);
10598         mtx_unlock_spin(&qframe_mtx);
10599 }
10600
10601 /*
10602  * Pdp pages from the large map are managed differently from either
10603  * kernel or user page table pages.  They are permanently allocated at
10604  * initialization time, and their reference count is permanently set to
10605  * zero.  The pml4 entries pointing to those pages are copied into
10606  * each allocated pmap.
10607  *
10608  * In contrast, pd and pt pages are managed like user page table
10609  * pages.  They are dynamically allocated, and their reference count
10610  * represents the number of valid entries within the page.
10611  */
10612 static vm_page_t
10613 pmap_large_map_getptp_unlocked(void)
10614 {
10615         return (pmap_alloc_pt_page(kernel_pmap, 0, VM_ALLOC_ZERO));
10616 }
10617
10618 static vm_page_t
10619 pmap_large_map_getptp(void)
10620 {
10621         vm_page_t m;
10622
10623         PMAP_LOCK_ASSERT(kernel_pmap, MA_OWNED);
10624         m = pmap_large_map_getptp_unlocked();
10625         if (m == NULL) {
10626                 PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
10627                 vm_wait(NULL);
10628                 PMAP_LOCK(kernel_pmap);
10629                 /* Callers retry. */
10630         }
10631         return (m);
10632 }
10633
10634 static pdp_entry_t *
10635 pmap_large_map_pdpe(vm_offset_t va)
10636 {
10637         vm_pindex_t pml4_idx;
10638         vm_paddr_t mphys;
10639
10640         pml4_idx = pmap_pml4e_index(va);
10641         KASSERT(LMSPML4I <= pml4_idx && pml4_idx < LMSPML4I + lm_ents,
10642             ("pmap_large_map_pdpe: va %#jx out of range idx %#jx LMSPML4I "
10643             "%#jx lm_ents %d",
10644             (uintmax_t)va, (uintmax_t)pml4_idx, LMSPML4I, lm_ents));
10645         KASSERT((kernel_pml4[pml4_idx] & X86_PG_V) != 0,
10646             ("pmap_large_map_pdpe: invalid pml4 for va %#jx idx %#jx "
10647             "LMSPML4I %#jx lm_ents %d",
10648             (uintmax_t)va, (uintmax_t)pml4_idx, LMSPML4I, lm_ents));
10649         mphys = kernel_pml4[pml4_idx] & PG_FRAME;
10650         return ((pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys) + pmap_pdpe_index(va));
10651 }
10652
10653 static pd_entry_t *
10654 pmap_large_map_pde(vm_offset_t va)
10655 {
10656         pdp_entry_t *pdpe;
10657         vm_page_t m;
10658         vm_paddr_t mphys;
10659
10660 retry:
10661         pdpe = pmap_large_map_pdpe(va);
10662         if (*pdpe == 0) {
10663                 m = pmap_large_map_getptp();
10664                 if (m == NULL)
10665                         goto retry;
10666                 mphys = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
10667                 *pdpe = mphys | X86_PG_A | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
10668         } else {
10669                 MPASS((*pdpe & X86_PG_PS) == 0);
10670                 mphys = *pdpe & PG_FRAME;
10671         }
10672         return ((pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys) + pmap_pde_index(va));
10673 }
10674
10675 static pt_entry_t *
10676 pmap_large_map_pte(vm_offset_t va)
10677 {
10678         pd_entry_t *pde;
10679         vm_page_t m;
10680         vm_paddr_t mphys;
10681
10682 retry:
10683         pde = pmap_large_map_pde(va);
10684         if (*pde == 0) {
10685                 m = pmap_large_map_getptp();
10686                 if (m == NULL)
10687                         goto retry;
10688                 mphys = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
10689                 *pde = mphys | X86_PG_A | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
10690                 PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pde))->ref_count++;
10691         } else {
10692                 MPASS((*pde & X86_PG_PS) == 0);
10693                 mphys = *pde & PG_FRAME;
10694         }
10695         return ((pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys) + pmap_pte_index(va));
10696 }
10697
10698 static vm_paddr_t
10699 pmap_large_map_kextract(vm_offset_t va)
10700 {
10701         pdp_entry_t *pdpe, pdp;
10702         pd_entry_t *pde, pd;
10703         pt_entry_t *pte, pt;
10704
10705         KASSERT(PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(va),
10706             ("not largemap range %#lx", (u_long)va));
10707         pdpe = pmap_large_map_pdpe(va);
10708         pdp = *pdpe;
10709         KASSERT((pdp & X86_PG_V) != 0,
10710             ("invalid pdp va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
10711             (u_long)pdpe, pdp));
10712         if ((pdp & X86_PG_PS) != 0) {
10713                 KASSERT((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0,
10714                     ("no 1G pages, va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
10715                     (u_long)pdpe, pdp));
10716                 return ((pdp & PG_PS_PDP_FRAME) | (va & PDPMASK));
10717         }
10718         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
10719         pd = *pde;
10720         KASSERT((pd & X86_PG_V) != 0,
10721             ("invalid pd va %#lx pde %#lx pd %#lx", va, (u_long)pde, pd));
10722         if ((pd & X86_PG_PS) != 0)
10723                 return ((pd & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK));
10724         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
10725         pt = *pte;
10726         KASSERT((pt & X86_PG_V) != 0,
10727             ("invalid pte va %#lx pte %#lx pt %#lx", va, (u_long)pte, pt));
10728         return ((pt & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK));
10729 }
10730
10731 static int
10732 pmap_large_map_getva(vm_size_t len, vm_offset_t align, vm_offset_t phase,
10733     vmem_addr_t *vmem_res)
10734 {
10735
10736         /*
10737          * Large mappings are all but static.  Consequently, there
10738          * is no point in waiting for an earlier allocation to be
10739          * freed.
10740          */
10741         return (vmem_xalloc(large_vmem, len, align, phase, 0, VMEM_ADDR_MIN,
10742             VMEM_ADDR_MAX, M_NOWAIT | M_BESTFIT, vmem_res));
10743 }
10744
10745 int
10746 pmap_large_map(vm_paddr_t spa, vm_size_t len, void **addr,
10747     vm_memattr_t mattr)
10748 {
10749         pdp_entry_t *pdpe;
10750         pd_entry_t *pde;
10751         pt_entry_t *pte;
10752         vm_offset_t va, inc;
10753         vmem_addr_t vmem_res;
10754         vm_paddr_t pa;
10755         int error;
10756
10757         if (len == 0 || spa + len < spa)
10758                 return (EINVAL);
10759
10760         /* See if DMAP can serve. */
10761         if (spa + len <= dmaplimit) {
10762                 va = PHYS_TO_DMAP(spa);
10763                 *addr = (void *)va;
10764                 return (pmap_change_attr(va, len, mattr));
10765         }
10766
10767         /*
10768          * No, allocate KVA.  Fit the address with best possible
10769          * alignment for superpages.  Fall back to worse align if
10770          * failed.
10771          */
10772         error = ENOMEM;
10773         if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0 && rounddown2(spa + len,
10774             NBPDP) >= roundup2(spa, NBPDP) + NBPDP)
10775                 error = pmap_large_map_getva(len, NBPDP, spa & PDPMASK,
10776                     &vmem_res);
10777         if (error != 0 && rounddown2(spa + len, NBPDR) >= roundup2(spa,
10778             NBPDR) + NBPDR)
10779                 error = pmap_large_map_getva(len, NBPDR, spa & PDRMASK,
10780                     &vmem_res);
10781         if (error != 0)
10782                 error = pmap_large_map_getva(len, PAGE_SIZE, 0, &vmem_res);
10783         if (error != 0)
10784                 return (error);
10785
10786         /*
10787          * Fill pagetable.  PG_M is not pre-set, we scan modified bits
10788          * in the pagetable to minimize flushing.  No need to
10789          * invalidate TLB, since we only update invalid entries.
