]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/amd64/amd64/pmap.c
amd64 pmap: fixup invlgen lookup for fictitious mappings
[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) 2014-2019 The FreeBSD Foundation
52  * All rights reserved.
53  *
54  * This software was developed for the FreeBSD Project by Jake Burkholder,
55  * Safeport Network Services, and Network Associates Laboratories, the
56  * Security Research Division of Network Associates, Inc. under
57  * DARPA/SPAWAR contract N66001-01-C-8035 ("CBOSS"), as part of the DARPA
58  * CHATS research program.
59  *
60  * Portions of this software were developed by
61  * Konstantin Belousov <kib@FreeBSD.org> under sponsorship from
62  * the FreeBSD Foundation.
63  *
64  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
65  * modification, are permitted provided that the following conditions
66  * are met:
67  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
68  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
69  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
70  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
71  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
72  *
73  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
74  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
75  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
76  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
77  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
78  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
79  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
80  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
81  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
82  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
83  * SUCH DAMAGE.
84  */
85
86 #define AMD64_NPT_AWARE
87
88 #include <sys/cdefs.h>
89 __FBSDID("$FreeBSD$");
90
91 /*
92  *      Manages physical address maps.
93  *
94  *      Since the information managed by this module is
95  *      also stored by the logical address mapping module,
96  *      this module may throw away valid virtual-to-physical
97  *      mappings at almost any time.  However, invalidations
98  *      of virtual-to-physical mappings must be done as
99  *      requested.
100  *
101  *      In order to cope with hardware architectures which
102  *      make virtual-to-physical map invalidates expensive,
103  *      this module may delay invalidate or reduced protection
104  *      operations until such time as they are actually
105  *      necessary.  This module is given full information as
106  *      to which processors are currently using which maps,
107  *      and to when physical maps must be made correct.
108  */
109
110 #include "opt_ddb.h"
111 #include "opt_pmap.h"
112 #include "opt_vm.h"
113
114 #include <sys/param.h>
115 #include <sys/bitstring.h>
116 #include <sys/bus.h>
117 #include <sys/systm.h>
118 #include <sys/kernel.h>
119 #include <sys/ktr.h>
120 #include <sys/lock.h>
121 #include <sys/malloc.h>
122 #include <sys/mman.h>
123 #include <sys/mutex.h>
124 #include <sys/proc.h>
125 #include <sys/rangeset.h>
126 #include <sys/rwlock.h>
127 #include <sys/sbuf.h>
128 #include <sys/sx.h>
129 #include <sys/turnstile.h>
130 #include <sys/vmem.h>
131 #include <sys/vmmeter.h>
132 #include <sys/sched.h>
133 #include <sys/sysctl.h>
134 #include <sys/smp.h>
135 #ifdef DDB
136 #include <sys/kdb.h>
137 #include <ddb/ddb.h>
138 #endif
139
140 #include <vm/vm.h>
141 #include <vm/vm_param.h>
142 #include <vm/vm_kern.h>
143 #include <vm/vm_page.h>
144 #include <vm/vm_map.h>
145 #include <vm/vm_object.h>
146 #include <vm/vm_extern.h>
147 #include <vm/vm_pageout.h>
148 #include <vm/vm_pager.h>
149 #include <vm/vm_phys.h>
150 #include <vm/vm_radix.h>
151 #include <vm/vm_reserv.h>
152 #include <vm/uma.h>
153
154 #include <machine/intr_machdep.h>
155 #include <x86/apicvar.h>
156 #include <x86/ifunc.h>
157 #include <machine/cpu.h>
158 #include <machine/cputypes.h>
159 #include <machine/md_var.h>
160 #include <machine/pcb.h>
161 #include <machine/specialreg.h>
162 #ifdef SMP
163 #include <machine/smp.h>
164 #endif
165 #include <machine/sysarch.h>
166 #include <machine/tss.h>
167
168 static __inline boolean_t
169 pmap_type_guest(pmap_t pmap)
170 {
171
172         return ((pmap->pm_type == PT_EPT) || (pmap->pm_type == PT_RVI));
173 }
174
175 static __inline boolean_t
176 pmap_emulate_ad_bits(pmap_t pmap)
177 {
178
179         return ((pmap->pm_flags & PMAP_EMULATE_AD_BITS) != 0);
180 }
181
182 static __inline pt_entry_t
183 pmap_valid_bit(pmap_t pmap)
184 {
185         pt_entry_t mask;
186
187         switch (pmap->pm_type) {
188         case PT_X86:
189         case PT_RVI:
190                 mask = X86_PG_V;
191                 break;
192         case PT_EPT:
193                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
194                         mask = EPT_PG_EMUL_V;
195                 else
196                         mask = EPT_PG_READ;
197                 break;
198         default:
199                 panic("pmap_valid_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
200         }
201
202         return (mask);
203 }
204
205 static __inline pt_entry_t
206 pmap_rw_bit(pmap_t pmap)
207 {
208         pt_entry_t mask;
209
210         switch (pmap->pm_type) {
211         case PT_X86:
212         case PT_RVI:
213                 mask = X86_PG_RW;
214                 break;
215         case PT_EPT:
216                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
217                         mask = EPT_PG_EMUL_RW;
218                 else
219                         mask = EPT_PG_WRITE;
220                 break;
221         default:
222                 panic("pmap_rw_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
223         }
224
225         return (mask);
226 }
227
228 static pt_entry_t pg_g;
229
230 static __inline pt_entry_t
231 pmap_global_bit(pmap_t pmap)
232 {
233         pt_entry_t mask;
234
235         switch (pmap->pm_type) {
236         case PT_X86:
237                 mask = pg_g;
238                 break;
239         case PT_RVI:
240         case PT_EPT:
241                 mask = 0;
242                 break;
243         default:
244                 panic("pmap_global_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
245         }
246
247         return (mask);
248 }
249
250 static __inline pt_entry_t
251 pmap_accessed_bit(pmap_t pmap)
252 {
253         pt_entry_t mask;
254
255         switch (pmap->pm_type) {
256         case PT_X86:
257         case PT_RVI:
258                 mask = X86_PG_A;
259                 break;
260         case PT_EPT:
261                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
262                         mask = EPT_PG_READ;
263                 else
264                         mask = EPT_PG_A;
265                 break;
266         default:
267                 panic("pmap_accessed_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
268         }
269
270         return (mask);
271 }
272
273 static __inline pt_entry_t
274 pmap_modified_bit(pmap_t pmap)
275 {
276         pt_entry_t mask;
277
278         switch (pmap->pm_type) {
279         case PT_X86:
280         case PT_RVI:
281                 mask = X86_PG_M;
282                 break;
283         case PT_EPT:
284                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
285                         mask = EPT_PG_WRITE;
286                 else
287                         mask = EPT_PG_M;
288                 break;
289         default:
290                 panic("pmap_modified_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
291         }
292
293         return (mask);
294 }
295
296 static __inline pt_entry_t
297 pmap_pku_mask_bit(pmap_t pmap)
298 {
299
300         return (pmap->pm_type == PT_X86 ? X86_PG_PKU_MASK : 0);
301 }
302
303 #if !defined(DIAGNOSTIC)
304 #ifdef __GNUC_GNU_INLINE__
305 #define PMAP_INLINE     __attribute__((__gnu_inline__)) inline
306 #else
307 #define PMAP_INLINE     extern inline
308 #endif
309 #else
310 #define PMAP_INLINE
311 #endif
312
313 #ifdef PV_STATS
314 #define PV_STAT(x)      do { x ; } while (0)
315 #else
316 #define PV_STAT(x)      do { } while (0)
317 #endif
318
319 #undef pa_index
320 #define pa_index(pa)    ({                                      \
321         KASSERT((pa) <= vm_phys_segs[vm_phys_nsegs - 1].end,    \
322             ("address %lx beyond the last segment", (pa)));     \
323         (pa) >> PDRSHIFT;                                       \
324 })
325 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
326 #define pa_to_pmdp(pa)  (&pv_table[pa_index(pa)])
327 #define pa_to_pvh(pa)   (&(pa_to_pmdp(pa)->pv_page))
328 #define PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa)        ({                      \
329         struct rwlock *_lock;                                   \
330         if (__predict_false((pa) > pmap_last_pa))               \
331                 _lock = &pv_dummy_large.pv_lock;                \
332         else                                                    \
333                 _lock = &(pa_to_pmdp(pa)->pv_lock);             \
334         _lock;                                                  \
335 })
336 #else
337 #define pa_to_pvh(pa)   (&pv_table[pa_index(pa)])
338
339 #define NPV_LIST_LOCKS  MAXCPU
340
341 #define PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa)        \
342                         (&pv_list_locks[pa_index(pa) % NPV_LIST_LOCKS])
343 #endif
344
345 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa)  do {    \
346         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
347         struct rwlock *_new_lock;                       \
348                                                         \
349         _new_lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);           \
350         if (_new_lock != *_lockp) {                     \
351                 if (*_lockp != NULL)                    \
352                         rw_wunlock(*_lockp);            \
353                 *_lockp = _new_lock;                    \
354                 rw_wlock(*_lockp);                      \
355         }                                               \
356 } while (0)
357
358 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m)        \
359                         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, VM_PAGE_TO_PHYS(m))
360
361 #define RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp)             do {    \
362         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
363                                                         \
364         if (*_lockp != NULL) {                          \
365                 rw_wunlock(*_lockp);                    \
366                 *_lockp = NULL;                         \
367         }                                               \
368 } while (0)
369
370 #define VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m)      \
371                         PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(VM_PAGE_TO_PHYS(m))
372
373 struct pmap kernel_pmap_store;
374
375 vm_offset_t virtual_avail;      /* VA of first avail page (after kernel bss) */
376 vm_offset_t virtual_end;        /* VA of last avail page (end of kernel AS) */
377
378 int nkpt;
379 SYSCTL_INT(_machdep, OID_AUTO, nkpt, CTLFLAG_RD, &nkpt, 0,
380     "Number of kernel page table pages allocated on bootup");
381
382 static int ndmpdp;
383 vm_paddr_t dmaplimit;
384 vm_offset_t kernel_vm_end = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
385 pt_entry_t pg_nx;
386
387 static SYSCTL_NODE(_vm, OID_AUTO, pmap, CTLFLAG_RD, 0, "VM/pmap parameters");
388
389 static int pg_ps_enabled = 1;
390 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pg_ps_enabled, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
391     &pg_ps_enabled, 0, "Are large page mappings enabled?");
392
393 #define PAT_INDEX_SIZE  8
394 static int pat_index[PAT_INDEX_SIZE];   /* cache mode to PAT index conversion */
395
396 static u_int64_t        KPTphys;        /* phys addr of kernel level 1 */
397 static u_int64_t        KPDphys;        /* phys addr of kernel level 2 */
398 u_int64_t               KPDPphys;       /* phys addr of kernel level 3 */
399 u_int64_t               KPML4phys;      /* phys addr of kernel level 4 */
400
401 static u_int64_t        DMPDphys;       /* phys addr of direct mapped level 2 */
402 static u_int64_t        DMPDPphys;      /* phys addr of direct mapped level 3 */
403 static int              ndmpdpphys;     /* number of DMPDPphys pages */
404
405 static vm_paddr_t       KERNend;        /* phys addr of end of bootstrap data */
406
407 /*
408  * pmap_mapdev support pre initialization (i.e. console)
409  */
410 #define PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT      8
411 static struct pmap_preinit_mapping {
412         vm_paddr_t      pa;
413         vm_offset_t     va;
414         vm_size_t       sz;
415         int             mode;
416 } pmap_preinit_mapping[PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT];
417 static int pmap_initialized;
418
419 /*
420  * Data for the pv entry allocation mechanism.
421  * Updates to pv_invl_gen are protected by the pv list lock but reads are not.
422  */
423 static TAILQ_HEAD(pch, pv_chunk) pv_chunks = TAILQ_HEAD_INITIALIZER(pv_chunks);
424 static struct mtx __exclusive_cache_line pv_chunks_mutex;
425 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
426 struct pmap_large_md_page {
427         struct rwlock   pv_lock;
428         struct md_page  pv_page;
429         u_long pv_invl_gen;
430 };
431 __exclusive_cache_line static struct pmap_large_md_page pv_dummy_large;
432 #define pv_dummy pv_dummy_large.pv_page
433 __read_mostly static struct pmap_large_md_page *pv_table;
434 __read_mostly vm_paddr_t pmap_last_pa;
435 #else
436 static struct rwlock __exclusive_cache_line pv_list_locks[NPV_LIST_LOCKS];
437 static u_long pv_invl_gen[NPV_LIST_LOCKS];
438 static struct md_page *pv_table;
439 static struct md_page pv_dummy;
440 #endif
441
442 /*
443  * All those kernel PT submaps that BSD is so fond of
444  */
445 pt_entry_t *CMAP1 = NULL;
446 caddr_t CADDR1 = 0;
447 static vm_offset_t qframe = 0;
448 static struct mtx qframe_mtx;
449
450 static int pmap_flags = PMAP_PDE_SUPERPAGE;     /* flags for x86 pmaps */
451
452 static vmem_t *large_vmem;
453 static u_int lm_ents;
454 #define PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(va)    ((va) >= LARGEMAP_MIN_ADDRESS && \
455         (va) < LARGEMAP_MIN_ADDRESS + NBPML4 * (u_long)lm_ents)
456
457 int pmap_pcid_enabled = 1;
458 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pcid_enabled, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
459     &pmap_pcid_enabled, 0, "Is TLB Context ID enabled ?");
460 int invpcid_works = 0;
461 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, invpcid_works, CTLFLAG_RD, &invpcid_works, 0,
462     "Is the invpcid instruction available ?");
463
464 int __read_frequently pti = 0;
465 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pti, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
466     &pti, 0,
467     "Page Table Isolation enabled");
468 static vm_object_t pti_obj;
469 static pml4_entry_t *pti_pml4;
470 static vm_pindex_t pti_pg_idx;
471 static bool pti_finalized;
472
473 struct pmap_pkru_range {
474         struct rs_el    pkru_rs_el;
475         u_int           pkru_keyidx;
476         int             pkru_flags;
477 };
478
479 static uma_zone_t pmap_pkru_ranges_zone;
480 static bool pmap_pkru_same(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva);
481 static pt_entry_t pmap_pkru_get(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
482 static void pmap_pkru_on_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva);
483 static void *pkru_dup_range(void *ctx, void *data);
484 static void pkru_free_range(void *ctx, void *node);
485 static int pmap_pkru_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap);
486 static int pmap_pkru_deassign(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva);
487 static void pmap_pkru_deassign_all(pmap_t pmap);
488
489 static int
490 pmap_pcid_save_cnt_proc(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
491 {
492         int i;
493         uint64_t res;
494
495         res = 0;
496         CPU_FOREACH(i) {
497                 res += cpuid_to_pcpu[i]->pc_pm_save_cnt;
498         }
499         return (sysctl_handle_64(oidp, &res, 0, req));
500 }
501 SYSCTL_PROC(_vm_pmap, OID_AUTO, pcid_save_cnt, CTLTYPE_U64 | CTLFLAG_RD |
502     CTLFLAG_MPSAFE, NULL, 0, pmap_pcid_save_cnt_proc, "QU",
503     "Count of saved TLB context on switch");
504
505 static LIST_HEAD(, pmap_invl_gen) pmap_invl_gen_tracker =
506     LIST_HEAD_INITIALIZER(&pmap_invl_gen_tracker);
507 static struct mtx invl_gen_mtx;
508 /* Fake lock object to satisfy turnstiles interface. */
509 static struct lock_object invl_gen_ts = {
510         .lo_name = "invlts",
511 };
512 static struct pmap_invl_gen pmap_invl_gen_head = {
513         .gen = 1,
514         .next = NULL,
515 };
516 static u_long pmap_invl_gen = 1;
517 static int pmap_invl_waiters;
518 static struct callout pmap_invl_callout;
519 static bool pmap_invl_callout_inited;
520
521 #define PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI() \
522     KASSERT(pmap_not_in_di(), ("DI already started"))
523
524 static bool
525 pmap_di_locked(void)
526 {
527         int tun;
528
529         if ((cpu_feature2 & CPUID2_CX16) == 0)
530                 return (true);
531         tun = 0;
532         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.di_locked", &tun);
533         return (tun != 0);
534 }
535
536 static int
537 sysctl_pmap_di_locked(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
538 {
539         int locked;
540
541         locked = pmap_di_locked();
542         return (sysctl_handle_int(oidp, &locked, 0, req));
543 }
544 SYSCTL_PROC(_vm_pmap, OID_AUTO, di_locked, CTLTYPE_INT | CTLFLAG_RDTUN |
545     CTLFLAG_MPSAFE, 0, 0, sysctl_pmap_di_locked, "",
546     "Locked delayed invalidation");
547
548 static bool pmap_not_in_di_l(void);
549 static bool pmap_not_in_di_u(void);
550 DEFINE_IFUNC(, bool, pmap_not_in_di, (void))
551 {
552
553         return (pmap_di_locked() ? pmap_not_in_di_l : pmap_not_in_di_u);
554 }
555
556 static bool
557 pmap_not_in_di_l(void)
558 {
559         struct pmap_invl_gen *invl_gen;
560
561         invl_gen = &curthread->td_md.md_invl_gen;
562         return (invl_gen->gen == 0);
563 }
564
565 static void
566 pmap_thread_init_invl_gen_l(struct thread *td)
567 {
568         struct pmap_invl_gen *invl_gen;
569
570         invl_gen = &td->td_md.md_invl_gen;
571         invl_gen->gen = 0;
572 }
573
574 static void
575 pmap_delayed_invl_wait_block(u_long *m_gen, u_long *invl_gen)
576 {
577         struct turnstile *ts;
578
579         ts = turnstile_trywait(&invl_gen_ts);
580         if (*m_gen > atomic_load_long(invl_gen))
581                 turnstile_wait(ts, NULL, TS_SHARED_QUEUE);
582         else
583                 turnstile_cancel(ts);
584 }
585
586 static void
587 pmap_delayed_invl_finish_unblock(u_long new_gen)
588 {
589         struct turnstile *ts;
590
591         turnstile_chain_lock(&invl_gen_ts);
592         ts = turnstile_lookup(&invl_gen_ts);
593         if (new_gen != 0)
594                 pmap_invl_gen = new_gen;
595         if (ts != NULL) {
596                 turnstile_broadcast(ts, TS_SHARED_QUEUE);
597                 turnstile_unpend(ts);
598         }
599         turnstile_chain_unlock(&invl_gen_ts);
600 }
601
602 /*
603  * Start a new Delayed Invalidation (DI) block of code, executed by
604  * the current thread.  Within a DI block, the current thread may
605  * destroy both the page table and PV list entries for a mapping and
606  * then release the corresponding PV list lock before ensuring that
607  * the mapping is flushed from the TLBs of any processors with the
608  * pmap active.
609  */
610 static void
611 pmap_delayed_invl_start_l(void)
612 {
613         struct pmap_invl_gen *invl_gen;
614         u_long currgen;
615
616         invl_gen = &curthread->td_md.md_invl_gen;
617         PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI();
618         mtx_lock(&invl_gen_mtx);
619         if (LIST_EMPTY(&pmap_invl_gen_tracker))
620                 currgen = pmap_invl_gen;
621         else
622                 currgen = LIST_FIRST(&pmap_invl_gen_tracker)->gen;
623         invl_gen->gen = currgen + 1;
624         LIST_INSERT_HEAD(&pmap_invl_gen_tracker, invl_gen, link);
625         mtx_unlock(&invl_gen_mtx);
626 }
627
628 /*
629  * Finish the DI block, previously started by the current thread.  All
630  * required TLB flushes for the pages marked by
631  * pmap_delayed_invl_page() must be finished before this function is
632  * called.
633  *
634  * This function works by bumping the global DI generation number to
635  * the generation number of the current thread's DI, unless there is a
636  * pending DI that started earlier.  In the latter case, bumping the
637  * global DI generation number would incorrectly signal that the
638  * earlier DI had finished.  Instead, this function bumps the earlier
639  * DI's generation number to match the generation number of the
640  * current thread's DI.
641  */
642 static void
643 pmap_delayed_invl_finish_l(void)
644 {
645         struct pmap_invl_gen *invl_gen, *next;
646
647         invl_gen = &curthread->td_md.md_invl_gen;
648         KASSERT(invl_gen->gen != 0, ("missed invl_start"));
649         mtx_lock(&invl_gen_mtx);
650         next = LIST_NEXT(invl_gen, link);
651         if (next == NULL)
652                 pmap_delayed_invl_finish_unblock(invl_gen->gen);
653         else
654                 next->gen = invl_gen->gen;
655         LIST_REMOVE(invl_gen, link);
656         mtx_unlock(&invl_gen_mtx);
657         invl_gen->gen = 0;
658 }
659
660 static bool
661 pmap_not_in_di_u(void)
662 {
663         struct pmap_invl_gen *invl_gen;
664
665         invl_gen = &curthread->td_md.md_invl_gen;
666         return (((uintptr_t)invl_gen->next & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) != 0);
667 }
668
669 static void
670 pmap_thread_init_invl_gen_u(struct thread *td)
671 {
672         struct pmap_invl_gen *invl_gen;
673
674         invl_gen = &td->td_md.md_invl_gen;
675         invl_gen->gen = 0;
676         invl_gen->next = (void *)PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID;
677 }
678
679 static bool
680 pmap_di_load_invl(struct pmap_invl_gen *ptr, struct pmap_invl_gen *out)
681 {
682         uint64_t new_high, new_low, old_high, old_low;
683         char res;
684
685         old_low = new_low = 0;
686         old_high = new_high = (uintptr_t)0;
687
688         __asm volatile("lock;cmpxchg16b\t%1;sete\t%0"
689             : "=r" (res), "+m" (*ptr), "+a" (old_low), "+d" (old_high)
690             : "b"(new_low), "c" (new_high)
691             : "memory", "cc");
692         if (res == 0) {
693                 if ((old_high & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) != 0)
694                         return (false);
695                 out->gen = old_low;
696                 out->next = (void *)old_high;
697         } else {
698                 out->gen = new_low;
699                 out->next = (void *)new_high;
700         }
701         return (true);
702 }
703
704 static bool
705 pmap_di_store_invl(struct pmap_invl_gen *ptr, struct pmap_invl_gen *old_val,
706     struct pmap_invl_gen *new_val)
707 {
708         uint64_t new_high, new_low, old_high, old_low;
709         char res;
710
711         new_low = new_val->gen;
712         new_high = (uintptr_t)new_val->next;
713         old_low = old_val->gen;
714         old_high = (uintptr_t)old_val->next;
715
716         __asm volatile("lock;cmpxchg16b\t%1;sete\t%0"
717             : "=r" (res), "+m" (*ptr), "+a" (old_low), "+d" (old_high)
718             : "b"(new_low), "c" (new_high)
719             : "memory", "cc");
720         return (res);
721 }
722
723 #ifdef PV_STATS
724 static long invl_start_restart;
725 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, invl_start_restart, CTLFLAG_RD,
726     &invl_start_restart, 0,
727     "");
728 static long invl_finish_restart;
729 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, invl_finish_restart, CTLFLAG_RD,
730     &invl_finish_restart, 0,
731     "");
732 static int invl_max_qlen;
733 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, invl_max_qlen, CTLFLAG_RD,
734     &invl_max_qlen, 0,
735     "");
736 #endif
737
738 static struct lock_delay_config __read_frequently di_delay;
739 LOCK_DELAY_SYSINIT_DEFAULT(di_delay);
740
741 static void
742 pmap_delayed_invl_start_u(void)
743 {
744         struct pmap_invl_gen *invl_gen, *p, prev, new_prev;
745         struct thread *td;
746         struct lock_delay_arg lda;
747         uintptr_t prevl;
748         u_char pri;
749 #ifdef PV_STATS
750         int i, ii;
751 #endif
752
753         td = curthread;
754         invl_gen = &td->td_md.md_invl_gen;
755         PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI();
756         lock_delay_arg_init(&lda, &di_delay);
757         invl_gen->saved_pri = 0;
758         pri = td->td_base_pri;
759         if (pri > PVM) {
760                 thread_lock(td);
761                 pri = td->td_base_pri;
762                 if (pri > PVM) {
763                         invl_gen->saved_pri = pri;
764                         sched_prio(td, PVM);
765                 }
766                 thread_unlock(td);
767         }
768 again:
769         PV_STAT(i = 0);
770         for (p = &pmap_invl_gen_head;; p = prev.next) {
771                 PV_STAT(i++);
772                 prevl = atomic_load_ptr(&p->next);
773                 if ((prevl & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) != 0) {
774                         PV_STAT(atomic_add_long(&invl_start_restart, 1));
775                         lock_delay(&lda);
776                         goto again;
777                 }
778                 if (prevl == 0)
779                         break;
780                 prev.next = (void *)prevl;
781         }
782 #ifdef PV_STATS
783         if ((ii = invl_max_qlen) < i)
784                 atomic_cmpset_int(&invl_max_qlen, ii, i);
785 #endif
786
787         if (!pmap_di_load_invl(p, &prev) || prev.next != NULL) {
788                 PV_STAT(atomic_add_long(&invl_start_restart, 1));
789                 lock_delay(&lda);
790                 goto again;
791         }
792
793         new_prev.gen = prev.gen;
794         new_prev.next = invl_gen;
795         invl_gen->gen = prev.gen + 1;
796
797         /* Formal fence between store to invl->gen and updating *p. */
798         atomic_thread_fence_rel();
799
800         /*
801          * After inserting an invl_gen element with invalid bit set,
802          * this thread blocks any other thread trying to enter the
803          * delayed invalidation block.  Do not allow to remove us from
804          * the CPU, because it causes starvation for other threads.
805          */
806         critical_enter();
807
808         /*
809          * ABA for *p is not possible there, since p->gen can only
810          * increase.  So if the *p thread finished its di, then
811          * started a new one and got inserted into the list at the
812          * same place, its gen will appear greater than the previously
813          * read gen.
814          */
815         if (!pmap_di_store_invl(p, &prev, &new_prev)) {
816                 critical_exit();
817                 PV_STAT(atomic_add_long(&invl_start_restart, 1));
818                 lock_delay(&lda);
819                 goto again;
820         }
821
822         /*
823          * There we clear PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID in
824          * invl_gen->next, allowing other threads to iterate past us.
825          * pmap_di_store_invl() provides fence between the generation
826          * write and the update of next.
827          */
828         invl_gen->next = NULL;
829         critical_exit();
830 }
831
832 static bool
833 pmap_delayed_invl_finish_u_crit(struct pmap_invl_gen *invl_gen,
834     struct pmap_invl_gen *p)
835 {
836         struct pmap_invl_gen prev, new_prev;
837         u_long mygen;
838
839         /*
840          * Load invl_gen->gen after setting invl_gen->next
841          * PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID.  This prevents larger
842          * generations to propagate to our invl_gen->gen.  Lock prefix
843          * in atomic_set_ptr() worked as seq_cst fence.
844          */
845         mygen = atomic_load_long(&invl_gen->gen);
846
847         if (!pmap_di_load_invl(p, &prev) || prev.next != invl_gen)
848                 return (false);
849
850         KASSERT(prev.gen < mygen,
851             ("invalid di gen sequence %lu %lu", prev.gen, mygen));
852         new_prev.gen = mygen;
853         new_prev.next = (void *)((uintptr_t)invl_gen->next &
854             ~PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID);
855
856         /* Formal fence between load of prev and storing update to it. */
857         atomic_thread_fence_rel();
858
859         return (pmap_di_store_invl(p, &prev, &new_prev));
860 }
861
862 static void
863 pmap_delayed_invl_finish_u(void)
864 {
865         struct pmap_invl_gen *invl_gen, *p;
866         struct thread *td;
867         struct lock_delay_arg lda;
868         uintptr_t prevl;
869
870         td = curthread;
871         invl_gen = &td->td_md.md_invl_gen;
872         KASSERT(invl_gen->gen != 0, ("missed invl_start: gen 0"));
873         KASSERT(((uintptr_t)invl_gen->next & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) == 0,
874             ("missed invl_start: INVALID"));
875         lock_delay_arg_init(&lda, &di_delay);
876
877 again:
878         for (p = &pmap_invl_gen_head; p != NULL; p = (void *)prevl) {
879                 prevl = atomic_load_ptr(&p->next);
880                 if ((prevl & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) != 0) {
881                         PV_STAT(atomic_add_long(&invl_finish_restart, 1));
882                         lock_delay(&lda);
883                         goto again;
884                 }
885                 if ((void *)prevl == invl_gen)
886                         break;
887         }
888
889         /*
890          * It is legitimate to not find ourself on the list if a
891          * thread before us finished its DI and started it again.
892          */
893         if (__predict_false(p == NULL)) {
894                 PV_STAT(atomic_add_long(&invl_finish_restart, 1));
895                 lock_delay(&lda);
896                 goto again;
897         }
898
899         critical_enter();
900         atomic_set_ptr((uintptr_t *)&invl_gen->next,
901             PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID);
902         if (!pmap_delayed_invl_finish_u_crit(invl_gen, p)) {
903                 atomic_clear_ptr((uintptr_t *)&invl_gen->next,
904                     PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID);
905                 critical_exit();
906                 PV_STAT(atomic_add_long(&invl_finish_restart, 1));
907                 lock_delay(&lda);
908                 goto again;
909         }
910         critical_exit();
911         if (atomic_load_int(&pmap_invl_waiters) > 0)
912                 pmap_delayed_invl_finish_unblock(0);
913         if (invl_gen->saved_pri != 0) {
914                 thread_lock(td);
915                 sched_prio(td, invl_gen->saved_pri);
916                 thread_unlock(td);
917         }
918 }
919
920 #ifdef DDB
921 DB_SHOW_COMMAND(di_queue, pmap_di_queue)
922 {
923         struct pmap_invl_gen *p, *pn;
924         struct thread *td;
925         uintptr_t nextl;
926         bool first;
927
928         for (p = &pmap_invl_gen_head, first = true; p != NULL; p = pn,
929             first = false) {
930                 nextl = atomic_load_ptr(&p->next);
931                 pn = (void *)(nextl & ~PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID);
932                 td = first ? NULL : __containerof(p, struct thread,
933                     td_md.md_invl_gen);
934                 db_printf("gen %lu inv %d td %p tid %d\n", p->gen,
935                     (nextl & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) != 0, td,
936                     td != NULL ? td->td_tid : -1);
937         }
938 }
939 #endif
940
941 #ifdef PV_STATS
942 static long invl_wait;
943 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, invl_wait, CTLFLAG_RD, &invl_wait, 0,
944     "Number of times DI invalidation blocked pmap_remove_all/write");
945 static long invl_wait_slow;
946 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, invl_wait_slow, CTLFLAG_RD, &invl_wait_slow, 0,
947     "Number of slow invalidation waits for lockless DI");
948 #endif
949
950 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
951 static u_long *
952 pmap_delayed_invl_genp(vm_page_t m)
953 {
954         vm_paddr_t pa;
955         u_long *gen;
956
957         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
958         if (__predict_false((pa) > pmap_last_pa))
959                 gen = &pv_dummy_large.pv_invl_gen;
960         else
961                 gen = &(pa_to_pmdp(pa)->pv_invl_gen);
962
963         return (gen);
964 }
965 #else
966 static u_long *
967 pmap_delayed_invl_genp(vm_page_t m)
968 {
969
970         return (&pv_invl_gen[pa_index(VM_PAGE_TO_PHYS(m)) % NPV_LIST_LOCKS]);
971 }
972 #endif
973
974 static void
975 pmap_delayed_invl_callout_func(void *arg __unused)
976 {
977
978         if (atomic_load_int(&pmap_invl_waiters) == 0)
979                 return;
980         pmap_delayed_invl_finish_unblock(0);
981 }
982
983 static void
984 pmap_delayed_invl_callout_init(void *arg __unused)
985 {
986
987         if (pmap_di_locked())
988                 return;
989         callout_init(&pmap_invl_callout, 1);
990         pmap_invl_callout_inited = true;
991 }
992 SYSINIT(pmap_di_callout, SI_SUB_CPU + 1, SI_ORDER_ANY,
993     pmap_delayed_invl_callout_init, NULL);
994
995 /*
996  * Ensure that all currently executing DI blocks, that need to flush
997  * TLB for the given page m, actually flushed the TLB at the time the
998  * function returned.  If the page m has an empty PV list and we call
999  * pmap_delayed_invl_wait(), upon its return we know that no CPU has a
1000  * valid mapping for the page m in either its page table or TLB.
1001  *
1002  * This function works by blocking until the global DI generation
1003  * number catches up with the generation number associated with the
1004  * given page m and its PV list.  Since this function's callers
1005  * typically own an object lock and sometimes own a page lock, it
1006  * cannot sleep.  Instead, it blocks on a turnstile to relinquish the
1007  * processor.
1008  */
1009 static void
1010 pmap_delayed_invl_wait_l(vm_page_t m)
1011 {
1012         u_long *m_gen;
1013 #ifdef PV_STATS
1014         bool accounted = false;
1015 #endif
1016
1017         m_gen = pmap_delayed_invl_genp(m);
1018         while (*m_gen > pmap_invl_gen) {
1019 #ifdef PV_STATS
1020                 if (!accounted) {
1021                         atomic_add_long(&invl_wait, 1);
1022                         accounted = true;
1023                 }
1024 #endif
1025                 pmap_delayed_invl_wait_block(m_gen, &pmap_invl_gen);
1026         }
1027 }
1028
1029 static void
1030 pmap_delayed_invl_wait_u(vm_page_t m)
1031 {
1032         u_long *m_gen;
1033         struct lock_delay_arg lda;
1034         bool fast;
1035
1036         fast = true;
1037         m_gen = pmap_delayed_invl_genp(m);
1038         lock_delay_arg_init(&lda, &di_delay);
1039         while (*m_gen > atomic_load_long(&pmap_invl_gen_head.gen)) {
1040                 if (fast || !pmap_invl_callout_inited) {
1041                         PV_STAT(atomic_add_long(&invl_wait, 1));
1042                         lock_delay(&lda);
1043                         fast = false;
1044                 } else {
1045                         /*
1046                          * The page's invalidation generation number
1047                          * is still below the current thread's number.
1048                          * Prepare to block so that we do not waste
1049                          * CPU cycles or worse, suffer livelock.
1050                          *
1051                          * Since it is impossible to block without
1052                          * racing with pmap_delayed_invl_finish_u(),
1053                          * prepare for the race by incrementing
1054                          * pmap_invl_waiters and arming a 1-tick
1055                          * callout which will unblock us if we lose
1056                          * the race.
1057                          */
1058                         atomic_add_int(&pmap_invl_waiters, 1);
1059
1060                         /*
1061                          * Re-check the current thread's invalidation
1062                          * generation after incrementing
1063                          * pmap_invl_waiters, so that there is no race
1064                          * with pmap_delayed_invl_finish_u() setting
1065                          * the page generation and checking
1066                          * pmap_invl_waiters.  The only race allowed
1067                          * is for a missed unblock, which is handled
1068                          * by the callout.
1069                          */
1070                         if (*m_gen >
1071                             atomic_load_long(&pmap_invl_gen_head.gen)) {
1072                                 callout_reset(&pmap_invl_callout, 1,
1073                                     pmap_delayed_invl_callout_func, NULL);
1074                                 PV_STAT(atomic_add_long(&invl_wait_slow, 1));
1075                                 pmap_delayed_invl_wait_block(m_gen,
1076                                     &pmap_invl_gen_head.gen);
1077                         }
1078                         atomic_add_int(&pmap_invl_waiters, -1);
1079                 }
1080         }
1081 }
1082
1083 DEFINE_IFUNC(, void, pmap_thread_init_invl_gen, (struct thread *))
1084 {
1085
1086         return (pmap_di_locked() ? pmap_thread_init_invl_gen_l :
1087             pmap_thread_init_invl_gen_u);
1088 }
1089
1090 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_delayed_invl_start, (void))
1091 {
1092
1093         return (pmap_di_locked() ? pmap_delayed_invl_start_l :
1094             pmap_delayed_invl_start_u);
1095 }
1096
1097 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_delayed_invl_finish, (void))
1098 {
1099
1100         return (pmap_di_locked() ? pmap_delayed_invl_finish_l :
1101             pmap_delayed_invl_finish_u);
1102 }
1103
1104 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_delayed_invl_wait, (vm_page_t))
1105 {
1106
1107         return (pmap_di_locked() ? pmap_delayed_invl_wait_l :
1108             pmap_delayed_invl_wait_u);
1109 }
1110
1111 /*
1112  * Mark the page m's PV list as participating in the current thread's
1113  * DI block.  Any threads concurrently using m's PV list to remove or
1114  * restrict all mappings to m will wait for the current thread's DI
1115  * block to complete before proceeding.
1116  *
1117  * The function works by setting the DI generation number for m's PV
1118  * list to at least the DI generation number of the current thread.
1119  * This forces a caller of pmap_delayed_invl_wait() to block until
1120  * current thread calls pmap_delayed_invl_finish().
1121  */
1122 static void
1123 pmap_delayed_invl_page(vm_page_t m)
1124 {
1125         u_long gen, *m_gen;
1126
1127         rw_assert(VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), RA_WLOCKED);
1128         gen = curthread->td_md.md_invl_gen.gen;
1129         if (gen == 0)
1130                 return;
1131         m_gen = pmap_delayed_invl_genp(m);
1132         if (*m_gen < gen)
1133                 *m_gen = gen;
1134 }
1135
1136 /*
1137  * Crashdump maps.
1138  */
1139 static caddr_t crashdumpmap;
1140
1141 /*
1142  * Internal flags for pmap_enter()'s helper functions.
1143  */
1144 #define PMAP_ENTER_NORECLAIM    0x1000000       /* Don't reclaim PV entries. */
1145 #define PMAP_ENTER_NOREPLACE    0x2000000       /* Don't replace mappings. */
1146
1147 /*
1148  * Internal flags for pmap_mapdev_internal() and
1149  * pmap_change_props_locked().