10790          */
10791         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
10792         for (pa = spa, va = vmem_res; len > 0; pa += inc, va += inc,
10793             len -= inc) {
10794                 if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0 && len >= NBPDP &&
10795                     (pa & PDPMASK) == 0 && (va & PDPMASK) == 0) {
10796                         pdpe = pmap_large_map_pdpe(va);
10797                         MPASS(*pdpe == 0);
10798                         *pdpe = pa | pg_g | X86_PG_PS | X86_PG_RW |
10799                             X86_PG_V | X86_PG_A | pg_nx |
10800                             pmap_cache_bits(kernel_pmap, mattr, TRUE);
10801                         inc = NBPDP;
10802                 } else if (len >= NBPDR && (pa & PDRMASK) == 0 &&
10803                     (va & PDRMASK) == 0) {
10804                         pde = pmap_large_map_pde(va);
10805                         MPASS(*pde == 0);
10806                         *pde = pa | pg_g | X86_PG_PS | X86_PG_RW |
10807                             X86_PG_V | X86_PG_A | pg_nx |
10808                             pmap_cache_bits(kernel_pmap, mattr, TRUE);
10809                         PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pde))->
10810                             ref_count++;
10811                         inc = NBPDR;
10812                 } else {
10813                         pte = pmap_large_map_pte(va);
10814                         MPASS(*pte == 0);
10815                         *pte = pa | pg_g | X86_PG_RW | X86_PG_V |
10816                             X86_PG_A | pg_nx | pmap_cache_bits(kernel_pmap,
10817                             mattr, FALSE);
10818                         PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pte))->
10819                             ref_count++;
10820                         inc = PAGE_SIZE;
10821                 }
10822         }
10823         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
10824         MPASS(len == 0);
10825
10826         *addr = (void *)vmem_res;
10827         return (0);
10828 }
10829
10830 void
10831 pmap_large_unmap(void *svaa, vm_size_t len)
10832 {
10833         vm_offset_t sva, va;
10834         vm_size_t inc;
10835         pdp_entry_t *pdpe, pdp;
10836         pd_entry_t *pde, pd;
10837         pt_entry_t *pte;
10838         vm_page_t m;
10839         struct spglist spgf;
10840
10841         sva = (vm_offset_t)svaa;
10842         if (len == 0 || sva + len < sva || (sva >= DMAP_MIN_ADDRESS &&
10843             sva + len <= DMAP_MIN_ADDRESS + dmaplimit))
10844                 return;
10845
10846         SLIST_INIT(&spgf);
10847         KASSERT(PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(sva) &&
10848             PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(sva + len - 1),
10849             ("not largemap range %#lx %#lx", (u_long)svaa, (u_long)svaa + len));
10850         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
10851         for (va = sva; va < sva + len; va += inc) {
10852                 pdpe = pmap_large_map_pdpe(va);
10853                 pdp = *pdpe;
10854                 KASSERT((pdp & X86_PG_V) != 0,
10855                     ("invalid pdp va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
10856                     (u_long)pdpe, pdp));
10857                 if ((pdp & X86_PG_PS) != 0) {
10858                         KASSERT((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0,
10859                             ("no 1G pages, va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
10860                             (u_long)pdpe, pdp));
10861                         KASSERT((va & PDPMASK) == 0,
10862                             ("PDPMASK bit set, va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
10863                             (u_long)pdpe, pdp));
10864                         KASSERT(va + NBPDP <= sva + len,
10865                             ("unmap covers partial 1GB page, sva %#lx va %#lx "
10866                             "pdpe %#lx pdp %#lx len %#lx", sva, va,
10867                             (u_long)pdpe, pdp, len));
10868                         *pdpe = 0;
10869                         inc = NBPDP;
10870                         continue;
10871                 }
10872                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
10873                 pd = *pde;
10874                 KASSERT((pd & X86_PG_V) != 0,
10875                     ("invalid pd va %#lx pde %#lx pd %#lx", va,
10876                     (u_long)pde, pd));
10877                 if ((pd & X86_PG_PS) != 0) {
10878                         KASSERT((va & PDRMASK) == 0,
10879                             ("PDRMASK bit set, va %#lx pde %#lx pd %#lx", va,
10880                             (u_long)pde, pd));
10881                         KASSERT(va + NBPDR <= sva + len,
10882                             ("unmap covers partial 2MB page, sva %#lx va %#lx "
10883                             "pde %#lx pd %#lx len %#lx", sva, va, (u_long)pde,
10884                             pd, len));
10885                         pde_store(pde, 0);
10886                         inc = NBPDR;
10887                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pde));
10888                         m->ref_count--;
10889                         if (m->ref_count == 0) {
10890                                 *pdpe = 0;
10891                                 SLIST_INSERT_HEAD(&spgf, m, plinks.s.ss);
10892                         }
10893                         continue;
10894                 }
10895                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
10896                 KASSERT((*pte & X86_PG_V) != 0,
10897                     ("invalid pte va %#lx pte %#lx pt %#lx", va,
10898                     (u_long)pte, *pte));
10899                 pte_clear(pte);
10900                 inc = PAGE_SIZE;
10901                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pte));
10902                 m->ref_count--;
10903                 if (m->ref_count == 0) {
10904                         *pde = 0;
10905                         SLIST_INSERT_HEAD(&spgf, m, plinks.s.ss);
10906                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pde));
10907                         m->ref_count--;
10908                         if (m->ref_count == 0) {
10909                                 *pdpe = 0;
10910                                 SLIST_INSERT_HEAD(&spgf, m, plinks.s.ss);
10911                         }
10912                 }
10913         }
10914         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, sva + len);
10915         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
10916         vm_page_free_pages_toq(&spgf, false);
10917         vmem_free(large_vmem, sva, len);
10918 }
10919
10920 static void
10921 pmap_large_map_wb_fence_mfence(void)
10922 {
10923
10924         mfence();
10925 }
10926
10927 static void
10928 pmap_large_map_wb_fence_atomic(void)
10929 {
10930
10931         atomic_thread_fence_seq_cst();
10932 }
10933
10934 static void
10935 pmap_large_map_wb_fence_nop(void)
10936 {
10937 }
10938
10939 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_large_map_wb_fence, (void))
10940 {
10941
10942         if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
10943                 return (pmap_large_map_wb_fence_mfence);
10944         else if ((cpu_stdext_feature & (CPUID_STDEXT_CLWB |
10945             CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT)) == 0)
10946                 return (pmap_large_map_wb_fence_atomic);
10947         else
10948                 /* clflush is strongly enough ordered */
10949                 return (pmap_large_map_wb_fence_nop);
10950 }
10951
10952 static void
10953 pmap_large_map_flush_range_clwb(vm_offset_t va, vm_size_t len)
10954 {
10955
10956         for (; len > 0; len -= cpu_clflush_line_size,
10957             va += cpu_clflush_line_size)
10958                 clwb(va);
10959 }
10960
10961 static void
10962 pmap_large_map_flush_range_clflushopt(vm_offset_t va, vm_size_t len)
10963 {
10964
10965         for (; len > 0; len -= cpu_clflush_line_size,
10966             va += cpu_clflush_line_size)
10967                 clflushopt(va);
10968 }
10969
10970 static void
10971 pmap_large_map_flush_range_clflush(vm_offset_t va, vm_size_t len)
10972 {
10973
10974         for (; len > 0; len -= cpu_clflush_line_size,
10975             va += cpu_clflush_line_size)
10976                 clflush(va);
10977 }
10978
10979 static void
10980 pmap_large_map_flush_range_nop(vm_offset_t sva __unused, vm_size_t len __unused)
10981 {
10982 }
10983
10984 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_large_map_flush_range, (vm_offset_t, vm_size_t))
10985 {
10986
10987         if ((cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLWB) != 0)
10988                 return (pmap_large_map_flush_range_clwb);
10989         else if ((cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT) != 0)
10990                 return (pmap_large_map_flush_range_clflushopt);
10991         else if ((cpu_feature & CPUID_CLFSH) != 0)
10992                 return (pmap_large_map_flush_range_clflush);
10993         else
10994                 return (pmap_large_map_flush_range_nop);
10995 }
10996
10997 static void
10998 pmap_large_map_wb_large(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
10999 {
11000         volatile u_long *pe;
11001         u_long p;
11002         vm_offset_t va;
11003         vm_size_t inc;
11004         bool seen_other;
11005
11006         for (va = sva; va < eva; va += inc) {
11007                 inc = 0;
11008                 if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0) {
11009                         pe = (volatile u_long *)pmap_large_map_pdpe(va);
11010                         p = *pe;
11011                         if ((p & X86_PG_PS) != 0)
11012                                 inc = NBPDP;
11013                 }
11014                 if (inc == 0) {
11015                         pe = (volatile u_long *)pmap_large_map_pde(va);
11016                         p = *pe;
11017                         if ((p & X86_PG_PS) != 0)
11018                                 inc = NBPDR;
11019                 }
11020                 if (inc == 0) {
11021                         pe = (volatile u_long *)pmap_large_map_pte(va);
11022                         p = *pe;
11023                         inc = PAGE_SIZE;
11024                 }
11025                 seen_other = false;
11026                 for (;;) {
11027                         if ((p & X86_PG_AVAIL1) != 0) {
11028                                 /*
11029                                  * Spin-wait for the end of a parallel
11030                                  * write-back.