1150  */
1151 #define MAPDEV_FLUSHCACHE       0x00000001      /* Flush cache after mapping. */
1152 #define MAPDEV_SETATTR          0x00000002      /* Modify existing attrs. */
1153 #define MAPDEV_ASSERTVALID      0x00000004      /* Assert mapping validity. */
1154
1155 TAILQ_HEAD(pv_chunklist, pv_chunk);
1156
1157 static void     free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc);
1158 static void     free_pv_chunk_batch(struct pv_chunklist *batch);
1159 static void     free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv);
1160 static pv_entry_t get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp);
1161 static int      popcnt_pc_map_pq(uint64_t *map);
1162 static vm_page_t reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp);
1163 static void     reserve_pv_entries(pmap_t pmap, int needed,
1164                     struct rwlock **lockp);
1165 static void     pmap_pv_demote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
1166                     struct rwlock **lockp);
1167 static bool     pmap_pv_insert_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde,
1168                     u_int flags, struct rwlock **lockp);
1169 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
1170 static void     pmap_pv_promote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
1171                     struct rwlock **lockp);
1172 #endif
1173 static void     pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va);
1174 static pv_entry_t pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap,
1175                     vm_offset_t va);
1176
1177 static int pmap_change_props_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size,
1178     vm_prot_t prot, int mode, int flags);
1179 static boolean_t pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va);
1180 static boolean_t pmap_demote_pde_locked(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde,
1181     vm_offset_t va, struct rwlock **lockp);
1182 static boolean_t pmap_demote_pdpe(pmap_t pmap, pdp_entry_t *pdpe,
1183     vm_offset_t va);
1184 static bool     pmap_enter_2mpage(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
1185                     vm_prot_t prot, struct rwlock **lockp);
1186 static int      pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t newpde,
1187                     u_int flags, vm_page_t m, struct rwlock **lockp);
1188 static vm_page_t pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
1189     vm_page_t m, vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp);
1190 static void pmap_fill_ptp(pt_entry_t *firstpte, pt_entry_t newpte);
1191 static int pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte, bool promoted);
1192 static void pmap_invalidate_cache_range_selfsnoop(vm_offset_t sva,
1193     vm_offset_t eva);
1194 static void pmap_invalidate_cache_range_all(vm_offset_t sva,
1195     vm_offset_t eva);
1196 static void pmap_invalidate_pde_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
1197                     pd_entry_t pde);
1198 static void pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode);
1199 static vm_page_t pmap_large_map_getptp_unlocked(void);
1200 static vm_paddr_t pmap_large_map_kextract(vm_offset_t va);
1201 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
1202 static void pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
1203     struct rwlock **lockp);
1204 #endif
1205 static boolean_t pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva,
1206     vm_prot_t prot);
1207 static void pmap_pte_props(pt_entry_t *pte, u_long bits, u_long mask);
1208 static void pmap_pti_add_kva_locked(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
1209     bool exec);
1210 static pdp_entry_t *pmap_pti_pdpe(vm_offset_t va);
1211 static pd_entry_t *pmap_pti_pde(vm_offset_t va);
1212 static void pmap_pti_wire_pte(void *pte);
1213 static int pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
1214     struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
1215 static int pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t sva,
1216     pd_entry_t ptepde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
1217 static vm_page_t pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
1218 static void pmap_remove_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
1219     struct spglist *free);
1220 static bool     pmap_remove_ptes(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
1221                     pd_entry_t *pde, struct spglist *free,
1222                     struct rwlock **lockp);
1223 static boolean_t pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
1224     vm_page_t m, struct rwlock **lockp);
1225 static void pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
1226     pd_entry_t newpde);
1227 static void pmap_update_pde_invalidate(pmap_t, vm_offset_t va, pd_entry_t pde);
1228
1229 static vm_page_t _pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex,
1230                 struct rwlock **lockp);
1231 static vm_page_t pmap_allocpde(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
1232                 struct rwlock **lockp);
1233 static vm_page_t pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
1234                 struct rwlock **lockp);
1235
1236 static void _pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
1237     struct spglist *free);
1238 static int pmap_unuse_pt(pmap_t, vm_offset_t, pd_entry_t, struct spglist *);
1239
1240 /********************/
1241 /* Inline functions */
1242 /********************/
1243
1244 /* Return a non-clipped PD index for a given VA */
1245 static __inline vm_pindex_t
1246 pmap_pde_pindex(vm_offset_t va)
1247 {
1248         return (va >> PDRSHIFT);
1249 }
1250
1251
1252 /* Return a pointer to the PML4 slot that corresponds to a VA */
1253 static __inline pml4_entry_t *
1254 pmap_pml4e(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1255 {
1256
1257         return (&pmap->pm_pml4[pmap_pml4e_index(va)]);
1258 }
1259
1260 /* Return a pointer to the PDP slot that corresponds to a VA */
1261 static __inline pdp_entry_t *
1262 pmap_pml4e_to_pdpe(pml4_entry_t *pml4e, vm_offset_t va)
1263 {
1264         pdp_entry_t *pdpe;
1265
1266         pdpe = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4e & PG_FRAME);
1267         return (&pdpe[pmap_pdpe_index(va)]);
1268 }
1269
1270 /* Return a pointer to the PDP slot that corresponds to a VA */
1271 static __inline pdp_entry_t *
1272 pmap_pdpe(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1273 {
1274         pml4_entry_t *pml4e;
1275         pt_entry_t PG_V;
1276
1277         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
1278         pml4e = pmap_pml4e(pmap, va);
1279         if ((*pml4e & PG_V) == 0)
1280                 return (NULL);
1281         return (pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, va));
1282 }
1283
1284 /* Return a pointer to the PD slot that corresponds to a VA */
1285 static __inline pd_entry_t *
1286 pmap_pdpe_to_pde(pdp_entry_t *pdpe, vm_offset_t va)
1287 {
1288         pd_entry_t *pde;
1289
1290         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdpe & PG_FRAME);
1291         return (&pde[pmap_pde_index(va)]);
1292 }
1293
1294 /* Return a pointer to the PD slot that corresponds to a VA */
1295 static __inline pd_entry_t *
1296 pmap_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1297 {
1298         pdp_entry_t *pdpe;
1299         pt_entry_t PG_V;
1300
1301         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
1302         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
1303         if (pdpe == NULL || (*pdpe & PG_V) == 0)
1304                 return (NULL);
1305         return (pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va));
1306 }
1307
1308 /* Return a pointer to the PT slot that corresponds to a VA */
1309 static __inline pt_entry_t *
1310 pmap_pde_to_pte(pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
1311 {
1312         pt_entry_t *pte;
1313
1314         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pde & PG_FRAME);
1315         return (&pte[pmap_pte_index(va)]);
1316 }
1317
1318 /* Return a pointer to the PT slot that corresponds to a VA */
1319 static __inline pt_entry_t *
1320 pmap_pte(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1321 {
1322         pd_entry_t *pde;
1323         pt_entry_t PG_V;
1324
1325         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
1326         pde = pmap_pde(pmap, va);
1327         if (pde == NULL || (*pde & PG_V) == 0)
1328                 return (NULL);
1329         if ((*pde & PG_PS) != 0)        /* compat with i386 pmap_pte() */
1330                 return ((pt_entry_t *)pde);
1331         return (pmap_pde_to_pte(pde, va));
1332 }
1333
1334 static __inline void
1335 pmap_resident_count_inc(pmap_t pmap, int count)
1336 {
1337
1338         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1339         pmap->pm_stats.resident_count += count;
1340 }
1341
1342 static __inline void
1343 pmap_resident_count_dec(pmap_t pmap, int count)
1344 {
1345
1346         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1347         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count >= count,
1348             ("pmap %p resident count underflow %ld %d", pmap,
1349             pmap->pm_stats.resident_count, count));
1350         pmap->pm_stats.resident_count -= count;
1351 }
1352
1353 PMAP_INLINE pt_entry_t *
1354 vtopte(vm_offset_t va)
1355 {
1356         u_int64_t mask = ((1ul << (NPTEPGSHIFT + NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT)) - 1);
1357
1358         KASSERT(va >= VM_MAXUSER_ADDRESS, ("vtopte on a uva/gpa 0x%0lx", va));
1359
1360         return (PTmap + ((va >> PAGE_SHIFT) & mask));
1361 }
1362
1363 static __inline pd_entry_t *
1364 vtopde(vm_offset_t va)
1365 {
1366         u_int64_t mask = ((1ul << (NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT)) - 1);
1367
1368         KASSERT(va >= VM_MAXUSER_ADDRESS, ("vtopde on a uva/gpa 0x%0lx", va));
1369
1370         return (PDmap + ((va >> PDRSHIFT) & mask));
1371 }
1372
1373 static u_int64_t
1374 allocpages(vm_paddr_t *firstaddr, int n)
1375 {
1376         u_int64_t ret;
1377
1378         ret = *firstaddr;
1379         bzero((void *)ret, n * PAGE_SIZE);
1380         *firstaddr += n * PAGE_SIZE;
1381         return (ret);
1382 }
1383
1384 CTASSERT(powerof2(NDMPML4E));
1385
1386 /* number of kernel PDP slots */
1387 #define NKPDPE(ptpgs)           howmany(ptpgs, NPDEPG)
1388
1389 static void
1390 nkpt_init(vm_paddr_t addr)
1391 {
1392         int pt_pages;
1393         
1394 #ifdef NKPT
1395         pt_pages = NKPT;
1396 #else
1397         pt_pages = howmany(addr, 1 << PDRSHIFT);
1398         pt_pages += NKPDPE(pt_pages);
1399
1400         /*
1401          * Add some slop beyond the bare minimum required for bootstrapping
1402          * the kernel.
1403          *
1404          * This is quite important when allocating KVA for kernel modules.
1405          * The modules are required to be linked in the negative 2GB of
1406          * the address space.  If we run out of KVA in this region then
1407          * pmap_growkernel() will need to allocate page table pages to map
1408          * the entire 512GB of KVA space which is an unnecessary tax on
1409          * physical memory.
1410          *
1411          * Secondly, device memory mapped as part of setting up the low-
1412          * level console(s) is taken from KVA, starting at virtual_avail.
1413          * This is because cninit() is called after pmap_bootstrap() but
1414          * before vm_init() and pmap_init(). 20MB for a frame buffer is
1415          * not uncommon.
1416          */
1417         pt_pages += 32;         /* 64MB additional slop. */
1418 #endif
1419         nkpt = pt_pages;
1420 }
1421
1422 /*
1423  * Returns the proper write/execute permission for a physical page that is
1424  * part of the initial boot allocations.
1425  *
1426  * If the page has kernel text, it is marked as read-only. If the page has
1427  * kernel read-only data, it is marked as read-only/not-executable. If the
1428  * page has only read-write data, it is marked as read-write/not-executable.
1429  * If the page is below/above the kernel range, it is marked as read-write.
1430  *
1431  * This function operates on 2M pages, since we map the kernel space that
1432  * way.
1433  */
1434 static inline pt_entry_t
1435 bootaddr_rwx(vm_paddr_t pa)
1436 {
1437
1438         /*
1439          * The kernel is loaded at a 2MB-aligned address, and memory below that
1440          * need not be executable.  The .bss section is padded to a 2MB
1441          * boundary, so memory following the kernel need not be executable
1442          * either.  Preloaded kernel modules have their mapping permissions
1443          * fixed up by the linker.
1444          */
1445         if (pa < trunc_2mpage(btext - KERNBASE) ||
1446             pa >= trunc_2mpage(_end - KERNBASE))
1447                 return (X86_PG_RW | pg_nx);
1448
1449         /*
1450          * The linker should ensure that the read-only and read-write
1451          * portions don't share the same 2M page, so this shouldn't
1452          * impact read-only data. However, in any case, any page with
1453          * read-write data needs to be read-write.
1454          */
1455         if (pa >= trunc_2mpage(brwsection - KERNBASE))
1456                 return (X86_PG_RW | pg_nx);
1457
1458         /*
1459          * Mark any 2M page containing kernel text as read-only. Mark
1460          * other pages with read-only data as read-only and not executable.
1461          * (It is likely a small portion of the read-only data section will
1462          * be marked as read-only, but executable. This should be acceptable
1463          * since the read-only protection will keep the data from changing.)
1464          * Note that fixups to the .text section will still work until we
1465          * set CR0.WP.
1466          */
1467         if (pa < round_2mpage(etext - KERNBASE))
1468                 return (0);
1469         return (pg_nx);
1470 }
1471
1472 static void
1473 create_pagetables(vm_paddr_t *firstaddr)
1474 {
1475         int i, j, ndm1g, nkpdpe, nkdmpde;
1476         pd_entry_t *pd_p;
1477         pdp_entry_t *pdp_p;
1478         pml4_entry_t *p4_p;
1479         uint64_t DMPDkernphys;
1480
1481         /* Allocate page table pages for the direct map */
1482         ndmpdp = howmany(ptoa(Maxmem), NBPDP);
1483         if (ndmpdp < 4)         /* Minimum 4GB of dirmap */
1484                 ndmpdp = 4;
1485         ndmpdpphys = howmany(ndmpdp, NPDPEPG);
1486         if (ndmpdpphys > NDMPML4E) {
1487                 /*
1488                  * Each NDMPML4E allows 512 GB, so limit to that,
1489                  * and then readjust ndmpdp and ndmpdpphys.
1490                  */
1491                 printf("NDMPML4E limits system to %d GB\n", NDMPML4E * 512);
1492                 Maxmem = atop(NDMPML4E * NBPML4);
1493                 ndmpdpphys = NDMPML4E;
1494                 ndmpdp = NDMPML4E * NPDEPG;
1495         }
1496         DMPDPphys = allocpages(firstaddr, ndmpdpphys);
1497         ndm1g = 0;
1498         if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0) {
1499                 /*
1500                  * Calculate the number of 1G pages that will fully fit in
1501                  * Maxmem.
1502                  */
1503                 ndm1g = ptoa(Maxmem) >> PDPSHIFT;
1504
1505                 /*
1506                  * Allocate 2M pages for the kernel. These will be used in
1507                  * place of the first one or more 1G pages from ndm1g.
1508                  */
1509                 nkdmpde = howmany((vm_offset_t)(brwsection - KERNBASE), NBPDP);
1510                 DMPDkernphys = allocpages(firstaddr, nkdmpde);
1511         }
1512         if (ndm1g < ndmpdp)
1513                 DMPDphys = allocpages(firstaddr, ndmpdp - ndm1g);
1514         dmaplimit = (vm_paddr_t)ndmpdp << PDPSHIFT;
1515
1516         /* Allocate pages */
1517         KPML4phys = allocpages(firstaddr, 1);
1518         KPDPphys = allocpages(firstaddr, NKPML4E);
1519
1520         /*
1521          * Allocate the initial number of kernel page table pages required to
1522          * bootstrap.  We defer this until after all memory-size dependent
1523          * allocations are done (e.g. direct map), so that we don't have to
1524          * build in too much slop in our estimate.
1525          *
1526          * Note that when NKPML4E > 1, we have an empty page underneath
1527          * all but the KPML4I'th one, so we need NKPML4E-1 extra (zeroed)
1528          * pages.  (pmap_enter requires a PD page to exist for each KPML4E.)
1529          */
1530         nkpt_init(*firstaddr);
1531         nkpdpe = NKPDPE(nkpt);
1532
1533         KPTphys = allocpages(firstaddr, nkpt);
1534         KPDphys = allocpages(firstaddr, nkpdpe);
1535
1536         /*
1537          * Connect the zero-filled PT pages to their PD entries.  This
1538          * implicitly maps the PT pages at their correct locations within
1539          * the PTmap.
1540          */
1541         pd_p = (pd_entry_t *)KPDphys;
1542         for (i = 0; i < nkpt; i++)
1543                 pd_p[i] = (KPTphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW | X86_PG_V;
1544
1545         /*
1546          * Map from physical address zero to the end of loader preallocated
1547          * memory using 2MB pages.  This replaces some of the PD entries
1548          * created above.
1549          */
1550         for (i = 0; (i << PDRSHIFT) < KERNend; i++)
1551                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
1552                 pd_p[i] = (i << PDRSHIFT) | X86_PG_V | PG_PS | pg_g |
1553                     X86_PG_M | X86_PG_A | bootaddr_rwx(i << PDRSHIFT);
1554
1555         /*
1556          * Because we map the physical blocks in 2M pages, adjust firstaddr
1557          * to record the physical blocks we've actually mapped into kernel
1558          * virtual address space.
1559          */
1560         if (*firstaddr < round_2mpage(KERNend))
1561                 *firstaddr = round_2mpage(KERNend);
1562
1563         /* And connect up the PD to the PDP (leaving room for L4 pages) */
1564         pdp_p = (pdp_entry_t *)(KPDPphys + ptoa(KPML4I - KPML4BASE));
1565         for (i = 0; i < nkpdpe; i++)
1566                 pdp_p[i + KPDPI] = (KPDphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW | X86_PG_V;
1567
1568         /*
1569          * Now, set up the direct map region using 2MB and/or 1GB pages.  If
1570          * the end of physical memory is not aligned to a 1GB page boundary,
1571          * then the residual physical memory is mapped with 2MB pages.  Later,
1572          * if pmap_mapdev{_attr}() uses the direct map for non-write-back
1573          * memory, pmap_change_attr() will demote any 2MB or 1GB page mappings
1574          * that are partially used. 
1575          */
1576         pd_p = (pd_entry_t *)DMPDphys;
1577         for (i = NPDEPG * ndm1g, j = 0; i < NPDEPG * ndmpdp; i++, j++) {
1578                 pd_p[j] = (vm_paddr_t)i << PDRSHIFT;
1579                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
1580                 pd_p[j] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_PS | pg_g |
1581                     X86_PG_M | X86_PG_A | pg_nx;
1582         }
1583         pdp_p = (pdp_entry_t *)DMPDPphys;
1584         for (i = 0; i < ndm1g; i++) {
1585                 pdp_p[i] = (vm_paddr_t)i << PDPSHIFT;
1586                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
1587                 pdp_p[i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_PS | pg_g |
1588                     X86_PG_M | X86_PG_A | pg_nx;
1589         }
1590         for (j = 0; i < ndmpdp; i++, j++) {
1591                 pdp_p[i] = DMPDphys + ptoa(j);
1592                 pdp_p[i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
1593         }
1594
1595         /*
1596          * Instead of using a 1G page for the memory containing the kernel,
1597          * use 2M pages with read-only and no-execute permissions.  (If using 1G
1598          * pages, this will partially overwrite the PDPEs above.)
1599          */
1600         if (ndm1g) {
1601                 pd_p = (pd_entry_t *)DMPDkernphys;
1602                 for (i = 0; i < (NPDEPG * nkdmpde); i++)
1603                         pd_p[i] = (i << PDRSHIFT) | X86_PG_V | PG_PS | pg_g |
1604                             X86_PG_M | X86_PG_A | pg_nx |
1605                             bootaddr_rwx(i << PDRSHIFT);
1606                 for (i = 0; i < nkdmpde; i++)
1607                         pdp_p[i] = (DMPDkernphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW |
1608                             X86_PG_V | pg_nx;
1609         }
1610
1611         /* And recursively map PML4 to itself in order to get PTmap */
1612         p4_p = (pml4_entry_t *)KPML4phys;
1613         p4_p[PML4PML4I] = KPML4phys;
1614         p4_p[PML4PML4I] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
1615
1616         /* Connect the Direct Map slot(s) up to the PML4. */
1617         for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++) {
1618                 p4_p[DMPML4I + i] = DMPDPphys + ptoa(i);
1619                 p4_p[DMPML4I + i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
1620         }
1621
1622         /* Connect the KVA slots up to the PML4 */
1623         for (i = 0; i < NKPML4E; i++) {
1624                 p4_p[KPML4BASE + i] = KPDPphys + ptoa(i);
1625                 p4_p[KPML4BASE + i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V;
1626         }
1627 }
1628
1629 /*
1630  *      Bootstrap the system enough to run with virtual memory.
1631  *
1632  *      On amd64 this is called after mapping has already been enabled
1633  *      and just syncs the pmap module with what has already been done.
1634  *      [We can't call it easily with mapping off since the kernel is not
1635  *      mapped with PA == VA, hence we would have to relocate every address
1636  *      from the linked base (virtual) address "KERNBASE" to the actual
1637  *      (physical) address starting relative to 0]
1638  */
1639 void
1640 pmap_bootstrap(vm_paddr_t *firstaddr)
1641 {
1642         vm_offset_t va;
1643         pt_entry_t *pte, *pcpu_pte;
1644         uint64_t cr4, pcpu_phys;
1645         u_long res;
1646         int i;
1647
1648         KERNend = *firstaddr;
1649         res = atop(KERNend - (vm_paddr_t)kernphys);
1650
1651         if (!pti)
1652                 pg_g = X86_PG_G;
1653
1654         /*
1655          * Create an initial set of page tables to run the kernel in.
1656          */
1657         create_pagetables(firstaddr);
1658
1659         pcpu_phys = allocpages(firstaddr, MAXCPU);
1660
1661         /*
1662          * Add a physical memory segment (vm_phys_seg) corresponding to the
1663          * preallocated kernel page table pages so that vm_page structures
1664          * representing these pages will be created.  The vm_page structures
1665          * are required for promotion of the corresponding kernel virtual
1666          * addresses to superpage mappings.
1667          */
1668         vm_phys_add_seg(KPTphys, KPTphys + ptoa(nkpt));
1669
1670         /*
1671          * Account for the virtual addresses mapped by create_pagetables().
1672          */
1673         virtual_avail = (vm_offset_t)KERNBASE + round_2mpage(KERNend);
1674         virtual_end = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS;
1675
1676         /*
1677          * Enable PG_G global pages, then switch to the kernel page
1678          * table from the bootstrap page table.  After the switch, it
1679          * is possible to enable SMEP and SMAP since PG_U bits are
1680          * correct now.
1681          */
1682         cr4 = rcr4();
1683         cr4 |= CR4_PGE;
1684         load_cr4(cr4);
1685         load_cr3(KPML4phys);
1686         if (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_SMEP)
1687                 cr4 |= CR4_SMEP;
1688         if (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_SMAP)
1689                 cr4 |= CR4_SMAP;
1690         load_cr4(cr4);
1691
1692         /*
1693          * Initialize the kernel pmap (which is statically allocated).
1694          * Count bootstrap data as being resident in case any of this data is
1695          * later unmapped (using pmap_remove()) and freed.
1696          */
1697         PMAP_LOCK_INIT(kernel_pmap);
1698         kernel_pmap->pm_pml4 = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(KPML4phys);
1699         kernel_pmap->pm_cr3 = KPML4phys;
1700         kernel_pmap->pm_ucr3 = PMAP_NO_CR3;
1701         CPU_FILL(&kernel_pmap->pm_active);      /* don't allow deactivation */
1702         TAILQ_INIT(&kernel_pmap->pm_pvchunk);
1703         kernel_pmap->pm_stats.resident_count = res;
1704         kernel_pmap->pm_flags = pmap_flags;
1705
1706         /*
1707          * Initialize the TLB invalidations generation number lock.
1708          */
1709         mtx_init(&invl_gen_mtx, "invlgn", NULL, MTX_DEF);
1710
1711         /*
1712          * Reserve some special page table entries/VA space for temporary
1713          * mapping of pages.
1714          */
1715 #define SYSMAP(c, p, v, n)      \
1716         v = (c)va; va += ((n)*PAGE_SIZE); p = pte; pte += (n);
1717
1718         va = virtual_avail;
1719         pte = vtopte(va);
1720
1721         /*
1722          * Crashdump maps.  The first page is reused as CMAP1 for the
1723          * memory test.
1724          */
1725         SYSMAP(caddr_t, CMAP1, crashdumpmap, MAXDUMPPGS)
1726         CADDR1 = crashdumpmap;
1727
1728         SYSMAP(struct pcpu *, pcpu_pte, __pcpu, MAXCPU);
1729         virtual_avail = va;
1730
1731         for (i = 0; i < MAXCPU; i++) {
1732                 pcpu_pte[i] = (pcpu_phys + ptoa(i)) | X86_PG_V | X86_PG_RW |
1733                     pg_g | pg_nx | X86_PG_M | X86_PG_A;
1734         }
1735         STAILQ_INIT(&cpuhead);
1736         wrmsr(MSR_GSBASE, (uint64_t)&__pcpu[0]);
1737         pcpu_init(&__pcpu[0], 0, sizeof(struct pcpu));
1738         amd64_bsp_pcpu_init1(&__pcpu[0]);
1739         amd64_bsp_ist_init(&__pcpu[0]);
1740         __pcpu[0].pc_dynamic = temp_bsp_pcpu.pc_dynamic;
1741         __pcpu[0].pc_acpi_id = temp_bsp_pcpu.pc_acpi_id;
1742
1743         /*
1744          * Initialize the PAT MSR.
1745          * pmap_init_pat() clears and sets CR4_PGE, which, as a
1746          * side-effect, invalidates stale PG_G TLB entries that might
1747          * have been created in our pre-boot environment.
1748          */
1749         pmap_init_pat();
1750
1751         /* Initialize TLB Context Id. */
1752         if (pmap_pcid_enabled) {
1753                 for (i = 0; i < MAXCPU; i++) {
1754                         kernel_pmap->pm_pcids[i].pm_pcid = PMAP_PCID_KERN;
1755                         kernel_pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 1;
1756                 }
1757
1758                 /*
1759                  * PMAP_PCID_KERN + 1 is used for initialization of
1760                  * proc0 pmap.  The pmap' pcid state might be used by
1761                  * EFIRT entry before first context switch, so it
1762                  * needs to be valid.
1763                  */
1764                 PCPU_SET(pcid_next, PMAP_PCID_KERN + 2);
1765                 PCPU_SET(pcid_gen, 1);
1766
1767                 /*
1768                  * pcpu area for APs is zeroed during AP startup.
1769                  * pc_pcid_next and pc_pcid_gen are initialized by AP
1770                  * during pcpu setup.
1771                  */
1772                 load_cr4(rcr4() | CR4_PCIDE);
1773         }
1774 }
1775
1776 /*
1777  * Setup the PAT MSR.
1778  */
1779 void
1780 pmap_init_pat(void)
1781 {
1782         uint64_t pat_msr;
1783         u_long cr0, cr4;
1784         int i;
1785
1786         /* Bail if this CPU doesn't implement PAT. */
1787         if ((cpu_feature & CPUID_PAT) == 0)
1788                 panic("no PAT??");
1789
1790         /* Set default PAT index table. */
1791         for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
1792                 pat_index[i] = -1;
1793         pat_index[PAT_WRITE_BACK] = 0;
1794         pat_index[PAT_WRITE_THROUGH] = 1;
1795         pat_index[PAT_UNCACHEABLE] = 3;
1796         pat_index[PAT_WRITE_COMBINING] = 6;
1797         pat_index[PAT_WRITE_PROTECTED] = 5;
1798         pat_index[PAT_UNCACHED] = 2;
1799
1800         /*
1801          * Initialize default PAT entries.
1802          * Leave the indices 0-3 at the default of WB, WT, UC-, and UC.
1803          * Program 5 and 6 as WP and WC.
1804          *
1805          * Leave 4 and 7 as WB and UC.  Note that a recursive page table
1806          * mapping for a 2M page uses a PAT value with the bit 3 set due
1807          * to its overload with PG_PS.
1808          */
1809         pat_msr = PAT_VALUE(0, PAT_WRITE_BACK) |
1810             PAT_VALUE(1, PAT_WRITE_THROUGH) |
1811             PAT_VALUE(2, PAT_UNCACHED) |
1812             PAT_VALUE(3, PAT_UNCACHEABLE) |
1813             PAT_VALUE(4, PAT_WRITE_BACK) |
1814             PAT_VALUE(5, PAT_WRITE_PROTECTED) |
1815             PAT_VALUE(6, PAT_WRITE_COMBINING) |
1816             PAT_VALUE(7, PAT_UNCACHEABLE);
1817
1818         /* Disable PGE. */
1819         cr4 = rcr4();
1820         load_cr4(cr4 & ~CR4_PGE);
1821
1822         /* Disable caches (CD = 1, NW = 0). */
1823         cr0 = rcr0();
1824         load_cr0((cr0 & ~CR0_NW) | CR0_CD);
1825
1826         /* Flushes caches and TLBs. */
1827         wbinvd();
1828         invltlb();
1829
1830         /* Update PAT and index table. */
1831         wrmsr(MSR_PAT, pat_msr);
1832
1833         /* Flush caches and TLBs again. */
1834         wbinvd();
1835         invltlb();
1836
1837         /* Restore caches and PGE. */
1838         load_cr0(cr0);
1839         load_cr4(cr4);
1840 }
1841
1842 /*
1843  *      Initialize a vm_page's machine-dependent fields.
1844  */
1845 void
1846 pmap_page_init(vm_page_t m)
1847 {
1848
1849         TAILQ_INIT(&m->md.pv_list);
1850         m->md.pat_mode = PAT_WRITE_BACK;
1851 }
1852
1853 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
1854 static void
1855 pmap_init_pv_table(void)
1856 {
1857         struct pmap_large_md_page *pvd;
1858         vm_size_t s;
1859         long start, end, highest, pv_npg;
1860         int domain, i, j, pages;
1861
1862         /*
1863          * We strongly depend on the size being a power of two, so the assert
1864          * is overzealous. However, should the struct be resized to a
1865          * different power of two, the code below needs to be revisited.
1866          */
1867         CTASSERT((sizeof(*pvd) == 64));
1868
1869         /*
1870          * Calculate the size of the array.
1871          */
1872         pmap_last_pa = vm_phys_segs[vm_phys_nsegs - 1].end;
1873         pv_npg = howmany(pmap_last_pa, NBPDR);
1874         s = (vm_size_t)pv_npg * sizeof(struct pmap_large_md_page);
1875         s = round_page(s);
1876         pv_table = (struct pmap_large_md_page *)kva_alloc(s);
1877         if (pv_table == NULL)
1878                 panic("%s: kva_alloc failed\n", __func__);
1879
1880         /*
1881          * Iterate physical segments to allocate space for respective pages.
1882          */
1883         highest = -1;
1884         s = 0;
1885         for (i = 0; i < vm_phys_nsegs; i++) {
1886                 end = vm_phys_segs[i].end / NBPDR;
1887                 domain = vm_phys_segs[i].domain;
1888
1889                 if (highest >= end)
1890                         continue;
1891
1892                 start = highest + 1;
1893                 pvd = &pv_table[start];
1894
1895                 pages = end - start + 1;
1896                 s = round_page(pages * sizeof(*pvd));
1897                 highest = start + (s / sizeof(*pvd)) - 1;
1898
1899                 for (j = 0; j < s; j += PAGE_SIZE) {
1900                         vm_page_t m = vm_page_alloc_domain(NULL, 0,
1901                             domain, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ);
1902                         if (m == NULL)
1903                                 panic("vm_page_alloc_domain failed for %lx\n", (vm_offset_t)pvd + j);
1904                         pmap_qenter((vm_offset_t)pvd + j, &m, 1);
1905                 }
1906
1907                 for (j = 0; j < s / sizeof(*pvd); j++) {
1908                         rw_init_flags(&pvd->pv_lock, "pmap pv list", RW_NEW);
1909                         TAILQ_INIT(&pvd->pv_page.pv_list);
1910                         pvd->pv_page.pv_gen = 0;
1911                         pvd->pv_page.pat_mode = 0;
1912                         pvd->pv_invl_gen = 0;
1913                         pvd++;
1914                 }
1915         }
1916         pvd = &pv_dummy_large;
1917         rw_init_flags(&pvd->pv_lock, "pmap pv list dummy", RW_NEW);
1918         TAILQ_INIT(&pvd->pv_page.pv_list);
1919         pvd->pv_page.pv_gen = 0;
1920         pvd->pv_page.pat_mode = 0;
1921         pvd->pv_invl_gen = 0;
1922 }
1923 #else
1924 static void
1925 pmap_init_pv_table(void)
1926 {
1927         vm_size_t s;
1928         long i, pv_npg;
1929
1930         /*
1931          * Initialize the pool of pv list locks.
1932          */
1933         for (i = 0; i < NPV_LIST_LOCKS; i++)
1934                 rw_init(&pv_list_locks[i], "pmap pv list");
1935
1936         /*
1937          * Calculate the size of the pv head table for superpages.
1938          */
1939         pv_npg = howmany(vm_phys_segs[vm_phys_nsegs - 1].end, NBPDR);
1940
1941         /*
1942          * Allocate memory for the pv head table for superpages.
1943          */
1944         s = (vm_size_t)pv_npg * sizeof(struct md_page);
1945         s = round_page(s);
1946         pv_table = (struct md_page *)kmem_malloc(s, M_WAITOK | M_ZERO);
1947         for (i = 0; i < pv_npg; i++)
1948                 TAILQ_INIT(&pv_table[i].pv_list);
1949         TAILQ_INIT(&pv_dummy.pv_list);
1950 }
1951 #endif
1952
1953 /*
1954  *      Initialize the pmap module.
1955  *      Called by vm_init, to initialize any structures that the pmap
1956  *      system needs to map virtual memory.
1957  */
1958 void
1959 pmap_init(void)
1960 {
1961         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
1962         vm_page_t m, mpte;
1963         int error, i, ret, skz63;
1964
1965         /* L1TF, reserve page @0 unconditionally */
1966         vm_page_blacklist_add(0, bootverbose);
1967
1968         /* Detect bare-metal Skylake Server and Skylake-X. */
1969         if (vm_guest == VM_GUEST_NO && cpu_vendor_id == CPU_VENDOR_INTEL &&
1970             CPUID_TO_FAMILY(cpu_id) == 0x6 && CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x55) {
1971                 /*
1972                  * Skylake-X errata SKZ63. Processor May Hang When
1973                  * Executing Code In an HLE Transaction Region between
1974                  * 40000000H and 403FFFFFH.
1975                  *
1976                  * Mark the pages in the range as preallocated.  It
1977                  * seems to be impossible to distinguish between
1978                  * Skylake Server and Skylake X.
1979                  */
1980                 skz63 = 1;
1981                 TUNABLE_INT_FETCH("hw.skz63_enable", &skz63);
1982                 if (skz63 != 0) {
1983                         if (bootverbose)
1984                                 printf("SKZ63: skipping 4M RAM starting "
1985                                     "at physical 1G\n");
1986                         for (i = 0; i < atop(0x400000); i++) {
1987                                 ret = vm_page_blacklist_add(0x40000000 +
1988                                     ptoa(i), FALSE);
1989                                 if (!ret && bootverbose)
1990                                         printf("page at %#lx already used\n",
1991                                             0x40000000 + ptoa(i));
1992                         }
1993                 }
1994         }
1995
1996         /*
1997          * Initialize the vm page array entries for the kernel pmap's
1998          * page table pages.
1999          */ 
2000         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
2001         for (i = 0; i < nkpt; i++) {
2002                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(KPTphys + (i << PAGE_SHIFT));
2003                 KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
2004                     mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
2005                     ("pmap_init: page table page is out of range"));
2006                 mpte->pindex = pmap_pde_pindex(KERNBASE) + i;
2007                 mpte->phys_addr = KPTphys + (i << PAGE_SHIFT);
2008                 mpte->ref_count = 1;
2009
2010                 /*
2011                  * Collect the page table pages that were replaced by a 2MB
2012                  * page in create_pagetables().  They are zero filled.
2013                  */
2014                 if (i << PDRSHIFT < KERNend &&
2015                     pmap_insert_pt_page(kernel_pmap, mpte, false))
2016                         panic("pmap_init: pmap_insert_pt_page failed");
2017         }
2018         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
2019         vm_wire_add(nkpt);
2020
2021         /*
2022          * If the kernel is running on a virtual machine, then it must assume
2023          * that MCA is enabled by the hypervisor.  Moreover, the kernel must
2024          * be prepared for the hypervisor changing the vendor and family that
2025          * are reported by CPUID.  Consequently, the workaround for AMD Family
2026          * 10h Erratum 383 is enabled if the processor's feature set does not
2027          * include at least one feature that is only supported by older Intel
2028          * or newer AMD processors.
2029          */
2030         if (vm_guest != VM_GUEST_NO && (cpu_feature & CPUID_SS) == 0 &&
2031             (cpu_feature2 & (CPUID2_SSSE3 | CPUID2_SSE41 | CPUID2_AESNI |
2032             CPUID2_AVX | CPUID2_XSAVE)) == 0 && (amd_feature2 & (AMDID2_XOP |
2033             AMDID2_FMA4)) == 0)
2034                 workaround_erratum383 = 1;
2035
2036         /*
2037          * Are large page mappings enabled?
2038          */
2039         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.pg_ps_enabled", &pg_ps_enabled);
2040         if (pg_ps_enabled) {
2041                 KASSERT(MAXPAGESIZES > 1 && pagesizes[1] == 0,
2042                     ("pmap_init: can't assign to pagesizes[1]"));
2043                 pagesizes[1] = NBPDR;
2044         }
2045
2046         /*
2047          * Initialize the pv chunk list mutex.
2048          */
2049         mtx_init(&pv_chunks_mutex, "pmap pv chunk list", NULL, MTX_DEF);
2050
2051         pmap_init_pv_table();
2052
2053         pmap_initialized = 1;
2054         for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
2055                 ppim = pmap_preinit_mapping + i;
2056                 if (ppim->va == 0)
2057                         continue;
2058                 /* Make the direct map consistent */
2059                 if (ppim->pa < dmaplimit && ppim->pa + ppim->sz <= dmaplimit) {
2060                         (void)pmap_change_attr(PHYS_TO_DMAP(ppim->pa),
2061                             ppim->sz, ppim->mode);
2062                 }
2063                 if (!bootverbose)
2064                         continue;
2065                 printf("PPIM %u: PA=%#lx, VA=%#lx, size=%#lx, mode=%#x\n", i,
2066                     ppim->pa, ppim->va, ppim->sz, ppim->mode);
2067         }
2068
2069         mtx_init(&qframe_mtx, "qfrmlk", NULL, MTX_SPIN);
2070         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE, M_BESTFIT | M_WAITOK,
2071             (vmem_addr_t *)&qframe);
2072         if (error != 0)
2073                 panic("qframe allocation failed");
2074
2075         lm_ents = 8;
2076         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.large_map_pml4_entries", &lm_ents);
2077         if (lm_ents > LMEPML4I - LMSPML4I + 1)
2078                 lm_ents = LMEPML4I - LMSPML4I + 1;
2079         if (bootverbose)
2080                 printf("pmap: large map %u PML4 slots (%lu GB)\n",
2081                     lm_ents, (u_long)lm_ents * (NBPML4 / 1024 / 1024 / 1024));
2082         if (lm_ents != 0) {
2083                 large_vmem = vmem_create("large", LARGEMAP_MIN_ADDRESS,
2084                     (vmem_size_t)lm_ents * NBPML4, PAGE_SIZE, 0, M_WAITOK);
2085                 if (large_vmem == NULL) {
2086                         printf("pmap: cannot create large map\n");
2087                         lm_ents = 0;
2088                 }
2089                 for (i = 0; i < lm_ents; i++) {
2090                         m = pmap_large_map_getptp_unlocked();
2091                         kernel_pmap->pm_pml4[LMSPML4I + i] = X86_PG_V |
2092                             X86_PG_RW | X86_PG_A | X86_PG_M | pg_nx |
2093                             VM_PAGE_TO_PHYS(m);
2094                 }
2095         }
2096 }
2097
2098 SYSCTL_UINT(_vm_pmap, OID_AUTO, large_map_pml4_entries,
2099     CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH, &lm_ents, 0,
2100     "Maximum number of PML4 entries for use by large map (tunable).  "
2101     "Each entry corresponds to 512GB of address space.");
2102
2103 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, pde, CTLFLAG_RD, 0,
2104     "2MB page mapping counters");
2105
2106 static u_long pmap_pde_demotions;
2107 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
2108     &pmap_pde_demotions, 0, "2MB page demotions");
2109
2110 static u_long pmap_pde_mappings;
2111 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, mappings, CTLFLAG_RD,
2112     &pmap_pde_mappings, 0, "2MB page mappings");
2113
2114 static u_long pmap_pde_p_failures;
2115 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, p_failures, CTLFLAG_RD,
2116     &pmap_pde_p_failures, 0, "2MB page promotion failures");
2117
2118 static u_long pmap_pde_promotions;
2119 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, promotions, CTLFLAG_RD,
2120     &pmap_pde_promotions, 0, "2MB page promotions");
2121
2122 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, pdpe, CTLFLAG_RD, 0,
2123     "1GB page mapping counters");
2124
2125 static u_long pmap_pdpe_demotions;
2126 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pdpe, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
2127     &pmap_pdpe_demotions, 0, "1GB page demotions");
2128
2129 /***************************************************
2130  * Low level helper routines.....