11031                                  */
11032                                 cpu_spinwait();
11033                                 p = *pe;
11034
11035                                 /*
11036                                  * If we saw other write-back
11037                                  * occuring, we cannot rely on PG_M to
11038                                  * indicate state of the cache.  The
11039                                  * PG_M bit is cleared before the
11040                                  * flush to avoid ignoring new writes,
11041                                  * and writes which are relevant for
11042                                  * us might happen after.
11043                                  */
11044                                 seen_other = true;
11045                                 continue;
11046                         }
11047
11048                         if ((p & X86_PG_M) != 0 || seen_other) {
11049                                 if (!atomic_fcmpset_long(pe, &p,
11050                                     (p & ~X86_PG_M) | X86_PG_AVAIL1))
11051                                         /*
11052                                          * If we saw PG_M without
11053                                          * PG_AVAIL1, and then on the
11054                                          * next attempt we do not
11055                                          * observe either PG_M or
11056                                          * PG_AVAIL1, the other
11057                                          * write-back started after us
11058                                          * and finished before us.  We
11059                                          * can rely on it doing our
11060                                          * work.
11061                                          */
11062                                         continue;
11063                                 pmap_large_map_flush_range(va, inc);
11064                                 atomic_clear_long(pe, X86_PG_AVAIL1);
11065                         }
11066                         break;
11067                 }
11068                 maybe_yield();
11069         }
11070 }
11071
11072 /*
11073  * Write-back cache lines for the given address range.
11074  *
11075  * Must be called only on the range or sub-range returned from
11076  * pmap_large_map().  Must not be called on the coalesced ranges.
11077  *
11078  * Does nothing on CPUs without CLWB, CLFLUSHOPT, or CLFLUSH
11079  * instructions support.
11080  */
11081 void
11082 pmap_large_map_wb(void *svap, vm_size_t len)
11083 {
11084         vm_offset_t eva, sva;
11085
11086         sva = (vm_offset_t)svap;
11087         eva = sva + len;
11088         pmap_large_map_wb_fence();
11089         if (sva >= DMAP_MIN_ADDRESS && eva <= DMAP_MIN_ADDRESS + dmaplimit) {
11090                 pmap_large_map_flush_range(sva, len);
11091         } else {
11092                 KASSERT(sva >= LARGEMAP_MIN_ADDRESS &&
11093                     eva <= LARGEMAP_MIN_ADDRESS + lm_ents * NBPML4,
11094                     ("pmap_large_map_wb: not largemap %#lx %#lx", sva, len));
11095                 pmap_large_map_wb_large(sva, eva);
11096         }
11097         pmap_large_map_wb_fence();
11098 }
11099
11100 static vm_page_t
11101 pmap_pti_alloc_page(void)
11102 {
11103         vm_page_t m;
11104
11105         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
11106         m = vm_page_grab(pti_obj, pti_pg_idx++, VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
11107         return (m);
11108 }
11109
11110 static bool
11111 pmap_pti_free_page(vm_page_t m)
11112 {
11113         if (!vm_page_unwire_noq(m))
11114                 return (false);
11115         vm_page_xbusy_claim(m);
11116         vm_page_free_zero(m);
11117         return (true);
11118 }
11119
11120 static void
11121 pmap_pti_init(void)
11122 {
11123         vm_page_t pml4_pg;
11124         pdp_entry_t *pdpe;
11125         vm_offset_t va;
11126         int i;
11127
11128         if (!pti)
11129                 return;
11130         pti_obj = vm_pager_allocate(OBJT_PHYS, NULL, 0, VM_PROT_ALL, 0, NULL);
11131         VM_OBJECT_WLOCK(pti_obj);
11132         pml4_pg = pmap_pti_alloc_page();
11133         pti_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml4_pg));
11134         for (va = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS; va <= VM_MAX_KERNEL_ADDRESS &&
11135             va >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS && va > NBPML4; va += NBPML4) {
11136                 pdpe = pmap_pti_pdpe(va);
11137                 pmap_pti_wire_pte(pdpe);
11138         }
11139         pmap_pti_add_kva_locked((vm_offset_t)&__pcpu[0],
11140             (vm_offset_t)&__pcpu[0] + sizeof(__pcpu[0]) * MAXCPU, false);
11141         pmap_pti_add_kva_locked((vm_offset_t)idt, (vm_offset_t)idt +
11142             sizeof(struct gate_descriptor) * NIDT, false);
11143         CPU_FOREACH(i) {
11144                 /* Doublefault stack IST 1 */
11145                 va = __pcpu[i].pc_common_tss.tss_ist1 + sizeof(struct nmi_pcpu);
11146                 pmap_pti_add_kva_locked(va - DBLFAULT_STACK_SIZE, va, false);
11147                 /* NMI stack IST 2 */
11148                 va = __pcpu[i].pc_common_tss.tss_ist2 + sizeof(struct nmi_pcpu);
11149                 pmap_pti_add_kva_locked(va - NMI_STACK_SIZE, va, false);
11150                 /* MC# stack IST 3 */
11151                 va = __pcpu[i].pc_common_tss.tss_ist3 +
11152                     sizeof(struct nmi_pcpu);
11153                 pmap_pti_add_kva_locked(va - MCE_STACK_SIZE, va, false);
11154                 /* DB# stack IST 4 */
11155                 va = __pcpu[i].pc_common_tss.tss_ist4 + sizeof(struct nmi_pcpu);
11156                 pmap_pti_add_kva_locked(va - DBG_STACK_SIZE, va, false);
11157         }
11158         pmap_pti_add_kva_locked((vm_offset_t)KERNSTART, (vm_offset_t)etext,
11159             true);
11160         pti_finalized = true;
11161         VM_OBJECT_WUNLOCK(pti_obj);
11162 }
11163
11164 static void
11165 pmap_cpu_init(void *arg __unused)
11166 {
11167         CPU_COPY(&all_cpus, &kernel_pmap->pm_active);
11168         pmap_pti_init();
11169 }
11170 SYSINIT(pmap_cpu, SI_SUB_CPU + 1, SI_ORDER_ANY, pmap_cpu_init, NULL);
11171
11172 static pdp_entry_t *
11173 pmap_pti_pdpe(vm_offset_t va)
11174 {
11175         pml4_entry_t *pml4e;
11176         pdp_entry_t *pdpe;
11177         vm_page_t m;
11178         vm_pindex_t pml4_idx;
11179         vm_paddr_t mphys;
11180
11181         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
11182
11183         pml4_idx = pmap_pml4e_index(va);
11184         pml4e = &pti_pml4[pml4_idx];
11185         m = NULL;
11186         if (*pml4e == 0) {
11187                 if (pti_finalized)
11188                         panic("pml4 alloc after finalization\n");
11189                 m = pmap_pti_alloc_page();
11190                 if (*pml4e != 0) {
11191                         pmap_pti_free_page(m);
11192                         mphys = *pml4e & ~PAGE_MASK;
11193                 } else {
11194                         mphys = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
11195                         *pml4e = mphys | X86_PG_RW | X86_PG_V;
11196                 }
11197         } else {
11198                 mphys = *pml4e & ~PAGE_MASK;
11199         }
11200         pdpe = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys) + pmap_pdpe_index(va);
11201         return (pdpe);
11202 }
11203
11204 static void
11205 pmap_pti_wire_pte(void *pte)
11206 {
11207         vm_page_t m;
11208
11209         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
11210         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pte));
11211         m->ref_count++;
11212 }
11213
11214 static void
11215 pmap_pti_unwire_pde(void *pde, bool only_ref)
11216 {
11217         vm_page_t m;
11218
11219         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
11220         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pde));
11221         MPASS(only_ref || m->ref_count > 1);
11222         pmap_pti_free_page(m);
11223 }
11224
11225 static void
11226 pmap_pti_unwire_pte(void *pte, vm_offset_t va)
11227 {
11228         vm_page_t m;
11229         pd_entry_t *pde;
11230
11231         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
11232         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pte));
11233         if (pmap_pti_free_page(m)) {
11234                 pde = pmap_pti_pde(va);
11235                 MPASS((*pde & (X86_PG_PS | X86_PG_V)) == X86_PG_V);
11236                 *pde = 0;
11237                 pmap_pti_unwire_pde(pde, false);
11238         }
11239 }
11240
11241 static pd_entry_t *
11242 pmap_pti_pde(vm_offset_t va)
11243 {
11244         pdp_entry_t *pdpe;
11245         pd_entry_t *pde;
11246         vm_page_t m;
11247         vm_pindex_t pd_idx;
11248         vm_paddr_t mphys;
11249
11250         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
11251
11252         pdpe = pmap_pti_pdpe(va);
11253         if (*pdpe == 0) {
11254                 m = pmap_pti_alloc_page();
11255                 if (*pdpe != 0) {
11256                         pmap_pti_free_page(m);
11257                         MPASS((*pdpe & X86_PG_PS) == 0);
11258                         mphys = *pdpe & ~PAGE_MASK;
11259                 } else {
11260                         mphys =  VM_PAGE_TO_PHYS(m);
11261                         *pdpe = mphys | X86_PG_RW | X86_PG_V;
11262                 }
11263         } else {
11264                 MPASS((*pdpe & X86_PG_PS) == 0);
11265                 mphys = *pdpe & ~PAGE_MASK;
11266         }
11267
11268         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys);
11269         pd_idx = pmap_pde_index(va);
11270         pde += pd_idx;
11271         return (pde);
11272 }
11273
11274 static pt_entry_t *
11275 pmap_pti_pte(vm_offset_t va, bool *unwire_pde)
11276 {
11277         pd_entry_t *pde;
11278         pt_entry_t *pte;
11279         vm_page_t m;
11280         vm_paddr_t mphys;
11281
11282         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
11283
11284         pde = pmap_pti_pde(va);
11285         if (unwire_pde != NULL) {
11286                 *unwire_pde = true;
11287                 pmap_pti_wire_pte(pde);
11288         }
11289         if (*pde == 0) {
11290                 m = pmap_pti_alloc_page();
11291                 if (*pde != 0) {
11292                         pmap_pti_free_page(m);
11293                         MPASS((*pde & X86_PG_PS) == 0);
11294                         mphys = *pde & ~(PAGE_MASK | pg_nx);
11295                 } else {
11296                         mphys = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
11297                         *pde = mphys | X86_PG_RW | X86_PG_V;
11298                         if (unwire_pde != NULL)
11299                                 *unwire_pde = false;
11300                 }
11301         } else {
11302                 MPASS((*pde & X86_PG_PS) == 0);
11303                 mphys = *pde & ~(PAGE_MASK | pg_nx);
11304         }
11305
11306         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys);
11307         pte += pmap_pte_index(va);
11308
11309         return (pte);
11310 }
11311
11312 static void
11313 pmap_pti_add_kva_locked(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, bool exec)
11314 {
11315         vm_paddr_t pa;
11316         pd_entry_t *pde;
11317         pt_entry_t *pte, ptev;
11318         bool unwire_pde;
11319
11320         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
11321
11322         sva = trunc_page(sva);
11323         MPASS(sva > VM_MAXUSER_ADDRESS);
11324         eva = round_page(eva);
11325         MPASS(sva < eva);
11326         for (; sva < eva; sva += PAGE_SIZE) {
11327                 pte = pmap_pti_pte(sva, &unwire_pde);
11328                 pa = pmap_kextract(sva);
11329                 ptev = pa | X86_PG_RW | X86_PG_V | X86_PG_A | X86_PG_G |
11330                     (exec ? 0 : pg_nx) | pmap_cache_bits(kernel_pmap,
11331                     VM_MEMATTR_DEFAULT, FALSE);
11332                 if (*pte == 0) {
11333                         pte_store(pte, ptev);
11334                         pmap_pti_wire_pte(pte);
11335                 } else {
11336                         KASSERT(!pti_finalized,
11337                             ("pti overlap after fin %#lx %#lx %#lx",
11338                             sva, *pte, ptev));
11339                         KASSERT(*pte == ptev,
11340                             ("pti non-identical pte after fin %#lx %#lx %#lx",
11341                             sva, *pte, ptev));
11342                 }
11343                 if (unwire_pde) {
11344                         pde = pmap_pti_pde(sva);
11345                         pmap_pti_unwire_pde(pde, true);
11346                 }
11347         }
11348 }
11349
11350 void
11351 pmap_pti_add_kva(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, bool exec)
11352 {
11353
11354         if (!pti)
11355                 return;
11356         VM_OBJECT_WLOCK(pti_obj);
11357         pmap_pti_add_kva_locked(sva, eva, exec);
11358         VM_OBJECT_WUNLOCK(pti_obj);
11359 }
11360
11361 void
11362 pmap_pti_remove_kva(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
11363 {
11364         pt_entry_t *pte;
11365         vm_offset_t va;
11366
11367         if (!pti)
11368                 return;
11369         sva = rounddown2(sva, PAGE_SIZE);
11370         MPASS(sva > VM_MAXUSER_ADDRESS);
11371         eva = roundup2(eva, PAGE_SIZE);
11372         MPASS(sva < eva);
11373         VM_OBJECT_WLOCK(pti_obj);
11374         for (va = sva; va < eva; va += PAGE_SIZE) {
11375                 pte = pmap_pti_pte(va, NULL);
11376                 KASSERT((*pte & X86_PG_V) != 0,
11377                     ("invalid pte va %#lx pte %#lx pt %#lx", va,
11378                     (u_long)pte, *pte));
11379                 pte_clear(pte);
11380                 pmap_pti_unwire_pte(pte, va);
11381         }
11382         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, eva);
11383         VM_OBJECT_WUNLOCK(pti_obj);
11384 }
11385
11386 static void *
11387 pkru_dup_range(void *ctx __unused, void *data)
11388 {
11389         struct pmap_pkru_range *node, *new_node;
11390
11391         new_node = uma_zalloc(pmap_pkru_ranges_zone, M_NOWAIT);
11392         if (new_node == NULL)
11393                 return (NULL);
11394         node = data;
11395         memcpy(new_node, node, sizeof(*node));
11396         return (new_node);
11397 }
11398
11399 static void
11400 pkru_free_range(void *ctx __unused, void *node)
11401 {
11402
11403         uma_zfree(pmap_pkru_ranges_zone, node);
11404 }
11405
11406 static int
11407 pmap_pkru_assign(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, u_int keyidx,
11408     int flags)
11409 {
11410         struct pmap_pkru_range *ppr;
11411         int error;
11412
11413         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
11414         MPASS(pmap->pm_type == PT_X86);
11415         MPASS((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0);
11416         if ((flags & AMD64_PKRU_EXCL) != 0 &&
11417             !rangeset_check_empty(&pmap->pm_pkru, sva, eva))
11418                 return (EBUSY);
11419         ppr = uma_zalloc(pmap_pkru_ranges_zone, M_NOWAIT);
11420         if (ppr == NULL)
11421                 return (ENOMEM);
11422         ppr->pkru_keyidx = keyidx;
11423         ppr->pkru_flags = flags & AMD64_PKRU_PERSIST;
11424         error = rangeset_insert(&pmap->pm_pkru, sva, eva, ppr);
11425         if (error != 0)
11426                 uma_zfree(pmap_pkru_ranges_zone, ppr);
11427         return (error);
11428 }
11429
11430 static int
11431 pmap_pkru_deassign(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
11432 {
11433
11434         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
11435         MPASS(pmap->pm_type == PT_X86);
11436         MPASS((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0);
11437         return (rangeset_remove(&pmap->pm_pkru, sva, eva));
11438 }
11439
11440 static void
11441 pmap_pkru_deassign_all(pmap_t pmap)
11442 {
11443
11444         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
11445         if (pmap->pm_type == PT_X86 &&
11446             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0)
11447                 rangeset_remove_all(&pmap->pm_pkru);
11448 }
11449
11450 static bool
11451 pmap_pkru_same(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
11452 {
11453         struct pmap_pkru_range *ppr, *prev_ppr;
11454         vm_offset_t va;
11455
11456         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
11457         if (pmap->pm_type != PT_X86 ||
11458             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) == 0 ||
11459             sva >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
11460                 return (true);
11461         MPASS(eva <= VM_MAXUSER_ADDRESS);