2131  ***************************************************/
2132
2133 static pt_entry_t
2134 pmap_swap_pat(pmap_t pmap, pt_entry_t entry)
2135 {
2136         int x86_pat_bits = X86_PG_PTE_PAT | X86_PG_PDE_PAT;
2137
2138         switch (pmap->pm_type) {
2139         case PT_X86:
2140         case PT_RVI:
2141                 /* Verify that both PAT bits are not set at the same time */
2142                 KASSERT((entry & x86_pat_bits) != x86_pat_bits,
2143                     ("Invalid PAT bits in entry %#lx", entry));
2144
2145                 /* Swap the PAT bits if one of them is set */
2146                 if ((entry & x86_pat_bits) != 0)
2147                         entry ^= x86_pat_bits;
2148                 break;
2149         case PT_EPT:
2150                 /*
2151                  * Nothing to do - the memory attributes are represented
2152                  * the same way for regular pages and superpages.
2153                  */
2154                 break;
2155         default:
2156                 panic("pmap_switch_pat_bits: bad pm_type %d", pmap->pm_type);
2157         }
2158
2159         return (entry);
2160 }
2161
2162 boolean_t
2163 pmap_is_valid_memattr(pmap_t pmap __unused, vm_memattr_t mode)
2164 {
2165
2166         return (mode >= 0 && mode < PAT_INDEX_SIZE &&
2167             pat_index[(int)mode] >= 0);
2168 }
2169
2170 /*
2171  * Determine the appropriate bits to set in a PTE or PDE for a specified
2172  * caching mode.
2173  */
2174 int
2175 pmap_cache_bits(pmap_t pmap, int mode, boolean_t is_pde)
2176 {
2177         int cache_bits, pat_flag, pat_idx;
2178
2179         if (!pmap_is_valid_memattr(pmap, mode))
2180                 panic("Unknown caching mode %d\n", mode);
2181
2182         switch (pmap->pm_type) {
2183         case PT_X86:
2184         case PT_RVI:
2185                 /* The PAT bit is different for PTE's and PDE's. */
2186                 pat_flag = is_pde ? X86_PG_PDE_PAT : X86_PG_PTE_PAT;
2187
2188                 /* Map the caching mode to a PAT index. */
2189                 pat_idx = pat_index[mode];
2190
2191                 /* Map the 3-bit index value into the PAT, PCD, and PWT bits. */
2192                 cache_bits = 0;
2193                 if (pat_idx & 0x4)
2194                         cache_bits |= pat_flag;
2195                 if (pat_idx & 0x2)
2196                         cache_bits |= PG_NC_PCD;
2197                 if (pat_idx & 0x1)
2198                         cache_bits |= PG_NC_PWT;
2199                 break;
2200
2201         case PT_EPT:
2202                 cache_bits = EPT_PG_IGNORE_PAT | EPT_PG_MEMORY_TYPE(mode);
2203                 break;
2204
2205         default:
2206                 panic("unsupported pmap type %d", pmap->pm_type);
2207         }
2208
2209         return (cache_bits);
2210 }
2211
2212 static int
2213 pmap_cache_mask(pmap_t pmap, boolean_t is_pde)
2214 {
2215         int mask;
2216
2217         switch (pmap->pm_type) {
2218         case PT_X86:
2219         case PT_RVI:
2220                 mask = is_pde ? X86_PG_PDE_CACHE : X86_PG_PTE_CACHE;
2221                 break;
2222         case PT_EPT:
2223                 mask = EPT_PG_IGNORE_PAT | EPT_PG_MEMORY_TYPE(0x7);
2224                 break;
2225         default:
2226                 panic("pmap_cache_mask: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
2227         }
2228
2229         return (mask);
2230 }
2231
2232 static int
2233 pmap_pat_index(pmap_t pmap, pt_entry_t pte, bool is_pde)
2234 {
2235         int pat_flag, pat_idx;
2236
2237         pat_idx = 0;
2238         switch (pmap->pm_type) {
2239         case PT_X86:
2240         case PT_RVI:
2241                 /* The PAT bit is different for PTE's and PDE's. */
2242                 pat_flag = is_pde ? X86_PG_PDE_PAT : X86_PG_PTE_PAT;
2243
2244                 if ((pte & pat_flag) != 0)
2245                         pat_idx |= 0x4;
2246                 if ((pte & PG_NC_PCD) != 0)
2247                         pat_idx |= 0x2;
2248                 if ((pte & PG_NC_PWT) != 0)
2249                         pat_idx |= 0x1;
2250                 break;
2251         case PT_EPT:
2252                 if ((pte & EPT_PG_IGNORE_PAT) != 0)
2253                         panic("EPT PTE %#lx has no PAT memory type", pte);
2254                 pat_idx = (pte & EPT_PG_MEMORY_TYPE(0x7)) >> 3;
2255                 break;
2256         }
2257
2258         /* See pmap_init_pat(). */
2259         if (pat_idx == 4)
2260                 pat_idx = 0;
2261         if (pat_idx == 7)
2262                 pat_idx = 3;
2263
2264         return (pat_idx);
2265 }
2266
2267 bool
2268 pmap_ps_enabled(pmap_t pmap)
2269 {
2270
2271         return (pg_ps_enabled && (pmap->pm_flags & PMAP_PDE_SUPERPAGE) != 0);
2272 }
2273
2274 static void
2275 pmap_update_pde_store(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
2276 {
2277
2278         switch (pmap->pm_type) {
2279         case PT_X86:
2280                 break;
2281         case PT_RVI:
2282         case PT_EPT:
2283                 /*
2284                  * XXX
2285                  * This is a little bogus since the generation number is
2286                  * supposed to be bumped up when a region of the address
2287                  * space is invalidated in the page tables.
2288                  *
2289                  * In this case the old PDE entry is valid but yet we want
2290                  * to make sure that any mappings using the old entry are
2291                  * invalidated in the TLB.
2292                  *
2293                  * The reason this works as expected is because we rendezvous
2294                  * "all" host cpus and force any vcpu context to exit as a
2295                  * side-effect.
2296                  */
2297                 atomic_add_acq_long(&pmap->pm_eptgen, 1);
2298                 break;
2299         default:
2300                 panic("pmap_update_pde_store: bad pm_type %d", pmap->pm_type);
2301         }
2302         pde_store(pde, newpde);
2303 }
2304
2305 /*
2306  * After changing the page size for the specified virtual address in the page
2307  * table, flush the corresponding entries from the processor's TLB.  Only the
2308  * calling processor's TLB is affected.
2309  *
2310  * The calling thread must be pinned to a processor.
2311  */
2312 static void
2313 pmap_update_pde_invalidate(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t newpde)
2314 {
2315         pt_entry_t PG_G;
2316
2317         if (pmap_type_guest(pmap))
2318                 return;
2319
2320         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
2321             ("pmap_update_pde_invalidate: invalid type %d", pmap->pm_type));
2322
2323         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
2324
2325         if ((newpde & PG_PS) == 0)
2326                 /* Demotion: flush a specific 2MB page mapping. */
2327                 invlpg(va);
2328         else if ((newpde & PG_G) == 0)
2329                 /*
2330                  * Promotion: flush every 4KB page mapping from the TLB
2331                  * because there are too many to flush individually.
2332                  */
2333                 invltlb();
2334         else {
2335                 /*
2336                  * Promotion: flush every 4KB page mapping from the TLB,
2337                  * including any global (PG_G) mappings.
2338                  */
2339                 invltlb_glob();
2340         }
2341 }
2342 #ifdef SMP
2343
2344 /*
2345  * For SMP, these functions have to use the IPI mechanism for coherence.
2346  *
2347  * N.B.: Before calling any of the following TLB invalidation functions,
2348  * the calling processor must ensure that all stores updating a non-
2349  * kernel page table are globally performed.  Otherwise, another
2350  * processor could cache an old, pre-update entry without being
2351  * invalidated.  This can happen one of two ways: (1) The pmap becomes
2352  * active on another processor after its pm_active field is checked by
2353  * one of the following functions but before a store updating the page
2354  * table is globally performed. (2) The pmap becomes active on another
2355  * processor before its pm_active field is checked but due to
2356  * speculative loads one of the following functions stills reads the
2357  * pmap as inactive on the other processor.
2358  * 
2359  * The kernel page table is exempt because its pm_active field is
2360  * immutable.  The kernel page table is always active on every
2361  * processor.
2362  */
2363
2364 /*
2365  * Interrupt the cpus that are executing in the guest context.
2366  * This will force the vcpu to exit and the cached EPT mappings
2367  * will be invalidated by the host before the next vmresume.
2368  */
2369 static __inline void
2370 pmap_invalidate_ept(pmap_t pmap)
2371 {
2372         int ipinum;
2373
2374         sched_pin();
2375         KASSERT(!CPU_ISSET(curcpu, &pmap->pm_active),
2376             ("pmap_invalidate_ept: absurd pm_active"));
2377
2378         /*
2379          * The TLB mappings associated with a vcpu context are not
2380          * flushed each time a different vcpu is chosen to execute.
2381          *
2382          * This is in contrast with a process's vtop mappings that
2383          * are flushed from the TLB on each context switch.
2384          *
2385          * Therefore we need to do more than just a TLB shootdown on
2386          * the active cpus in 'pmap->pm_active'. To do this we keep
2387          * track of the number of invalidations performed on this pmap.
2388          *
2389          * Each vcpu keeps a cache of this counter and compares it
2390          * just before a vmresume. If the counter is out-of-date an
2391          * invept will be done to flush stale mappings from the TLB.
2392          */
2393         atomic_add_acq_long(&pmap->pm_eptgen, 1);
2394
2395         /*
2396          * Force the vcpu to exit and trap back into the hypervisor.
2397          */
2398         ipinum = pmap->pm_flags & PMAP_NESTED_IPIMASK;
2399         ipi_selected(pmap->pm_active, ipinum);
2400         sched_unpin();
2401 }
2402
2403 static cpuset_t
2404 pmap_invalidate_cpu_mask(pmap_t pmap)
2405 {
2406
2407         return (pmap == kernel_pmap ? all_cpus : pmap->pm_active);
2408 }
2409
2410 static inline void
2411 pmap_invalidate_page_pcid(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
2412     const bool invpcid_works1)
2413 {
2414         struct invpcid_descr d;
2415         uint64_t kcr3, ucr3;
2416         uint32_t pcid;
2417         u_int cpuid, i;
2418
2419         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
2420         if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
2421                 if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
2422                         /*
2423                          * Because pm_pcid is recalculated on a
2424                          * context switch, we must disable switching.
2425                          * Otherwise, we might use a stale value
2426                          * below.
2427                          */
2428                         critical_enter();
2429                         pcid = pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
2430                         if (invpcid_works1) {
2431                                 d.pcid = pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
2432                                 d.pad = 0;
2433                                 d.addr = va;
2434                                 invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
2435                         } else {
2436                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pcid | CR3_PCID_SAVE;
2437                                 ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pcid |
2438                                     PMAP_PCID_USER_PT | CR3_PCID_SAVE;
2439                                 pmap_pti_pcid_invlpg(ucr3, kcr3, va);
2440                         }
2441                         critical_exit();
2442                 }
2443         } else
2444                 pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = 0;
2445
2446         CPU_FOREACH(i) {
2447                 if (cpuid != i)
2448                         pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
2449         }
2450
2451         /*
2452          * The fence is between stores to pm_gen and the read of the
2453          * pm_active mask.  We need to ensure that it is impossible
2454          * for us to miss the bit update in pm_active and
2455          * simultaneously observe a non-zero pm_gen in
2456          * pmap_activate_sw(), otherwise TLB update is missed.
2457          * Without the fence, IA32 allows such an outcome.  Note that
2458          * pm_active is updated by a locked operation, which provides
2459          * the reciprocal fence.
2460          */
2461         atomic_thread_fence_seq_cst();
2462 }
2463
2464 static void
2465 pmap_invalidate_page_pcid_invpcid(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2466 {
2467
2468         pmap_invalidate_page_pcid(pmap, va, true);
2469 }
2470
2471 static void
2472 pmap_invalidate_page_pcid_noinvpcid(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2473 {
2474
2475         pmap_invalidate_page_pcid(pmap, va, false);
2476 }
2477
2478 static void
2479 pmap_invalidate_page_nopcid(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2480 {
2481 }
2482
2483 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_invalidate_page_mode, (pmap_t, vm_offset_t))
2484 {
2485
2486         if (pmap_pcid_enabled)
2487                 return (invpcid_works ? pmap_invalidate_page_pcid_invpcid :
2488                     pmap_invalidate_page_pcid_noinvpcid);
2489         return (pmap_invalidate_page_nopcid);
2490 }
2491
2492 void
2493 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2494 {
2495
2496         if (pmap_type_guest(pmap)) {
2497                 pmap_invalidate_ept(pmap);
2498                 return;
2499         }
2500
2501         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
2502             ("pmap_invalidate_page: invalid type %d", pmap->pm_type));
2503
2504         sched_pin();
2505         if (pmap == kernel_pmap) {
2506                 invlpg(va);
2507         } else {
2508                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap))
2509                         invlpg(va);
2510                 pmap_invalidate_page_mode(pmap, va);
2511         }
2512         smp_masked_invlpg(pmap_invalidate_cpu_mask(pmap), va, pmap);
2513         sched_unpin();
2514 }
2515
2516 /* 4k PTEs -- Chosen to exceed the total size of Broadwell L2 TLB */
2517 #define PMAP_INVLPG_THRESHOLD   (4 * 1024 * PAGE_SIZE)
2518
2519 static void
2520 pmap_invalidate_range_pcid(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
2521     const bool invpcid_works1)
2522 {
2523         struct invpcid_descr d;
2524         uint64_t kcr3, ucr3;
2525         uint32_t pcid;
2526         u_int cpuid, i;
2527
2528         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
2529         if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
2530                 if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
2531                         critical_enter();
2532                         pcid = pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
2533                         if (invpcid_works1) {
2534                                 d.pcid = pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
2535                                 d.pad = 0;
2536                                 d.addr = sva;
2537                                 for (; d.addr < eva; d.addr += PAGE_SIZE)
2538                                         invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
2539                         } else {
2540                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pcid | CR3_PCID_SAVE;
2541                                 ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pcid |
2542                                     PMAP_PCID_USER_PT | CR3_PCID_SAVE;
2543                                 pmap_pti_pcid_invlrng(ucr3, kcr3, sva, eva);
2544                         }
2545                         critical_exit();
2546                 }
2547         } else
2548                 pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = 0;
2549
2550         CPU_FOREACH(i) {
2551                 if (cpuid != i)
2552                         pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
2553         }
2554         /* See the comment in pmap_invalidate_page_pcid(). */
2555         atomic_thread_fence_seq_cst();
2556 }
2557
2558 static void
2559 pmap_invalidate_range_pcid_invpcid(pmap_t pmap, vm_offset_t sva,
2560     vm_offset_t eva)
2561 {
2562
2563         pmap_invalidate_range_pcid(pmap, sva, eva, true);
2564 }
2565
2566 static void
2567 pmap_invalidate_range_pcid_noinvpcid(pmap_t pmap, vm_offset_t sva,
2568     vm_offset_t eva)
2569 {
2570
2571         pmap_invalidate_range_pcid(pmap, sva, eva, false);
2572 }
2573
2574 static void
2575 pmap_invalidate_range_nopcid(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2576 {
2577 }
2578
2579 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_invalidate_range_mode, (pmap_t, vm_offset_t,
2580     vm_offset_t))
2581 {
2582
2583         if (pmap_pcid_enabled)
2584                 return (invpcid_works ? pmap_invalidate_range_pcid_invpcid :
2585                     pmap_invalidate_range_pcid_noinvpcid);
2586         return (pmap_invalidate_range_nopcid);
2587 }
2588
2589 void
2590 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2591 {
2592         vm_offset_t addr;
2593
2594         if (eva - sva >= PMAP_INVLPG_THRESHOLD) {
2595                 pmap_invalidate_all(pmap);
2596                 return;
2597         }
2598
2599         if (pmap_type_guest(pmap)) {
2600                 pmap_invalidate_ept(pmap);
2601                 return;
2602         }
2603
2604         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
2605             ("pmap_invalidate_range: invalid type %d", pmap->pm_type));
2606
2607         sched_pin();
2608         if (pmap == kernel_pmap) {
2609                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
2610                         invlpg(addr);
2611         } else {
2612                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
2613                         for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
2614                                 invlpg(addr);
2615                 }
2616                 pmap_invalidate_range_mode(pmap, sva, eva);
2617         }
2618         smp_masked_invlpg_range(pmap_invalidate_cpu_mask(pmap), sva, eva, pmap);
2619         sched_unpin();
2620 }
2621
2622 static inline void
2623 pmap_invalidate_all_pcid(pmap_t pmap, bool invpcid_works1)
2624 {
2625         struct invpcid_descr d;
2626         uint64_t kcr3, ucr3;
2627         uint32_t pcid;
2628         u_int cpuid, i;
2629
2630         if (pmap == kernel_pmap) {
2631                 if (invpcid_works1) {
2632                         bzero(&d, sizeof(d));
2633                         invpcid(&d, INVPCID_CTXGLOB);
2634                 } else {
2635                         invltlb_glob();
2636                 }
2637         } else {
2638                 cpuid = PCPU_GET(cpuid);
2639                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
2640                         critical_enter();
2641                         pcid = pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
2642                         if (invpcid_works1) {
2643                                 d.pcid = pcid;
2644                                 d.pad = 0;
2645                                 d.addr = 0;
2646                                 invpcid(&d, INVPCID_CTX);
2647                                 if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
2648                                         d.pcid |= PMAP_PCID_USER_PT;
2649                                         invpcid(&d, INVPCID_CTX);
2650                                 }
2651                         } else {
2652                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pcid;
2653                                 ucr3 = pmap->pm_ucr3;
2654                                 if (ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
2655                                         ucr3 |= pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
2656                                         pmap_pti_pcid_invalidate(ucr3, kcr3);
2657                                 } else {
2658                                         load_cr3(kcr3);
2659                                 }
2660                         }
2661                         critical_exit();
2662                 } else
2663                         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = 0;
2664                 CPU_FOREACH(i) {
2665                         if (cpuid != i)
2666                                 pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
2667                 }
2668         }
2669         /* See the comment in pmap_invalidate_page_pcid(). */
2670         atomic_thread_fence_seq_cst();
2671 }
2672
2673 static void
2674 pmap_invalidate_all_pcid_invpcid(pmap_t pmap)
2675 {
2676
2677         pmap_invalidate_all_pcid(pmap, true);
2678 }
2679
2680 static void
2681 pmap_invalidate_all_pcid_noinvpcid(pmap_t pmap)
2682 {
2683
2684         pmap_invalidate_all_pcid(pmap, false);
2685 }
2686
2687 static void
2688 pmap_invalidate_all_nopcid(pmap_t pmap)
2689 {
2690
2691         if (pmap == kernel_pmap)
2692                 invltlb_glob();
2693         else if (pmap == PCPU_GET(curpmap))
2694                 invltlb();
2695 }
2696
2697 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_invalidate_all_mode, (pmap_t))
2698 {
2699
2700         if (pmap_pcid_enabled)
2701                 return (invpcid_works ? pmap_invalidate_all_pcid_invpcid :
2702                     pmap_invalidate_all_pcid_noinvpcid);
2703         return (pmap_invalidate_all_nopcid);
2704 }
2705
2706 void
2707 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
2708 {
2709
2710         if (pmap_type_guest(pmap)) {
2711                 pmap_invalidate_ept(pmap);
2712                 return;
2713         }
2714
2715         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
2716             ("pmap_invalidate_all: invalid type %d", pmap->pm_type));
2717
2718         sched_pin();
2719         pmap_invalidate_all_mode(pmap);
2720         smp_masked_invltlb(pmap_invalidate_cpu_mask(pmap), pmap);
2721         sched_unpin();
2722 }
2723
2724 void
2725 pmap_invalidate_cache(void)
2726 {
2727
2728         sched_pin();
2729         wbinvd();
2730         smp_cache_flush();
2731         sched_unpin();
2732 }
2733
2734 struct pde_action {
2735         cpuset_t invalidate;    /* processors that invalidate their TLB */
2736         pmap_t pmap;
2737         vm_offset_t va;
2738         pd_entry_t *pde;
2739         pd_entry_t newpde;
2740         u_int store;            /* processor that updates the PDE */
2741 };
2742
2743 static void
2744 pmap_update_pde_action(void *arg)
2745 {
2746         struct pde_action *act = arg;
2747
2748         if (act->store == PCPU_GET(cpuid))
2749                 pmap_update_pde_store(act->pmap, act->pde, act->newpde);
2750 }
2751
2752 static void
2753 pmap_update_pde_teardown(void *arg)
2754 {
2755         struct pde_action *act = arg;
2756
2757         if (CPU_ISSET(PCPU_GET(cpuid), &act->invalidate))
2758                 pmap_update_pde_invalidate(act->pmap, act->va, act->newpde);
2759 }
2760
2761 /*
2762  * Change the page size for the specified virtual address in a way that
2763  * prevents any possibility of the TLB ever having two entries that map the
2764  * same virtual address using different page sizes.  This is the recommended
2765  * workaround for Erratum 383 on AMD Family 10h processors.  It prevents a
2766  * machine check exception for a TLB state that is improperly diagnosed as a
2767  * hardware error.
2768  */
2769 static void
2770 pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
2771 {
2772         struct pde_action act;
2773         cpuset_t active, other_cpus;
2774         u_int cpuid;
2775
2776         sched_pin();
2777         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
2778         other_cpus = all_cpus;
2779         CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
2780         if (pmap == kernel_pmap || pmap_type_guest(pmap)) 
2781                 active = all_cpus;
2782         else {
2783                 active = pmap->pm_active;
2784         }
2785         if (CPU_OVERLAP(&active, &other_cpus)) { 
2786                 act.store = cpuid;
2787                 act.invalidate = active;
2788                 act.va = va;
2789                 act.pmap = pmap;
2790                 act.pde = pde;
2791                 act.newpde = newpde;
2792                 CPU_SET(cpuid, &active);
2793                 smp_rendezvous_cpus(active,
2794                     smp_no_rendezvous_barrier, pmap_update_pde_action,
2795                     pmap_update_pde_teardown, &act);
2796         } else {
2797                 pmap_update_pde_store(pmap, pde, newpde);
2798                 if (CPU_ISSET(cpuid, &active))
2799                         pmap_update_pde_invalidate(pmap, va, newpde);
2800         }
2801         sched_unpin();
2802 }
2803 #else /* !SMP */
2804 /*
2805  * Normal, non-SMP, invalidation functions.
2806  */
2807 void
2808 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2809 {
2810         struct invpcid_descr d;
2811         uint64_t kcr3, ucr3;
2812         uint32_t pcid;
2813
2814         if (pmap->pm_type == PT_RVI || pmap->pm_type == PT_EPT) {
2815                 pmap->pm_eptgen++;
2816                 return;
2817         }
2818         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
2819             ("pmap_invalidate_range: unknown type %d", pmap->pm_type));
2820
2821         if (pmap == kernel_pmap || pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
2822                 invlpg(va);
2823                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap) && pmap_pcid_enabled &&
2824                     pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
2825                         critical_enter();
2826                         pcid = pmap->pm_pcids[0].pm_pcid;
2827                         if (invpcid_works) {
2828                                 d.pcid = pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
2829                                 d.pad = 0;
2830                                 d.addr = va;
2831                                 invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
2832                         } else {
2833                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pcid | CR3_PCID_SAVE;
2834                                 ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pcid |
2835                                     PMAP_PCID_USER_PT | CR3_PCID_SAVE;
2836                                 pmap_pti_pcid_invlpg(ucr3, kcr3, va);
2837                         }
2838                         critical_exit();
2839                 }
2840         } else if (pmap_pcid_enabled)
2841                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
2842 }
2843
2844 void
2845 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2846 {
2847         struct invpcid_descr d;
2848         vm_offset_t addr;
2849         uint64_t kcr3, ucr3;
2850
2851         if (pmap->pm_type == PT_RVI || pmap->pm_type == PT_EPT) {
2852                 pmap->pm_eptgen++;
2853                 return;
2854         }
2855         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
2856             ("pmap_invalidate_range: unknown type %d", pmap->pm_type));
2857
2858         if (pmap == kernel_pmap || pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
2859                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
2860                         invlpg(addr);
2861                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap) && pmap_pcid_enabled &&
2862                     pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
2863                         critical_enter();
2864                         if (invpcid_works) {
2865                                 d.pcid = pmap->pm_pcids[0].pm_pcid |
2866                                     PMAP_PCID_USER_PT;
2867                                 d.pad = 0;
2868                                 d.addr = sva;
2869                                 for (; d.addr < eva; d.addr += PAGE_SIZE)
2870                                         invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
2871                         } else {
2872                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[0].
2873                                     pm_pcid | CR3_PCID_SAVE;
2874                                 ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pmap->pm_pcids[0].
2875                                     pm_pcid | PMAP_PCID_USER_PT | CR3_PCID_SAVE;
2876                                 pmap_pti_pcid_invlrng(ucr3, kcr3, sva, eva);
2877                         }
2878                         critical_exit();
2879                 }
2880         } else if (pmap_pcid_enabled) {
2881                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
2882         }
2883 }
2884
2885 void
2886 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
2887 {
2888         struct invpcid_descr d;
2889         uint64_t kcr3, ucr3;
2890
2891         if (pmap->pm_type == PT_RVI || pmap->pm_type == PT_EPT) {
2892                 pmap->pm_eptgen++;
2893                 return;
2894         }
2895         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
2896             ("pmap_invalidate_all: unknown type %d", pmap->pm_type));
2897
2898         if (pmap == kernel_pmap) {
2899                 if (pmap_pcid_enabled && invpcid_works) {
2900                         bzero(&d, sizeof(d));
2901                         invpcid(&d, INVPCID_CTXGLOB);
2902                 } else {
2903                         invltlb_glob();
2904                 }
2905         } else if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
2906                 if (pmap_pcid_enabled) {
2907                         critical_enter();
2908                         if (invpcid_works) {
2909                                 d.pcid = pmap->pm_pcids[0].pm_pcid;
2910                                 d.pad = 0;
2911                                 d.addr = 0;
2912                                 invpcid(&d, INVPCID_CTX);
2913                                 if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
2914                                         d.pcid |= PMAP_PCID_USER_PT;
2915                                         invpcid(&d, INVPCID_CTX);
2916                                 }
2917                         } else {
2918                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[0].pm_pcid;
2919                                 if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
2920                                         ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pmap->pm_pcids[
2921                                             0].pm_pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
2922                                         pmap_pti_pcid_invalidate(ucr3, kcr3);
2923                                 } else
2924                                         load_cr3(kcr3);
2925                         }
2926                         critical_exit();
2927                 } else {
2928                         invltlb();
2929                 }
2930         } else if (pmap_pcid_enabled) {
2931                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
2932         }
2933 }
2934
2935 PMAP_INLINE void
2936 pmap_invalidate_cache(void)
2937 {
2938
2939         wbinvd();
2940 }
2941
2942 static void
2943 pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
2944 {
2945
2946         pmap_update_pde_store(pmap, pde, newpde);
2947         if (pmap == kernel_pmap || pmap == PCPU_GET(curpmap))
2948                 pmap_update_pde_invalidate(pmap, va, newpde);
2949         else
2950                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
2951 }
2952 #endif /* !SMP */
2953
2954 static void
2955 pmap_invalidate_pde_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde)
2956 {
2957
2958         /*
2959          * When the PDE has PG_PROMOTED set, the 2MB page mapping was created
2960          * by a promotion that did not invalidate the 512 4KB page mappings
2961          * that might exist in the TLB.  Consequently, at this point, the TLB
2962          * may hold both 4KB and 2MB page mappings for the address range [va,
2963          * va + NBPDR).  Therefore, the entire range must be invalidated here.
2964          * In contrast, when PG_PROMOTED is clear, the TLB will not hold any
2965          * 4KB page mappings for the address range [va, va + NBPDR), and so a
2966          * single INVLPG suffices to invalidate the 2MB page mapping from the
2967          * TLB.
2968          */
2969         if ((pde & PG_PROMOTED) != 0)
2970                 pmap_invalidate_range(pmap, va, va + NBPDR - 1);
2971         else
2972                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
2973 }
2974
2975 DEFINE_IFUNC(, void, pmap_invalidate_cache_range,
2976     (vm_offset_t sva, vm_offset_t eva))
2977 {
2978
2979         if ((cpu_feature & CPUID_SS) != 0)
2980                 return (pmap_invalidate_cache_range_selfsnoop);
2981         if ((cpu_feature & CPUID_CLFSH) != 0)
2982                 return (pmap_force_invalidate_cache_range);
2983         return (pmap_invalidate_cache_range_all);
2984 }
2985
2986 #define PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD   (2 * 1024 * 1024)
2987
2988 static void
2989 pmap_invalidate_cache_range_check_align(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2990 {
2991
2992         KASSERT((sva & PAGE_MASK) == 0,
2993             ("pmap_invalidate_cache_range: sva not page-aligned"));
2994         KASSERT((eva & PAGE_MASK) == 0,
2995             ("pmap_invalidate_cache_range: eva not page-aligned"));
2996 }
2997
2998 static void
2999 pmap_invalidate_cache_range_selfsnoop(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3000 {
3001
3002         pmap_invalidate_cache_range_check_align(sva, eva);
3003 }
3004
3005 void
3006 pmap_force_invalidate_cache_range(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3007 {
3008
3009         sva &= ~(vm_offset_t)(cpu_clflush_line_size - 1);
3010
3011         /*
3012          * XXX: Some CPUs fault, hang, or trash the local APIC
3013          * registers if we use CLFLUSH on the local APIC range.  The
3014          * local APIC is always uncached, so we don't need to flush
3015          * for that range anyway.
3016          */
3017         if (pmap_kextract(sva) == lapic_paddr)
3018                 return;
3019
3020         if ((cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT) != 0) {
3021                 /*
3022                  * Do per-cache line flush.  Use the sfence
3023                  * instruction to insure that previous stores are
3024                  * included in the write-back.  The processor
3025                  * propagates flush to other processors in the cache
3026                  * coherence domain.
3027                  */
3028                 sfence();
3029                 for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size)
3030                         clflushopt(sva);
3031                 sfence();
3032         } else {
3033                 /*
3034                  * Writes are ordered by CLFLUSH on Intel CPUs.
3035                  */
3036                 if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
3037                         mfence();
3038                 for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size)
3039                         clflush(sva);
3040                 if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
3041                         mfence();
3042         }
3043 }
3044
3045 static void
3046 pmap_invalidate_cache_range_all(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3047 {
3048
3049         pmap_invalidate_cache_range_check_align(sva, eva);
3050         pmap_invalidate_cache();
3051 }
3052
3053 /*
3054  * Remove the specified set of pages from the data and instruction caches.
3055  *
3056  * In contrast to pmap_invalidate_cache_range(), this function does not
3057  * rely on the CPU's self-snoop feature, because it is intended for use
3058  * when moving pages into a different cache domain.
3059  */
3060 void
3061 pmap_invalidate_cache_pages(vm_page_t *pages, int count)
3062 {
3063         vm_offset_t daddr, eva;
3064         int i;
3065         bool useclflushopt;
3066
3067         useclflushopt = (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT) != 0;
3068         if (count >= PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD / PAGE_SIZE ||
3069             ((cpu_feature & CPUID_CLFSH) == 0 && !useclflushopt))
3070                 pmap_invalidate_cache();
3071         else {
3072                 if (useclflushopt)
3073                         sfence();
3074                 else if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
3075                         mfence();
3076                 for (i = 0; i < count; i++) {
3077                         daddr = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pages[i]));
3078                         eva = daddr + PAGE_SIZE;
3079                         for (; daddr < eva; daddr += cpu_clflush_line_size) {
3080                                 if (useclflushopt)
3081                                         clflushopt(daddr);
3082                                 else
3083                                         clflush(daddr);
3084                         }
3085                 }
3086                 if (useclflushopt)
3087                         sfence();
3088                 else if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
3089                         mfence();
3090         }
3091 }
3092
3093 void
3094 pmap_flush_cache_range(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3095 {
3096
3097         pmap_invalidate_cache_range_check_align(sva, eva);
3098
3099         if ((cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLWB) == 0) {
3100                 pmap_force_invalidate_cache_range(sva, eva);
3101                 return;
3102         }
3103
3104         /* See comment in pmap_force_invalidate_cache_range(). */
3105         if (pmap_kextract(sva) == lapic_paddr)
3106                 return;
3107
3108         sfence();
3109         for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size)
3110                 clwb(sva);
3111         sfence();
3112 }
3113
3114 void
3115 pmap_flush_cache_phys_range(vm_paddr_t spa, vm_paddr_t epa, vm_memattr_t mattr)
3116 {
3117         pt_entry_t *pte;
3118         vm_offset_t vaddr;
3119         int error, pte_bits;
3120
3121         KASSERT((spa & PAGE_MASK) == 0,
3122             ("pmap_flush_cache_phys_range: spa not page-aligned"));
3123         KASSERT((epa & PAGE_MASK) == 0,
3124             ("pmap_flush_cache_phys_range: epa not page-aligned"));
3125
3126         if (spa < dmaplimit) {
3127                 pmap_flush_cache_range(PHYS_TO_DMAP(spa), PHYS_TO_DMAP(MIN(
3128                     dmaplimit, epa)));
3129                 if (dmaplimit >= epa)
3130                         return;
3131                 spa = dmaplimit;
3132         }
3133
3134         pte_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mattr, 0) | X86_PG_RW |
3135             X86_PG_V;
3136         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE, M_BESTFIT | M_WAITOK,
3137             &vaddr);
3138         KASSERT(error == 0, ("vmem_alloc failed: %d", error));
3139         pte = vtopte(vaddr);
3140         for (; spa < epa; spa += PAGE_SIZE) {
3141                 sched_pin();
3142                 pte_store(pte, spa | pte_bits);
3143                 invlpg(vaddr);
3144                 /* XXXKIB sfences inside flush_cache_range are excessive */
3145                 pmap_flush_cache_range(vaddr, vaddr + PAGE_SIZE);
3146                 sched_unpin();
3147         }
3148         vmem_free(kernel_arena, vaddr, PAGE_SIZE);
3149 }
3150
3151 /*
3152  *      Routine:        pmap_extract
3153  *      Function:
3154  *              Extract the physical page address associated
3155  *              with the given map/virtual_address pair.
3156  */
3157 vm_paddr_t 
3158 pmap_extract(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3159 {
3160         pdp_entry_t *pdpe;
3161         pd_entry_t *pde;
3162         pt_entry_t *pte, PG_V;
3163         vm_paddr_t pa;
3164
3165         pa = 0;
3166         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3167         PMAP_LOCK(pmap);
3168         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
3169         if (pdpe != NULL && (*pdpe & PG_V) != 0) {
3170                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0)
3171                         pa = (*pdpe & PG_PS_FRAME) | (va & PDPMASK);
3172                 else {
3173                         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
3174                         if ((*pde & PG_V) != 0) {
3175                                 if ((*pde & PG_PS) != 0) {
3176                                         pa = (*pde & PG_PS_FRAME) |
3177                                             (va & PDRMASK);
3178                                 } else {
3179                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
3180                                         pa = (*pte & PG_FRAME) |
3181                                             (va & PAGE_MASK);
3182                                 }
3183                         }
3184                 }
3185         }
3186         PMAP_UNLOCK(pmap);
3187         return (pa);
3188 }
3189
3190 /*
3191  *      Routine:        pmap_extract_and_hold
3192  *      Function:
3193  *              Atomically extract and hold the physical page
3194  *              with the given pmap and virtual address pair
3195  *              if that mapping permits the given protection.
3196  */
3197 vm_page_t
3198 pmap_extract_and_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_prot_t prot)
3199 {
3200         pd_entry_t pde, *pdep;
3201         pt_entry_t pte, PG_RW, PG_V;
3202         vm_page_t m;
3203
3204         m = NULL;
3205         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
3206         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3207
3208         PMAP_LOCK(pmap);
3209         pdep = pmap_pde(pmap, va);
3210         if (pdep != NULL && (pde = *pdep)) {
3211                 if (pde & PG_PS) {
3212                         if ((pde & PG_RW) != 0 || (prot & VM_PROT_WRITE) == 0)
3213                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE((pde & PG_PS_FRAME) |
3214                                     (va & PDRMASK));
3215                 } else {
3216                         pte = *pmap_pde_to_pte(pdep, va);
3217                         if ((pte & PG_V) != 0 &&
3218                             ((pte & PG_RW) != 0 || (prot & VM_PROT_WRITE) == 0))
3219                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pte & PG_FRAME);
3220                 }
3221                 if (m != NULL && !vm_page_wire_mapped(m))
3222                         m = NULL;
3223         }
3224         PMAP_UNLOCK(pmap);
3225         return (m);
3226 }
3227
3228 vm_paddr_t
3229 pmap_kextract(vm_offset_t va)
3230 {
3231         pd_entry_t pde;
3232         vm_paddr_t pa;
3233
3234         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS) {
3235                 pa = DMAP_TO_PHYS(va);
3236         } else if (PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(va)) {
3237                 pa = pmap_large_map_kextract(va);
3238         } else {
3239                 pde = *vtopde(va);
3240                 if (pde & PG_PS) {
3241                         pa = (pde & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK);
3242                 } else {
3243                         /*
3244                          * Beware of a concurrent promotion that changes the
3245                          * PDE at this point!  For example, vtopte() must not
3246                          * be used to access the PTE because it would use the
3247                          * new PDE.  It is, however, safe to use the old PDE
3248                          * because the page table page is preserved by the
3249                          * promotion.
3250                          */
3251                         pa = *pmap_pde_to_pte(&pde, va);
3252                         pa = (pa & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK);
3253                 }
3254         }
3255         return (pa);
3256 }
3257
3258 /***************************************************
3259  * Low level mapping routines.....
3260  ***************************************************/
3261
3262 /*
3263  * Add a wired page to the kva.
3264  * Note: not SMP coherent.
3265  */
3266 PMAP_INLINE void 
3267 pmap_kenter(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
3268 {
3269         pt_entry_t *pte;
3270
3271         pte = vtopte(va);
3272         pte_store(pte, pa | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_g | pg_nx);
3273 }
3274
3275 static __inline void
3276 pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode)
3277 {
3278         pt_entry_t *pte;
3279         int cache_bits;
3280
3281         pte = vtopte(va);
3282         cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, 0);
3283         pte_store(pte, pa | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_g | pg_nx | cache_bits);
3284 }
3285
3286 /*
3287  * Remove a page from the kernel pagetables.