11462         for (va = sva; va < eva; prev_ppr = ppr) {
11463                 ppr = rangeset_lookup(&pmap->pm_pkru, va);
11464                 if (va == sva)
11465                         prev_ppr = ppr;
11466                 else if ((ppr == NULL) ^ (prev_ppr == NULL))
11467                         return (false);
11468                 if (ppr == NULL) {
11469                         va += PAGE_SIZE;
11470                         continue;
11471                 }
11472                 if (prev_ppr->pkru_keyidx != ppr->pkru_keyidx)
11473                         return (false);
11474                 va = ppr->pkru_rs_el.re_end;
11475         }
11476         return (true);
11477 }
11478
11479 static pt_entry_t
11480 pmap_pkru_get(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
11481 {
11482         struct pmap_pkru_range *ppr;
11483
11484         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
11485         if (pmap->pm_type != PT_X86 ||
11486             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) == 0 ||
11487             va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
11488                 return (0);
11489         ppr = rangeset_lookup(&pmap->pm_pkru, va);
11490         if (ppr != NULL)
11491                 return (X86_PG_PKU(ppr->pkru_keyidx));
11492         return (0);
11493 }
11494
11495 static bool
11496 pred_pkru_on_remove(void *ctx __unused, void *r)
11497 {
11498         struct pmap_pkru_range *ppr;
11499
11500         ppr = r;
11501         return ((ppr->pkru_flags & AMD64_PKRU_PERSIST) == 0);
11502 }
11503
11504 static void
11505 pmap_pkru_on_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
11506 {
11507
11508         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
11509         if (pmap->pm_type == PT_X86 &&
11510             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0) {
11511                 rangeset_remove_pred(&pmap->pm_pkru, sva, eva,
11512                     pred_pkru_on_remove);
11513         }
11514 }
11515
11516 static int
11517 pmap_pkru_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap)
11518 {
11519
11520         PMAP_LOCK_ASSERT(dst_pmap, MA_OWNED);
11521         PMAP_LOCK_ASSERT(src_pmap, MA_OWNED);
11522         MPASS(dst_pmap->pm_type == PT_X86);
11523         MPASS(src_pmap->pm_type == PT_X86);
11524         MPASS((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0);
11525         if (src_pmap->pm_pkru.rs_data_ctx == NULL)
11526                 return (0);
11527         return (rangeset_copy(&dst_pmap->pm_pkru, &src_pmap->pm_pkru));
11528 }
11529
11530 static void
11531 pmap_pkru_update_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
11532     u_int keyidx)
11533 {
11534         pml4_entry_t *pml4e;
11535         pdp_entry_t *pdpe;
11536         pd_entry_t newpde, ptpaddr, *pde;
11537         pt_entry_t newpte, *ptep, pte;
11538         vm_offset_t va, va_next;
11539         bool changed;
11540
11541         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
11542         MPASS(pmap->pm_type == PT_X86);
11543         MPASS(keyidx <= PMAP_MAX_PKRU_IDX);
11544
11545         for (changed = false, va = sva; va < eva; va = va_next) {
11546                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, va);
11547                 if (pml4e == NULL || (*pml4e & X86_PG_V) == 0) {
11548                         va_next = (va + NBPML4) & ~PML4MASK;
11549                         if (va_next < va)
11550                                 va_next = eva;
11551                         continue;
11552                 }
11553
11554                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, va);
11555                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0) {
11556                         va_next = (va + NBPDP) & ~PDPMASK;
11557                         if (va_next < va)
11558                                 va_next = eva;
11559                         continue;
11560                 }
11561
11562                 va_next = (va + NBPDR) & ~PDRMASK;
11563                 if (va_next < va)
11564                         va_next = eva;
11565
11566                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
11567                 ptpaddr = *pde;
11568                 if (ptpaddr == 0)
11569                         continue;
11570
11571                 MPASS((ptpaddr & X86_PG_V) != 0);
11572                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
11573                         if (va + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
11574                                 newpde = (ptpaddr & ~X86_PG_PKU_MASK) |
11575                                     X86_PG_PKU(keyidx);
11576                                 if (newpde != ptpaddr) {
11577                                         *pde = newpde;
11578                                         changed = true;
11579                                 }
11580                                 continue;
11581                         } else if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, va)) {
11582                                 continue;
11583                         }
11584                 }
11585
11586                 if (va_next > eva)
11587                         va_next = eva;
11588
11589                 for (ptep = pmap_pde_to_pte(pde, va); va != va_next;
11590                     ptep++, va += PAGE_SIZE) {
11591                         pte = *ptep;
11592                         if ((pte & X86_PG_V) == 0)
11593                                 continue;
11594                         newpte = (pte & ~X86_PG_PKU_MASK) | X86_PG_PKU(keyidx);
11595                         if (newpte != pte) {
11596                                 *ptep = newpte;
11597                                 changed = true;
11598                         }
11599                 }
11600         }
11601         if (changed)
11602                 pmap_invalidate_range(pmap, sva, eva);
11603 }
11604
11605 static int
11606 pmap_pkru_check_uargs(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
11607     u_int keyidx, int flags)
11608 {
11609
11610         if (pmap->pm_type != PT_X86 || keyidx > PMAP_MAX_PKRU_IDX ||
11611             (flags & ~(AMD64_PKRU_PERSIST | AMD64_PKRU_EXCL)) != 0)
11612                 return (EINVAL);
11613         if (eva <= sva || eva > VM_MAXUSER_ADDRESS)
11614                 return (EFAULT);
11615         if ((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) == 0)
11616                 return (ENOTSUP);
11617         return (0);
11618 }
11619
11620 int
11621 pmap_pkru_set(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, u_int keyidx,
11622     int flags)
11623 {
11624         int error;
11625
11626         sva = trunc_page(sva);
11627         eva = round_page(eva);
11628         error = pmap_pkru_check_uargs(pmap, sva, eva, keyidx, flags);
11629         if (error != 0)
11630                 return (error);
11631         for (;;) {
11632                 PMAP_LOCK(pmap);
11633                 error = pmap_pkru_assign(pmap, sva, eva, keyidx, flags);
11634                 if (error == 0)
11635                         pmap_pkru_update_range(pmap, sva, eva, keyidx);
11636                 PMAP_UNLOCK(pmap);
11637                 if (error != ENOMEM)
11638                         break;
11639                 vm_wait(NULL);
11640         }
11641         return (error);
11642 }
11643
11644 int
11645 pmap_pkru_clear(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
11646 {
11647         int error;
11648
11649         sva = trunc_page(sva);
11650         eva = round_page(eva);
11651         error = pmap_pkru_check_uargs(pmap, sva, eva, 0, 0);
11652         if (error != 0)
11653                 return (error);
11654         for (;;) {
11655                 PMAP_LOCK(pmap);
11656                 error = pmap_pkru_deassign(pmap, sva, eva);
11657                 if (error == 0)
11658                         pmap_pkru_update_range(pmap, sva, eva, 0);
11659                 PMAP_UNLOCK(pmap);
11660                 if (error != ENOMEM)
11661                         break;
11662                 vm_wait(NULL);
11663         }
11664         return (error);
11665 }
11666
11667 #if defined(KASAN) || defined(KMSAN)
11668
11669 /*
11670  * Reserve enough memory to:
11671  * 1) allocate PDP pages for the shadow map(s),
11672  * 2) shadow the boot stack of KSTACK_PAGES pages,
11673  * so we need one PD page, one or two PT pages, and KSTACK_PAGES shadow pages
11674  * per shadow map.
11675  */
11676 #ifdef KASAN
11677 #define SAN_EARLY_PAGES \
11678         (NKASANPML4E + 1 + 2 + howmany(KSTACK_PAGES, KASAN_SHADOW_SCALE))
11679 #else
11680 #define SAN_EARLY_PAGES \
11681         (NKMSANSHADPML4E + NKMSANORIGPML4E + 2 * (1 + 2 + KSTACK_PAGES))
11682 #endif
11683
11684 static uint64_t __nosanitizeaddress __nosanitizememory
11685 pmap_san_enter_early_alloc_4k(uint64_t pabase)
11686 {
11687         static uint8_t data[PAGE_SIZE * SAN_EARLY_PAGES] __aligned(PAGE_SIZE);
11688         static size_t offset = 0;
11689         uint64_t pa;
11690
11691         if (offset == sizeof(data)) {
11692                 panic("%s: ran out of memory for the bootstrap shadow map",
11693                     __func__);
11694         }
11695
11696         pa = pabase + ((vm_offset_t)&data[offset] - KERNSTART);
11697         offset += PAGE_SIZE;
11698         return (pa);
11699 }
11700
11701 /*
11702  * Map a shadow page, before the kernel has bootstrapped its page tables.  This
11703  * is currently only used to shadow the temporary boot stack set up by locore.
11704  */
11705 static void __nosanitizeaddress __nosanitizememory
11706 pmap_san_enter_early(vm_offset_t va)
11707 {
11708         static bool first = true;
11709         pml4_entry_t *pml4e;
11710         pdp_entry_t *pdpe;
11711         pd_entry_t *pde;
11712         pt_entry_t *pte;
11713         uint64_t cr3, pa, base;
11714         int i;
11715
11716         base = amd64_loadaddr();
11717         cr3 = rcr3();
11718
11719         if (first) {
11720                 /*
11721                  * If this the first call, we need to allocate new PML4Es for
11722                  * the bootstrap shadow map(s).  We don't know how the PML4 page
11723                  * was initialized by the boot loader, so we can't simply test
11724                  * whether the shadow map's PML4Es are zero.
11725                  */
11726                 first = false;
11727 #ifdef KASAN
11728                 for (i = 0; i < NKASANPML4E; i++) {
11729                         pa = pmap_san_enter_early_alloc_4k(base);
11730
11731                         pml4e = (pml4_entry_t *)cr3 +
11732                             pmap_pml4e_index(KASAN_MIN_ADDRESS + i * NBPML4);
11733                         *pml4e = (pml4_entry_t)(pa | X86_PG_RW | X86_PG_V);
11734                 }
11735 #else
11736                 for (i = 0; i < NKMSANORIGPML4E; i++) {
11737                         pa = pmap_san_enter_early_alloc_4k(base);
11738
11739                         pml4e = (pml4_entry_t *)cr3 +
11740                             pmap_pml4e_index(KMSAN_ORIG_MIN_ADDRESS +
11741                             i * NBPML4);
11742                         *pml4e = (pml4_entry_t)(pa | X86_PG_RW | X86_PG_V);
11743                 }
11744                 for (i = 0; i < NKMSANSHADPML4E; i++) {
11745                         pa = pmap_san_enter_early_alloc_4k(base);
11746
11747                         pml4e = (pml4_entry_t *)cr3 +
11748                             pmap_pml4e_index(KMSAN_SHAD_MIN_ADDRESS +
11749                             i * NBPML4);
11750                         *pml4e = (pml4_entry_t)(pa | X86_PG_RW | X86_PG_V);
11751                 }
11752 #endif
11753         }
11754         pml4e = (pml4_entry_t *)cr3 + pmap_pml4e_index(va);
11755         pdpe = (pdp_entry_t *)(*pml4e & PG_FRAME) + pmap_pdpe_index(va);
11756         if (*pdpe == 0) {
11757                 pa = pmap_san_enter_early_alloc_4k(base);
11758                 *pdpe = (pdp_entry_t)(pa | X86_PG_RW | X86_PG_V);
11759         }
11760         pde = (pd_entry_t *)(*pdpe & PG_FRAME) + pmap_pde_index(va);
11761         if (*pde == 0) {
11762                 pa = pmap_san_enter_early_alloc_4k(base);
11763                 *pde = (pd_entry_t)(pa | X86_PG_RW | X86_PG_V);
11764         }
11765         pte = (pt_entry_t *)(*pde & PG_FRAME) + pmap_pte_index(va);
11766         if (*pte != 0)
11767                 panic("%s: PTE for %#lx is already initialized", __func__, va);
11768         pa = pmap_san_enter_early_alloc_4k(base);
11769         *pte = (pt_entry_t)(pa | X86_PG_A | X86_PG_M | X86_PG_RW | X86_PG_V);
11770 }
11771
11772 static vm_page_t
11773 pmap_san_enter_alloc_4k(void)
11774 {
11775         vm_page_t m;
11776
11777         m = vm_page_alloc_noobj(VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_WIRED |
11778             VM_ALLOC_ZERO);
11779         if (m == NULL)
11780                 panic("%s: no memory to grow shadow map", __func__);
11781         return (m);
11782 }
11783
11784 static vm_page_t
11785 pmap_san_enter_alloc_2m(void)
11786 {
11787         return (vm_page_alloc_noobj_contig(VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO,
11788             NPTEPG, 0, ~0ul, NBPDR, 0, VM_MEMATTR_DEFAULT));
11789 }
11790
11791 /*
11792  * Grow a shadow map by at least one 4KB page at the specified address.  Use 2MB
11793  * pages when possible.
11794  */
11795 void __nosanitizeaddress __nosanitizememory
11796 pmap_san_enter(vm_offset_t va)
11797 {
11798         pdp_entry_t *pdpe;
11799         pd_entry_t *pde;
11800         pt_entry_t *pte;
11801         vm_page_t m;
11802
11803         if (kernphys == 0) {
11804                 /*
11805                  * We're creating a temporary shadow map for the boot stack.
11806                  */
11807                 pmap_san_enter_early(va);
11808                 return;
11809         }
11810
11811         mtx_assert(&kernel_map->system_mtx, MA_OWNED);
11812
11813         pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, va);
11814         if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0) {
11815                 m = pmap_san_enter_alloc_4k();
11816                 *pdpe = (pdp_entry_t)(VM_PAGE_TO_PHYS(m) | X86_PG_RW |
11817                     X86_PG_V | pg_nx);
11818         }
11819         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
11820         if ((*pde & X86_PG_V) == 0) {
11821                 m = pmap_san_enter_alloc_2m();
11822                 if (m != NULL) {
11823                         *pde = (pd_entry_t)(VM_PAGE_TO_PHYS(m) | X86_PG_RW |
11824                             X86_PG_PS | X86_PG_V | X86_PG_A | X86_PG_M | pg_nx);
11825                 } else {
11826                         m = pmap_san_enter_alloc_4k();
11827                         *pde = (pd_entry_t)(VM_PAGE_TO_PHYS(m) | X86_PG_RW |
11828                             X86_PG_V | pg_nx);
11829                 }
11830         }
11831         if ((*pde & X86_PG_PS) != 0)
11832                 return;
11833         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
11834         if ((*pte & X86_PG_V) != 0)
11835                 return;
11836         m = pmap_san_enter_alloc_4k();
11837         *pte = (pt_entry_t)(VM_PAGE_TO_PHYS(m) | X86_PG_RW | X86_PG_V |
11838             X86_PG_M | X86_PG_A | pg_nx);
11839 }
11840 #endif
11841
11842 /*
11843  * Track a range of the kernel's virtual address space that is contiguous
11844  * in various mapping attributes.