3288  * Note: not SMP coherent.
3289  */
3290 PMAP_INLINE void
3291 pmap_kremove(vm_offset_t va)
3292 {
3293         pt_entry_t *pte;
3294
3295         pte = vtopte(va);
3296         pte_clear(pte);
3297 }
3298
3299 /*
3300  *      Used to map a range of physical addresses into kernel
3301  *      virtual address space.
3302  *
3303  *      The value passed in '*virt' is a suggested virtual address for
3304  *      the mapping. Architectures which can support a direct-mapped
3305  *      physical to virtual region can return the appropriate address
3306  *      within that region, leaving '*virt' unchanged. Other
3307  *      architectures should map the pages starting at '*virt' and
3308  *      update '*virt' with the first usable address after the mapped
3309  *      region.
3310  */
3311 vm_offset_t
3312 pmap_map(vm_offset_t *virt, vm_paddr_t start, vm_paddr_t end, int prot)
3313 {
3314         return PHYS_TO_DMAP(start);
3315 }
3316
3317
3318 /*
3319  * Add a list of wired pages to the kva
3320  * this routine is only used for temporary
3321  * kernel mappings that do not need to have
3322  * page modification or references recorded.
3323  * Note that old mappings are simply written
3324  * over.  The page *must* be wired.
3325  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
3326  */
3327 void
3328 pmap_qenter(vm_offset_t sva, vm_page_t *ma, int count)
3329 {
3330         pt_entry_t *endpte, oldpte, pa, *pte;
3331         vm_page_t m;
3332         int cache_bits;
3333
3334         oldpte = 0;
3335         pte = vtopte(sva);
3336         endpte = pte + count;
3337         while (pte < endpte) {
3338                 m = *ma++;
3339                 cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap, m->md.pat_mode, 0);
3340                 pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | cache_bits;
3341                 if ((*pte & (PG_FRAME | X86_PG_PTE_CACHE)) != pa) {
3342                         oldpte |= *pte;
3343                         pte_store(pte, pa | pg_g | pg_nx | X86_PG_RW | X86_PG_V);
3344                 }
3345                 pte++;
3346         }
3347         if (__predict_false((oldpte & X86_PG_V) != 0))
3348                 pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, sva + count *
3349                     PAGE_SIZE);
3350 }
3351
3352 /*
3353  * This routine tears out page mappings from the
3354  * kernel -- it is meant only for temporary mappings.
3355  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
3356  */
3357 void
3358 pmap_qremove(vm_offset_t sva, int count)
3359 {
3360         vm_offset_t va;
3361
3362         va = sva;
3363         while (count-- > 0) {
3364                 KASSERT(va >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS, ("usermode va %lx", va));
3365                 pmap_kremove(va);
3366                 va += PAGE_SIZE;
3367         }
3368         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
3369 }
3370
3371 /***************************************************
3372  * Page table page management routines.....
3373  ***************************************************/
3374 /*
3375  * Schedule the specified unused page table page to be freed.  Specifically,
3376  * add the page to the specified list of pages that will be released to the
3377  * physical memory manager after the TLB has been updated.
3378  */
3379 static __inline void
3380 pmap_add_delayed_free_list(vm_page_t m, struct spglist *free,
3381     boolean_t set_PG_ZERO)
3382 {
3383
3384         if (set_PG_ZERO)
3385                 m->flags |= PG_ZERO;
3386         else
3387                 m->flags &= ~PG_ZERO;
3388         SLIST_INSERT_HEAD(free, m, plinks.s.ss);
3389 }
3390         
3391 /*
3392  * Inserts the specified page table page into the specified pmap's collection
3393  * of idle page table pages.  Each of a pmap's page table pages is responsible
3394  * for mapping a distinct range of virtual addresses.  The pmap's collection is
3395  * ordered by this virtual address range.
3396  *
3397  * If "promoted" is false, then the page table page "mpte" must be zero filled.
3398  */
3399 static __inline int
3400 pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte, bool promoted)
3401 {
3402
3403         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3404         mpte->valid = promoted ? VM_PAGE_BITS_ALL : 0;
3405         return (vm_radix_insert(&pmap->pm_root, mpte));
3406 }
3407
3408 /*
3409  * Removes the page table page mapping the specified virtual address from the
3410  * specified pmap's collection of idle page table pages, and returns it.
3411  * Otherwise, returns NULL if there is no page table page corresponding to the
3412  * specified virtual address.
3413  */
3414 static __inline vm_page_t
3415 pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3416 {
3417
3418         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3419         return (vm_radix_remove(&pmap->pm_root, pmap_pde_pindex(va)));
3420 }
3421
3422 /*
3423  * Decrements a page table page's reference count, which is used to record the
3424  * number of valid page table entries within the page.  If the reference count
3425  * drops to zero, then the page table page is unmapped.  Returns TRUE if the
3426  * page table page was unmapped and FALSE otherwise.
3427  */
3428 static inline boolean_t
3429 pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
3430 {
3431
3432         --m->ref_count;
3433         if (m->ref_count == 0) {
3434                 _pmap_unwire_ptp(pmap, va, m, free);
3435                 return (TRUE);
3436         } else
3437                 return (FALSE);
3438 }
3439
3440 static void
3441 _pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
3442 {
3443
3444         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3445         /*
3446          * unmap the page table page
3447          */
3448         if (m->pindex >= (NUPDE + NUPDPE)) {
3449                 /* PDP page */
3450                 pml4_entry_t *pml4;
3451                 pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
3452                 *pml4 = 0;
3453                 if (pmap->pm_pml4u != NULL && va <= VM_MAXUSER_ADDRESS) {
3454                         pml4 = &pmap->pm_pml4u[pmap_pml4e_index(va)];
3455                         *pml4 = 0;
3456                 }
3457         } else if (m->pindex >= NUPDE) {
3458                 /* PD page */
3459                 pdp_entry_t *pdp;
3460                 pdp = pmap_pdpe(pmap, va);
3461                 *pdp = 0;
3462         } else {
3463                 /* PTE page */
3464                 pd_entry_t *pd;
3465                 pd = pmap_pde(pmap, va);
3466                 *pd = 0;
3467         }
3468         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3469         if (m->pindex < NUPDE) {
3470                 /* We just released a PT, unhold the matching PD */
3471                 vm_page_t pdpg;
3472
3473                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pdpe(pmap, va) & PG_FRAME);
3474                 pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdpg, free);
3475         }
3476         if (m->pindex >= NUPDE && m->pindex < (NUPDE + NUPDPE)) {
3477                 /* We just released a PD, unhold the matching PDP */
3478                 vm_page_t pdppg;
3479
3480                 pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pml4e(pmap, va) & PG_FRAME);
3481                 pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdppg, free);
3482         }
3483
3484         /* 
3485          * Put page on a list so that it is released after
3486          * *ALL* TLB shootdown is done
3487          */
3488         pmap_add_delayed_free_list(m, free, TRUE);
3489 }
3490
3491 /*
3492  * After removing a page table entry, this routine is used to
3493  * conditionally free the page, and manage the reference count.
3494  */
3495 static int
3496 pmap_unuse_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t ptepde,
3497     struct spglist *free)
3498 {
3499         vm_page_t mpte;
3500
3501         if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
3502                 return (0);
3503         KASSERT(ptepde != 0, ("pmap_unuse_pt: ptepde != 0"));
3504         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(ptepde & PG_FRAME);
3505         return (pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpte, free));
3506 }
3507
3508 void
3509 pmap_pinit0(pmap_t pmap)
3510 {
3511         struct proc *p;
3512         struct thread *td;
3513         int i;
3514
3515         PMAP_LOCK_INIT(pmap);
3516         pmap->pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(KPML4phys);
3517         pmap->pm_pml4u = NULL;
3518         pmap->pm_cr3 = KPML4phys;
3519         /* hack to keep pmap_pti_pcid_invalidate() alive */
3520         pmap->pm_ucr3 = PMAP_NO_CR3;
3521         pmap->pm_root.rt_root = 0;
3522         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
3523         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
3524         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
3525         pmap->pm_flags = pmap_flags;
3526         CPU_FOREACH(i) {
3527                 pmap->pm_pcids[i].pm_pcid = PMAP_PCID_KERN + 1;
3528                 pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 1;
3529         }
3530         pmap_activate_boot(pmap);
3531         td = curthread;
3532         if (pti) {
3533                 p = td->td_proc;
3534                 PROC_LOCK(p);
3535                 p->p_md.md_flags |= P_MD_KPTI;
3536                 PROC_UNLOCK(p);
3537         }
3538         pmap_thread_init_invl_gen(td);
3539
3540         if ((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0) {
3541                 pmap_pkru_ranges_zone = uma_zcreate("pkru ranges",
3542                     sizeof(struct pmap_pkru_range), NULL, NULL, NULL, NULL,
3543                     UMA_ALIGN_PTR, 0);
3544         }
3545 }
3546
3547 void
3548 pmap_pinit_pml4(vm_page_t pml4pg)
3549 {
3550         pml4_entry_t *pm_pml4;
3551         int i;
3552
3553         pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg));
3554
3555         /* Wire in kernel global address entries. */
3556         for (i = 0; i < NKPML4E; i++) {
3557                 pm_pml4[KPML4BASE + i] = (KPDPphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW |
3558                     X86_PG_V;
3559         }
3560         for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++) {
3561                 pm_pml4[DMPML4I + i] = (DMPDPphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW |
3562                     X86_PG_V;
3563         }
3564
3565         /* install self-referential address mapping entry(s) */
3566         pm_pml4[PML4PML4I] = VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg) | X86_PG_V | X86_PG_RW |
3567             X86_PG_A | X86_PG_M;
3568
3569         /* install large map entries if configured */
3570         for (i = 0; i < lm_ents; i++)
3571                 pm_pml4[LMSPML4I + i] = kernel_pmap->pm_pml4[LMSPML4I + i];
3572 }
3573
3574 static void
3575 pmap_pinit_pml4_pti(vm_page_t pml4pg)
3576 {
3577         pml4_entry_t *pm_pml4;
3578         int i;
3579
3580         pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg));
3581         for (i = 0; i < NPML4EPG; i++)
3582                 pm_pml4[i] = pti_pml4[i];
3583 }
3584
3585 /*
3586  * Initialize a preallocated and zeroed pmap structure,
3587  * such as one in a vmspace structure.
3588  */
3589 int
3590 pmap_pinit_type(pmap_t pmap, enum pmap_type pm_type, int flags)
3591 {
3592         vm_page_t pml4pg, pml4pgu;
3593         vm_paddr_t pml4phys;
3594         int i;
3595
3596         /*
3597          * allocate the page directory page
3598          */
3599         pml4pg = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
3600             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO | VM_ALLOC_WAITOK);
3601
3602         pml4phys = VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg);
3603         pmap->pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pml4phys);
3604         CPU_FOREACH(i) {
3605                 pmap->pm_pcids[i].pm_pcid = PMAP_PCID_NONE;
3606                 pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
3607         }
3608         pmap->pm_cr3 = PMAP_NO_CR3;     /* initialize to an invalid value */
3609         pmap->pm_ucr3 = PMAP_NO_CR3;
3610         pmap->pm_pml4u = NULL;
3611
3612         pmap->pm_type = pm_type;
3613         if ((pml4pg->flags & PG_ZERO) == 0)
3614                 pagezero(pmap->pm_pml4);
3615
3616         /*
3617          * Do not install the host kernel mappings in the nested page
3618          * tables. These mappings are meaningless in the guest physical
3619          * address space.
3620          * Install minimal kernel mappings in PTI case.
3621          */
3622         if (pm_type == PT_X86) {
3623                 pmap->pm_cr3 = pml4phys;
3624                 pmap_pinit_pml4(pml4pg);
3625                 if ((curproc->p_md.md_flags & P_MD_KPTI) != 0) {
3626                         pml4pgu = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL |
3627                             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_WAITOK);
3628                         pmap->pm_pml4u = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(
3629                             VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pgu));
3630                         pmap_pinit_pml4_pti(pml4pgu);
3631                         pmap->pm_ucr3 = VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pgu);
3632                 }
3633                 if ((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0) {
3634                         rangeset_init(&pmap->pm_pkru, pkru_dup_range,
3635                             pkru_free_range, pmap, M_NOWAIT);
3636                 }
3637         }
3638
3639         pmap->pm_root.rt_root = 0;
3640         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
3641         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
3642         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
3643         pmap->pm_flags = flags;
3644         pmap->pm_eptgen = 0;
3645
3646         return (1);
3647 }
3648
3649 int
3650 pmap_pinit(pmap_t pmap)
3651 {
3652
3653         return (pmap_pinit_type(pmap, PT_X86, pmap_flags));
3654 }
3655
3656 /*
3657  * This routine is called if the desired page table page does not exist.
3658  *
3659  * If page table page allocation fails, this routine may sleep before
3660  * returning NULL.  It sleeps only if a lock pointer was given.
3661  *
3662  * Note: If a page allocation fails at page table level two or three,
3663  * one or two pages may be held during the wait, only to be released
3664  * afterwards.  This conservative approach is easily argued to avoid
3665  * race conditions.
3666  */
3667 static vm_page_t
3668 _pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex, struct rwlock **lockp)
3669 {
3670         vm_page_t m, pdppg, pdpg;
3671         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
3672
3673         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3674
3675         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
3676         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
3677         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3678         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
3679
3680         /*
3681          * Allocate a page table page.
3682          */
3683         if ((m = vm_page_alloc(NULL, ptepindex, VM_ALLOC_NOOBJ |
3684             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO)) == NULL) {
3685                 if (lockp != NULL) {
3686                         RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
3687                         PMAP_UNLOCK(pmap);
3688                         PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI();
3689                         vm_wait(NULL);
3690                         PMAP_LOCK(pmap);
3691                 }
3692
3693                 /*
3694                  * Indicate the need to retry.  While waiting, the page table
3695                  * page may have been allocated.
3696                  */
3697                 return (NULL);
3698         }
3699         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0)
3700                 pmap_zero_page(m);
3701
3702         /*
3703          * Map the pagetable page into the process address space, if
3704          * it isn't already there.
3705          */
3706
3707         if (ptepindex >= (NUPDE + NUPDPE)) {
3708                 pml4_entry_t *pml4, *pml4u;
3709                 vm_pindex_t pml4index;
3710
3711                 /* Wire up a new PDPE page */
3712                 pml4index = ptepindex - (NUPDE + NUPDPE);
3713                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
3714                 *pml4 = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
3715                 if (pmap->pm_pml4u != NULL && pml4index < NUPML4E) {
3716                         /*
3717                          * PTI: Make all user-space mappings in the
3718                          * kernel-mode page table no-execute so that
3719                          * we detect any programming errors that leave
3720                          * the kernel-mode page table active on return
3721                          * to user space.
3722                          */
3723                         if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3)
3724                                 *pml4 |= pg_nx;
3725
3726                         pml4u = &pmap->pm_pml4u[pml4index];
3727                         *pml4u = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V |
3728                             PG_A | PG_M;
3729                 }
3730
3731         } else if (ptepindex >= NUPDE) {
3732                 vm_pindex_t pml4index;
3733                 vm_pindex_t pdpindex;
3734                 pml4_entry_t *pml4;
3735                 pdp_entry_t *pdp;
3736
3737                 /* Wire up a new PDE page */
3738                 pdpindex = ptepindex - NUPDE;
3739                 pml4index = pdpindex >> NPML4EPGSHIFT;
3740
3741                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
3742                 if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
3743                         /* Have to allocate a new pdp, recurse */
3744                         if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + NUPDPE + pml4index,
3745                             lockp) == NULL) {
3746                                 vm_page_unwire_noq(m);
3747                                 vm_page_free_zero(m);
3748                                 return (NULL);
3749                         }
3750                 } else {
3751                         /* Add reference to pdp page */
3752                         pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pml4 & PG_FRAME);
3753                         pdppg->ref_count++;
3754                 }
3755                 pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
3756
3757                 /* Now find the pdp page */
3758                 pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
3759                 *pdp = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
3760
3761         } else {
3762                 vm_pindex_t pml4index;
3763                 vm_pindex_t pdpindex;
3764                 pml4_entry_t *pml4;
3765                 pdp_entry_t *pdp;
3766                 pd_entry_t *pd;
3767
3768                 /* Wire up a new PTE page */
3769                 pdpindex = ptepindex >> NPDPEPGSHIFT;
3770                 pml4index = pdpindex >> NPML4EPGSHIFT;
3771
3772                 /* First, find the pdp and check that its valid. */
3773                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
3774                 if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
3775                         /* Have to allocate a new pd, recurse */
3776                         if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex,
3777                             lockp) == NULL) {
3778                                 vm_page_unwire_noq(m);
3779                                 vm_page_free_zero(m);
3780                                 return (NULL);
3781                         }
3782                         pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
3783                         pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
3784                 } else {
3785                         pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
3786                         pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
3787                         if ((*pdp & PG_V) == 0) {
3788                                 /* Have to allocate a new pd, recurse */
3789                                 if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex,
3790                                     lockp) == NULL) {
3791                                         vm_page_unwire_noq(m);
3792                                         vm_page_free_zero(m);
3793                                         return (NULL);
3794                                 }
3795                         } else {
3796                                 /* Add reference to the pd page */
3797                                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdp & PG_FRAME);
3798                                 pdpg->ref_count++;
3799                         }
3800                 }
3801                 pd = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdp & PG_FRAME);
3802
3803                 /* Now we know where the page directory page is */
3804                 pd = &pd[ptepindex & ((1ul << NPDEPGSHIFT) - 1)];
3805                 *pd = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
3806         }
3807
3808         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
3809
3810         return (m);
3811 }
3812
3813 static vm_page_t
3814 pmap_allocpde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct rwlock **lockp)
3815 {
3816         vm_pindex_t pdpindex, ptepindex;
3817         pdp_entry_t *pdpe, PG_V;
3818         vm_page_t pdpg;
3819
3820         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3821
3822 retry:
3823         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
3824         if (pdpe != NULL && (*pdpe & PG_V) != 0) {
3825                 /* Add a reference to the pd page. */
3826                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdpe & PG_FRAME);
3827                 pdpg->ref_count++;
3828         } else {
3829                 /* Allocate a pd page. */
3830                 ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
3831                 pdpindex = ptepindex >> NPDPEPGSHIFT;
3832                 pdpg = _pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex, lockp);
3833                 if (pdpg == NULL && lockp != NULL)
3834                         goto retry;
3835         }
3836         return (pdpg);
3837 }
3838
3839 static vm_page_t
3840 pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct rwlock **lockp)
3841 {
3842         vm_pindex_t ptepindex;
3843         pd_entry_t *pd, PG_V;
3844         vm_page_t m;
3845
3846         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3847
3848         /*
3849          * Calculate pagetable page index
3850          */
3851         ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
3852 retry:
3853         /*
3854          * Get the page directory entry
3855          */
3856         pd = pmap_pde(pmap, va);
3857
3858         /*
3859          * This supports switching from a 2MB page to a
3860          * normal 4K page.
3861          */
3862         if (pd != NULL && (*pd & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V)) {
3863                 if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pd, va, lockp)) {
3864                         /*
3865                          * Invalidation of the 2MB page mapping may have caused
3866                          * the deallocation of the underlying PD page.
3867                          */
3868                         pd = NULL;
3869                 }
3870         }
3871
3872         /*
3873          * If the page table page is mapped, we just increment the
3874          * hold count, and activate it.
3875          */
3876         if (pd != NULL && (*pd & PG_V) != 0) {
3877                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pd & PG_FRAME);
3878                 m->ref_count++;
3879         } else {
3880                 /*
3881                  * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been
3882                  * deallocated.
3883                  */
3884                 m = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex, lockp);
3885                 if (m == NULL && lockp != NULL)
3886                         goto retry;
3887         }
3888         return (m);
3889 }
3890
3891
3892 /***************************************************
3893  * Pmap allocation/deallocation routines.
3894  ***************************************************/
3895
3896 /*
3897  * Release any resources held by the given physical map.
3898  * Called when a pmap initialized by pmap_pinit is being released.
3899  * Should only be called if the map contains no valid mappings.
3900  */
3901 void
3902 pmap_release(pmap_t pmap)
3903 {
3904         vm_page_t m;
3905         int i;
3906
3907         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count == 0,
3908             ("pmap_release: pmap resident count %ld != 0",
3909             pmap->pm_stats.resident_count));
3910         KASSERT(vm_radix_is_empty(&pmap->pm_root),
3911             ("pmap_release: pmap has reserved page table page(s)"));
3912         KASSERT(CPU_EMPTY(&pmap->pm_active),
3913             ("releasing active pmap %p", pmap));
3914
3915         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pmap->pm_pml4));
3916
3917         for (i = 0; i < NKPML4E; i++)   /* KVA */
3918                 pmap->pm_pml4[KPML4BASE + i] = 0;
3919         for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++)/* Direct Map */
3920                 pmap->pm_pml4[DMPML4I + i] = 0;
3921         pmap->pm_pml4[PML4PML4I] = 0;   /* Recursive Mapping */
3922         for (i = 0; i < lm_ents; i++)   /* Large Map */
3923                 pmap->pm_pml4[LMSPML4I + i] = 0;
3924
3925         vm_page_unwire_noq(m);
3926         vm_page_free_zero(m);
3927
3928         if (pmap->pm_pml4u != NULL) {
3929                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pmap->pm_pml4u));
3930                 vm_page_unwire_noq(m);
3931                 vm_page_free(m);
3932         }
3933         if (pmap->pm_type == PT_X86 &&
3934             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0)
3935                 rangeset_fini(&pmap->pm_pkru);
3936 }
3937
3938 static int
3939 kvm_size(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
3940 {
3941         unsigned long ksize = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
3942
3943         return sysctl_handle_long(oidp, &ksize, 0, req);
3944 }
3945 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_size, CTLTYPE_LONG|CTLFLAG_RD, 
3946     0, 0, kvm_size, "LU", "Size of KVM");
3947
3948 static int
3949 kvm_free(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
3950 {
3951         unsigned long kfree = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - kernel_vm_end;
3952
3953         return sysctl_handle_long(oidp, &kfree, 0, req);
3954 }
3955 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_free, CTLTYPE_LONG|CTLFLAG_RD, 
3956     0, 0, kvm_free, "LU", "Amount of KVM free");
3957
3958 /*
3959  * Allocate physical memory for the vm_page array and map it into KVA,
3960  * attempting to back the vm_pages with domain-local memory.
3961  */
3962 void
3963 pmap_page_array_startup(long pages)
3964 {
3965         pdp_entry_t *pdpe;
3966         pd_entry_t *pde, newpdir;
3967         vm_offset_t va, start, end;
3968         vm_paddr_t pa;
3969         long pfn;
3970         int domain, i;
3971
3972         vm_page_array_size = pages;
3973
3974         start = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
3975         end = start + pages * sizeof(struct vm_page);
3976         for (va = start; va < end; va += NBPDR) {
3977                 pfn = first_page + (va - start) / sizeof(struct vm_page);
3978                 domain = _vm_phys_domain(ptoa(pfn));
3979                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, va);
3980                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0) {
3981                         pa = vm_phys_early_alloc(domain, PAGE_SIZE);
3982                         dump_add_page(pa);
3983                         pagezero((void *)PHYS_TO_DMAP(pa));
3984                         *pdpe = (pdp_entry_t)(pa | X86_PG_V | X86_PG_RW |
3985                             X86_PG_A | X86_PG_M);
3986                 }
3987                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
3988                 if ((*pde & X86_PG_V) != 0)
3989                         panic("Unexpected pde");
3990                 pa = vm_phys_early_alloc(domain, NBPDR);
3991                 for (i = 0; i < NPDEPG; i++)
3992                         dump_add_page(pa + i * PAGE_SIZE);
3993                 newpdir = (pd_entry_t)(pa | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A |
3994                     X86_PG_M | PG_PS | pg_g | pg_nx);
3995                 pde_store(pde, newpdir);
3996         }
3997         vm_page_array = (vm_page_t)start;
3998 }
3999
4000 /*
4001  * grow the number of kernel page table entries, if needed
4002  */
4003 void
4004 pmap_growkernel(vm_offset_t addr)
4005 {
4006         vm_paddr_t paddr;
4007         vm_page_t nkpg;
4008         pd_entry_t *pde, newpdir;
4009         pdp_entry_t *pdpe;
4010
4011         mtx_assert(&kernel_map->system_mtx, MA_OWNED);
4012
4013         /*
4014          * Return if "addr" is within the range of kernel page table pages
4015          * that were preallocated during pmap bootstrap.  Moreover, leave
4016          * "kernel_vm_end" and the kernel page table as they were.
4017          *
4018          * The correctness of this action is based on the following
4019          * argument: vm_map_insert() allocates contiguous ranges of the
4020          * kernel virtual address space.  It calls this function if a range
4021          * ends after "kernel_vm_end".  If the kernel is mapped between
4022          * "kernel_vm_end" and "addr", then the range cannot begin at
4023          * "kernel_vm_end".  In fact, its beginning address cannot be less
4024          * than the kernel.  Thus, there is no immediate need to allocate
4025          * any new kernel page table pages between "kernel_vm_end" and
4026          * "KERNBASE".
4027          */
4028         if (KERNBASE < addr && addr <= KERNBASE + nkpt * NBPDR)
4029                 return;
4030
4031         addr = roundup2(addr, NBPDR);
4032         if (addr - 1 >= vm_map_max(kernel_map))
4033                 addr = vm_map_max(kernel_map);
4034         while (kernel_vm_end < addr) {
4035                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, kernel_vm_end);
4036                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0) {
4037                         /* We need a new PDP entry */
4038                         nkpg = vm_page_alloc(NULL, kernel_vm_end >> PDPSHIFT,
4039                             VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ |
4040                             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
4041                         if (nkpg == NULL)
4042                                 panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
4043                         if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
4044                                 pmap_zero_page(nkpg);
4045                         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
4046                         *pdpe = (pdp_entry_t)(paddr | X86_PG_V | X86_PG_RW |
4047                             X86_PG_A | X86_PG_M);
4048                         continue; /* try again */
4049                 }
4050                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, kernel_vm_end);
4051                 if ((*pde & X86_PG_V) != 0) {
4052                         kernel_vm_end = (kernel_vm_end + NBPDR) & ~PDRMASK;
4053                         if (kernel_vm_end - 1 >= vm_map_max(kernel_map)) {
4054                                 kernel_vm_end = vm_map_max(kernel_map);
4055                                 break;                       
4056                         }
4057                         continue;
4058                 }
4059
4060                 nkpg = vm_page_alloc(NULL, pmap_pde_pindex(kernel_vm_end),
4061                     VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED |
4062                     VM_ALLOC_ZERO);
4063                 if (nkpg == NULL)
4064                         panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
4065                 if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
4066                         pmap_zero_page(nkpg);
4067                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
4068                 newpdir = paddr | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A | X86_PG_M;
4069                 pde_store(pde, newpdir);
4070
4071                 kernel_vm_end = (kernel_vm_end + NBPDR) & ~PDRMASK;
4072                 if (kernel_vm_end - 1 >= vm_map_max(kernel_map)) {
4073                         kernel_vm_end = vm_map_max(kernel_map);
4074                         break;                       
4075                 }
4076         }
4077 }
4078
4079
4080 /***************************************************
4081  * page management routines.
4082  ***************************************************/
4083
4084 CTASSERT(sizeof(struct pv_chunk) == PAGE_SIZE);
4085 CTASSERT(_NPCM == 3);
4086 CTASSERT(_NPCPV == 168);
4087
4088 static __inline struct pv_chunk *
4089 pv_to_chunk(pv_entry_t pv)
4090 {
4091
4092         return ((struct pv_chunk *)((uintptr_t)pv & ~(uintptr_t)PAGE_MASK));
4093 }
4094
4095 #define PV_PMAP(pv) (pv_to_chunk(pv)->pc_pmap)
4096
4097 #define PC_FREE0        0xfffffffffffffffful
4098 #define PC_FREE1        0xfffffffffffffffful
4099 #define PC_FREE2        0x000000fffffffffful
4100
4101 static const uint64_t pc_freemask[_NPCM] = { PC_FREE0, PC_FREE1, PC_FREE2 };
4102
4103 #ifdef PV_STATS
4104 static int pc_chunk_count, pc_chunk_allocs, pc_chunk_frees, pc_chunk_tryfail;
4105
4106 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_count, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_count, 0,
4107         "Current number of pv entry chunks");
4108 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_allocs, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_allocs, 0,
4109         "Current number of pv entry chunks allocated");
4110 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_frees, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_frees, 0,
4111         "Current number of pv entry chunks frees");
4112 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_tryfail, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_tryfail, 0,
4113         "Number of times tried to get a chunk page but failed.");
4114
4115 static long pv_entry_frees, pv_entry_allocs, pv_entry_count;
4116 static int pv_entry_spare;
4117
4118 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_frees, CTLFLAG_RD, &pv_entry_frees, 0,
4119         "Current number of pv entry frees");
4120 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_allocs, CTLFLAG_RD, &pv_entry_allocs, 0,
4121         "Current number of pv entry allocs");
4122 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_count, CTLFLAG_RD, &pv_entry_count, 0,
4123         "Current number of pv entries");
4124 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_spare, CTLFLAG_RD, &pv_entry_spare, 0,
4125         "Current number of spare pv entries");
4126 #endif
4127
4128 static void
4129 reclaim_pv_chunk_leave_pmap(pmap_t pmap, pmap_t locked_pmap, bool start_di)
4130 {
4131
4132         if (pmap == NULL)
4133                 return;
4134         pmap_invalidate_all(pmap);
4135         if (pmap != locked_pmap)
4136                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4137         if (start_di)
4138                 pmap_delayed_invl_finish();
4139 }
4140
4141 /*
4142  * We are in a serious low memory condition.  Resort to
4143  * drastic measures to free some pages so we can allocate
4144  * another pv entry chunk.
4145  *
4146  * Returns NULL if PV entries were reclaimed from the specified pmap.
4147  *
4148  * We do not, however, unmap 2mpages because subsequent accesses will
4149  * allocate per-page pv entries until repromotion occurs, thereby
4150  * exacerbating the shortage of free pv entries.
4151  */
4152 static vm_page_t
4153 reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp)
4154 {
4155         struct pv_chunk *pc, *pc_marker, *pc_marker_end;
4156         struct pv_chunk_header pc_marker_b, pc_marker_end_b;
4157         struct md_page *pvh;
4158         pd_entry_t *pde;
4159         pmap_t next_pmap, pmap;
4160         pt_entry_t *pte, tpte;
4161         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW;
4162         pv_entry_t pv;
4163         vm_offset_t va;
4164         vm_page_t m, m_pc;
4165         struct spglist free;
4166         uint64_t inuse;
4167         int bit, field, freed;
4168         bool start_di;
4169         static int active_reclaims = 0;
4170
4171         PMAP_LOCK_ASSERT(locked_pmap, MA_OWNED);
4172         KASSERT(lockp != NULL, ("reclaim_pv_chunk: lockp is NULL"));
4173         pmap = NULL;
4174         m_pc = NULL;
4175         PG_G = PG_A = PG_M = PG_RW = 0;
4176         SLIST_INIT(&free);
4177         bzero(&pc_marker_b, sizeof(pc_marker_b));
4178         bzero(&pc_marker_end_b, sizeof(pc_marker_end_b));
4179         pc_marker = (struct pv_chunk *)&pc_marker_b;
4180         pc_marker_end = (struct pv_chunk *)&pc_marker_end_b;
4181
4182         /*
4183          * A delayed invalidation block should already be active if
4184          * pmap_advise() or pmap_remove() called this function by way
4185          * of pmap_demote_pde_locked().
4186          */
4187         start_di = pmap_not_in_di();
4188
4189         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
4190         active_reclaims++;
4191         TAILQ_INSERT_HEAD(&pv_chunks, pc_marker, pc_lru);
4192         TAILQ_INSERT_TAIL(&pv_chunks, pc_marker_end, pc_lru);
4193         while ((pc = TAILQ_NEXT(pc_marker, pc_lru)) != pc_marker_end &&
4194             SLIST_EMPTY(&free)) {
4195                 next_pmap = pc->pc_pmap;
4196                 if (next_pmap == NULL) {
4197                         /*
4198                          * The next chunk is a marker.  However, it is
4199                          * not our marker, so active_reclaims must be
4200                          * > 1.  Consequently, the next_chunk code
4201                          * will not rotate the pv_chunks list.
4202                          */
4203                         goto next_chunk;
4204                 }
4205                 mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
4206
4207                 /*
4208                  * A pv_chunk can only be removed from the pc_lru list
4209                  * when both pc_chunks_mutex is owned and the
4210                  * corresponding pmap is locked.
4211                  */
4212                 if (pmap != next_pmap) {
4213                         reclaim_pv_chunk_leave_pmap(pmap, locked_pmap,
4214                             start_di);
4215                         pmap = next_pmap;
4216                         /* Avoid deadlock and lock recursion. */
4217                         if (pmap > locked_pmap) {
4218                                 RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
4219                                 PMAP_LOCK(pmap);
4220                                 if (start_di)
4221                                         pmap_delayed_invl_start();
4222                                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
4223                                 continue;
4224                         } else if (pmap != locked_pmap) {
4225                                 if (PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
4226                                         if (start_di)
4227                                                 pmap_delayed_invl_start();
4228                                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
4229                                         continue;
4230                                 } else {
4231                                         pmap = NULL; /* pmap is not locked */
4232                                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
4233                                         pc = TAILQ_NEXT(pc_marker, pc_lru);
4234                                         if (pc == NULL ||
4235                                             pc->pc_pmap != next_pmap)
4236                                                 continue;
4237                                         goto next_chunk;
4238                                 }
4239                         } else if (start_di)
4240                                 pmap_delayed_invl_start();
4241                         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
4242                         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
4243                         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4244                         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4245                 }
4246
4247                 /*
4248                  * Destroy every non-wired, 4 KB page mapping in the chunk.
4249                  */
4250                 freed = 0;
4251                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
4252                         for (inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
4253                             inuse != 0; inuse &= ~(1UL << bit)) {
4254                                 bit = bsfq(inuse);
4255                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
4256                                 va = pv->pv_va;
4257                                 pde = pmap_pde(pmap, va);
4258                                 if ((*pde & PG_PS) != 0)
4259                                         continue;
4260                                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
4261                                 if ((*pte & PG_W) != 0)
4262                                         continue;
4263                                 tpte = pte_load_clear(pte);
4264                                 if ((tpte & PG_G) != 0)
4265                                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
4266                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpte & PG_FRAME);
4267                                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
4268                                         vm_page_dirty(m);
4269                                 if ((tpte & PG_A) != 0)
4270                                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
4271                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
4272                                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4273                                 m->md.pv_gen++;
4274                                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
4275                                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
4276                                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4277                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
4278                                                 vm_page_aflag_clear(m,
4279                                                     PGA_WRITEABLE);
4280                                         }
4281                                 }
4282                                 pmap_delayed_invl_page(m);
4283                                 pc->pc_map[field] |= 1UL << bit;
4284                                 pmap_unuse_pt(pmap, va, *pde, &free);
4285                                 freed++;
4286                         }
4287                 }
4288                 if (freed == 0) {
4289                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
4290                         goto next_chunk;
4291                 }
4292                 /* Every freed mapping is for a 4 KB page. */
4293                 pmap_resident_count_dec(pmap, freed);
4294                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
4295                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
4296                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
4297                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4298                 if (pc->pc_map[0] == PC_FREE0 && pc->pc_map[1] == PC_FREE1 &&
4299                     pc->pc_map[2] == PC_FREE2) {
4300                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
4301                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
4302                         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
4303                         /* Entire chunk is free; return it. */
4304                         m_pc = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
4305                         dump_drop_page(m_pc->phys_addr);
4306                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
4307                         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
4308                         break;
4309                 }
4310                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4311                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
4312                 /* One freed pv entry in locked_pmap is sufficient. */
4313                 if (pmap == locked_pmap)
4314                         break;
4315 next_chunk:
4316                 TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc_marker, pc_lru);
4317                 TAILQ_INSERT_AFTER(&pv_chunks, pc, pc_marker, pc_lru);
4318                 if (active_reclaims == 1 && pmap != NULL) {
4319                         /*
4320                          * Rotate the pv chunks list so that we do not
4321                          * scan the same pv chunks that could not be
4322                          * freed (because they contained a wired
4323                          * and/or superpage mapping) on every
4324                          * invocation of reclaim_pv_chunk().
4325                          */
4326                         while ((pc = TAILQ_FIRST(&pv_chunks)) != pc_marker) {
4327                                 MPASS(pc->pc_pmap != NULL);
4328                                 TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
4329                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pv_chunks, pc, pc_lru);
4330                         }
4331                 }
4332         }
4333         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc_marker, pc_lru);
4334         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc_marker_end, pc_lru);
4335         active_reclaims--;
4336         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
4337         reclaim_pv_chunk_leave_pmap(pmap, locked_pmap, start_di);
4338         if (m_pc == NULL && !SLIST_EMPTY(&free)) {
4339                 m_pc = SLIST_FIRST(&free);
4340                 SLIST_REMOVE_HEAD(&free, plinks.s.ss);
4341                 /* Recycle a freed page table page. */
4342                 m_pc->ref_count = 1;
4343         }
4344         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
4345         return (m_pc);
4346 }
4347
4348 /*
4349  * free the pv_entry back to the free list
4350  */
4351 static void
4352 free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv)
4353 {
4354         struct pv_chunk *pc;
4355         int idx, field, bit;
4356
4357         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4358         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, 1));
4359         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, 1));
4360         PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, 1));
4361         pc = pv_to_chunk(pv);
4362         idx = pv - &pc->pc_pventry[0];
4363         field = idx / 64;
4364         bit = idx % 64;
4365         pc->pc_map[field] |= 1ul << bit;
4366         if (pc->pc_map[0] != PC_FREE0 || pc->pc_map[1] != PC_FREE1 ||
4367             pc->pc_map[2] != PC_FREE2) {
4368                 /* 98% of the time, pc is already at the head of the list. */
4369                 if (__predict_false(pc != TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk))) {
4370                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4371                         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4372                 }
4373                 return;
4374         }
4375         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4376         free_pv_chunk(pc);
4377 }
4378
4379 static void
4380 free_pv_chunk_dequeued(struct pv_chunk *pc)
4381 {
4382         vm_page_t m;
4383
4384         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
4385         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
4386         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
4387         /* entire chunk is free, return it */
4388         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
4389         dump_drop_page(m->phys_addr);
4390         vm_page_unwire_noq(m);
4391         vm_page_free(m);
4392 }
4393
4394 static void
4395 free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc)
4396 {
4397
4398         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
4399         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
4400         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
4401         free_pv_chunk_dequeued(pc);
4402 }
4403
4404 static void
4405 free_pv_chunk_batch(struct pv_chunklist *batch)
4406 {
4407         struct pv_chunk *pc, *npc;
4408
4409         if (TAILQ_EMPTY(batch))
4410                 return;
4411
4412         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
4413         TAILQ_FOREACH(pc, batch, pc_list) {
4414                 TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
4415         }
4416         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
4417
4418         TAILQ_FOREACH_SAFE(pc, batch, pc_list, npc) {
4419                 free_pv_chunk_dequeued(pc);
4420         }
4421 }
4422
4423 /*
4424  * Returns a new PV entry, allocating a new PV chunk from the system when
4425  * needed.  If this PV chunk allocation fails and a PV list lock pointer was
4426  * given, a PV chunk is reclaimed from an arbitrary pmap.  Otherwise, NULL is
4427  * returned.