11845  */
11846 struct pmap_kernel_map_range {
11847         vm_offset_t sva;
11848         pt_entry_t attrs;
11849         int ptes;
11850         int pdes;
11851         int pdpes;
11852 };
11853
11854 static void
11855 sysctl_kmaps_dump(struct sbuf *sb, struct pmap_kernel_map_range *range,
11856     vm_offset_t eva)
11857 {
11858         const char *mode;
11859         int i, pat_idx;
11860
11861         if (eva <= range->sva)
11862                 return;
11863
11864         pat_idx = pmap_pat_index(kernel_pmap, range->attrs, true);
11865         for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
11866                 if (pat_index[i] == pat_idx)
11867                         break;
11868
11869         switch (i) {
11870         case PAT_WRITE_BACK:
11871                 mode = "WB";
11872                 break;
11873         case PAT_WRITE_THROUGH:
11874                 mode = "WT";
11875                 break;
11876         case PAT_UNCACHEABLE:
11877                 mode = "UC";
11878                 break;
11879         case PAT_UNCACHED:
11880                 mode = "U-";
11881                 break;
11882         case PAT_WRITE_PROTECTED:
11883                 mode = "WP";
11884                 break;
11885         case PAT_WRITE_COMBINING:
11886                 mode = "WC";
11887                 break;
11888         default:
11889                 printf("%s: unknown PAT mode %#x for range 0x%016lx-0x%016lx\n",
11890                     __func__, pat_idx, range->sva, eva);
11891                 mode = "??";
11892                 break;
11893         }
11894
11895         sbuf_printf(sb, "0x%016lx-0x%016lx r%c%c%c%c %s %d %d %d\n",
11896             range->sva, eva,
11897             (range->attrs & X86_PG_RW) != 0 ? 'w' : '-',
11898             (range->attrs & pg_nx) != 0 ? '-' : 'x',
11899             (range->attrs & X86_PG_U) != 0 ? 'u' : 's',
11900             (range->attrs & X86_PG_G) != 0 ? 'g' : '-',
11901             mode, range->pdpes, range->pdes, range->ptes);
11902
11903         /* Reset to sentinel value. */
11904         range->sva = la57 ? KV5ADDR(NPML5EPG - 1, NPML4EPG - 1, NPDPEPG - 1,
11905             NPDEPG - 1, NPTEPG - 1) : KV4ADDR(NPML4EPG - 1, NPDPEPG - 1,
11906             NPDEPG - 1, NPTEPG - 1);
11907 }
11908
11909 /*
11910  * Determine whether the attributes specified by a page table entry match those
11911  * being tracked by the current range.  This is not quite as simple as a direct
11912  * flag comparison since some PAT modes have multiple representations.
11913  */
11914 static bool
11915 sysctl_kmaps_match(struct pmap_kernel_map_range *range, pt_entry_t attrs)
11916 {
11917         pt_entry_t diff, mask;
11918
11919         mask = X86_PG_G | X86_PG_RW | X86_PG_U | X86_PG_PDE_CACHE | pg_nx;
11920         diff = (range->attrs ^ attrs) & mask;
11921         if (diff == 0)
11922                 return (true);
11923         if ((diff & ~X86_PG_PDE_PAT) == 0 &&
11924             pmap_pat_index(kernel_pmap, range->attrs, true) ==
11925             pmap_pat_index(kernel_pmap, attrs, true))
11926                 return (true);
11927         return (false);
11928 }
11929
11930 static void
11931 sysctl_kmaps_reinit(struct pmap_kernel_map_range *range, vm_offset_t va,
11932     pt_entry_t attrs)
11933 {
11934
11935         memset(range, 0, sizeof(*range));
11936         range->sva = va;
11937         range->attrs = attrs;
11938 }
11939
11940 /*
11941  * Given a leaf PTE, derive the mapping's attributes.  If they do not match
11942  * those of the current run, dump the address range and its attributes, and
11943  * begin a new run.
11944  */
11945 static void
11946 sysctl_kmaps_check(struct sbuf *sb, struct pmap_kernel_map_range *range,
11947     vm_offset_t va, pml4_entry_t pml4e, pdp_entry_t pdpe, pd_entry_t pde,
11948     pt_entry_t pte)
11949 {
11950         pt_entry_t attrs;
11951
11952         attrs = pml4e & (X86_PG_RW | X86_PG_U | pg_nx);
11953
11954         attrs |= pdpe & pg_nx;
11955         attrs &= pg_nx | (pdpe & (X86_PG_RW | X86_PG_U));
11956         if ((pdpe & PG_PS) != 0) {
11957                 attrs |= pdpe & (X86_PG_G | X86_PG_PDE_CACHE);
11958         } else if (pde != 0) {
11959                 attrs |= pde & pg_nx;
11960                 attrs &= pg_nx | (pde & (X86_PG_RW | X86_PG_U));
11961         }
11962         if ((pde & PG_PS) != 0) {
11963                 attrs |= pde & (X86_PG_G | X86_PG_PDE_CACHE);
11964         } else if (pte != 0) {
11965                 attrs |= pte & pg_nx;
11966                 attrs &= pg_nx | (pte & (X86_PG_RW | X86_PG_U));
11967                 attrs |= pte & (X86_PG_G | X86_PG_PTE_CACHE);
11968
11969                 /* Canonicalize by always using the PDE PAT bit. */
11970                 if ((attrs & X86_PG_PTE_PAT) != 0)
11971                         attrs ^= X86_PG_PDE_PAT | X86_PG_PTE_PAT;
11972         }
11973
11974         if (range->sva > va || !sysctl_kmaps_match(range, attrs)) {
11975                 sysctl_kmaps_dump(sb, range, va);
11976                 sysctl_kmaps_reinit(range, va, attrs);
11977         }
11978 }
11979
11980 static int
11981 sysctl_kmaps(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
11982 {
11983         struct pmap_kernel_map_range range;
11984         struct sbuf sbuf, *sb;
11985         pml4_entry_t pml4e;
11986         pdp_entry_t *pdp, pdpe;
11987         pd_entry_t *pd, pde;
11988         pt_entry_t *pt, pte;
11989         vm_offset_t sva;
11990         vm_paddr_t pa;
11991         int error, i, j, k, l;
11992
11993         error = sysctl_wire_old_buffer(req, 0);
11994         if (error != 0)
11995                 return (error);
11996         sb = &sbuf;
11997         sbuf_new_for_sysctl(sb, NULL, PAGE_SIZE, req);
11998
11999         /* Sentinel value. */
12000         range.sva = la57 ? KV5ADDR(NPML5EPG - 1, NPML4EPG - 1, NPDPEPG - 1,
12001             NPDEPG - 1, NPTEPG - 1) : KV4ADDR(NPML4EPG - 1, NPDPEPG - 1,
12002             NPDEPG - 1, NPTEPG - 1);
12003
12004         /*
12005          * Iterate over the kernel page tables without holding the kernel pmap
12006          * lock.  Outside of the large map, kernel page table pages are never
12007          * freed, so at worst we will observe inconsistencies in the output.
12008          * Within the large map, ensure that PDP and PD page addresses are
12009          * valid before descending.
12010          */
12011         for (sva = 0, i = pmap_pml4e_index(sva); i < NPML4EPG; i++) {
12012                 switch (i) {
12013                 case PML4PML4I:
12014                         sbuf_printf(sb, "\nRecursive map:\n");
12015                         break;
12016                 case DMPML4I:
12017                         sbuf_printf(sb, "\nDirect map:\n");
12018                         break;
12019 #ifdef KASAN
12020                 case KASANPML4I:
12021                         sbuf_printf(sb, "\nKASAN shadow map:\n");
12022                         break;
12023 #endif
12024 #ifdef KMSAN
12025                 case KMSANSHADPML4I:
12026                         sbuf_printf(sb, "\nKMSAN shadow map:\n");
12027                         break;
12028                 case KMSANORIGPML4I:
12029                         sbuf_printf(sb, "\nKMSAN origin map:\n");
12030                         break;
12031 #endif
12032                 case KPML4BASE:
12033                         sbuf_printf(sb, "\nKernel map:\n");
12034                         break;
12035                 case LMSPML4I:
12036                         sbuf_printf(sb, "\nLarge map:\n");
12037                         break;
12038                 }
12039
12040                 /* Convert to canonical form. */
12041                 if (sva == 1ul << 47)
12042                         sva |= -1ul << 48;
12043
12044 restart:
12045                 pml4e = kernel_pml4[i];
12046                 if ((pml4e & X86_PG_V) == 0) {
12047                         sva = rounddown2(sva, NBPML4);
12048                         sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
12049                         sva += NBPML4;
12050                         continue;
12051                 }
12052                 pa = pml4e & PG_FRAME;
12053                 pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
12054
12055                 for (j = pmap_pdpe_index(sva); j < NPDPEPG; j++) {
12056                         pdpe = pdp[j];
12057                         if ((pdpe & X86_PG_V) == 0) {
12058                                 sva = rounddown2(sva, NBPDP);
12059                                 sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
12060                                 sva += NBPDP;
12061                                 continue;
12062                         }
12063                         pa = pdpe & PG_FRAME;
12064                         if ((pdpe & PG_PS) != 0) {
12065                                 sva = rounddown2(sva, NBPDP);
12066                                 sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva, pml4e, pdpe,
12067                                     0, 0);
12068                                 range.pdpes++;
12069                                 sva += NBPDP;
12070                                 continue;
12071                         }
12072                         if (PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(sva) &&
12073                             vm_phys_paddr_to_vm_page(pa) == NULL) {
12074                                 /*
12075                                  * Page table pages for the large map may be
12076                                  * freed.  Validate the next-level address
12077                                  * before descending.