4428  *
4429  * The given PV list lock may be released.
4430  */
4431 static pv_entry_t
4432 get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp)
4433 {
4434         int bit, field;
4435         pv_entry_t pv;
4436         struct pv_chunk *pc;
4437         vm_page_t m;
4438
4439         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4440         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, 1));
4441 retry:
4442         pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
4443         if (pc != NULL) {
4444                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
4445                         if (pc->pc_map[field]) {
4446                                 bit = bsfq(pc->pc_map[field]);
4447                                 break;
4448                         }
4449                 }
4450                 if (field < _NPCM) {
4451                         pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
4452                         pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
4453                         /* If this was the last item, move it to tail */
4454                         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 &&
4455                             pc->pc_map[2] == 0) {
4456                                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4457                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc,
4458                                     pc_list);
4459                         }
4460                         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
4461                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, 1));
4462                         return (pv);
4463                 }
4464         }
4465         /* No free items, allocate another chunk */
4466         m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
4467             VM_ALLOC_WIRED);
4468         if (m == NULL) {
4469                 if (lockp == NULL) {
4470                         PV_STAT(pc_chunk_tryfail++);
4471                         return (NULL);
4472                 }
4473                 m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
4474                 if (m == NULL)
4475                         goto retry;
4476         }
4477         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
4478         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
4479         dump_add_page(m->phys_addr);
4480         pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
4481         pc->pc_pmap = pmap;
4482         pc->pc_map[0] = PC_FREE0 & ~1ul;        /* preallocated bit 0 */
4483         pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
4484         pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
4485         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
4486         TAILQ_INSERT_TAIL(&pv_chunks, pc, pc_lru);
4487         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
4488         pv = &pc->pc_pventry[0];
4489         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4490         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
4491         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV - 1));
4492         return (pv);
4493 }
4494
4495 /*
4496  * Returns the number of one bits within the given PV chunk map.
4497  *
4498  * The erratas for Intel processors state that "POPCNT Instruction May
4499  * Take Longer to Execute Than Expected".  It is believed that the
4500  * issue is the spurious dependency on the destination register.
4501  * Provide a hint to the register rename logic that the destination
4502  * value is overwritten, by clearing it, as suggested in the
4503  * optimization manual.  It should be cheap for unaffected processors
4504  * as well.
4505  *
4506  * Reference numbers for erratas are
4507  * 4th Gen Core: HSD146
4508  * 5th Gen Core: BDM85
4509  * 6th Gen Core: SKL029
4510  */
4511 static int
4512 popcnt_pc_map_pq(uint64_t *map)
4513 {
4514         u_long result, tmp;
4515
4516         __asm __volatile("xorl %k0,%k0;popcntq %2,%0;"
4517             "xorl %k1,%k1;popcntq %3,%1;addl %k1,%k0;"
4518             "xorl %k1,%k1;popcntq %4,%1;addl %k1,%k0"
4519             : "=&r" (result), "=&r" (tmp)
4520             : "m" (map[0]), "m" (map[1]), "m" (map[2]));
4521         return (result);
4522 }
4523
4524 /*
4525  * Ensure that the number of spare PV entries in the specified pmap meets or
4526  * exceeds the given count, "needed".
4527  *
4528  * The given PV list lock may be released.
4529  */
4530 static void
4531 reserve_pv_entries(pmap_t pmap, int needed, struct rwlock **lockp)
4532 {
4533         struct pch new_tail;
4534         struct pv_chunk *pc;
4535         vm_page_t m;
4536         int avail, free;
4537         bool reclaimed;
4538
4539         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4540         KASSERT(lockp != NULL, ("reserve_pv_entries: lockp is NULL"));
4541
4542         /*
4543          * Newly allocated PV chunks must be stored in a private list until
4544          * the required number of PV chunks have been allocated.  Otherwise,
4545          * reclaim_pv_chunk() could recycle one of these chunks.  In
4546          * contrast, these chunks must be added to the pmap upon allocation.
4547          */
4548         TAILQ_INIT(&new_tail);
4549 retry:
4550         avail = 0;
4551         TAILQ_FOREACH(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list) {
4552 #ifndef __POPCNT__
4553                 if ((cpu_feature2 & CPUID2_POPCNT) == 0)
4554                         bit_count((bitstr_t *)pc->pc_map, 0,
4555                             sizeof(pc->pc_map) * NBBY, &free);
4556                 else
4557 #endif
4558                 free = popcnt_pc_map_pq(pc->pc_map);
4559                 if (free == 0)
4560                         break;
4561                 avail += free;
4562                 if (avail >= needed)
4563                         break;
4564         }
4565         for (reclaimed = false; avail < needed; avail += _NPCPV) {
4566                 m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
4567                     VM_ALLOC_WIRED);
4568                 if (m == NULL) {
4569                         m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
4570                         if (m == NULL)
4571                                 goto retry;
4572                         reclaimed = true;
4573                 }
4574                 PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
4575                 PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
4576                 dump_add_page(m->phys_addr);
4577                 pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
4578                 pc->pc_pmap = pmap;
4579                 pc->pc_map[0] = PC_FREE0;
4580                 pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
4581                 pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
4582                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4583                 TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail, pc, pc_lru);
4584                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
4585
4586                 /*
4587                  * The reclaim might have freed a chunk from the current pmap.
4588                  * If that chunk contained available entries, we need to
4589                  * re-count the number of available entries.
4590                  */
4591                 if (reclaimed)
4592                         goto retry;
4593         }
4594         if (!TAILQ_EMPTY(&new_tail)) {
4595                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
4596                 TAILQ_CONCAT(&pv_chunks, &new_tail, pc_lru);
4597                 mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
4598         }
4599 }
4600
4601 /*
4602  * First find and then remove the pv entry for the specified pmap and virtual
4603  * address from the specified pv list.  Returns the pv entry if found and NULL
4604  * otherwise.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or
4605  * 2MB page mappings.
4606  */
4607 static __inline pv_entry_t
4608 pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
4609 {
4610         pv_entry_t pv;
4611
4612         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
4613                 if (pmap == PV_PMAP(pv) && va == pv->pv_va) {
4614                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
4615                         pvh->pv_gen++;
4616                         break;
4617                 }
4618         }
4619         return (pv);
4620 }
4621
4622 /*
4623  * After demotion from a 2MB page mapping to 512 4KB page mappings,
4624  * destroy the pv entry for the 2MB page mapping and reinstantiate the pv
4625  * entries for each of the 4KB page mappings.
4626  */
4627 static void
4628 pmap_pv_demote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
4629     struct rwlock **lockp)
4630 {
4631         struct md_page *pvh;
4632         struct pv_chunk *pc;
4633         pv_entry_t pv;
4634         vm_offset_t va_last;
4635         vm_page_t m;
4636         int bit, field;
4637
4638         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4639         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
4640             ("pmap_pv_demote_pde: pa is not 2mpage aligned"));
4641         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
4642
4643         /*
4644          * Transfer the 2mpage's pv entry for this mapping to the first
4645          * page's pv list.  Once this transfer begins, the pv list lock
4646          * must not be released until the last pv entry is reinstantiated.
4647          */
4648         pvh = pa_to_pvh(pa);
4649         va = trunc_2mpage(va);
4650         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
4651         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_demote_pde: pv not found"));
4652         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
4653         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4654         m->md.pv_gen++;
4655         /* Instantiate the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
4656         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, NPTEPG - 1));
4657         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
4658         for (;;) {
4659                 pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
4660                 KASSERT(pc->pc_map[0] != 0 || pc->pc_map[1] != 0 ||
4661                     pc->pc_map[2] != 0, ("pmap_pv_demote_pde: missing spare"));
4662                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
4663                         while (pc->pc_map[field]) {
4664                                 bit = bsfq(pc->pc_map[field]);
4665                                 pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
4666                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
4667                                 va += PAGE_SIZE;
4668                                 pv->pv_va = va;
4669                                 m++;
4670                                 KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4671                             ("pmap_pv_demote_pde: page %p is not managed", m));
4672                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4673                                 m->md.pv_gen++;
4674                                 if (va == va_last)
4675                                         goto out;
4676                         }
4677                 }
4678                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4679                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4680         }
4681 out:
4682         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 && pc->pc_map[2] == 0) {
4683                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4684                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4685         }
4686         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, NPTEPG - 1));
4687         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, NPTEPG - 1));
4688 }
4689
4690 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
4691 /*
4692  * After promotion from 512 4KB page mappings to a single 2MB page mapping,
4693  * replace the many pv entries for the 4KB page mappings by a single pv entry
4694  * for the 2MB page mapping.
4695  */
4696 static void
4697 pmap_pv_promote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
4698     struct rwlock **lockp)
4699 {
4700         struct md_page *pvh;
4701         pv_entry_t pv;
4702         vm_offset_t va_last;
4703         vm_page_t m;
4704
4705         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
4706             ("pmap_pv_promote_pde: pa is not 2mpage aligned"));
4707         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
4708
4709         /*
4710          * Transfer the first page's pv entry for this mapping to the 2mpage's
4711          * pv list.  Aside from avoiding the cost of a call to get_pv_entry(),
4712          * a transfer avoids the possibility that get_pv_entry() calls
4713          * reclaim_pv_chunk() and that reclaim_pv_chunk() removes one of the
4714          * mappings that is being promoted.
4715          */
4716         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
4717         va = trunc_2mpage(va);
4718         pv = pmap_pvh_remove(&m->md, pmap, va);
4719         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_promote_pde: pv not found"));
4720         pvh = pa_to_pvh(pa);
4721         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
4722         pvh->pv_gen++;
4723         /* Free the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
4724         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
4725         do {
4726                 m++;
4727                 va += PAGE_SIZE;
4728                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
4729         } while (va < va_last);
4730 }
4731 #endif /* VM_NRESERVLEVEL > 0 */
4732
4733 /*
4734  * First find and then destroy the pv entry for the specified pmap and virtual
4735  * address.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or 2MB
4736  * page mappings.
4737  */
4738 static void
4739 pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
4740 {
4741         pv_entry_t pv;
4742
4743         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
4744         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pvh_free: pv not found"));
4745         free_pv_entry(pmap, pv);
4746 }
4747
4748 /*
4749  * Conditionally create the PV entry for a 4KB page mapping if the required
4750  * memory can be allocated without resorting to reclamation.
4751  */
4752 static boolean_t
4753 pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
4754     struct rwlock **lockp)
4755 {
4756         pv_entry_t pv;
4757
4758         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4759         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
4760         if ((pv = get_pv_entry(pmap, NULL)) != NULL) {
4761                 pv->pv_va = va;
4762                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
4763                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4764                 m->md.pv_gen++;
4765                 return (TRUE);
4766         } else
4767                 return (FALSE);
4768 }
4769
4770 /*
4771  * Create the PV entry for a 2MB page mapping.  Always returns true unless the
4772  * flag PMAP_ENTER_NORECLAIM is specified.  If that flag is specified, returns
4773  * false if the PV entry cannot be allocated without resorting to reclamation.
4774  */
4775 static bool
4776 pmap_pv_insert_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde, u_int flags,
4777     struct rwlock **lockp)
4778 {
4779         struct md_page *pvh;
4780         pv_entry_t pv;
4781         vm_paddr_t pa;
4782
4783         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4784         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
4785         if ((pv = get_pv_entry(pmap, (flags & PMAP_ENTER_NORECLAIM) != 0 ?
4786             NULL : lockp)) == NULL)
4787                 return (false);
4788         pv->pv_va = va;
4789         pa = pde & PG_PS_FRAME;
4790         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
4791         pvh = pa_to_pvh(pa);
4792         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
4793         pvh->pv_gen++;
4794         return (true);
4795 }
4796
4797 /*
4798  * Fills a page table page with mappings to consecutive physical pages.
4799  */
4800 static void
4801 pmap_fill_ptp(pt_entry_t *firstpte, pt_entry_t newpte)
4802 {
4803         pt_entry_t *pte;
4804
4805         for (pte = firstpte; pte < firstpte + NPTEPG; pte++) {
4806                 *pte = newpte;
4807                 newpte += PAGE_SIZE;
4808         }
4809 }
4810
4811 /*
4812  * Tries to demote a 2MB page mapping.  If demotion fails, the 2MB page
4813  * mapping is invalidated.
4814  */
4815 static boolean_t
4816 pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
4817 {
4818         struct rwlock *lock;
4819         boolean_t rv;
4820
4821         lock = NULL;
4822         rv = pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
4823         if (lock != NULL)
4824                 rw_wunlock(lock);
4825         return (rv);
4826 }
4827
4828 static void
4829 pmap_demote_pde_check(pt_entry_t *firstpte __unused, pt_entry_t newpte __unused)
4830 {
4831 #ifdef INVARIANTS
4832 #ifdef DIAGNOSTIC
4833         pt_entry_t *xpte, *ypte;
4834
4835         for (xpte = firstpte; xpte < firstpte + NPTEPG;
4836             xpte++, newpte += PAGE_SIZE) {
4837                 if ((*xpte & PG_FRAME) != (newpte & PG_FRAME)) {
4838                         printf("pmap_demote_pde: xpte %zd and newpte map "
4839                             "different pages: found %#lx, expected %#lx\n",
4840                             xpte - firstpte, *xpte, newpte);
4841                         printf("page table dump\n");
4842                         for (ypte = firstpte; ypte < firstpte + NPTEPG; ypte++)
4843                                 printf("%zd %#lx\n", ypte - firstpte, *ypte);
4844                         panic("firstpte");
4845                 }
4846         }
4847 #else
4848         KASSERT((*firstpte & PG_FRAME) == (newpte & PG_FRAME),
4849             ("pmap_demote_pde: firstpte and newpte map different physical"
4850             " addresses"));
4851 #endif
4852 #endif
4853 }
4854
4855 static void
4856 pmap_demote_pde_abort(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
4857     pd_entry_t oldpde, struct rwlock **lockp)
4858 {
4859         struct spglist free;
4860         vm_offset_t sva;
4861
4862         SLIST_INIT(&free);
4863         sva = trunc_2mpage(va);
4864         pmap_remove_pde(pmap, pde, sva, &free, lockp);
4865         if ((oldpde & pmap_global_bit(pmap)) == 0)
4866                 pmap_invalidate_pde_page(pmap, sva, oldpde);
4867         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
4868         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: failure for va %#lx in pmap %p",
4869             va, pmap);
4870 }
4871
4872 static boolean_t
4873 pmap_demote_pde_locked(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
4874     struct rwlock **lockp)
4875 {
4876         pd_entry_t newpde, oldpde;
4877         pt_entry_t *firstpte, newpte;
4878         pt_entry_t PG_A, PG_G, PG_M, PG_PKU_MASK, PG_RW, PG_V;
4879         vm_paddr_t mptepa;
4880         vm_page_t mpte;
4881         int PG_PTE_CACHE;
4882         bool in_kernel;
4883
4884         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
4885         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
4886         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4887         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4888         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4889         PG_PTE_CACHE = pmap_cache_mask(pmap, 0);
4890         PG_PKU_MASK = pmap_pku_mask_bit(pmap);
4891
4892         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4893         in_kernel = va >= VM_MAXUSER_ADDRESS;
4894         oldpde = *pde;
4895         KASSERT((oldpde & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V),
4896             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_PS and/or PG_V"));
4897
4898         /*
4899          * Invalidate the 2MB page mapping and return "failure" if the
4900          * mapping was never accessed.
4901          */
4902         if ((oldpde & PG_A) == 0) {
4903                 KASSERT((oldpde & PG_W) == 0,
4904                     ("pmap_demote_pde: a wired mapping is missing PG_A"));
4905                 pmap_demote_pde_abort(pmap, va, pde, oldpde, lockp);
4906                 return (FALSE);
4907         }
4908
4909         mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, va);
4910         if (mpte == NULL) {
4911                 KASSERT((oldpde & PG_W) == 0,
4912                     ("pmap_demote_pde: page table page for a wired mapping"
4913                     " is missing"));
4914
4915                 /*
4916                  * If the page table page is missing and the mapping
4917                  * is for a kernel address, the mapping must belong to
4918                  * the direct map.  Page table pages are preallocated
4919                  * for every other part of the kernel address space,
4920                  * so the direct map region is the only part of the
4921                  * kernel address space that must be handled here.
4922                  */
4923                 KASSERT(!in_kernel || (va >= DMAP_MIN_ADDRESS &&
4924                     va < DMAP_MAX_ADDRESS),
4925                     ("pmap_demote_pde: No saved mpte for va %#lx", va));
4926
4927                 /*
4928                  * If the 2MB page mapping belongs to the direct map
4929                  * region of the kernel's address space, then the page
4930                  * allocation request specifies the highest possible
4931                  * priority (VM_ALLOC_INTERRUPT).  Otherwise, the
4932                  * priority is normal.
4933                  */
4934                 mpte = vm_page_alloc(NULL, pmap_pde_pindex(va),
4935                     (in_kernel ? VM_ALLOC_INTERRUPT : VM_ALLOC_NORMAL) |
4936                     VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED);
4937
4938                 /*
4939                  * If the allocation of the new page table page fails,
4940                  * invalidate the 2MB page mapping and return "failure".
4941                  */
4942                 if (mpte == NULL) {
4943                         pmap_demote_pde_abort(pmap, va, pde, oldpde, lockp);
4944                         return (FALSE);
4945                 }
4946
4947                 if (!in_kernel) {
4948                         mpte->ref_count = NPTEPG;
4949                         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
4950                 }
4951         }
4952         mptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpte);
4953         firstpte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mptepa);
4954         newpde = mptepa | PG_M | PG_A | (oldpde & PG_U) | PG_RW | PG_V;
4955         KASSERT((oldpde & (PG_M | PG_RW)) != PG_RW,
4956             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_M"));
4957         newpte = oldpde & ~PG_PS;
4958         newpte = pmap_swap_pat(pmap, newpte);
4959
4960         /*
4961          * If the page table page is not leftover from an earlier promotion,
4962          * initialize it.
4963          */
4964         if (mpte->valid == 0)
4965                 pmap_fill_ptp(firstpte, newpte);
4966
4967         pmap_demote_pde_check(firstpte, newpte);
4968
4969         /*
4970          * If the mapping has changed attributes, update the page table
4971          * entries.
4972          */
4973         if ((*firstpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpte & PG_PTE_PROMOTE))
4974                 pmap_fill_ptp(firstpte, newpte);
4975
4976         /*
4977          * The spare PV entries must be reserved prior to demoting the
4978          * mapping, that is, prior to changing the PDE.  Otherwise, the state
4979          * of the PDE and the PV lists will be inconsistent, which can result
4980          * in reclaim_pv_chunk() attempting to remove a PV entry from the
4981          * wrong PV list and pmap_pv_demote_pde() failing to find the expected
4982          * PV entry for the 2MB page mapping that is being demoted.
4983          */
4984         if ((oldpde & PG_MANAGED) != 0)
4985                 reserve_pv_entries(pmap, NPTEPG - 1, lockp);
4986
4987         /*
4988          * Demote the mapping.  This pmap is locked.  The old PDE has
4989          * PG_A set.  If the old PDE has PG_RW set, it also has PG_M
4990          * set.  Thus, there is no danger of a race with another
4991          * processor changing the setting of PG_A and/or PG_M between
4992          * the read above and the store below. 
4993          */
4994         if (workaround_erratum383)
4995                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, newpde);
4996         else
4997                 pde_store(pde, newpde);
4998
4999         /*
5000          * Invalidate a stale recursive mapping of the page table page.
5001          */
5002         if (in_kernel)
5003                 pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopte(va));
5004
5005         /*
5006          * Demote the PV entry.
5007          */
5008         if ((oldpde & PG_MANAGED) != 0)
5009                 pmap_pv_demote_pde(pmap, va, oldpde & PG_PS_FRAME, lockp);
5010
5011         atomic_add_long(&pmap_pde_demotions, 1);
5012         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: success for va %#lx in pmap %p",
5013             va, pmap);
5014         return (TRUE);
5015 }
5016
5017 /*
5018  * pmap_remove_kernel_pde: Remove a kernel superpage mapping.
5019  */
5020 static void
5021 pmap_remove_kernel_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
5022 {
5023         pd_entry_t newpde;
5024         vm_paddr_t mptepa;
5025         vm_page_t mpte;
5026
5027         KASSERT(pmap == kernel_pmap, ("pmap %p is not kernel_pmap", pmap));
5028         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5029         mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, va);
5030         if (mpte == NULL)
5031                 panic("pmap_remove_kernel_pde: Missing pt page.");
5032
5033         mptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpte);
5034         newpde = mptepa | X86_PG_M | X86_PG_A | X86_PG_RW | X86_PG_V;
5035
5036         /*
5037          * If this page table page was unmapped by a promotion, then it
5038          * contains valid mappings.  Zero it to invalidate those mappings.
5039          */
5040         if (mpte->valid != 0)
5041                 pagezero((void *)PHYS_TO_DMAP(mptepa));
5042
5043         /*
5044          * Demote the mapping.
5045          */
5046         if (workaround_erratum383)
5047                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, newpde);
5048         else
5049                 pde_store(pde, newpde);
5050
5051         /*
5052          * Invalidate a stale recursive mapping of the page table page.
5053          */
5054         pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopte(va));
5055 }
5056
5057 /*
5058  * pmap_remove_pde: do the things to unmap a superpage in a process
5059  */
5060 static int
5061 pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
5062     struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
5063 {
5064         struct md_page *pvh;
5065         pd_entry_t oldpde;
5066         vm_offset_t eva, va;
5067         vm_page_t m, mpte;
5068         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW;
5069
5070         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5071         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5072         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5073         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5074
5075         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5076         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
5077             ("pmap_remove_pde: sva is not 2mpage aligned"));
5078         oldpde = pte_load_clear(pdq);
5079         if (oldpde & PG_W)
5080                 pmap->pm_stats.wired_count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
5081         if ((oldpde & PG_G) != 0)
5082                 pmap_invalidate_pde_page(kernel_pmap, sva, oldpde);
5083         pmap_resident_count_dec(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
5084         if (oldpde & PG_MANAGED) {
5085                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, oldpde & PG_PS_FRAME);
5086                 pvh = pa_to_pvh(oldpde & PG_PS_FRAME);
5087                 pmap_pvh_free(pvh, pmap, sva);
5088                 eva = sva + NBPDR;
5089                 for (va = sva, m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
5090                     va < eva; va += PAGE_SIZE, m++) {
5091                         if ((oldpde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
5092                                 vm_page_dirty(m);
5093                         if (oldpde & PG_A)
5094                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
5095                         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
5096                             TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
5097                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
5098                         pmap_delayed_invl_page(m);
5099                 }
5100         }
5101         if (pmap == kernel_pmap) {
5102                 pmap_remove_kernel_pde(pmap, pdq, sva);
5103         } else {
5104                 mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, sva);
5105                 if (mpte != NULL) {
5106                         KASSERT(mpte->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
5107                             ("pmap_remove_pde: pte page not promoted"));
5108                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
5109                         KASSERT(mpte->ref_count == NPTEPG,
5110                             ("pmap_remove_pde: pte page ref count error"));
5111                         mpte->ref_count = 0;
5112                         pmap_add_delayed_free_list(mpte, free, FALSE);
5113                 }
5114         }
5115         return (pmap_unuse_pt(pmap, sva, *pmap_pdpe(pmap, sva), free));
5116 }
5117
5118 /*
5119  * pmap_remove_pte: do the things to unmap a page in a process
5120  */
5121 static int
5122 pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t va, 
5123     pd_entry_t ptepde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
5124 {
5125         struct md_page *pvh;
5126         pt_entry_t oldpte, PG_A, PG_M, PG_RW;
5127         vm_page_t m;
5128
5129         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5130         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5131         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5132
5133         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5134         oldpte = pte_load_clear(ptq);
5135         if (oldpte & PG_W)
5136                 pmap->pm_stats.wired_count -= 1;
5137         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
5138         if (oldpte & PG_MANAGED) {
5139                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpte & PG_FRAME);
5140                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
5141                         vm_page_dirty(m);
5142                 if (oldpte & PG_A)
5143                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
5144                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
5145                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
5146                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
5147                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5148                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5149                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
5150                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
5151                 }
5152                 pmap_delayed_invl_page(m);
5153         }
5154         return (pmap_unuse_pt(pmap, va, ptepde, free));
5155 }
5156
5157 /*
5158  * Remove a single page from a process address space
5159  */
5160 static void
5161 pmap_remove_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
5162     struct spglist *free)
5163 {
5164         struct rwlock *lock;
5165         pt_entry_t *pte, PG_V;
5166
5167         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5168         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5169         if ((*pde & PG_V) == 0)
5170                 return;
5171         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
5172         if ((*pte & PG_V) == 0)
5173                 return;
5174         lock = NULL;
5175         pmap_remove_pte(pmap, pte, va, *pde, free, &lock);
5176         if (lock != NULL)
5177                 rw_wunlock(lock);
5178         pmap_invalidate_page(pmap, va);
5179 }
5180
5181 /*
5182  * Removes the specified range of addresses from the page table page.
5183  */
5184 static bool
5185 pmap_remove_ptes(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
5186     pd_entry_t *pde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
5187 {
5188         pt_entry_t PG_G, *pte;
5189         vm_offset_t va;
5190         bool anyvalid;
5191
5192         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5193         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5194         anyvalid = false;
5195         va = eva;
5196         for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != eva; pte++,
5197             sva += PAGE_SIZE) {
5198                 if (*pte == 0) {
5199                         if (va != eva) {
5200                                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
5201                                 va = eva;
5202                         }
5203                         continue;
5204                 }
5205                 if ((*pte & PG_G) == 0)
5206                         anyvalid = true;
5207                 else if (va == eva)
5208                         va = sva;
5209                 if (pmap_remove_pte(pmap, pte, sva, *pde, free, lockp)) {
5210                         sva += PAGE_SIZE;
5211                         break;
5212                 }
5213         }
5214         if (va != eva)
5215                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
5216         return (anyvalid);
5217 }
5218
5219 /*
5220  *      Remove the given range of addresses from the specified map.
5221  *
5222  *      It is assumed that the start and end are properly
5223  *      rounded to the page size.
5224  */
5225 void
5226 pmap_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
5227 {
5228         struct rwlock *lock;
5229         vm_offset_t va_next;
5230         pml4_entry_t *pml4e;
5231         pdp_entry_t *pdpe;
5232         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
5233         pt_entry_t PG_G, PG_V;
5234         struct spglist free;
5235         int anyvalid;
5236
5237         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5238         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5239
5240         /*
5241          * Perform an unsynchronized read.  This is, however, safe.
5242          */
5243         if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
5244                 return;
5245
5246         anyvalid = 0;
5247         SLIST_INIT(&free);
5248
5249         pmap_delayed_invl_start();
5250         PMAP_LOCK(pmap);
5251         pmap_pkru_on_remove(pmap, sva, eva);
5252
5253         /*
5254          * special handling of removing one page.  a very
5255          * common operation and easy to short circuit some
5256          * code.
5257          */
5258         if (sva + PAGE_SIZE == eva) {
5259                 pde = pmap_pde(pmap, sva);
5260                 if (pde && (*pde & PG_PS) == 0) {
5261                         pmap_remove_page(pmap, sva, pde, &free);
5262                         goto out;
5263                 }
5264         }
5265
5266         lock = NULL;
5267         for (; sva < eva; sva = va_next) {
5268
5269                 if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
5270                         break;
5271
5272                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
5273                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
5274                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
5275                         if (va_next < sva)
5276                                 va_next = eva;
5277                         continue;
5278                 }
5279
5280                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
5281                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
5282                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
5283                         if (va_next < sva)
5284                                 va_next = eva;
5285                         continue;
5286                 }
5287
5288                 /*
5289                  * Calculate index for next page table.
5290                  */
5291                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
5292                 if (va_next < sva)
5293                         va_next = eva;
5294
5295                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
5296                 ptpaddr = *pde;
5297
5298                 /*
5299                  * Weed out invalid mappings.
5300                  */
5301                 if (ptpaddr == 0)
5302                         continue;
5303
5304                 /*
5305                  * Check for large page.
5306                  */
5307                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
5308                         /*
5309                          * Are we removing the entire large page?  If not,
5310                          * demote the mapping and fall through.
5311                          */
5312                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
5313                                 /*
5314                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
5315                                  * invalidated by pmap_remove_pde().
5316                                  */
5317                                 if ((ptpaddr & PG_G) == 0)
5318                                         anyvalid = 1;
5319                                 pmap_remove_pde(pmap, pde, sva, &free, &lock);
5320                                 continue;
5321                         } else if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, sva,
5322                             &lock)) {
5323                                 /* The large page mapping was destroyed. */
5324                                 continue;
5325                         } else
5326                                 ptpaddr = *pde;
5327                 }
5328
5329                 /*
5330                  * Limit our scan to either the end of the va represented
5331                  * by the current page table page, or to the end of the
5332                  * range being removed.
5333                  */
5334                 if (va_next > eva)
5335                         va_next = eva;
5336
5337                 if (pmap_remove_ptes(pmap, sva, va_next, pde, &free, &lock))
5338                         anyvalid = 1;
5339         }
5340         if (lock != NULL)
5341                 rw_wunlock(lock);
5342 out:
5343         if (anyvalid)
5344                 pmap_invalidate_all(pmap);
5345         PMAP_UNLOCK(pmap);
5346         pmap_delayed_invl_finish();
5347         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
5348 }
5349
5350 /*
5351  *      Routine:        pmap_remove_all
5352  *      Function:
5353  *              Removes this physical page from
5354  *              all physical maps in which it resides.
5355  *              Reflects back modify bits to the pager.
5356  *
5357  *      Notes:
5358  *              Original versions of this routine were very
5359  *              inefficient because they iteratively called
5360  *              pmap_remove (slow...)
5361  */
5362
5363 void
5364 pmap_remove_all(vm_page_t m)
5365 {
5366         struct md_page *pvh;
5367         pv_entry_t pv;
5368         pmap_t pmap;
5369         struct rwlock *lock;
5370         pt_entry_t *pte, tpte, PG_A, PG_M, PG_RW;
5371         pd_entry_t *pde;
5372         vm_offset_t va;
5373         struct spglist free;
5374         int pvh_gen, md_gen;
5375
5376         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5377             ("pmap_remove_all: page %p is not managed", m));
5378         SLIST_INIT(&free);
5379         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5380         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
5381             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5382 retry:
5383         rw_wlock(lock);
5384         while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != NULL) {
5385                 pmap = PV_PMAP(pv);
5386                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5387                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5388                         rw_wunlock(lock);
5389                         PMAP_LOCK(pmap);
5390                         rw_wlock(lock);
5391                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
5392                                 rw_wunlock(lock);
5393                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5394                                 goto retry;
5395                         }
5396                 }
5397                 va = pv->pv_va;
5398                 pde = pmap_pde(pmap, va);
5399                 (void)pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
5400                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5401         }
5402         while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
5403                 pmap = PV_PMAP(pv);
5404                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5405                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5406                         md_gen = m->md.pv_gen;
5407                         rw_wunlock(lock);
5408                         PMAP_LOCK(pmap);
5409                         rw_wlock(lock);
5410                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
5411                                 rw_wunlock(lock);
5412                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5413                                 goto retry;
5414                         }
5415                 }
5416                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5417                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5418                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5419                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
5420                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
5421                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_remove_all: found"
5422                     " a 2mpage in page %p's pv list", m));
5423                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
5424                 tpte = pte_load_clear(pte);
5425                 if (tpte & PG_W)
5426                         pmap->pm_stats.wired_count--;
5427                 if (tpte & PG_A)
5428                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
5429
5430                 /*
5431                  * Update the vm_page_t clean and reference bits.
5432                  */
5433                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
5434                         vm_page_dirty(m);
5435                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, *pde, &free);
5436                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
5437                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5438                 m->md.pv_gen++;
5439                 free_pv_entry(pmap, pv);
5440                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5441         }
5442         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
5443         rw_wunlock(lock);
5444         pmap_delayed_invl_wait(m);
5445         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
5446 }
5447
5448 /*
5449  * pmap_protect_pde: do the things to protect a 2mpage in a process
5450  */
5451 static boolean_t
5452 pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva, vm_prot_t prot)
5453 {
5454         pd_entry_t newpde, oldpde;
5455         vm_page_t m, mt;
5456         boolean_t anychanged;
5457         pt_entry_t PG_G, PG_M, PG_RW;
5458
5459         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5460         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5461         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5462
5463         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5464         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
5465             ("pmap_protect_pde: sva is not 2mpage aligned"));
5466         anychanged = FALSE;
5467 retry:
5468         oldpde = newpde = *pde;
5469         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
5470                 if ((oldpde & (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) ==
5471                     (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) {
5472                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
5473                         for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
5474                                 vm_page_dirty(mt);
5475                 }
5476                 newpde &= ~(PG_RW | PG_M);
5477         }
5478         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
5479                 newpde |= pg_nx;
5480         if (newpde != oldpde) {
5481                 /*
5482                  * As an optimization to future operations on this PDE, clear
5483                  * PG_PROMOTED.  The impending invalidation will remove any
5484                  * lingering 4KB page mappings from the TLB.
5485                  */
5486                 if (!atomic_cmpset_long(pde, oldpde, newpde & ~PG_PROMOTED))
5487                         goto retry;
5488                 if ((oldpde & PG_G) != 0)
5489                         pmap_invalidate_pde_page(kernel_pmap, sva, oldpde);
5490                 else
5491                         anychanged = TRUE;
5492         }
5493         return (anychanged);
5494 }
5495
5496 /*
5497  *      Set the physical protection on the
5498  *      specified range of this map as requested.
5499  */
5500 void
5501 pmap_protect(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, vm_prot_t prot)
5502 {
5503         vm_offset_t va_next;
5504         pml4_entry_t *pml4e;
5505         pdp_entry_t *pdpe;
5506         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
5507         pt_entry_t *pte, PG_G, PG_M, PG_RW, PG_V;
5508         boolean_t anychanged;
5509
5510         KASSERT((prot & ~VM_PROT_ALL) == 0, ("invalid prot %x", prot));
5511         if (prot == VM_PROT_NONE) {
5512                 pmap_remove(pmap, sva, eva);
5513                 return;
5514         }
5515
5516         if ((prot & (VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE)) ==
5517             (VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE))
5518                 return;
5519
5520         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5521         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5522         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5523         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5524         anychanged = FALSE;
5525
5526         /*
5527          * Although this function delays and batches the invalidation
5528          * of stale TLB entries, it does not need to call
5529          * pmap_delayed_invl_start() and
5530          * pmap_delayed_invl_finish(), because it does not
5531          * ordinarily destroy mappings.  Stale TLB entries from
5532          * protection-only changes need only be invalidated before the
5533          * pmap lock is released, because protection-only changes do
5534          * not destroy PV entries.  Even operations that iterate over
5535          * a physical page's PV list of mappings, like
5536          * pmap_remove_write(), acquire the pmap lock for each
5537          * mapping.  Consequently, for protection-only changes, the
5538          * pmap lock suffices to synchronize both page table and TLB
5539          * updates.
5540          *
5541          * This function only destroys a mapping if pmap_demote_pde()
5542          * fails.  In that case, stale TLB entries are immediately
5543          * invalidated.
5544          */
5545         
5546         PMAP_LOCK(pmap);
5547         for (; sva < eva; sva = va_next) {
5548
5549                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
5550                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
5551                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
5552                         if (va_next < sva)
5553                                 va_next = eva;
5554                         continue;
5555                 }
5556
5557                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
5558                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
5559                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
5560                         if (va_next < sva)
5561                                 va_next = eva;
5562                         continue;
5563                 }
5564
5565                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
5566                 if (va_next < sva)
5567                         va_next = eva;
5568
5569                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
5570                 ptpaddr = *pde;
5571
5572                 /*
5573                  * Weed out invalid mappings.
5574                  */
5575                 if (ptpaddr == 0)
5576                         continue;
5577
5578                 /*
5579                  * Check for large page.
5580                  */
5581                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
5582                         /*
5583                          * Are we protecting the entire large page?  If not,
5584                          * demote the mapping and fall through.
5585                          */
5586                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
5587                                 /*
5588                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
5589                                  * invalidated by pmap_protect_pde().
5590                                  */
5591                                 if (pmap_protect_pde(pmap, pde, sva, prot))
5592                                         anychanged = TRUE;
5593                                 continue;
5594                         } else if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, sva)) {
5595                                 /*
5596                                  * The large page mapping was destroyed.
5597                                  */
5598                                 continue;
5599                         }
5600                 }
5601
5602                 if (va_next > eva)
5603                         va_next = eva;
5604
5605                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
5606                     sva += PAGE_SIZE) {
5607                         pt_entry_t obits, pbits;
5608                         vm_page_t m;
5609
5610 retry:
5611                         obits = pbits = *pte;
5612                         if ((pbits & PG_V) == 0)
5613                                 continue;
5614
5615                         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
5616                                 if ((pbits & (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) ==
5617                                     (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) {
5618                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pbits & PG_FRAME);
5619                                         vm_page_dirty(m);
5620                                 }
5621                                 pbits &= ~(PG_RW | PG_M);
5622                         }
5623                         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
5624                                 pbits |= pg_nx;
5625
5626                         if (pbits != obits) {
5627                                 if (!atomic_cmpset_long(pte, obits, pbits))
5628                                         goto retry;
5629                                 if (obits & PG_G)
5630                                         pmap_invalidate_page(pmap, sva);
5631                                 else
5632                                         anychanged = TRUE;
5633                         }
5634                 }
5635         }
5636         if (anychanged)
5637                 pmap_invalidate_all(pmap);
5638         PMAP_UNLOCK(pmap);
5639 }
5640
5641 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
5642 /*
5643  * Tries to promote the 512, contiguous 4KB page mappings that are within a
5644  * single page table page (PTP) to a single 2MB page mapping.  For promotion
5645  * to occur, two conditions must be met: (1) the 4KB page mappings must map
5646  * aligned, contiguous physical memory and (2) the 4KB page mappings must have
5647  * identical characteristics. 
5648  */
5649 static void
5650 pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
5651     struct rwlock **lockp)
5652 {
5653         pd_entry_t newpde;
5654         pt_entry_t *firstpte, oldpte, pa, *pte;
5655         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V, PG_PKU_MASK;
5656         vm_page_t mpte;
5657         int PG_PTE_CACHE;
5658
5659         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5660         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5661         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5662         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5663         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5664         PG_PKU_MASK = pmap_pku_mask_bit(pmap);
5665         PG_PTE_CACHE = pmap_cache_mask(pmap, 0);
5666
5667         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5668
5669         /*
5670          * Examine the first PTE in the specified PTP.  Abort if this PTE is
5671          * either invalid, unused, or does not map the first 4KB physical page
5672          * within a 2MB page. 