12078                                  */
12079                                 goto restart;
12080                         }
12081                         pd = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
12082
12083                         for (k = pmap_pde_index(sva); k < NPDEPG; k++) {
12084                                 pde = pd[k];
12085                                 if ((pde & X86_PG_V) == 0) {
12086                                         sva = rounddown2(sva, NBPDR);
12087                                         sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
12088                                         sva += NBPDR;
12089                                         continue;
12090                                 }
12091                                 pa = pde & PG_FRAME;
12092                                 if ((pde & PG_PS) != 0) {
12093                                         sva = rounddown2(sva, NBPDR);
12094                                         sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva,
12095                                             pml4e, pdpe, pde, 0);
12096                                         range.pdes++;
12097                                         sva += NBPDR;
12098                                         continue;
12099                                 }
12100                                 if (PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(sva) &&
12101                                     vm_phys_paddr_to_vm_page(pa) == NULL) {
12102                                         /*
12103                                          * Page table pages for the large map
12104                                          * may be freed.  Validate the
12105                                          * next-level address before descending.
12106                                          */
12107                                         goto restart;
12108                                 }
12109                                 pt = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
12110
12111                                 for (l = pmap_pte_index(sva); l < NPTEPG; l++,
12112                                     sva += PAGE_SIZE) {
12113                                         pte = pt[l];
12114                                         if ((pte & X86_PG_V) == 0) {
12115                                                 sysctl_kmaps_dump(sb, &range,
12116                                                     sva);
12117                                                 continue;
12118                                         }
12119                                         sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva,
12120                                             pml4e, pdpe, pde, pte);
12121                                         range.ptes++;
12122                                 }
12123                         }
12124                 }
12125         }
12126
12127         error = sbuf_finish(sb);
12128         sbuf_delete(sb);
12129         return (error);
12130 }
12131 SYSCTL_OID(_vm_pmap, OID_AUTO, kernel_maps,
12132     CTLTYPE_STRING | CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE | CTLFLAG_SKIP,
12133     NULL, 0, sysctl_kmaps, "A",
12134     "Dump kernel address layout");
12135
12136 #ifdef DDB
12137 DB_SHOW_COMMAND(pte, pmap_print_pte)
12138 {
12139         pmap_t pmap;
12140         pml5_entry_t *pml5;
12141         pml4_entry_t *pml4;
12142         pdp_entry_t *pdp;
12143         pd_entry_t *pde;
12144         pt_entry_t *pte, PG_V;
12145         vm_offset_t va;
12146
12147         if (!have_addr) {
12148                 db_printf("show pte addr\n");
12149                 return;
12150         }
12151         va = (vm_offset_t)addr;
12152
12153         if (kdb_thread != NULL)
12154                 pmap = vmspace_pmap(kdb_thread->td_proc->p_vmspace);
12155         else
12156                 pmap = PCPU_GET(curpmap);
12157
12158         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
12159         db_printf("VA 0x%016lx", va);
12160
12161         if (pmap_is_la57(pmap)) {
12162                 pml5 = pmap_pml5e(pmap, va);
12163                 db_printf(" pml5e 0x%016lx", *pml5);
12164                 if ((*pml5 & PG_V) == 0) {
12165                         db_printf("\n");
12166                         return;
12167                 }
12168                 pml4 = pmap_pml5e_to_pml4e(pml5, va);
12169         } else {
12170                 pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
12171         }
12172         db_printf(" pml4e 0x%016lx", *pml4);
12173         if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
12174                 db_printf("\n");
12175                 return;
12176         }
12177         pdp = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4, va);
12178         db_printf(" pdpe 0x%016lx", *pdp);
12179         if ((*pdp & PG_V) == 0 || (*pdp & PG_PS) != 0) {
12180                 db_printf("\n");
12181                 return;
12182         }
12183         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdp, va);
12184         db_printf(" pde 0x%016lx", *pde);
12185         if ((*pde & PG_V) == 0 || (*pde & PG_PS) != 0) {
12186                 db_printf("\n");
12187                 return;
12188         }
12189         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
12190         db_printf(" pte 0x%016lx\n", *pte);
12191 }
12192
12193 DB_SHOW_COMMAND(phys2dmap, pmap_phys2dmap)
12194 {
12195         vm_paddr_t a;
12196
12197         if (have_addr) {
12198                 a = (vm_paddr_t)addr;
12199                 db_printf("0x%jx\n", (uintmax_t)PHYS_TO_DMAP(a));
12200         } else {
12201                 db_printf("show phys2dmap addr\n");
12202         }
12203 }
12204
12205 static void
12206 ptpages_show_page(int level, int idx, vm_page_t pg)
12207 {
12208         db_printf("l %d i %d pg %p phys %#lx ref %x\n",
12209             level, idx, pg, VM_PAGE_TO_PHYS(pg), pg->ref_count);
12210 }
12211
12212 static void
12213 ptpages_show_complain(int level, int idx, uint64_t pte)
12214 {
12215         db_printf("l %d i %d pte %#lx\n", level, idx, pte);
12216 }
12217
12218 static void
12219 ptpages_show_pml4(vm_page_t pg4, int num_entries, uint64_t PG_V)
12220 {
12221         vm_page_t pg3, pg2, pg1;
12222         pml4_entry_t *pml4;
12223         pdp_entry_t *pdp;
12224         pd_entry_t *pd;
12225         int i4, i3, i2;
12226
12227         pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pg4));
12228         for (i4 = 0; i4 < num_entries; i4++) {
12229                 if ((pml4[i4] & PG_V) == 0)
12230                         continue;
12231                 pg3 = PHYS_TO_VM_PAGE(pml4[i4] & PG_FRAME);
12232                 if (pg3 == NULL) {
12233                         ptpages_show_complain(3, i4, pml4[i4]);
12234                         continue;
12235                 }
12236                 ptpages_show_page(3, i4, pg3);
12237                 pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pg3));
12238                 for (i3 = 0; i3 < NPDPEPG; i3++) {
12239                         if ((pdp[i3] & PG_V) == 0)
12240                                 continue;
12241                         pg2 = PHYS_TO_VM_PAGE(pdp[i3] & PG_FRAME);
12242                         if (pg3 == NULL) {
12243                                 ptpages_show_complain(2, i3, pdp[i3]);
12244                                 continue;
12245                         }
12246                         ptpages_show_page(2, i3, pg2);
12247                         pd = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pg2));
12248                         for (i2 = 0; i2 < NPDEPG; i2++) {
12249                                 if ((pd[i2] & PG_V) == 0)
12250                                         continue;
12251                                 pg1 = PHYS_TO_VM_PAGE(pd[i2] & PG_FRAME);
12252                                 if (pg1 == NULL) {
12253                                         ptpages_show_complain(1, i2, pd[i2]);
12254                                         continue;
12255                                 }
12256                                 ptpages_show_page(1, i2, pg1);
12257                         }
12258                 }
12259         }
12260 }
12261
12262 DB_SHOW_COMMAND(ptpages, pmap_ptpages)
12263 {
12264         pmap_t pmap;
12265         vm_page_t pg;
12266         pml5_entry_t *pml5;
12267         uint64_t PG_V;
12268         int i5;
12269
12270         if (have_addr)
12271                 pmap = (pmap_t)addr;
12272         else
12273                 pmap = PCPU_GET(curpmap);
12274
12275         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
12276
12277         if (pmap_is_la57(pmap)) {
12278                 pml5 = pmap->pm_pmltop;
12279                 for (i5 = 0; i5 < NUPML5E; i5++) {
12280                         if ((pml5[i5] & PG_V) == 0)
12281                                 continue;
12282                         pg = PHYS_TO_VM_PAGE(pml5[i5] & PG_FRAME);
12283                         if (pg == NULL) {
12284                                 ptpages_show_complain(4, i5, pml5[i5]);
12285                                 continue;
12286                         }
12287                         ptpages_show_page(4, i5, pg);
12288                         ptpages_show_pml4(pg, NPML4EPG, PG_V);
12289                 }
12290         } else {
12291                 ptpages_show_pml4(PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS(
12292                     (vm_offset_t)pmap->pm_pmltop)), NUP4ML4E, PG_V);
12293         }
12294 }
12295 #endif