5673          */
5674         firstpte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pde & PG_FRAME);
5675 setpde:
5676         newpde = *firstpte;
5677         if ((newpde & ((PG_FRAME & PDRMASK) | PG_A | PG_V)) != (PG_A | PG_V)) {
5678                 atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
5679                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
5680                     " in pmap %p", va, pmap);
5681                 return;
5682         }
5683         if ((newpde & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
5684                 /*
5685                  * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared without
5686                  * a TLB invalidation.
5687                  */
5688                 if (!atomic_cmpset_long(firstpte, newpde, newpde & ~PG_RW))
5689                         goto setpde;
5690                 newpde &= ~PG_RW;
5691         }
5692
5693         /*
5694          * Examine each of the other PTEs in the specified PTP.  Abort if this
5695          * PTE maps an unexpected 4KB physical page or does not have identical
5696          * characteristics to the first PTE.
5697          */
5698         pa = (newpde & (PG_PS_FRAME | PG_A | PG_V)) + NBPDR - PAGE_SIZE;
5699         for (pte = firstpte + NPTEPG - 1; pte > firstpte; pte--) {
5700 setpte:
5701                 oldpte = *pte;
5702                 if ((oldpte & (PG_FRAME | PG_A | PG_V)) != pa) {
5703                         atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
5704                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
5705                             " in pmap %p", va, pmap);
5706                         return;
5707                 }
5708                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
5709                         /*
5710                          * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared
5711                          * without a TLB invalidation.
5712                          */
5713                         if (!atomic_cmpset_long(pte, oldpte, oldpte & ~PG_RW))
5714                                 goto setpte;
5715                         oldpte &= ~PG_RW;
5716                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: protect for va %#lx"
5717                             " in pmap %p", (oldpte & PG_FRAME & PDRMASK) |
5718                             (va & ~PDRMASK), pmap);
5719                 }
5720                 if ((oldpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpde & PG_PTE_PROMOTE)) {
5721                         atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
5722                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
5723                             " in pmap %p", va, pmap);
5724                         return;
5725                 }
5726                 pa -= PAGE_SIZE;
5727         }
5728
5729         /*
5730          * Save the page table page in its current state until the PDE
5731          * mapping the superpage is demoted by pmap_demote_pde() or
5732          * destroyed by pmap_remove_pde(). 
5733          */
5734         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
5735         KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
5736             mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
5737             ("pmap_promote_pde: page table page is out of range"));
5738         KASSERT(mpte->pindex == pmap_pde_pindex(va),
5739             ("pmap_promote_pde: page table page's pindex is wrong"));
5740         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mpte, true)) {
5741                 atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
5742                 CTR2(KTR_PMAP,
5743                     "pmap_promote_pde: failure for va %#lx in pmap %p", va,
5744                     pmap);
5745                 return;
5746         }
5747
5748         /*
5749          * Promote the pv entries.
5750          */
5751         if ((newpde & PG_MANAGED) != 0)
5752                 pmap_pv_promote_pde(pmap, va, newpde & PG_PS_FRAME, lockp);
5753
5754         /*
5755          * Propagate the PAT index to its proper position.
5756          */
5757         newpde = pmap_swap_pat(pmap, newpde);
5758
5759         /*
5760          * Map the superpage.
5761          */
5762         if (workaround_erratum383)
5763                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, PG_PS | newpde);
5764         else
5765                 pde_store(pde, PG_PROMOTED | PG_PS | newpde);
5766
5767         atomic_add_long(&pmap_pde_promotions, 1);
5768         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: success for va %#lx"
5769             " in pmap %p", va, pmap);
5770 }
5771 #endif /* VM_NRESERVLEVEL > 0 */
5772
5773 /*
5774  *      Insert the given physical page (p) at
5775  *      the specified virtual address (v) in the
5776  *      target physical map with the protection requested.
5777  *
5778  *      If specified, the page will be wired down, meaning
5779  *      that the related pte can not be reclaimed.
5780  *
5781  *      NB:  This is the only routine which MAY NOT lazy-evaluate
5782  *      or lose information.  That is, this routine must actually
5783  *      insert this page into the given map NOW.
5784  *
5785  *      When destroying both a page table and PV entry, this function
5786  *      performs the TLB invalidation before releasing the PV list
5787  *      lock, so we do not need pmap_delayed_invl_page() calls here.
5788  */
5789 int
5790 pmap_enter(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
5791     u_int flags, int8_t psind)
5792 {
5793         struct rwlock *lock;
5794         pd_entry_t *pde;
5795         pt_entry_t *pte, PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
5796         pt_entry_t newpte, origpte;
5797         pv_entry_t pv;
5798         vm_paddr_t opa, pa;
5799         vm_page_t mpte, om;
5800         int rv;
5801         boolean_t nosleep;
5802
5803         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5804         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5805         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5806         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5807         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5808
5809         va = trunc_page(va);
5810         KASSERT(va <= VM_MAX_KERNEL_ADDRESS, ("pmap_enter: toobig"));
5811         KASSERT(va < UPT_MIN_ADDRESS || va >= UPT_MAX_ADDRESS,
5812             ("pmap_enter: invalid to pmap_enter page table pages (va: 0x%lx)",
5813             va));
5814         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0 || va < kmi.clean_sva ||
5815             va >= kmi.clean_eva,
5816             ("pmap_enter: managed mapping within the clean submap"));
5817         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
5818                 VM_PAGE_OBJECT_BUSY_ASSERT(m);
5819         KASSERT((flags & PMAP_ENTER_RESERVED) == 0,
5820             ("pmap_enter: flags %u has reserved bits set", flags));
5821         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
5822         newpte = (pt_entry_t)(pa | PG_A | PG_V);
5823         if ((flags & VM_PROT_WRITE) != 0)
5824                 newpte |= PG_M;
5825         if ((prot & VM_PROT_WRITE) != 0)
5826                 newpte |= PG_RW;
5827         KASSERT((newpte & (PG_M | PG_RW)) != PG_M,
5828             ("pmap_enter: flags includes VM_PROT_WRITE but prot doesn't"));
5829         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
5830                 newpte |= pg_nx;
5831         if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) != 0)
5832                 newpte |= PG_W;
5833         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
5834                 newpte |= PG_U;
5835         if (pmap == kernel_pmap)
5836                 newpte |= PG_G;
5837         newpte |= pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, psind > 0);
5838
5839         /*
5840          * Set modified bit gratuitously for writeable mappings if
5841          * the page is unmanaged. We do not want to take a fault
5842          * to do the dirty bit accounting for these mappings.
5843          */
5844         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0) {
5845                 if ((newpte & PG_RW) != 0)
5846                         newpte |= PG_M;
5847         } else
5848                 newpte |= PG_MANAGED;
5849
5850         lock = NULL;
5851         PMAP_LOCK(pmap);
5852         if (psind == 1) {
5853                 /* Assert the required virtual and physical alignment. */ 
5854                 KASSERT((va & PDRMASK) == 0, ("pmap_enter: va unaligned"));
5855                 KASSERT(m->psind > 0, ("pmap_enter: m->psind < psind"));
5856                 rv = pmap_enter_pde(pmap, va, newpte | PG_PS, flags, m, &lock);
5857                 goto out;
5858         }
5859         mpte = NULL;
5860
5861         /*
5862          * In the case that a page table page is not
5863          * resident, we are creating it here.
5864          */
5865 retry:
5866         pde = pmap_pde(pmap, va);
5867         if (pde != NULL && (*pde & PG_V) != 0 && ((*pde & PG_PS) == 0 ||
5868             pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock))) {
5869                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
5870                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS && mpte == NULL) {
5871                         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
5872                         mpte->ref_count++;
5873                 }
5874         } else if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
5875                 /*
5876                  * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been
5877                  * deallocated.
5878                  */
5879                 nosleep = (flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0;
5880                 mpte = _pmap_allocpte(pmap, pmap_pde_pindex(va),
5881                     nosleep ? NULL : &lock);
5882                 if (mpte == NULL && nosleep) {
5883                         rv = KERN_RESOURCE_SHORTAGE;
5884                         goto out;
5885                 }
5886                 goto retry;
5887         } else
5888                 panic("pmap_enter: invalid page directory va=%#lx", va);
5889
5890         origpte = *pte;
5891         pv = NULL;
5892         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS && pmap->pm_type == PT_X86)
5893                 newpte |= pmap_pkru_get(pmap, va);
5894
5895         /*
5896          * Is the specified virtual address already mapped?
5897          */
5898         if ((origpte & PG_V) != 0) {
5899                 /*
5900                  * Wiring change, just update stats. We don't worry about
5901                  * wiring PT pages as they remain resident as long as there
5902                  * are valid mappings in them. Hence, if a user page is wired,
5903                  * the PT page will be also.
5904                  */
5905                 if ((newpte & PG_W) != 0 && (origpte & PG_W) == 0)
5906                         pmap->pm_stats.wired_count++;
5907                 else if ((newpte & PG_W) == 0 && (origpte & PG_W) != 0)
5908                         pmap->pm_stats.wired_count--;
5909
5910                 /*
5911                  * Remove the extra PT page reference.
5912                  */
5913                 if (mpte != NULL) {
5914                         mpte->ref_count--;
5915                         KASSERT(mpte->ref_count > 0,
5916                             ("pmap_enter: missing reference to page table page,"
5917                              " va: 0x%lx", va));
5918                 }
5919
5920                 /*
5921                  * Has the physical page changed?
5922                  */
5923                 opa = origpte & PG_FRAME;
5924                 if (opa == pa) {
5925                         /*
5926                          * No, might be a protection or wiring change.
5927                          */
5928                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0 &&
5929                             (newpte & PG_RW) != 0)
5930                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
5931                         if (((origpte ^ newpte) & ~(PG_M | PG_A)) == 0)
5932                                 goto unchanged;
5933                         goto validate;
5934                 }
5935
5936                 /*
5937                  * The physical page has changed.  Temporarily invalidate
5938                  * the mapping.  This ensures that all threads sharing the
5939                  * pmap keep a consistent view of the mapping, which is
5940                  * necessary for the correct handling of COW faults.  It
5941                  * also permits reuse of the old mapping's PV entry,
5942                  * avoiding an allocation.
5943                  *
5944                  * For consistency, handle unmanaged mappings the same way.
5945                  */
5946                 origpte = pte_load_clear(pte);
5947                 KASSERT((origpte & PG_FRAME) == opa,
5948                     ("pmap_enter: unexpected pa update for %#lx", va));
5949                 if ((origpte & PG_MANAGED) != 0) {
5950                         om = PHYS_TO_VM_PAGE(opa);
5951
5952                         /*
5953                          * The pmap lock is sufficient to synchronize with
5954                          * concurrent calls to pmap_page_test_mappings() and
5955                          * pmap_ts_referenced().
5956                          */
5957                         if ((origpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
5958                                 vm_page_dirty(om);
5959                         if ((origpte & PG_A) != 0)
5960                                 vm_page_aflag_set(om, PGA_REFERENCED);
5961                         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, opa);
5962                         pv = pmap_pvh_remove(&om->md, pmap, va);
5963                         KASSERT(pv != NULL,
5964                             ("pmap_enter: no PV entry for %#lx", va));
5965                         if ((newpte & PG_MANAGED) == 0)
5966                                 free_pv_entry(pmap, pv);
5967                         if ((om->aflags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
5968                             TAILQ_EMPTY(&om->md.pv_list) &&
5969                             ((om->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
5970                             TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(opa)->pv_list)))
5971                                 vm_page_aflag_clear(om, PGA_WRITEABLE);
5972                 }
5973                 if ((origpte & PG_A) != 0)
5974                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
5975                 origpte = 0;
5976         } else {
5977                 /*
5978                  * Increment the counters.
5979                  */
5980                 if ((newpte & PG_W) != 0)
5981                         pmap->pm_stats.wired_count++;
5982                 pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
5983         }
5984
5985         /*
5986          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
5987          */
5988         if ((newpte & PG_MANAGED) != 0) {
5989                 if (pv == NULL) {
5990                         pv = get_pv_entry(pmap, &lock);
5991                         pv->pv_va = va;
5992                 }
5993                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, pa);
5994                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5995                 m->md.pv_gen++;
5996                 if ((newpte & PG_RW) != 0)
5997                         vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
5998         }
5999
6000         /*
6001          * Update the PTE.
6002          */
6003         if ((origpte & PG_V) != 0) {
6004 validate:
6005                 origpte = pte_load_store(pte, newpte);
6006                 KASSERT((origpte & PG_FRAME) == pa,
6007                     ("pmap_enter: unexpected pa update for %#lx", va));
6008                 if ((newpte & PG_M) == 0 && (origpte & (PG_M | PG_RW)) ==
6009                     (PG_M | PG_RW)) {
6010                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0)
6011                                 vm_page_dirty(m);
6012
6013                         /*
6014                          * Although the PTE may still have PG_RW set, TLB
6015                          * invalidation may nonetheless be required because
6016                          * the PTE no longer has PG_M set.
6017                          */
6018                 } else if ((origpte & PG_NX) != 0 || (newpte & PG_NX) == 0) {
6019                         /*
6020                          * This PTE change does not require TLB invalidation.
6021                          */
6022                         goto unchanged;
6023                 }
6024                 if ((origpte & PG_A) != 0)
6025                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
6026         } else
6027                 pte_store(pte, newpte);
6028
6029 unchanged:
6030
6031 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
6032         /*
6033          * If both the page table page and the reservation are fully
6034          * populated, then attempt promotion.
6035          */
6036         if ((mpte == NULL || mpte->ref_count == NPTEPG) &&
6037             pmap_ps_enabled(pmap) &&
6038             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
6039             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0)
6040                 pmap_promote_pde(pmap, pde, va, &lock);
6041 #endif
6042
6043         rv = KERN_SUCCESS;
6044 out:
6045         if (lock != NULL)
6046                 rw_wunlock(lock);
6047         PMAP_UNLOCK(pmap);
6048         return (rv);
6049 }
6050
6051 /*
6052  * Tries to create a read- and/or execute-only 2MB page mapping.  Returns true
6053  * if successful.  Returns false if (1) a page table page cannot be allocated
6054  * without sleeping, (2) a mapping already exists at the specified virtual
6055  * address, or (3) a PV entry cannot be allocated without reclaiming another
6056  * PV entry.
6057  */
6058 static bool
6059 pmap_enter_2mpage(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
6060     struct rwlock **lockp)
6061 {
6062         pd_entry_t newpde;
6063         pt_entry_t PG_V;
6064
6065         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6066         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6067         newpde = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, 1) |
6068             PG_PS | PG_V;
6069         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
6070                 newpde |= PG_MANAGED;
6071         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
6072                 newpde |= pg_nx;
6073         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
6074                 newpde |= PG_U;
6075         return (pmap_enter_pde(pmap, va, newpde, PMAP_ENTER_NOSLEEP |
6076             PMAP_ENTER_NOREPLACE | PMAP_ENTER_NORECLAIM, NULL, lockp) ==
6077             KERN_SUCCESS);
6078 }
6079
6080 /*
6081  * Tries to create the specified 2MB page mapping.  Returns KERN_SUCCESS if
6082  * the mapping was created, and either KERN_FAILURE or KERN_RESOURCE_SHORTAGE
6083  * otherwise.  Returns KERN_FAILURE if PMAP_ENTER_NOREPLACE was specified and
6084  * a mapping already exists at the specified virtual address.  Returns
6085  * KERN_RESOURCE_SHORTAGE if PMAP_ENTER_NOSLEEP was specified and a page table
6086  * page allocation failed.  Returns KERN_RESOURCE_SHORTAGE if
6087  * PMAP_ENTER_NORECLAIM was specified and a PV entry allocation failed.
6088  *
6089  * The parameter "m" is only used when creating a managed, writeable mapping.
6090  */
6091 static int
6092 pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t newpde, u_int flags,
6093     vm_page_t m, struct rwlock **lockp)
6094 {
6095         struct spglist free;
6096         pd_entry_t oldpde, *pde;
6097         pt_entry_t PG_G, PG_RW, PG_V;
6098         vm_page_t mt, pdpg;
6099
6100         KASSERT(pmap == kernel_pmap || (newpde & PG_W) == 0,
6101             ("pmap_enter_pde: cannot create wired user mapping"));
6102         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
6103         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6104         KASSERT((newpde & (pmap_modified_bit(pmap) | PG_RW)) != PG_RW,
6105             ("pmap_enter_pde: newpde is missing PG_M"));
6106         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6107         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6108
6109         if ((pdpg = pmap_allocpde(pmap, va, (flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0 ?
6110             NULL : lockp)) == NULL) {
6111                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
6112                     " in pmap %p", va, pmap);
6113                 return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
6114         }
6115
6116         /*
6117          * If pkru is not same for the whole pde range, return failure
6118          * and let vm_fault() cope.  Check after pde allocation, since
6119          * it could sleep.
6120          */
6121         if (!pmap_pkru_same(pmap, va, va + NBPDR)) {
6122                 SLIST_INIT(&free);
6123                 if (pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdpg, &free)) {
6124                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
6125                         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
6126                 }
6127                 return (KERN_FAILURE);
6128         }
6129         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS && pmap->pm_type == PT_X86) {
6130                 newpde &= ~X86_PG_PKU_MASK;
6131                 newpde |= pmap_pkru_get(pmap, va);
6132         }
6133
6134         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pdpg));
6135         pde = &pde[pmap_pde_index(va)];
6136         oldpde = *pde;
6137         if ((oldpde & PG_V) != 0) {
6138                 KASSERT(pdpg->ref_count > 1,
6139                     ("pmap_enter_pde: pdpg's reference count is too low"));
6140                 if ((flags & PMAP_ENTER_NOREPLACE) != 0) {
6141                         pdpg->ref_count--;
6142                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
6143                             " in pmap %p", va, pmap);
6144                         return (KERN_FAILURE);
6145                 }
6146                 /* Break the existing mapping(s). */
6147                 SLIST_INIT(&free);
6148                 if ((oldpde & PG_PS) != 0) {
6149                         /*
6150                          * The reference to the PD page that was acquired by
6151                          * pmap_allocpde() ensures that it won't be freed.
6152                          * However, if the PDE resulted from a promotion, then
6153                          * a reserved PT page could be freed.
6154                          */
6155                         (void)pmap_remove_pde(pmap, pde, va, &free, lockp);
6156                         if ((oldpde & PG_G) == 0)
6157                                 pmap_invalidate_pde_page(pmap, va, oldpde);
6158                 } else {
6159                         pmap_delayed_invl_start();
6160                         if (pmap_remove_ptes(pmap, va, va + NBPDR, pde, &free,
6161                             lockp))
6162                                pmap_invalidate_all(pmap);
6163                         pmap_delayed_invl_finish();
6164                 }
6165                 vm_page_free_pages_toq(&free, true);
6166                 if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS) {
6167                         /*
6168                          * Both pmap_remove_pde() and pmap_remove_ptes() will
6169                          * leave the kernel page table page zero filled.
6170                          */
6171                         mt = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
6172                         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mt, false))
6173                                 panic("pmap_enter_pde: trie insert failed");
6174                 } else
6175                         KASSERT(*pde == 0, ("pmap_enter_pde: non-zero pde %p",
6176                             pde));
6177         }
6178         if ((newpde & PG_MANAGED) != 0) {
6179                 /*
6180                  * Abort this mapping if its PV entry could not be created.
6181                  */
6182                 if (!pmap_pv_insert_pde(pmap, va, newpde, flags, lockp)) {
6183                         SLIST_INIT(&free);
6184                         if (pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdpg, &free)) {
6185                                 /*
6186                                  * Although "va" is not mapped, paging-
6187                                  * structure caches could nonetheless have
6188                                  * entries that refer to the freed page table
6189                                  * pages.  Invalidate those entries.
6190                                  */
6191                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
6192                                 vm_page_free_pages_toq(&free, true);
6193                         }
6194                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
6195                             " in pmap %p", va, pmap);
6196                         return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
6197                 }
6198                 if ((newpde & PG_RW) != 0) {
6199                         for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
6200                                 vm_page_aflag_set(mt, PGA_WRITEABLE);
6201                 }
6202         }
6203
6204         /*
6205          * Increment counters.
6206          */
6207         if ((newpde & PG_W) != 0)
6208                 pmap->pm_stats.wired_count += NBPDR / PAGE_SIZE;
6209         pmap_resident_count_inc(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
6210
6211         /*
6212          * Map the superpage.  (This is not a promoted mapping; there will not
6213          * be any lingering 4KB page mappings in the TLB.)
6214          */
6215         pde_store(pde, newpde);
6216
6217         atomic_add_long(&pmap_pde_mappings, 1);
6218         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: success for va %#lx"
6219             " in pmap %p", va, pmap);
6220         return (KERN_SUCCESS);
6221 }
6222
6223 /*
6224  * Maps a sequence of resident pages belonging to the same object.
6225  * The sequence begins with the given page m_start.  This page is
6226  * mapped at the given virtual address start.  Each subsequent page is
6227  * mapped at a virtual address that is offset from start by the same
6228  * amount as the page is offset from m_start within the object.  The
6229  * last page in the sequence is the page with the largest offset from
6230  * m_start that can be mapped at a virtual address less than the given
6231  * virtual address end.  Not every virtual page between start and end
6232  * is mapped; only those for which a resident page exists with the
6233  * corresponding offset from m_start are mapped.
6234  */
6235 void
6236 pmap_enter_object(pmap_t pmap, vm_offset_t start, vm_offset_t end,
6237     vm_page_t m_start, vm_prot_t prot)
6238 {
6239         struct rwlock *lock;
6240         vm_offset_t va;
6241         vm_page_t m, mpte;
6242         vm_pindex_t diff, psize;
6243
6244         VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m_start->object);
6245
6246         psize = atop(end - start);
6247         mpte = NULL;
6248         m = m_start;
6249         lock = NULL;
6250         PMAP_LOCK(pmap);
6251         while (m != NULL && (diff = m->pindex - m_start->pindex) < psize) {
6252                 va = start + ptoa(diff);
6253                 if ((va & PDRMASK) == 0 && va + NBPDR <= end &&
6254                     m->psind == 1 && pmap_ps_enabled(pmap) &&
6255                     pmap_enter_2mpage(pmap, va, m, prot, &lock))
6256                         m = &m[NBPDR / PAGE_SIZE - 1];
6257                 else
6258                         mpte = pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot,
6259                             mpte, &lock);
6260                 m = TAILQ_NEXT(m, listq);
6261         }
6262         if (lock != NULL)
6263                 rw_wunlock(lock);
6264         PMAP_UNLOCK(pmap);
6265 }
6266
6267 /*
6268  * this code makes some *MAJOR* assumptions:
6269  * 1. Current pmap & pmap exists.
6270  * 2. Not wired.
6271  * 3. Read access.
6272  * 4. No page table pages.
6273  * but is *MUCH* faster than pmap_enter...
6274  */
6275
6276 void
6277 pmap_enter_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot)
6278 {
6279         struct rwlock *lock;
6280
6281         lock = NULL;
6282         PMAP_LOCK(pmap);
6283         (void)pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot, NULL, &lock);
6284         if (lock != NULL)
6285                 rw_wunlock(lock);
6286         PMAP_UNLOCK(pmap);
6287 }
6288
6289 static vm_page_t
6290 pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
6291     vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp)
6292 {
6293         struct spglist free;
6294         pt_entry_t newpte, *pte, PG_V;
6295
6296         KASSERT(va < kmi.clean_sva || va >= kmi.clean_eva ||
6297             (m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0,
6298             ("pmap_enter_quick_locked: managed mapping within the clean submap"));
6299         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6300         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6301
6302         /*
6303          * In the case that a page table page is not
6304          * resident, we are creating it here.
6305          */
6306         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
6307                 vm_pindex_t ptepindex;
6308                 pd_entry_t *ptepa;
6309
6310                 /*
6311                  * Calculate pagetable page index
6312                  */
6313                 ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
6314                 if (mpte && (mpte->pindex == ptepindex)) {
6315                         mpte->ref_count++;
6316                 } else {
6317                         /*
6318                          * Get the page directory entry
6319                          */
6320                         ptepa = pmap_pde(pmap, va);
6321
6322                         /*
6323                          * If the page table page is mapped, we just increment
6324                          * the hold count, and activate it.  Otherwise, we
6325                          * attempt to allocate a page table page.  If this
6326                          * attempt fails, we don't retry.  Instead, we give up.
6327                          */
6328                         if (ptepa && (*ptepa & PG_V) != 0) {
6329                                 if (*ptepa & PG_PS)
6330                                         return (NULL);
6331                                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*ptepa & PG_FRAME);
6332                                 mpte->ref_count++;
6333                         } else {
6334                                 /*
6335                                  * Pass NULL instead of the PV list lock
6336                                  * pointer, because we don't intend to sleep.
6337                                  */
6338                                 mpte = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex, NULL);
6339                                 if (mpte == NULL)
6340                                         return (mpte);
6341                         }
6342                 }
6343                 pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mpte));
6344                 pte = &pte[pmap_pte_index(va)];
6345         } else {
6346                 mpte = NULL;
6347                 pte = vtopte(va);
6348         }
6349         if (*pte) {
6350                 if (mpte != NULL) {
6351                         mpte->ref_count--;
6352                         mpte = NULL;
6353                 }
6354                 return (mpte);
6355         }
6356
6357         /*
6358          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
6359          */
6360         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 &&
6361             !pmap_try_insert_pv_entry(pmap, va, m, lockp)) {
6362                 if (mpte != NULL) {
6363                         SLIST_INIT(&free);
6364                         if (pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpte, &free)) {
6365                                 /*
6366                                  * Although "va" is not mapped, paging-
6367                                  * structure caches could nonetheless have
6368                                  * entries that refer to the freed page table
6369                                  * pages.  Invalidate those entries.
6370                                  */
6371                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
6372                                 vm_page_free_pages_toq(&free, true);
6373                         }
6374                         mpte = NULL;
6375                 }
6376                 return (mpte);
6377         }
6378
6379         /*
6380          * Increment counters
6381          */
6382         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
6383
6384         newpte = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_V |
6385             pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, 0);
6386         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
6387                 newpte |= PG_MANAGED;
6388         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
6389                 newpte |= pg_nx;
6390         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
6391                 newpte |= PG_U | pmap_pkru_get(pmap, va);
6392         pte_store(pte, newpte);
6393         return (mpte);
6394 }
6395
6396 /*
6397  * Make a temporary mapping for a physical address.  This is only intended
6398  * to be used for panic dumps.
6399  */
6400 void *
6401 pmap_kenter_temporary(vm_paddr_t pa, int i)
6402 {
6403         vm_offset_t va;
6404
6405         va = (vm_offset_t)crashdumpmap + (i * PAGE_SIZE);
6406         pmap_kenter(va, pa);
6407         invlpg(va);
6408         return ((void *)crashdumpmap);
6409 }
6410
6411 /*
6412  * This code maps large physical mmap regions into the
6413  * processor address space.  Note that some shortcuts
6414  * are taken, but the code works.
6415  */
6416 void
6417 pmap_object_init_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_object_t object,
6418     vm_pindex_t pindex, vm_size_t size)
6419 {
6420         pd_entry_t *pde;
6421         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
6422         vm_paddr_t pa, ptepa;
6423         vm_page_t p, pdpg;
6424         int pat_mode;
6425
6426         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6427         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6428         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6429         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6430
6431         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
6432         KASSERT(object->type == OBJT_DEVICE || object->type == OBJT_SG,
6433             ("pmap_object_init_pt: non-device object"));
6434         if ((addr & (NBPDR - 1)) == 0 && (size & (NBPDR - 1)) == 0) {
6435                 if (!pmap_ps_enabled(pmap))
6436                         return;
6437                 if (!vm_object_populate(object, pindex, pindex + atop(size)))
6438                         return;
6439                 p = vm_page_lookup(object, pindex);
6440                 KASSERT(p->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
6441                     ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
6442                 pat_mode = p->md.pat_mode;
6443
6444                 /*
6445                  * Abort the mapping if the first page is not physically
6446                  * aligned to a 2MB page boundary.
6447                  */
6448                 ptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(p);
6449                 if (ptepa & (NBPDR - 1))
6450                         return;
6451
6452                 /*
6453                  * Skip the first page.  Abort the mapping if the rest of
6454                  * the pages are not physically contiguous or have differing
6455                  * memory attributes.
6456                  */
6457                 p = TAILQ_NEXT(p, listq);
6458                 for (pa = ptepa + PAGE_SIZE; pa < ptepa + size;
6459                     pa += PAGE_SIZE) {
6460                         KASSERT(p->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
6461                             ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
6462                         if (pa != VM_PAGE_TO_PHYS(p) ||
6463                             pat_mode != p->md.pat_mode)
6464                                 return;
6465                         p = TAILQ_NEXT(p, listq);
6466                 }
6467
6468                 /*
6469                  * Map using 2MB pages.  Since "ptepa" is 2M aligned and
6470                  * "size" is a multiple of 2M, adding the PAT setting to "pa"
6471                  * will not affect the termination of this loop.
6472                  */ 
6473                 PMAP_LOCK(pmap);
6474                 for (pa = ptepa | pmap_cache_bits(pmap, pat_mode, 1);
6475                     pa < ptepa + size; pa += NBPDR) {
6476                         pdpg = pmap_allocpde(pmap, addr, NULL);
6477                         if (pdpg == NULL) {
6478                                 /*
6479                                  * The creation of mappings below is only an
6480                                  * optimization.  If a page directory page
6481                                  * cannot be allocated without blocking,
6482                                  * continue on to the next mapping rather than
6483                                  * blocking.
6484                                  */
6485                                 addr += NBPDR;
6486                                 continue;
6487                         }
6488                         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pdpg));
6489                         pde = &pde[pmap_pde_index(addr)];
6490                         if ((*pde & PG_V) == 0) {
6491                                 pde_store(pde, pa | PG_PS | PG_M | PG_A |
6492                                     PG_U | PG_RW | PG_V);
6493                                 pmap_resident_count_inc(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
6494                                 atomic_add_long(&pmap_pde_mappings, 1);
6495                         } else {
6496                                 /* Continue on if the PDE is already valid. */
6497                                 pdpg->ref_count--;
6498                                 KASSERT(pdpg->ref_count > 0,
6499                                     ("pmap_object_init_pt: missing reference "
6500                                     "to page directory page, va: 0x%lx", addr));
6501                         }
6502                         addr += NBPDR;
6503                 }
6504                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6505         }
6506 }
6507
6508 /*
6509  *      Clear the wired attribute from the mappings for the specified range of
6510  *      addresses in the given pmap.  Every valid mapping within that range
6511  *      must have the wired attribute set.  In contrast, invalid mappings
6512  *      cannot have the wired attribute set, so they are ignored.
6513  *
6514  *      The wired attribute of the page table entry is not a hardware
6515  *      feature, so there is no need to invalidate any TLB entries.
6516  *      Since pmap_demote_pde() for the wired entry must never fail,
6517  *      pmap_delayed_invl_start()/finish() calls around the
6518  *      function are not needed.
6519  */
6520 void
6521 pmap_unwire(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
6522 {
6523         vm_offset_t va_next;
6524         pml4_entry_t *pml4e;
6525         pdp_entry_t *pdpe;
6526         pd_entry_t *pde;
6527         pt_entry_t *pte, PG_V;
6528
6529         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6530         PMAP_LOCK(pmap);
6531         for (; sva < eva; sva = va_next) {
6532                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
6533                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
6534                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
6535                         if (va_next < sva)
6536                                 va_next = eva;
6537                         continue;
6538                 }
6539                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
6540                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
6541                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
6542                         if (va_next < sva)
6543                                 va_next = eva;
6544                         continue;
6545                 }
6546                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
6547                 if (va_next < sva)
6548                         va_next = eva;
6549                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
6550                 if ((*pde & PG_V) == 0)
6551                         continue;
6552                 if ((*pde & PG_PS) != 0) {
6553                         if ((*pde & PG_W) == 0)
6554                                 panic("pmap_unwire: pde %#jx is missing PG_W",
6555                                     (uintmax_t)*pde);
6556
6557                         /*
6558                          * Are we unwiring the entire large page?  If not,
6559                          * demote the mapping and fall through.
6560                          */
6561                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
6562                                 atomic_clear_long(pde, PG_W);
6563                                 pmap->pm_stats.wired_count -= NBPDR /
6564                                     PAGE_SIZE;
6565                                 continue;
6566                         } else if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, sva))
6567                                 panic("pmap_unwire: demotion failed");
6568                 }
6569                 if (va_next > eva)
6570                         va_next = eva;
6571                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
6572                     sva += PAGE_SIZE) {
6573                         if ((*pte & PG_V) == 0)
6574                                 continue;
6575                         if ((*pte & PG_W) == 0)
6576                                 panic("pmap_unwire: pte %#jx is missing PG_W",
6577                                     (uintmax_t)*pte);
6578
6579                         /*
6580                          * PG_W must be cleared atomically.  Although the pmap
6581                          * lock synchronizes access to PG_W, another processor
6582                          * could be setting PG_M and/or PG_A concurrently.
6583                          */
6584                         atomic_clear_long(pte, PG_W);
6585                         pmap->pm_stats.wired_count--;
6586                 }
6587         }
6588         PMAP_UNLOCK(pmap);
6589 }
6590
6591 /*
6592  *      Copy the range specified by src_addr/len
6593  *      from the source map to the range dst_addr/len
6594  *      in the destination map.
6595  *
6596  *      This routine is only advisory and need not do anything.
6597  */
6598 void
6599 pmap_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap, vm_offset_t dst_addr, vm_size_t len,
6600     vm_offset_t src_addr)
6601 {
6602         struct rwlock *lock;
6603         struct spglist free;
6604         pml4_entry_t *pml4e;
6605         pdp_entry_t *pdpe;
6606         pd_entry_t *pde, srcptepaddr;
6607         pt_entry_t *dst_pte, PG_A, PG_M, PG_V, ptetemp, *src_pte;
6608         vm_offset_t addr, end_addr, va_next;
6609         vm_page_t dst_pdpg, dstmpte, srcmpte;
6610
6611         if (dst_addr != src_addr)
6612                 return;
6613
6614         if (dst_pmap->pm_type != src_pmap->pm_type)
6615                 return;
6616
6617         /*
6618          * EPT page table entries that require emulation of A/D bits are
6619          * sensitive to clearing the PG_A bit (aka EPT_PG_READ). Although
6620          * we clear PG_M (aka EPT_PG_WRITE) concomitantly, the PG_U bit
6621          * (aka EPT_PG_EXECUTE) could still be set. Since some EPT
6622          * implementations flag an EPT misconfiguration for exec-only
6623          * mappings we skip this function entirely for emulated pmaps.
6624          */
6625         if (pmap_emulate_ad_bits(dst_pmap))
6626                 return;
6627
6628         end_addr = src_addr + len;
6629         lock = NULL;
6630         if (dst_pmap < src_pmap) {
6631                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
6632                 PMAP_LOCK(src_pmap);
6633         } else {
6634                 PMAP_LOCK(src_pmap);
6635                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
6636         }
6637
6638         PG_A = pmap_accessed_bit(dst_pmap);
6639         PG_M = pmap_modified_bit(dst_pmap);
6640         PG_V = pmap_valid_bit(dst_pmap);
6641
6642         for (addr = src_addr; addr < end_addr; addr = va_next) {
6643                 KASSERT(addr < UPT_MIN_ADDRESS,
6644                     ("pmap_copy: invalid to pmap_copy page tables"));
6645
6646                 pml4e = pmap_pml4e(src_pmap, addr);
6647                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
6648                         va_next = (addr + NBPML4) & ~PML4MASK;
6649                         if (va_next < addr)
6650                                 va_next = end_addr;
6651                         continue;
6652                 }
6653
6654                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, addr);
6655                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
6656                         va_next = (addr + NBPDP) & ~PDPMASK;
6657                         if (va_next < addr)
6658                                 va_next = end_addr;
6659                         continue;
6660                 }
6661
6662                 va_next = (addr + NBPDR) & ~PDRMASK;
6663                 if (va_next < addr)
6664                         va_next = end_addr;
6665
6666                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, addr);
6667                 srcptepaddr = *pde;
6668                 if (srcptepaddr == 0)
6669                         continue;
6670                         
6671                 if (srcptepaddr & PG_PS) {
6672                         if ((addr & PDRMASK) != 0 || addr + NBPDR > end_addr)
6673                                 continue;
6674                         dst_pdpg = pmap_allocpde(dst_pmap, addr, NULL);
6675                         if (dst_pdpg == NULL)
6676                                 break;
6677                         pde = (pd_entry_t *)
6678                             PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(dst_pdpg));
6679                         pde = &pde[pmap_pde_index(addr)];
6680                         if (*pde == 0 && ((srcptepaddr & PG_MANAGED) == 0 ||
6681                             pmap_pv_insert_pde(dst_pmap, addr, srcptepaddr,
6682                             PMAP_ENTER_NORECLAIM, &lock))) {
6683                                 *pde = srcptepaddr & ~PG_W;
6684                                 pmap_resident_count_inc(dst_pmap, NBPDR /
6685                                     PAGE_SIZE);
6686                                 atomic_add_long(&pmap_pde_mappings, 1);
6687                         } else
6688                                 dst_pdpg->ref_count--;
6689                         continue;
6690                 }
6691
6692                 srcptepaddr &= PG_FRAME;
6693                 srcmpte = PHYS_TO_VM_PAGE(srcptepaddr);
6694                 KASSERT(srcmpte->ref_count > 0,
6695                     ("pmap_copy: source page table page is unused"));
6696
6697                 if (va_next > end_addr)
6698                         va_next = end_addr;
6699
6700                 src_pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(srcptepaddr);
6701                 src_pte = &src_pte[pmap_pte_index(addr)];
6702                 dstmpte = NULL;
6703                 for (; addr < va_next; addr += PAGE_SIZE, src_pte++) {
6704                         ptetemp = *src_pte;
6705
6706                         /*
6707                          * We only virtual copy managed pages.
6708                          */
6709                         if ((ptetemp & PG_MANAGED) == 0)
6710                                 continue;
6711
6712                         if (dstmpte != NULL) {
6713                                 KASSERT(dstmpte->pindex ==
6714                                     pmap_pde_pindex(addr),
6715                                     ("dstmpte pindex/addr mismatch"));
6716                                 dstmpte->ref_count++;
6717                         } else if ((dstmpte = pmap_allocpte(dst_pmap, addr,
6718                             NULL)) == NULL)
6719                                 goto out;
6720                         dst_pte = (pt_entry_t *)
6721                             PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(dstmpte));
6722                         dst_pte = &dst_pte[pmap_pte_index(addr)];
6723                         if (*dst_pte == 0 &&
6724                             pmap_try_insert_pv_entry(dst_pmap, addr,
6725                             PHYS_TO_VM_PAGE(ptetemp & PG_FRAME), &lock)) {
6726                                 /*
6727                                  * Clear the wired, modified, and accessed
6728                                  * (referenced) bits during the copy.
6729                                  */
6730                                 *dst_pte = ptetemp & ~(PG_W | PG_M | PG_A);
6731                                 pmap_resident_count_inc(dst_pmap, 1);
6732                         } else {
6733                                 SLIST_INIT(&free);
6734                                 if (pmap_unwire_ptp(dst_pmap, addr, dstmpte,
6735                                     &free)) {
6736                                         /*
6737                                          * Although "addr" is not mapped,
6738                                          * paging-structure caches could
6739                                          * nonetheless have entries that refer
6740                                          * to the freed page table pages.
6741                                          * Invalidate those entries.
6742                                          */
6743                                         pmap_invalidate_page(dst_pmap, addr);
6744                                         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
6745                                 }
6746                                 goto out;
6747                         }
6748                         /* Have we copied all of the valid mappings? */ 
6749                         if (dstmpte->ref_count >= srcmpte->ref_count)
6750                                 break;
6751                 }
6752         }
6753 out:
6754         if (lock != NULL)
6755                 rw_wunlock(lock);
6756         PMAP_UNLOCK(src_pmap);
6757         PMAP_UNLOCK(dst_pmap);
6758 }
6759
6760 int
6761 pmap_vmspace_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap)
6762 {
6763         int error;
6764
6765         if (dst_pmap->pm_type != src_pmap->pm_type ||
6766             dst_pmap->pm_type != PT_X86 ||
6767             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) == 0)
6768                 return (0);
6769         for (;;) {
6770                 if (dst_pmap < src_pmap) {
6771                         PMAP_LOCK(dst_pmap);
6772                         PMAP_LOCK(src_pmap);
6773                 } else {
6774                         PMAP_LOCK(src_pmap);
6775                         PMAP_LOCK(dst_pmap);
6776                 }
6777                 error = pmap_pkru_copy(dst_pmap, src_pmap);
6778                 /* Clean up partial copy on failure due to no memory. */
6779                 if (error == ENOMEM)
6780                         pmap_pkru_deassign_all(dst_pmap);
6781                 PMAP_UNLOCK(src_pmap);
6782                 PMAP_UNLOCK(dst_pmap);
6783                 if (error != ENOMEM)
6784                         break;
6785                 vm_wait(NULL);
6786         }
6787         return (error);
6788 }
6789
6790 /*
6791  * Zero the specified hardware page.
6792  */
6793 void
6794 pmap_zero_page(vm_page_t m)
6795 {
6796         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
6797
6798         pagezero((void *)va);
6799 }
6800
6801 /*
6802  * Zero an an area within a single hardware page.  off and size must not
6803  * cover an area beyond a single hardware page.
6804  */
6805 void
6806 pmap_zero_page_area(vm_page_t m, int off, int size)
6807 {
6808         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
6809
6810         if (off == 0 && size == PAGE_SIZE)
6811                 pagezero((void *)va);
6812         else
6813                 bzero((char *)va + off, size);
6814 }
6815
6816 /*
6817  * Copy 1 specified hardware page to another.
6818  */
6819 void
6820 pmap_copy_page(vm_page_t msrc, vm_page_t mdst)
6821 {
6822         vm_offset_t src = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(msrc));
6823         vm_offset_t dst = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mdst));
6824
6825         pagecopy((void *)src, (void *)dst);
6826 }
6827
6828 int unmapped_buf_allowed = 1;
6829
6830 void
6831 pmap_copy_pages(vm_page_t ma[], vm_offset_t a_offset, vm_page_t mb[],
6832     vm_offset_t b_offset, int xfersize)
6833 {
6834         void *a_cp, *b_cp;
6835         vm_page_t pages[2];
6836         vm_offset_t vaddr[2], a_pg_offset, b_pg_offset;
6837         int cnt;
6838         boolean_t mapped;
6839
6840         while (xfersize > 0) {
6841                 a_pg_offset = a_offset & PAGE_MASK;
6842                 pages[0] = ma[a_offset >> PAGE_SHIFT];
6843                 b_pg_offset = b_offset & PAGE_MASK;
6844                 pages[1] = mb[b_offset >> PAGE_SHIFT];
6845                 cnt = min(xfersize, PAGE_SIZE - a_pg_offset);
6846                 cnt = min(cnt, PAGE_SIZE - b_pg_offset);
6847                 mapped = pmap_map_io_transient(pages, vaddr, 2, FALSE);
6848                 a_cp = (char *)vaddr[0] + a_pg_offset;
6849                 b_cp = (char *)vaddr[1] + b_pg_offset;
6850                 bcopy(a_cp, b_cp, cnt);
6851                 if (__predict_false(mapped))
6852                         pmap_unmap_io_transient(pages, vaddr, 2, FALSE);
6853                 a_offset += cnt;
6854                 b_offset += cnt;
6855                 xfersize -= cnt;
6856         }
6857 }
6858
6859 /*
6860  * Returns true if the pmap's pv is one of the first
6861  * 16 pvs linked to from this page.  This count may
6862  * be changed upwards or downwards in the future; it
6863  * is only necessary that true be returned for a small
6864  * subset of pmaps for proper page aging.
6865  */
6866 boolean_t
6867 pmap_page_exists_quick(pmap_t pmap, vm_page_t m)
6868 {
6869         struct md_page *pvh;
6870         struct rwlock *lock;
6871         pv_entry_t pv;
6872         int loops = 0;
6873         boolean_t rv;
6874
6875         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
6876             ("pmap_page_exists_quick: page %p is not managed", m));
6877         rv = FALSE;
6878         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
6879         rw_rlock(lock);
6880         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
6881                 if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
6882                         rv = TRUE;
6883                         break;
6884                 }
6885                 loops++;
6886                 if (loops >= 16)
6887                         break;
6888         }
6889         if (!rv && loops < 16 && (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
6890                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
6891                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
6892                         if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
6893                                 rv = TRUE;
6894                                 break;
6895                         }
6896                         loops++;
6897                         if (loops >= 16)
6898                                 break;
6899                 }
6900         }
6901         rw_runlock(lock);
6902         return (rv);
6903 }
6904
6905 /*
6906  *      pmap_page_wired_mappings:
6907  *
6908  *      Return the number of managed mappings to the given physical page
6909  *      that are wired.
6910  */
6911 int
6912 pmap_page_wired_mappings(vm_page_t m)
6913 {
6914         struct rwlock *lock;
6915         struct md_page *pvh;
6916         pmap_t pmap;
6917         pt_entry_t *pte;
6918         pv_entry_t pv;
6919         int count, md_gen, pvh_gen;
6920
6921         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
6922                 return (0);
6923         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
6924         rw_rlock(lock);
6925 restart:
6926         count = 0;
6927         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
6928                 pmap = PV_PMAP(pv);
6929                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6930                         md_gen = m->md.pv_gen;
6931                         rw_runlock(lock);
6932                         PMAP_LOCK(pmap);
6933                         rw_rlock(lock);
6934                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
6935                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6936                                 goto restart;
6937                         }
6938                 }
6939                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va);
6940                 if ((*pte & PG_W) != 0)
6941                         count++;
6942                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6943         }
6944         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
6945                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
6946                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
6947                         pmap = PV_PMAP(pv);
6948                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6949                                 md_gen = m->md.pv_gen;
6950                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
6951                                 rw_runlock(lock);
6952                                 PMAP_LOCK(pmap);
6953                                 rw_rlock(lock);
6954                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
6955                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
6956                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
6957                                         goto restart;
6958                                 }
6959                         }
6960                         pte = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
6961                         if ((*pte & PG_W) != 0)
6962                                 count++;
6963                         PMAP_UNLOCK(pmap);
6964                 }
6965         }
6966         rw_runlock(lock);
6967         return (count);
6968 }
6969
6970 /*
6971  * Returns TRUE if the given page is mapped individually or as part of
6972  * a 2mpage.  Otherwise, returns FALSE.
6973  */
6974 boolean_t
6975 pmap_page_is_mapped(vm_page_t m)
6976 {
6977         struct rwlock *lock;
6978         boolean_t rv;
6979
6980         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
6981                 return (FALSE);
6982         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
6983         rw_rlock(lock);
6984         rv = !TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) ||
6985             ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
6986             !TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m))->pv_list));
6987         rw_runlock(lock);
6988         return (rv);
6989 }
6990
6991 /*
6992  * Destroy all managed, non-wired mappings in the given user-space
6993  * pmap.  This pmap cannot be active on any processor besides the
6994  * caller.
6995  *
6996  * This function cannot be applied to the kernel pmap.  Moreover, it
6997  * is not intended for general use.  It is only to be used during
6998  * process termination.  Consequently, it can be implemented in ways
6999  * that make it faster than pmap_remove().  First, it can more quickly
7000  * destroy mappings by iterating over the pmap's collection of PV
7001  * entries, rather than searching the page table.  Second, it doesn't
7002  * have to test and clear the page table entries atomically, because
7003  * no processor is currently accessing the user address space.  In
7004  * particular, a page table entry's dirty bit won't change state once
7005  * this function starts.
7006  *
7007  * Although this function destroys all of the pmap's managed,
7008  * non-wired mappings, it can delay and batch the invalidation of TLB
7009  * entries without calling pmap_delayed_invl_start() and
7010  * pmap_delayed_invl_finish().  Because the pmap is not active on
7011  * any other processor, none of these TLB entries will ever be used
7012  * before their eventual invalidation.  Consequently, there is no need
7013  * for either pmap_remove_all() or pmap_remove_write() to wait for
7014  * that eventual TLB invalidation.
7015  */
7016 void
7017 pmap_remove_pages(pmap_t pmap)
7018 {
7019         pd_entry_t ptepde;
7020         pt_entry_t *pte, tpte;
7021         pt_entry_t PG_M, PG_RW, PG_V;
7022         struct spglist free;
7023         struct pv_chunklist free_chunks;
7024         vm_page_t m, mpte, mt;
7025         pv_entry_t pv;
7026         struct md_page *pvh;
7027         struct pv_chunk *pc, *npc;
7028         struct rwlock *lock;
7029         int64_t bit;
7030         uint64_t inuse, bitmask;
7031         int allfree, field, freed, idx;
7032         boolean_t superpage;
7033         vm_paddr_t pa;
7034
7035         /*
7036          * Assert that the given pmap is only active on the current
7037          * CPU.  Unfortunately, we cannot block another CPU from
7038          * activating the pmap while this function is executing.
7039          */
7040         KASSERT(pmap == PCPU_GET(curpmap), ("non-current pmap %p", pmap));
7041 #ifdef INVARIANTS
7042         {
7043                 cpuset_t other_cpus;
7044
7045                 other_cpus = all_cpus;
7046                 critical_enter();
7047                 CPU_CLR(PCPU_GET(cpuid), &other_cpus);
7048                 CPU_AND(&other_cpus, &pmap->pm_active);
7049                 critical_exit();
7050                 KASSERT(CPU_EMPTY(&other_cpus), ("pmap active %p", pmap));
7051         }
7052 #endif
7053
7054         lock = NULL;
7055         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7056         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7057         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7058
7059         TAILQ_INIT(&free_chunks);
7060         SLIST_INIT(&free);
7061         PMAP_LOCK(pmap);
7062         TAILQ_FOREACH_SAFE(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list, npc) {
7063                 allfree = 1;
7064                 freed = 0;
7065                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
7066                         inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
7067                         while (inuse != 0) {
7068                                 bit = bsfq(inuse);
7069                                 bitmask = 1UL << bit;
7070                                 idx = field * 64 + bit;
7071                                 pv = &pc->pc_pventry[idx];
7072                                 inuse &= ~bitmask;
7073
7074                                 pte = pmap_pdpe(pmap, pv->pv_va);
7075                                 ptepde = *pte;
7076                                 pte = pmap_pdpe_to_pde(pte, pv->pv_va);
7077                                 tpte = *pte;
7078                                 if ((tpte & (PG_PS | PG_V)) == PG_V) {
7079                                         superpage = FALSE;
7080                                         ptepde = tpte;
7081                                         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(tpte &
7082                                             PG_FRAME);
7083                                         pte = &pte[pmap_pte_index(pv->pv_va)];
7084                                         tpte = *pte;
7085                                 } else {
7086                                         /*
7087                                          * Keep track whether 'tpte' is a
7088                                          * superpage explicitly instead of
7089                                          * relying on PG_PS being set.
7090                                          *
7091                                          * This is because PG_PS is numerically
7092                                          * identical to PG_PTE_PAT and thus a
7093                                          * regular page could be mistaken for
7094                                          * a superpage.
7095                                          */
7096                                         superpage = TRUE;
7097                                 }
7098
7099                                 if ((tpte & PG_V) == 0) {
7100                                         panic("bad pte va %lx pte %lx",
7101                                             pv->pv_va, tpte);
7102                                 }
7103
7104 /*
7105  * We cannot remove wired pages from a process' mapping at this time
7106  */
7107                                 if (tpte & PG_W) {
7108                                         allfree = 0;
7109                                         continue;
7110                                 }
7111
7112                                 if (superpage)
7113                                         pa = tpte & PG_PS_FRAME;
7114                                 else
7115                                         pa = tpte & PG_FRAME;
7116
7117                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
7118                                 KASSERT(m->phys_addr == pa,
7119                                     ("vm_page_t %p phys_addr mismatch %016jx %016jx",
7120                                     m, (uintmax_t)m->phys_addr,
7121                                     (uintmax_t)tpte));
7122
7123                                 KASSERT((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
7124                                     m < &vm_page_array[vm_page_array_size],
7125                                     ("pmap_remove_pages: bad tpte %#jx",
7126                                     (uintmax_t)tpte));
7127
7128                                 pte_clear(pte);
7129
7130                                 /*
7131                                  * Update the vm_page_t clean/reference bits.
7132                                  */
7133                                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
7134                                         if (superpage) {
7135                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
7136                                                         vm_page_dirty(mt);
7137                                         } else
7138                                                 vm_page_dirty(m);
7139                                 }
7140
7141                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(&lock, m);
7142
7143                                 /* Mark free */
7144                                 pc->pc_map[field] |= bitmask;
7145                                 if (superpage) {
7146                                         pmap_resident_count_dec(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
7147                                         pvh = pa_to_pvh(tpte & PG_PS_FRAME);
7148                                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
7149                                         pvh->pv_gen++;
7150                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
7151                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
7152                                                         if ((mt->aflags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
7153                                                             TAILQ_EMPTY(&mt->md.pv_list))
7154                                                                 vm_page_aflag_clear(mt, PGA_WRITEABLE);
7155                                         }
7156                                         mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, pv->pv_va);
7157                                         if (mpte != NULL) {
7158                                                 KASSERT(mpte->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
7159                                                     ("pmap_remove_pages: pte page not promoted"));
7160                                                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
7161                                                 KASSERT(mpte->ref_count == NPTEPG,
7162                                                     ("pmap_remove_pages: pte page reference count error"));
7163                                                 mpte->ref_count = 0;
7164                                                 pmap_add_delayed_free_list(mpte, &free, FALSE);
7165                                         }
7166                                 } else {
7167                                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
7168                                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
7169                                         m->md.pv_gen++;
7170                                         if ((m->aflags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
7171                                             TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
7172                                             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
7173                                                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
7174                                                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
7175                                                         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
7176                                         }
7177                                 }
7178                                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, ptepde, &free);
7179                                 freed++;
7180                         }
7181                 }
7182                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
7183                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
7184                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
7185                 if (allfree) {
7186                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
7187                         TAILQ_INSERT_TAIL(&free_chunks, pc, pc_list);
7188                 }
7189         }
7190         if (lock != NULL)
7191                 rw_wunlock(lock);
7192         pmap_invalidate_all(pmap);
7193         pmap_pkru_deassign_all(pmap);
7194         free_pv_chunk_batch(&free_chunks);
7195         PMAP_UNLOCK(pmap);
7196         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
7197 }
7198
7199 static boolean_t
7200 pmap_page_test_mappings(vm_page_t m, boolean_t accessed, boolean_t modified)
7201 {
7202         struct rwlock *lock;
7203         pv_entry_t pv;
7204         struct md_page *pvh;
7205         pt_entry_t *pte, mask;
7206         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
7207         pmap_t pmap;
7208         int md_gen, pvh_gen;
7209         boolean_t rv;
7210
7211         rv = FALSE;
7212         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
7213         rw_rlock(lock);
7214 restart:
7215         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
7216                 pmap = PV_PMAP(pv);
7217                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
7218                         md_gen = m->md.pv_gen;
7219                         rw_runlock(lock);
7220                         PMAP_LOCK(pmap);
7221                         rw_rlock(lock);
7222                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
7223                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7224                                 goto restart;
7225                         }
7226                 }
7227                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va);
7228                 mask = 0;
7229                 if (modified) {
7230                         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7231                         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7232                         mask |= PG_RW | PG_M;
7233                 }
7234                 if (accessed) {
7235                         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
7236                         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7237                         mask |= PG_V | PG_A;
7238                 }
7239                 rv = (*pte & mask) == mask;
7240                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7241                 if (rv)
7242                         goto out;
7243         }
7244         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
7245                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
7246                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
7247                         pmap = PV_PMAP(pv);
7248                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
7249                                 md_gen = m->md.pv_gen;
7250                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
7251                                 rw_runlock(lock);
7252                                 PMAP_LOCK(pmap);
7253                                 rw_rlock(lock);
7254                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
7255                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
7256                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
7257                                         goto restart;
7258                                 }
7259                         }
7260                         pte = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
7261                         mask = 0;
7262                         if (modified) {
7263                                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7264                                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7265                                 mask |= PG_RW | PG_M;
7266                         }
7267                         if (accessed) {
7268                                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
7269                                 PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7270                                 mask |= PG_V | PG_A;
7271                         }
7272                         rv = (*pte & mask) == mask;
7273                         PMAP_UNLOCK(pmap);
7274                         if (rv)
7275                                 goto out;
7276                 }
7277         }
7278 out:
7279         rw_runlock(lock);
7280         return (rv);
7281 }
7282
7283 /*
7284  *      pmap_is_modified:
7285  *
7286  *      Return whether or not the specified physical page was modified
7287  *      in any physical maps.
7288  */
7289 boolean_t
7290 pmap_is_modified(vm_page_t m)
7291 {
7292
7293         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
7294             ("pmap_is_modified: page %p is not managed", m));
7295
7296         /*
7297          * If the page is not busied then this check is racy.
7298          */
7299         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
7300                 return (FALSE);
7301         return (pmap_page_test_mappings(m, FALSE, TRUE));
7302 }
7303
7304 /*
7305  *      pmap_is_prefaultable:
7306  *
7307  *      Return whether or not the specified virtual address is eligible
7308  *      for prefault.
7309  */
7310 boolean_t
7311 pmap_is_prefaultable(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
7312 {
7313         pd_entry_t *pde;
7314         pt_entry_t *pte, PG_V;
7315         boolean_t rv;
7316
7317         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7318         rv = FALSE;
7319         PMAP_LOCK(pmap);
7320         pde = pmap_pde(pmap, addr);
7321         if (pde != NULL && (*pde & (PG_PS | PG_V)) == PG_V) {
7322                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, addr);
7323                 rv = (*pte & PG_V) == 0;
7324         }
7325         PMAP_UNLOCK(pmap);
7326         return (rv);
7327 }
7328
7329 /*
7330  *      pmap_is_referenced:
7331  *
7332  *      Return whether or not the specified physical page was referenced
7333  *      in any physical maps.
7334  */
7335 boolean_t
7336 pmap_is_referenced(vm_page_t m)
7337 {
7338
7339         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
7340             ("pmap_is_referenced: page %p is not managed", m));
7341         return (pmap_page_test_mappings(m, TRUE, FALSE));
7342 }
7343
7344 /*
7345  * Clear the write and modified bits in each of the given page's mappings.
7346  */
7347 void
7348 pmap_remove_write(vm_page_t m)
7349 {
7350         struct md_page *pvh;
7351         pmap_t pmap;
7352         struct rwlock *lock;
7353         pv_entry_t next_pv, pv;
7354         pd_entry_t *pde;
7355         pt_entry_t oldpte, *pte, PG_M, PG_RW;
7356         vm_offset_t va;
7357         int pvh_gen, md_gen;
7358
7359         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
7360             ("pmap_remove_write: page %p is not managed", m));
7361
7362         vm_page_assert_busied(m);
7363         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
7364                 return;
7365
7366         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
7367         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
7368             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
7369 retry_pv_loop:
7370         rw_wlock(lock);
7371         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
7372                 pmap = PV_PMAP(pv);
7373                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
7374                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
7375                         rw_wunlock(lock);
7376                         PMAP_LOCK(pmap);
7377                         rw_wlock(lock);
7378                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
7379                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7380                                 rw_wunlock(lock);
7381                                 goto retry_pv_loop;
7382                         }
7383                 }
7384                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7385                 va = pv->pv_va;
7386                 pde = pmap_pde(pmap, va);
7387                 if ((*pde & PG_RW) != 0)
7388                         (void)pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
7389                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
7390                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
7391                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
7392                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7393         }
7394         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
7395                 pmap = PV_PMAP(pv);
7396                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
7397                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
7398                         md_gen = m->md.pv_gen;
7399                         rw_wunlock(lock);
7400                         PMAP_LOCK(pmap);
7401                         rw_wlock(lock);
7402                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen ||
7403                             md_gen != m->md.pv_gen) {
7404                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7405                                 rw_wunlock(lock);
7406                                 goto retry_pv_loop;
7407                         }
7408                 }
7409                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7410                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7411                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
7412                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0,
7413                     ("pmap_remove_write: found a 2mpage in page %p's pv list",
7414                     m));
7415                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
7416 retry:
7417                 oldpte = *pte;
7418                 if (oldpte & PG_RW) {
7419                         if (!atomic_cmpset_long(pte, oldpte, oldpte &
7420                             ~(PG_RW | PG_M)))
7421                                 goto retry;
7422                         if ((oldpte & PG_M) != 0)
7423                                 vm_page_dirty(m);
7424                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
7425                 }
7426                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7427         }
7428         rw_wunlock(lock);
7429         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
7430         pmap_delayed_invl_wait(m);
7431 }
7432
7433 static __inline boolean_t
7434 safe_to_clear_referenced(pmap_t pmap, pt_entry_t pte)
7435 {
7436
7437         if (!pmap_emulate_ad_bits(pmap))
7438                 return (TRUE);
7439
7440         KASSERT(pmap->pm_type == PT_EPT, ("invalid pm_type %d", pmap->pm_type));
7441
7442         /*
7443          * XWR = 010 or 110 will cause an unconditional EPT misconfiguration
7444          * so we don't let the referenced (aka EPT_PG_READ) bit to be cleared
7445          * if the EPT_PG_WRITE bit is set.
7446          */
7447         if ((pte & EPT_PG_WRITE) != 0)
7448                 return (FALSE);
7449
7450         /*
7451          * XWR = 100 is allowed only if the PMAP_SUPPORTS_EXEC_ONLY is set.
7452          */
7453         if ((pte & EPT_PG_EXECUTE) == 0 ||
7454             ((pmap->pm_flags & PMAP_SUPPORTS_EXEC_ONLY) != 0))
7455                 return (TRUE);
7456         else
7457                 return (FALSE);
7458 }
7459
7460 /*
7461  *      pmap_ts_referenced:
7462  *
7463  *      Return a count of reference bits for a page, clearing those bits.
7464  *      It is not necessary for every reference bit to be cleared, but it
7465  *      is necessary that 0 only be returned when there are truly no
7466  *      reference bits set.
7467  *
7468  *      As an optimization, update the page's dirty field if a modified bit is
7469  *      found while counting reference bits.  This opportunistic update can be
7470  *      performed at low cost and can eliminate the need for some future calls
7471  *      to pmap_is_modified().  However, since this function stops after
7472  *      finding PMAP_TS_REFERENCED_MAX reference bits, it may not detect some
7473  *      dirty pages.  Those dirty pages will only be detected by a future call
7474  *      to pmap_is_modified().
7475  *
7476  *      A DI block is not needed within this function, because
7477  *      invalidations are performed before the PV list lock is
7478  *      released.
7479  */
7480 int
7481 pmap_ts_referenced(vm_page_t m)
7482 {
7483         struct md_page *pvh;
7484         pv_entry_t pv, pvf;
7485         pmap_t pmap;
7486         struct rwlock *lock;
7487         pd_entry_t oldpde, *pde;
7488         pt_entry_t *pte, PG_A, PG_M, PG_RW;
7489         vm_offset_t va;
7490         vm_paddr_t pa;
7491         int cleared, md_gen, not_cleared, pvh_gen;
7492         struct spglist free;
7493         boolean_t demoted;
7494
7495         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
7496             ("pmap_ts_referenced: page %p is not managed", m));
7497         SLIST_INIT(&free);
7498         cleared = 0;
7499         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
7500         lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);
7501         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy : pa_to_pvh(pa);
7502         rw_wlock(lock);
7503 retry:
7504         not_cleared = 0;
7505         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) == NULL)
7506                 goto small_mappings;
7507         pv = pvf;
7508         do {
7509                 if (pvf == NULL)
7510                         pvf = pv;
7511                 pmap = PV_PMAP(pv);
7512                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
7513                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
7514                         rw_wunlock(lock);
7515                         PMAP_LOCK(pmap);
7516                         rw_wlock(lock);
7517                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
7518                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7519                                 goto retry;
7520                         }
7521                 }
7522                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
7523                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7524                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7525                 va = pv->pv_va;
7526                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
7527                 oldpde = *pde;
7528                 if ((oldpde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
7529                         /*
7530                          * Although "oldpde" is mapping a 2MB page, because
7531                          * this function is called at a 4KB page granularity,
7532                          * we only update the 4KB page under test.
7533                          */
7534                         vm_page_dirty(m);
7535                 }
7536                 if ((oldpde & PG_A) != 0) {
7537                         /*
7538                          * Since this reference bit is shared by 512 4KB
7539                          * pages, it should not be cleared every time it is
7540                          * tested.  Apply a simple "hash" function on the
7541                          * physical page number, the virtual superpage number,
7542                          * and the pmap address to select one 4KB page out of
7543                          * the 512 on which testing the reference bit will
7544                          * result in clearing that reference bit.  This
7545                          * function is designed to avoid the selection of the
7546                          * same 4KB page for every 2MB page mapping.
7547                          *
7548                          * On demotion, a mapping that hasn't been referenced
7549                          * is simply destroyed.  To avoid the possibility of a
7550                          * subsequent page fault on a demoted wired mapping,
7551                          * always leave its reference bit set.  Moreover,
7552                          * since the superpage is wired, the current state of
7553                          * its reference bit won't affect page replacement.
7554                          */
7555                         if ((((pa >> PAGE_SHIFT) ^ (pv->pv_va >> PDRSHIFT) ^
7556                             (uintptr_t)pmap) & (NPTEPG - 1)) == 0 &&
7557                             (oldpde & PG_W) == 0) {
7558                                 if (safe_to_clear_referenced(pmap, oldpde)) {
7559                                         atomic_clear_long(pde, PG_A);
7560                                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
7561                                         demoted = FALSE;
7562                                 } else if (pmap_demote_pde_locked(pmap, pde,
7563                                     pv->pv_va, &lock)) {
7564                                         /*
7565                                          * Remove the mapping to a single page
7566                                          * so that a subsequent access may
7567                                          * repromote.  Since the underlying
7568                                          * page table page is fully populated,
7569                                          * this removal never frees a page
7570                                          * table page.
7571                                          */
7572                                         demoted = TRUE;
7573                                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde &
7574                                             PG_PS_FRAME);
7575                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
7576                                         pmap_remove_pte(pmap, pte, va, *pde,
7577                                             NULL, &lock);
7578                                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
7579                                 } else
7580                                         demoted = TRUE;
7581
7582                                 if (demoted) {
7583                                         /*
7584                                          * The superpage mapping was removed
7585                                          * entirely and therefore 'pv' is no
7586                                          * longer valid.
7587                                          */
7588                                         if (pvf == pv)
7589                                                 pvf = NULL;
7590                                         pv = NULL;
7591                                 }
7592                                 cleared++;
7593                                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
7594                                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
7595                                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
7596                         } else
7597                                 not_cleared++;
7598                 }
7599                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7600                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
7601                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
7602                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
7603                         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
7604                         pvh->pv_gen++;
7605                 }
7606                 if (cleared + not_cleared >= PMAP_TS_REFERENCED_MAX)
7607                         goto out;
7608         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != pvf);
7609 small_mappings:
7610         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) == NULL)
7611                 goto out;
7612         pv = pvf;
7613         do {
7614                 if (pvf == NULL)
7615                         pvf = pv;
7616                 pmap = PV_PMAP(pv);
7617                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
7618                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
7619                         md_gen = m->md.pv_gen;
7620                         rw_wunlock(lock);
7621                         PMAP_LOCK(pmap);
7622                         rw_wlock(lock);
7623                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
7624                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7625                                 goto retry;
7626                         }
7627                 }
7628                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
7629                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7630                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7631                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
7632                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0,
7633                     ("pmap_ts_referenced: found a 2mpage in page %p's pv list",
7634                     m));
7635                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
7636                 if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
7637                         vm_page_dirty(m);
7638                 if ((*pte & PG_A) != 0) {
7639                         if (safe_to_clear_referenced(pmap, *pte)) {
7640                                 atomic_clear_long(pte, PG_A);
7641                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
7642                                 cleared++;
7643                         } else if ((*pte & PG_W) == 0) {
7644                                 /*
7645                                  * Wired pages cannot be paged out so
7646                                  * doing accessed bit emulation for
7647                                  * them is wasted effort. We do the
7648                                  * hard work for unwired pages only.
7649                                  */
7650                                 pmap_remove_pte(pmap, pte, pv->pv_va,
7651                                     *pde, &free, &lock);
7652                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
7653                                 cleared++;
7654                                 if (pvf == pv)
7655                                         pvf = NULL;
7656                                 pv = NULL;
7657                                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
7658                                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
7659                                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
7660                         } else
7661                                 not_cleared++;
7662                 }
7663                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7664                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
7665                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
7666                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
7667                         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
7668                         m->md.pv_gen++;
7669                 }
7670         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != pvf && cleared +
7671             not_cleared < PMAP_TS_REFERENCED_MAX);
7672 out:
7673         rw_wunlock(lock);
7674         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
7675         return (cleared + not_cleared);
7676 }
7677
7678 /*
7679  *      Apply the given advice to the specified range of addresses within the
7680  *      given pmap.  Depending on the advice, clear the referenced and/or
7681  *      modified flags in each mapping and set the mapped page's dirty field.
7682  */
7683 void
7684 pmap_advise(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, int advice)
7685 {
7686         struct rwlock *lock;
7687         pml4_entry_t *pml4e;
7688         pdp_entry_t *pdpe;
7689         pd_entry_t oldpde, *pde;
7690         pt_entry_t *pte, PG_A, PG_G, PG_M, PG_RW, PG_V;
7691         vm_offset_t va, va_next;
7692         vm_page_t m;
7693         bool anychanged;
7694
7695         if (advice != MADV_DONTNEED && advice != MADV_FREE)
7696                 return;
7697
7698         /*
7699          * A/D bit emulation requires an alternate code path when clearing
7700          * the modified and accessed bits below. Since this function is
7701          * advisory in nature we skip it entirely for pmaps that require
7702          * A/D bit emulation.
7703          */
7704         if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
7705                 return;
7706
7707         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
7708         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
7709         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7710         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7711         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7712         anychanged = false;
7713         pmap_delayed_invl_start();
7714         PMAP_LOCK(pmap);
7715         for (; sva < eva; sva = va_next) {
7716                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
7717                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
7718                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
7719                         if (va_next < sva)
7720                                 va_next = eva;
7721                         continue;
7722                 }
7723                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
7724                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
7725                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
7726                         if (va_next < sva)
7727                                 va_next = eva;
7728                         continue;
7729                 }
7730                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
7731                 if (va_next < sva)
7732                         va_next = eva;
7733                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
7734                 oldpde = *pde;
7735                 if ((oldpde & PG_V) == 0)
7736                         continue;
7737                 else if ((oldpde & PG_PS) != 0) {
7738                         if ((oldpde & PG_MANAGED) == 0)
7739                                 continue;
7740                         lock = NULL;
7741                         if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, sva, &lock)) {
7742                                 if (lock != NULL)
7743                                         rw_wunlock(lock);
7744
7745                                 /*
7746                                  * The large page mapping was destroyed.
7747                                  */
7748                                 continue;
7749                         }
7750
7751                         /*
7752                          * Unless the page mappings are wired, remove the
7753                          * mapping to a single page so that a subsequent
7754                          * access may repromote.  Choosing the last page
7755                          * within the address range [sva, min(va_next, eva))
7756                          * generally results in more repromotions.  Since the
7757                          * underlying page table page is fully populated, this
7758                          * removal never frees a page table page.
7759                          */
7760                         if ((oldpde & PG_W) == 0) {
7761                                 va = eva;
7762                                 if (va > va_next)
7763                                         va = va_next;
7764                                 va -= PAGE_SIZE;
7765                                 KASSERT(va >= sva,
7766                                     ("pmap_advise: no address gap"));
7767                                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
7768                                 KASSERT((*pte & PG_V) != 0,
7769                                     ("pmap_advise: invalid PTE"));
7770                                 pmap_remove_pte(pmap, pte, va, *pde, NULL,
7771                                     &lock);
7772                                 anychanged = true;
7773                         }
7774                         if (lock != NULL)
7775                                 rw_wunlock(lock);
7776                 }
7777                 if (va_next > eva)
7778                         va_next = eva;
7779                 va = va_next;
7780                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
7781                     sva += PAGE_SIZE) {
7782                         if ((*pte & (PG_MANAGED | PG_V)) != (PG_MANAGED | PG_V))
7783                                 goto maybe_invlrng;
7784                         else if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
7785                                 if (advice == MADV_DONTNEED) {
7786                                         /*
7787                                          * Future calls to pmap_is_modified()
7788                                          * can be avoided by making the page
7789                                          * dirty now.
7790                                          */
7791                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pte & PG_FRAME);
7792                                         vm_page_dirty(m);
7793                                 }
7794                                 atomic_clear_long(pte, PG_M | PG_A);
7795                         } else if ((*pte & PG_A) != 0)
7796                                 atomic_clear_long(pte, PG_A);
7797                         else
7798                                 goto maybe_invlrng;
7799
7800                         if ((*pte & PG_G) != 0) {
7801                                 if (va == va_next)
7802                                         va = sva;
7803                         } else
7804                                 anychanged = true;
7805                         continue;
7806 maybe_invlrng:
7807                         if (va != va_next) {
7808                                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
7809                                 va = va_next;
7810                         }
7811                 }
7812                 if (va != va_next)
7813                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
7814         }
7815         if (anychanged)
7816                 pmap_invalidate_all(pmap);
7817         PMAP_UNLOCK(pmap);
7818         pmap_delayed_invl_finish();
7819 }
7820
7821 /*
7822  *      Clear the modify bits on the specified physical page.
7823  */
7824 void
7825 pmap_clear_modify(vm_page_t m)
7826 {
7827         struct md_page *pvh;
7828         pmap_t pmap;
7829         pv_entry_t next_pv, pv;
7830         pd_entry_t oldpde, *pde;
7831         pt_entry_t *pte, PG_M, PG_RW;
7832         struct rwlock *lock;
7833         vm_offset_t va;
7834         int md_gen, pvh_gen;
7835
7836         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
7837             ("pmap_clear_modify: page %p is not managed", m));
7838         vm_page_assert_busied(m);
7839
7840         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
7841                 return;
7842         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
7843             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
7844         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
7845         rw_wlock(lock);
7846 restart:
7847         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
7848                 pmap = PV_PMAP(pv);
7849                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
7850                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
7851                         rw_wunlock(lock);
7852                         PMAP_LOCK(pmap);
7853                         rw_wlock(lock);
7854                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
7855                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7856                                 goto restart;
7857                         }
7858                 }
7859                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7860                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7861                 va = pv->pv_va;
7862                 pde = pmap_pde(pmap, va);
7863                 oldpde = *pde;
7864                 /* If oldpde has PG_RW set, then it also has PG_M set. */
7865                 if ((oldpde & PG_RW) != 0 &&
7866                     pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock) &&
7867                     (oldpde & PG_W) == 0) {
7868                         /*
7869                          * Write protect the mapping to a single page so that
7870                          * a subsequent write access may repromote.
7871                          */
7872                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde & PG_PS_FRAME);
7873                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
7874                         atomic_clear_long(pte, PG_M | PG_RW);
7875                         vm_page_dirty(m);
7876                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
7877                 }
7878                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7879         }
7880         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
7881                 pmap = PV_PMAP(pv);
7882                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
7883                         md_gen = m->md.pv_gen;
7884                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
7885                         rw_wunlock(lock);
7886                         PMAP_LOCK(pmap);
7887                         rw_wlock(lock);
7888                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
7889                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7890                                 goto restart;
7891                         }
7892                 }
7893                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7894                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7895                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
7896                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_clear_modify: found"
7897                     " a 2mpage in page %p's pv list", m));
7898                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
7899                 if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
7900                         atomic_clear_long(pte, PG_M);
7901                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
7902                 }
7903                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7904         }
7905         rw_wunlock(lock);
7906 }
7907
7908 /*
7909  * Miscellaneous support routines follow
7910  */
7911
7912 /* Adjust the properties for a leaf page table entry. */
7913 static __inline void
7914 pmap_pte_props(pt_entry_t *pte, u_long bits, u_long mask)
7915 {
7916         u_long opte, npte;
7917
7918         opte = *(u_long *)pte;
7919         do {
7920                 npte = opte & ~mask;
7921                 npte |= bits;
7922         } while (npte != opte && !atomic_fcmpset_long((u_long *)pte, &opte,
7923             npte));
7924 }
7925
7926 /*
7927  * Map a set of physical memory pages into the kernel virtual
7928  * address space. Return a pointer to where it is mapped. This
7929  * routine is intended to be used for mapping device memory,
7930  * NOT real memory.
7931  */
7932 static void *
7933 pmap_mapdev_internal(vm_paddr_t pa, vm_size_t size, int mode, int flags)
7934 {
7935         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
7936         vm_offset_t va, offset;
7937         vm_size_t tmpsize;
7938         int i;
7939
7940         offset = pa & PAGE_MASK;
7941         size = round_page(offset + size);
7942         pa = trunc_page(pa);
7943
7944         if (!pmap_initialized) {
7945                 va = 0;
7946                 for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
7947                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
7948                         if (ppim->va == 0) {
7949                                 ppim->pa = pa;
7950                                 ppim->sz = size;
7951                                 ppim->mode = mode;
7952                                 ppim->va = virtual_avail;
7953                                 virtual_avail += size;
7954                                 va = ppim->va;
7955                                 break;
7956                         }
7957                 }
7958                 if (va == 0)
7959                         panic("%s: too many preinit mappings", __func__);
7960         } else {
7961                 /*
7962                  * If we have a preinit mapping, re-use it.
7963                  */
7964                 for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
7965                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
7966                         if (ppim->pa == pa && ppim->sz == size &&
7967                             (ppim->mode == mode ||
7968                             (flags & MAPDEV_SETATTR) == 0))
7969                                 return ((void *)(ppim->va + offset));
7970                 }
7971                 /*
7972                  * If the specified range of physical addresses fits within
7973                  * the direct map window, use the direct map.
7974                  */
7975                 if (pa < dmaplimit && pa + size <= dmaplimit) {
7976                         va = PHYS_TO_DMAP(pa);
7977                         if ((flags & MAPDEV_SETATTR) != 0) {
7978                                 PMAP_LOCK(kernel_pmap);
7979                                 i = pmap_change_props_locked(va, size,
7980                                     PROT_NONE, mode, flags);
7981                                 PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
7982                         } else
7983                                 i = 0;
7984                         if (!i)
7985                                 return ((void *)(va + offset));
7986                 }
7987                 va = kva_alloc(size);
7988                 if (va == 0)
7989                         panic("%s: Couldn't allocate KVA", __func__);
7990         }
7991         for (tmpsize = 0; tmpsize < size; tmpsize += PAGE_SIZE)
7992                 pmap_kenter_attr(va + tmpsize, pa + tmpsize, mode);
7993         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, va, va + tmpsize);
7994         if ((flags & MAPDEV_FLUSHCACHE) != 0)
7995                 pmap_invalidate_cache_range(va, va + tmpsize);
7996         return ((void *)(va + offset));
7997 }
7998
7999 void *
8000 pmap_mapdev_attr(vm_paddr_t pa, vm_size_t size, int mode)
8001 {
8002
8003         return (pmap_mapdev_internal(pa, size, mode, MAPDEV_FLUSHCACHE |
8004             MAPDEV_SETATTR));
8005 }
8006
8007 void *
8008 pmap_mapdev(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
8009 {
8010
8011         return (pmap_mapdev_attr(pa, size, PAT_UNCACHEABLE));
8012 }
8013
8014 void *
8015 pmap_mapdev_pciecfg(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
8016 {
8017
8018         return (pmap_mapdev_internal(pa, size, PAT_UNCACHEABLE,
8019             MAPDEV_SETATTR));
8020 }
8021
8022 void *
8023 pmap_mapbios(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
8024 {
8025
8026         return (pmap_mapdev_internal(pa, size, PAT_WRITE_BACK,
8027             MAPDEV_FLUSHCACHE));
8028 }
8029
8030 void
8031 pmap_unmapdev(vm_offset_t va, vm_size_t size)
8032 {
8033         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
8034         vm_offset_t offset;
8035         int i;
8036
8037         /* If we gave a direct map region in pmap_mapdev, do nothing */
8038         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS)
8039                 return;
8040         offset = va & PAGE_MASK;
8041         size = round_page(offset + size);
8042         va = trunc_page(va);
8043         for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
8044                 ppim = pmap_preinit_mapping + i;
8045                 if (ppim->va == va && ppim->sz == size) {
8046                         if (pmap_initialized)
8047                                 return;
8048                         ppim->pa = 0;
8049                         ppim->va = 0;
8050                         ppim->sz = 0;
8051                         ppim->mode = 0;
8052                         if (va + size == virtual_avail)
8053                                 virtual_avail = va;
8054                         return;
8055                 }
8056         }
8057         if (pmap_initialized)
8058                 kva_free(va, size);
8059 }
8060
8061 /*
8062  * Tries to demote a 1GB page mapping.
8063  */
8064 static boolean_t
8065 pmap_demote_pdpe(pmap_t pmap, pdp_entry_t *pdpe, vm_offset_t va)
8066 {
8067         pdp_entry_t newpdpe, oldpdpe;
8068         pd_entry_t *firstpde, newpde, *pde;
8069         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
8070         vm_paddr_t pdpgpa;
8071         vm_page_t pdpg;
8072
8073         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
8074         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
8075         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
8076         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8077
8078         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
8079         oldpdpe = *pdpe;
8080         KASSERT((oldpdpe & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V),
8081             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_PS and/or PG_V"));
8082         if ((pdpg = vm_page_alloc(NULL, va >> PDPSHIFT, VM_ALLOC_INTERRUPT |
8083             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED)) == NULL) {
8084                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pdpe: failure for va %#lx"
8085                     " in pmap %p", va, pmap);
8086                 return (FALSE);
8087         }
8088         pdpgpa = VM_PAGE_TO_PHYS(pdpg);
8089         firstpde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pdpgpa);
8090         newpdpe = pdpgpa | PG_M | PG_A | (oldpdpe & PG_U) | PG_RW | PG_V;
8091         KASSERT((oldpdpe & PG_A) != 0,
8092             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_A"));
8093         KASSERT((oldpdpe & (PG_M | PG_RW)) != PG_RW,
8094             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_M"));
8095         newpde = oldpdpe;
8096
8097         /*
8098          * Initialize the page directory page.
8099          */
8100         for (pde = firstpde; pde < firstpde + NPDEPG; pde++) {
8101                 *pde = newpde;
8102                 newpde += NBPDR;
8103         }
8104
8105         /*
8106          * Demote the mapping.
8107          */
8108         *pdpe = newpdpe;
8109
8110         /*
8111          * Invalidate a stale recursive mapping of the page directory page.
8112          */
8113         pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopde(va));
8114
8115         pmap_pdpe_demotions++;
8116         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pdpe: success for va %#lx"
8117             " in pmap %p", va, pmap);
8118         return (TRUE);
8119 }
8120
8121 /*
8122  * Sets the memory attribute for the specified page.
8123  */
8124 void
8125 pmap_page_set_memattr(vm_page_t m, vm_memattr_t ma)
8126 {
8127
8128         m->md.pat_mode = ma;
8129
8130         /*
8131          * If "m" is a normal page, update its direct mapping.  This update
8132          * can be relied upon to perform any cache operations that are
8133          * required for data coherence.
8134          */
8135         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
8136             pmap_change_attr(PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m)), PAGE_SIZE,
8137             m->md.pat_mode))
8138                 panic("memory attribute change on the direct map failed");
8139 }
8140
8141 /*
8142  * Changes the specified virtual address range's memory type to that given by
8143  * the parameter "mode".  The specified virtual address range must be
8144  * completely contained within either the direct map or the kernel map.  If
8145  * the virtual address range is contained within the kernel map, then the
8146  * memory type for each of the corresponding ranges of the direct map is also
8147  * changed.  (The corresponding ranges of the direct map are those ranges that
8148  * map the same physical pages as the specified virtual address range.)  These
8149  * changes to the direct map are necessary because Intel describes the
8150  * behavior of their processors as "undefined" if two or more mappings to the
8151  * same physical page have different memory types.
8152  *
8153  * Returns zero if the change completed successfully, and either EINVAL or
8154  * ENOMEM if the change failed.  Specifically, EINVAL is returned if some part
8155  * of the virtual address range was not mapped, and ENOMEM is returned if
8156  * there was insufficient memory available to complete the change.  In the
8157  * latter case, the memory type may have been changed on some part of the
8158  * virtual address range or the direct map.
8159  */
8160 int
8161 pmap_change_attr(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
8162 {
8163         int error;
8164
8165         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
8166         error = pmap_change_props_locked(va, size, PROT_NONE, mode,
8167             MAPDEV_FLUSHCACHE);
8168         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
8169         return (error);
8170 }
8171
8172 /*
8173  * Changes the specified virtual address range's protections to those
8174  * specified by "prot".  Like pmap_change_attr(), protections for aliases
8175  * in the direct map are updated as well.  Protections on aliasing mappings may
8176  * be a subset of the requested protections; for example, mappings in the direct
8177  * map are never executable.
8178  */
8179 int
8180 pmap_change_prot(vm_offset_t va, vm_size_t size, vm_prot_t prot)
8181 {
8182         int error;
8183
8184         /* Only supported within the kernel map. */
8185         if (va < VM_MIN_KERNEL_ADDRESS)
8186                 return (EINVAL);
8187
8188         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
8189         error = pmap_change_props_locked(va, size, prot, -1,
8190             MAPDEV_ASSERTVALID);
8191         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
8192         return (error);
8193 }
8194
8195 static int
8196 pmap_change_props_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size, vm_prot_t prot,
8197     int mode, int flags)
8198 {
8199         vm_offset_t base, offset, tmpva;
8200         vm_paddr_t pa_start, pa_end, pa_end1;
8201         pdp_entry_t *pdpe;
8202         pd_entry_t *pde, pde_bits, pde_mask;
8203         pt_entry_t *pte, pte_bits, pte_mask;
8204         int error;
8205         bool changed;
8206
8207         PMAP_LOCK_ASSERT(kernel_pmap, MA_OWNED);
8208         base = trunc_page(va);
8209         offset = va & PAGE_MASK;
8210         size = round_page(offset + size);
8211
8212         /*
8213          * Only supported on kernel virtual addresses, including the direct
8214          * map but excluding the recursive map.
8215          */
8216         if (base < DMAP_MIN_ADDRESS)
8217                 return (EINVAL);
8218
8219         /*
8220          * Construct our flag sets and masks.  "bits" is the subset of
8221          * "mask" that will be set in each modified PTE.
8222          *
8223          * Mappings in the direct map are never allowed to be executable.
8224          */
8225         pde_bits = pte_bits = 0;
8226         pde_mask = pte_mask = 0;
8227         if (mode != -1) {
8228                 pde_bits |= pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, true);
8229                 pde_mask |= X86_PG_PDE_CACHE;
8230                 pte_bits |= pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, false);
8231                 pte_mask |= X86_PG_PTE_CACHE;
8232         }
8233         if (prot != VM_PROT_NONE) {
8234                 if ((prot & VM_PROT_WRITE) != 0) {
8235                         pde_bits |= X86_PG_RW;
8236                         pte_bits |= X86_PG_RW;
8237                 }
8238                 if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0 ||
8239                     va < VM_MIN_KERNEL_ADDRESS) {
8240                         pde_bits |= pg_nx;
8241                         pte_bits |= pg_nx;
8242                 }
8243                 pde_mask |= X86_PG_RW | pg_nx;
8244                 pte_mask |= X86_PG_RW | pg_nx;
8245         }
8246
8247         /*
8248          * Pages that aren't mapped aren't supported.  Also break down 2MB pages
8249          * into 4KB pages if required.
8250          */
8251         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
8252                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, tmpva);
8253                 if (pdpe == NULL || *pdpe == 0) {
8254                         KASSERT((flags & MAPDEV_ASSERTVALID) == 0,
8255                             ("%s: addr %#lx is not mapped", __func__, tmpva));
8256                         return (EINVAL);
8257                 }
8258                 if (*pdpe & PG_PS) {
8259                         /*
8260                          * If the current 1GB page already has the required
8261                          * properties, then we need not demote this page.  Just
8262                          * increment tmpva to the next 1GB page frame.
8263                          */
8264                         if ((*pdpe & pde_mask) == pde_bits) {
8265                                 tmpva = trunc_1gpage(tmpva) + NBPDP;
8266                                 continue;
8267                         }
8268
8269                         /*
8270                          * If the current offset aligns with a 1GB page frame
8271                          * and there is at least 1GB left within the range, then
8272                          * we need not break down this page into 2MB pages.
8273                          */
8274                         if ((tmpva & PDPMASK) == 0 &&
8275                             tmpva + PDPMASK < base + size) {
8276                                 tmpva += NBPDP;
8277                                 continue;
8278                         }
8279                         if (!pmap_demote_pdpe(kernel_pmap, pdpe, tmpva))
8280                                 return (ENOMEM);
8281                 }
8282                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, tmpva);
8283                 if (*pde == 0) {
8284                         KASSERT((flags & MAPDEV_ASSERTVALID) == 0,
8285                             ("%s: addr %#lx is not mapped", __func__, tmpva));
8286                         return (EINVAL);
8287                 }
8288                 if (*pde & PG_PS) {
8289                         /*
8290                          * If the current 2MB page already has the required
8291                          * properties, then we need not demote this page.  Just
8292                          * increment tmpva to the next 2MB page frame.
8293                          */
8294                         if ((*pde & pde_mask) == pde_bits) {
8295                                 tmpva = trunc_2mpage(tmpva) + NBPDR;
8296                                 continue;
8297                         }
8298
8299                         /*
8300                          * If the current offset aligns with a 2MB page frame
8301                          * and there is at least 2MB left within the range, then
8302                          * we need not break down this page into 4KB pages.
8303                          */
8304                         if ((tmpva & PDRMASK) == 0 &&
8305                             tmpva + PDRMASK < base + size) {
8306                                 tmpva += NBPDR;
8307                                 continue;
8308                         }
8309                         if (!pmap_demote_pde(kernel_pmap, pde, tmpva))
8310                                 return (ENOMEM);
8311                 }
8312                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, tmpva);
8313                 if (*pte == 0) {
8314                         KASSERT((flags & MAPDEV_ASSERTVALID) == 0,
8315                             ("%s: addr %#lx is not mapped", __func__, tmpva));
8316                         return (EINVAL);
8317                 }
8318                 tmpva += PAGE_SIZE;
8319         }
8320         error = 0;
8321
8322         /*
8323          * Ok, all the pages exist, so run through them updating their
8324          * properties if required.
8325          */
8326         changed = false;
8327         pa_start = pa_end = 0;
8328         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
8329                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, tmpva);
8330                 if (*pdpe & PG_PS) {
8331                         if ((*pdpe & pde_mask) != pde_bits) {
8332                                 pmap_pte_props(pdpe, pde_bits, pde_mask);
8333                                 changed = true;
8334                         }
8335                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS &&
8336                             (*pdpe & PG_PS_FRAME) < dmaplimit) {
8337                                 if (pa_start == pa_end) {
8338                                         /* Start physical address run. */
8339                                         pa_start = *pdpe & PG_PS_FRAME;
8340                                         pa_end = pa_start + NBPDP;
8341                                 } else if (pa_end == (*pdpe & PG_PS_FRAME))
8342                                         pa_end += NBPDP;
8343                                 else {
8344                                         /* Run ended, update direct map. */
8345                                         error = pmap_change_props_locked(
8346                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
8347                                             pa_end - pa_start, prot, mode,
8348                                             flags);
8349                                         if (error != 0)
8350                                                 break;
8351                                         /* Start physical address run. */
8352                                         pa_start = *pdpe & PG_PS_FRAME;
8353                                         pa_end = pa_start + NBPDP;
8354                                 }
8355                         }
8356                         tmpva = trunc_1gpage(tmpva) + NBPDP;
8357                         continue;
8358                 }
8359                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, tmpva);
8360                 if (*pde & PG_PS) {
8361                         if ((*pde & pde_mask) != pde_bits) {
8362                                 pmap_pte_props(pde, pde_bits, pde_mask);
8363                                 changed = true;
8364                         }
8365                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS &&
8366                             (*pde & PG_PS_FRAME) < dmaplimit) {
8367                                 if (pa_start == pa_end) {
8368                                         /* Start physical address run. */
8369                                         pa_start = *pde & PG_PS_FRAME;
8370                                         pa_end = pa_start + NBPDR;
8371                                 } else if (pa_end == (*pde & PG_PS_FRAME))
8372                                         pa_end += NBPDR;
8373                                 else {
8374                                         /* Run ended, update direct map. */
8375                                         error = pmap_change_props_locked(
8376                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
8377                                             pa_end - pa_start, prot, mode,
8378                                             flags);
8379                                         if (error != 0)
8380                                                 break;
8381                                         /* Start physical address run. */
8382                                         pa_start = *pde & PG_PS_FRAME;
8383                                         pa_end = pa_start + NBPDR;
8384                                 }
8385                         }
8386                         tmpva = trunc_2mpage(tmpva) + NBPDR;
8387                 } else {
8388                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, tmpva);
8389                         if ((*pte & pte_mask) != pte_bits) {
8390                                 pmap_pte_props(pte, pte_bits, pte_mask);
8391                                 changed = true;
8392                         }
8393                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS &&
8394                             (*pte & PG_FRAME) < dmaplimit) {
8395                                 if (pa_start == pa_end) {
8396                                         /* Start physical address run. */
8397                                         pa_start = *pte & PG_FRAME;
8398                                         pa_end = pa_start + PAGE_SIZE;
8399                                 } else if (pa_end == (*pte & PG_FRAME))
8400                                         pa_end += PAGE_SIZE;
8401                                 else {
8402                                         /* Run ended, update direct map. */
8403                                         error = pmap_change_props_locked(
8404                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
8405                                             pa_end - pa_start, prot, mode,
8406                                             flags);
8407                                         if (error != 0)
8408                                                 break;
8409                                         /* Start physical address run. */
8410                                         pa_start = *pte & PG_FRAME;
8411                                         pa_end = pa_start + PAGE_SIZE;
8412                                 }
8413                         }
8414                         tmpva += PAGE_SIZE;
8415                 }
8416         }
8417         if (error == 0 && pa_start != pa_end && pa_start < dmaplimit) {
8418                 pa_end1 = MIN(pa_end, dmaplimit);
8419                 if (pa_start != pa_end1)
8420                         error = pmap_change_props_locked(PHYS_TO_DMAP(pa_start),
8421                             pa_end1 - pa_start, prot, mode, flags);
8422         }
8423
8424         /*
8425          * Flush CPU caches if required to make sure any data isn't cached that
8426          * shouldn't be, etc.
8427          */
8428         if (changed) {
8429                 pmap_invalidate_range(kernel_pmap, base, tmpva);
8430                 if ((flags & MAPDEV_FLUSHCACHE) != 0)
8431                         pmap_invalidate_cache_range(base, tmpva);
8432         }
8433         return (error);
8434 }
8435
8436 /*
8437  * Demotes any mapping within the direct map region that covers more than the
8438  * specified range of physical addresses.  This range's size must be a power
8439  * of two and its starting address must be a multiple of its size.  Since the
8440  * demotion does not change any attributes of the mapping, a TLB invalidation
8441  * is not mandatory.  The caller may, however, request a TLB invalidation.
8442  */
8443 void
8444 pmap_demote_DMAP(vm_paddr_t base, vm_size_t len, boolean_t invalidate)
8445 {
8446         pdp_entry_t *pdpe;
8447         pd_entry_t *pde;
8448         vm_offset_t va;
8449         boolean_t changed;
8450
8451         if (len == 0)
8452                 return;
8453         KASSERT(powerof2(len), ("pmap_demote_DMAP: len is not a power of 2"));
8454         KASSERT((base & (len - 1)) == 0,
8455             ("pmap_demote_DMAP: base is not a multiple of len"));
8456         if (len < NBPDP && base < dmaplimit) {
8457                 va = PHYS_TO_DMAP(base);
8458                 changed = FALSE;
8459                 PMAP_LOCK(kernel_pmap);
8460                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, va);
8461                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0)
8462                         panic("pmap_demote_DMAP: invalid PDPE");
8463                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0) {
8464                         if (!pmap_demote_pdpe(kernel_pmap, pdpe, va))
8465                                 panic("pmap_demote_DMAP: PDPE failed");
8466                         changed = TRUE;
8467                 }
8468                 if (len < NBPDR) {
8469                         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
8470                         if ((*pde & X86_PG_V) == 0)
8471                                 panic("pmap_demote_DMAP: invalid PDE");
8472                         if ((*pde & PG_PS) != 0) {
8473                                 if (!pmap_demote_pde(kernel_pmap, pde, va))
8474                                         panic("pmap_demote_DMAP: PDE failed");
8475                                 changed = TRUE;
8476                         }
8477                 }
8478                 if (changed && invalidate)
8479                         pmap_invalidate_page(kernel_pmap, va);
8480                 PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
8481         }
8482 }
8483
8484 /*
8485  * Perform the pmap work for mincore(2).  If the page is not both referenced and
8486  * modified by this pmap, returns its physical address so that the caller can
8487  * find other mappings.
8488  */
8489 int
8490 pmap_mincore(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_paddr_t *pap)
8491 {
8492         pd_entry_t *pdep;
8493         pt_entry_t pte, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
8494         vm_paddr_t pa;
8495         int val;
8496
8497         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
8498         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
8499         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
8500         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8501
8502         PMAP_LOCK(pmap);
8503         pdep = pmap_pde(pmap, addr);
8504         if (pdep != NULL && (*pdep & PG_V)) {
8505                 if (*pdep & PG_PS) {
8506                         pte = *pdep;
8507                         /* Compute the physical address of the 4KB page. */
8508                         pa = ((*pdep & PG_PS_FRAME) | (addr & PDRMASK)) &
8509                             PG_FRAME;
8510                         val = MINCORE_SUPER;
8511                 } else {
8512                         pte = *pmap_pde_to_pte(pdep, addr);
8513                         pa = pte & PG_FRAME;
8514                         val = 0;
8515                 }
8516         } else {
8517                 pte = 0;
8518                 pa = 0;
8519                 val = 0;
8520         }
8521         if ((pte & PG_V) != 0) {
8522                 val |= MINCORE_INCORE;
8523                 if ((pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
8524                         val |= MINCORE_MODIFIED | MINCORE_MODIFIED_OTHER;
8525                 if ((pte & PG_A) != 0)
8526                         val |= MINCORE_REFERENCED | MINCORE_REFERENCED_OTHER;
8527         }
8528         if ((val & (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER)) !=
8529             (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER) &&
8530             (pte & (PG_MANAGED | PG_V)) == (PG_MANAGED | PG_V)) {
8531                 *pap = pa;
8532         }
8533         PMAP_UNLOCK(pmap);
8534         return (val);
8535 }
8536
8537 static uint64_t
8538 pmap_pcid_alloc(pmap_t pmap, u_int cpuid)
8539 {
8540         uint32_t gen, new_gen, pcid_next;
8541
8542         CRITICAL_ASSERT(curthread);
8543         gen = PCPU_GET(pcid_gen);
8544         if (pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid == PMAP_PCID_KERN)
8545                 return (pti ? 0 : CR3_PCID_SAVE);
8546         if (pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen == gen)
8547                 return (CR3_PCID_SAVE);
8548         pcid_next = PCPU_GET(pcid_next);
8549         KASSERT((!pti && pcid_next <= PMAP_PCID_OVERMAX) ||
8550             (pti && pcid_next <= PMAP_PCID_OVERMAX_KERN),
8551             ("cpu %d pcid_next %#x", cpuid, pcid_next));
8552         if ((!pti && pcid_next == PMAP_PCID_OVERMAX) ||
8553             (pti && pcid_next == PMAP_PCID_OVERMAX_KERN)) {
8554                 new_gen = gen + 1;
8555                 if (new_gen == 0)
8556                         new_gen = 1;
8557                 PCPU_SET(pcid_gen, new_gen);
8558                 pcid_next = PMAP_PCID_KERN + 1;
8559         } else {
8560                 new_gen = gen;
8561         }
8562         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid = pcid_next;
8563         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = new_gen;
8564         PCPU_SET(pcid_next, pcid_next + 1);
8565         return (0);
8566 }
8567
8568 static uint64_t
8569 pmap_pcid_alloc_checked(pmap_t pmap, u_int cpuid)
8570 {
8571         uint64_t cached;
8572
8573         cached = pmap_pcid_alloc(pmap, cpuid);
8574         KASSERT(pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid < PMAP_PCID_OVERMAX,
8575             ("pmap %p cpu %d pcid %#x", pmap, cpuid,
8576             pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid));
8577         KASSERT(pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid != PMAP_PCID_KERN ||
8578             pmap == kernel_pmap,
8579             ("non-kernel pmap pmap %p cpu %d pcid %#x",
8580             pmap, cpuid, pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid));
8581         return (cached);
8582 }
8583
8584 static void
8585 pmap_activate_sw_pti_post(struct thread *td, pmap_t pmap)
8586 {
8587
8588         PCPU_GET(tssp)->tss_rsp0 = pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3 ?
8589             PCPU_GET(pti_rsp0) : (uintptr_t)td->td_pcb;
8590 }
8591
8592 static void inline
8593 pmap_activate_sw_pcid_pti(pmap_t pmap, u_int cpuid, const bool invpcid_works1)
8594 {
8595         struct invpcid_descr d;
8596         uint64_t cached, cr3, kcr3, ucr3;
8597
8598         cached = pmap_pcid_alloc_checked(pmap, cpuid);
8599         cr3 = rcr3();
8600         if ((cr3 & ~CR3_PCID_MASK) != pmap->pm_cr3)
8601                 load_cr3(pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid);
8602         PCPU_SET(curpmap, pmap);
8603         kcr3 = pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
8604         ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid |
8605             PMAP_PCID_USER_PT;
8606
8607         if (!cached && pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
8608                 /*
8609                  * Explicitly invalidate translations cached from the
8610                  * user page table.  They are not automatically
8611                  * flushed by reload of cr3 with the kernel page table
8612                  * pointer above.
8613                  *
8614                  * Note that the if() condition is resolved statically
8615                  * by using the function argument instead of
8616                  * runtime-evaluated invpcid_works value.
8617                  */
8618                 if (invpcid_works1) {
8619                         d.pcid = PMAP_PCID_USER_PT |
8620                             pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
8621                         d.pad = 0;
8622                         d.addr = 0;
8623                         invpcid(&d, INVPCID_CTX);
8624                 } else {
8625                         pmap_pti_pcid_invalidate(ucr3, kcr3);
8626                 }
8627         }
8628
8629         PCPU_SET(kcr3, kcr3 | CR3_PCID_SAVE);
8630         PCPU_SET(ucr3, ucr3 | CR3_PCID_SAVE);
8631         if (cached)
8632                 PCPU_INC(pm_save_cnt);
8633 }
8634
8635 static void
8636 pmap_activate_sw_pcid_invpcid_pti(struct thread *td, pmap_t pmap, u_int cpuid)
8637 {
8638
8639         pmap_activate_sw_pcid_pti(pmap, cpuid, true);
8640         pmap_activate_sw_pti_post(td, pmap);
8641 }
8642
8643 static void
8644 pmap_activate_sw_pcid_noinvpcid_pti(struct thread *td, pmap_t pmap,
8645     u_int cpuid)
8646 {
8647         register_t rflags;
8648
8649         /*
8650          * If the INVPCID instruction is not available,
8651          * invltlb_pcid_handler() is used to handle an invalidate_all
8652          * IPI, which checks for curpmap == smp_tlb_pmap.  The below
8653          * sequence of operations has a window where %CR3 is loaded
8654          * with the new pmap's PML4 address, but the curpmap value has
8655          * not yet been updated.  This causes the invltlb IPI handler,
8656          * which is called between the updates, to execute as a NOP,
8657          * which leaves stale TLB entries.
8658          *
8659          * Note that the most typical use of pmap_activate_sw(), from
8660          * the context switch, is immune to this race, because
8661          * interrupts are disabled (while the thread lock is owned),
8662          * and the IPI happens after curpmap is updated.  Protect
8663          * other callers in a similar way, by disabling interrupts
8664          * around the %cr3 register reload and curpmap assignment.
8665          */
8666         rflags = intr_disable();
8667         pmap_activate_sw_pcid_pti(pmap, cpuid, false);
8668         intr_restore(rflags);
8669         pmap_activate_sw_pti_post(td, pmap);
8670 }
8671
8672 static void
8673 pmap_activate_sw_pcid_nopti(struct thread *td __unused, pmap_t pmap,
8674     u_int cpuid)
8675 {
8676         uint64_t cached, cr3;
8677
8678         cached = pmap_pcid_alloc_checked(pmap, cpuid);
8679         cr3 = rcr3();
8680         if (!cached || (cr3 & ~CR3_PCID_MASK) != pmap->pm_cr3)
8681                 load_cr3(pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid |
8682                     cached);
8683         PCPU_SET(curpmap, pmap);
8684         if (cached)
8685                 PCPU_INC(pm_save_cnt);
8686 }
8687
8688 static void
8689 pmap_activate_sw_pcid_noinvpcid_nopti(struct thread *td __unused, pmap_t pmap,
8690     u_int cpuid)
8691 {
8692         register_t rflags;
8693
8694         rflags = intr_disable();
8695         pmap_activate_sw_pcid_nopti(td, pmap, cpuid);
8696         intr_restore(rflags);
8697 }
8698
8699 static void
8700 pmap_activate_sw_nopcid_nopti(struct thread *td __unused, pmap_t pmap,
8701     u_int cpuid __unused)
8702 {
8703
8704         load_cr3(pmap->pm_cr3);
8705         PCPU_SET(curpmap, pmap);
8706 }
8707
8708 static void
8709 pmap_activate_sw_nopcid_pti(struct thread *td, pmap_t pmap,
8710     u_int cpuid __unused)
8711 {
8712
8713         pmap_activate_sw_nopcid_nopti(td, pmap, cpuid);
8714         PCPU_SET(kcr3, pmap->pm_cr3);
8715         PCPU_SET(ucr3, pmap->pm_ucr3);
8716         pmap_activate_sw_pti_post(td, pmap);
8717 }
8718
8719 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_activate_sw_mode, (struct thread *, pmap_t,
8720     u_int))
8721 {
8722
8723         if (pmap_pcid_enabled && pti && invpcid_works)
8724                 return (pmap_activate_sw_pcid_invpcid_pti);
8725         else if (pmap_pcid_enabled && pti && !invpcid_works)
8726                 return (pmap_activate_sw_pcid_noinvpcid_pti);
8727         else if (pmap_pcid_enabled && !pti && invpcid_works)
8728                 return (pmap_activate_sw_pcid_nopti);
8729         else if (pmap_pcid_enabled && !pti && !invpcid_works)
8730                 return (pmap_activate_sw_pcid_noinvpcid_nopti);
8731         else if (!pmap_pcid_enabled && pti)
8732                 return (pmap_activate_sw_nopcid_pti);
8733         else /* if (!pmap_pcid_enabled && !pti) */
8734                 return (pmap_activate_sw_nopcid_nopti);
8735 }
8736
8737 void
8738 pmap_activate_sw(struct thread *td)
8739 {
8740         pmap_t oldpmap, pmap;
8741         u_int cpuid;
8742
8743         oldpmap = PCPU_GET(curpmap);
8744         pmap = vmspace_pmap(td->td_proc->p_vmspace);
8745         if (oldpmap == pmap)
8746                 return;
8747         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
8748 #ifdef SMP
8749         CPU_SET_ATOMIC(cpuid, &pmap->pm_active);
8750 #else
8751         CPU_SET(cpuid, &pmap->pm_active);
8752 #endif
8753         pmap_activate_sw_mode(td, pmap, cpuid);
8754 #ifdef SMP
8755         CPU_CLR_ATOMIC(cpuid, &oldpmap->pm_active);
8756 #else
8757         CPU_CLR(cpuid, &oldpmap->pm_active);
8758 #endif
8759 }
8760
8761 void
8762 pmap_activate(struct thread *td)
8763 {
8764
8765         critical_enter();
8766         pmap_activate_sw(td);
8767         critical_exit();
8768 }
8769
8770 void
8771 pmap_activate_boot(pmap_t pmap)
8772 {
8773         uint64_t kcr3;
8774         u_int cpuid;
8775
8776         /*
8777          * kernel_pmap must be never deactivated, and we ensure that
8778          * by never activating it at all.
8779          */
8780         MPASS(pmap != kernel_pmap);
8781
8782         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
8783 #ifdef SMP
8784         CPU_SET_ATOMIC(cpuid, &pmap->pm_active);
8785 #else
8786         CPU_SET(cpuid, &pmap->pm_active);
8787 #endif
8788         PCPU_SET(curpmap, pmap);
8789         if (pti) {
8790                 kcr3 = pmap->pm_cr3;
8791                 if (pmap_pcid_enabled)
8792                         kcr3 |= pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid | CR3_PCID_SAVE;
8793         } else {
8794                 kcr3 = PMAP_NO_CR3;
8795         }
8796         PCPU_SET(kcr3, kcr3);
8797         PCPU_SET(ucr3, PMAP_NO_CR3);
8798 }
8799
8800 void
8801 pmap_sync_icache(pmap_t pm, vm_offset_t va, vm_size_t sz)
8802 {
8803 }
8804
8805 /*
8806  *      Increase the starting virtual address of the given mapping if a
8807  *      different alignment might result in more superpage mappings.
8808  */
8809 void
8810 pmap_align_superpage(vm_object_t object, vm_ooffset_t offset,
8811     vm_offset_t *addr, vm_size_t size)
8812 {
8813         vm_offset_t superpage_offset;
8814
8815         if (size < NBPDR)
8816                 return;
8817         if (object != NULL && (object->flags & OBJ_COLORED) != 0)
8818                 offset += ptoa(object->pg_color);
8819         superpage_offset = offset & PDRMASK;
8820         if (size - ((NBPDR - superpage_offset) & PDRMASK) < NBPDR ||
8821             (*addr & PDRMASK) == superpage_offset)
8822                 return;
8823         if ((*addr & PDRMASK) < superpage_offset)
8824                 *addr = (*addr & ~PDRMASK) + superpage_offset;
8825         else
8826                 *addr = ((*addr + PDRMASK) & ~PDRMASK) + superpage_offset;
8827 }
8828
8829 #ifdef INVARIANTS
8830 static unsigned long num_dirty_emulations;
8831 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_dirty_emulations, CTLFLAG_RW,
8832              &num_dirty_emulations, 0, NULL);
8833
8834 static unsigned long num_accessed_emulations;
8835 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_accessed_emulations, CTLFLAG_RW,
8836              &num_accessed_emulations, 0, NULL);
8837
8838 static unsigned long num_superpage_accessed_emulations;
8839 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_superpage_accessed_emulations, CTLFLAG_RW,
8840              &num_superpage_accessed_emulations, 0, NULL);
8841
8842 static unsigned long ad_emulation_superpage_promotions;
8843 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, ad_emulation_superpage_promotions, CTLFLAG_RW,
8844              &ad_emulation_superpage_promotions, 0, NULL);
8845 #endif  /* INVARIANTS */
8846
8847 int
8848 pmap_emulate_accessed_dirty(pmap_t pmap, vm_offset_t va, int ftype)
8849 {
8850         int rv;
8851         struct rwlock *lock;
8852 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
8853         vm_page_t m, mpte;
8854 #endif
8855         pd_entry_t *pde;
8856         pt_entry_t *pte, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
8857
8858         KASSERT(ftype == VM_PROT_READ || ftype == VM_PROT_WRITE,
8859             ("pmap_emulate_accessed_dirty: invalid fault type %d", ftype));
8860
8861         if (!pmap_emulate_ad_bits(pmap))
8862                 return (-1);
8863
8864         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
8865         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
8866         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
8867         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8868
8869         rv = -1;
8870         lock = NULL;
8871         PMAP_LOCK(pmap);
8872
8873         pde = pmap_pde(pmap, va);
8874         if (pde == NULL || (*pde & PG_V) == 0)
8875                 goto done;
8876
8877         if ((*pde & PG_PS) != 0) {
8878                 if (ftype == VM_PROT_READ) {
8879 #ifdef INVARIANTS
8880                         atomic_add_long(&num_superpage_accessed_emulations, 1);
8881 #endif
8882                         *pde |= PG_A;
8883                         rv = 0;
8884                 }
8885                 goto done;
8886         }
8887
8888         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
8889         if ((*pte & PG_V) == 0)
8890                 goto done;
8891
8892         if (ftype == VM_PROT_WRITE) {
8893                 if ((*pte & PG_RW) == 0)
8894                         goto done;
8895                 /*
8896                  * Set the modified and accessed bits simultaneously.
8897                  *
8898                  * Intel EPT PTEs that do software emulation of A/D bits map
8899                  * PG_A and PG_M to EPT_PG_READ and EPT_PG_WRITE respectively.
8900                  * An EPT misconfiguration is triggered if the PTE is writable
8901                  * but not readable (WR=10). This is avoided by setting PG_A
8902                  * and PG_M simultaneously.
8903                  */
8904                 *pte |= PG_M | PG_A;
8905         } else {
8906                 *pte |= PG_A;
8907         }
8908
8909 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
8910         /* try to promote the mapping */
8911         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
8912                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
8913         else
8914                 mpte = NULL;
8915
8916         m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pte & PG_FRAME);
8917
8918         if ((mpte == NULL || mpte->ref_count == NPTEPG) &&
8919             pmap_ps_enabled(pmap) &&
8920             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
8921             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0) {
8922                 pmap_promote_pde(pmap, pde, va, &lock);
8923 #ifdef INVARIANTS
8924                 atomic_add_long(&ad_emulation_superpage_promotions, 1);
8925 #endif
8926         }
8927 #endif
8928
8929 #ifdef INVARIANTS
8930         if (ftype == VM_PROT_WRITE)
8931                 atomic_add_long(&num_dirty_emulations, 1);
8932         else
8933                 atomic_add_long(&num_accessed_emulations, 1);
8934 #endif
8935         rv = 0;         /* success */
8936 done:
8937         if (lock != NULL)
8938                 rw_wunlock(lock);
8939         PMAP_UNLOCK(pmap);
8940         return (rv);
8941 }
8942
8943 void
8944 pmap_get_mapping(pmap_t pmap, vm_offset_t va, uint64_t *ptr, int *num)
8945 {
8946         pml4_entry_t *pml4;
8947         pdp_entry_t *pdp;
8948         pd_entry_t *pde;
8949         pt_entry_t *pte, PG_V;
8950         int idx;
8951
8952         idx = 0;
8953         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
8954         PMAP_LOCK(pmap);
8955
8956         pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
8957         ptr[idx++] = *pml4;
8958         if ((*pml4 & PG_V) == 0)
8959                 goto done;
8960
8961         pdp = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4, va);
8962         ptr[idx++] = *pdp;
8963         if ((*pdp & PG_V) == 0 || (*pdp & PG_PS) != 0)
8964                 goto done;
8965
8966         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdp, va);
8967         ptr[idx++] = *pde;
8968         if ((*pde & PG_V) == 0 || (*pde & PG_PS) != 0)
8969                 goto done;
8970
8971         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
8972         ptr[idx++] = *pte;
8973
8974 done:
8975         PMAP_UNLOCK(pmap);
8976         *num = idx;
8977 }
8978
8979 /**
8980  * Get the kernel virtual address of a set of physical pages. If there are
8981  * physical addresses not covered by the DMAP perform a transient mapping
8982  * that will be removed when calling pmap_unmap_io_transient.
8983  *
8984  * \param page        The pages the caller wishes to obtain the virtual
8985  *                    address on the kernel memory map.
8986  * \param vaddr       On return contains the kernel virtual memory address
8987  *                    of the pages passed in the page parameter.
8988  * \param count       Number of pages passed in.
8989  * \param can_fault   TRUE if the thread using the mapped pages can take
8990  *                    page faults, FALSE otherwise.
8991  *
8992  * \returns TRUE if the caller must call pmap_unmap_io_transient when
8993  *          finished or FALSE otherwise.
8994  *
8995  */
8996 boolean_t
8997 pmap_map_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
8998     boolean_t can_fault)
8999 {
9000         vm_paddr_t paddr;
9001         boolean_t needs_mapping;
9002         pt_entry_t *pte;
9003         int cache_bits, error __unused, i;
9004
9005         /*
9006          * Allocate any KVA space that we need, this is done in a separate
9007          * loop to prevent calling vmem_alloc while pinned.
9008          */
9009         needs_mapping = FALSE;
9010         for (i = 0; i < count; i++) {
9011                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
9012                 if (__predict_false(paddr >= dmaplimit)) {
9013                         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE,
9014                             M_BESTFIT | M_WAITOK, &vaddr[i]);
9015                         KASSERT(error == 0, ("vmem_alloc failed: %d", error));
9016                         needs_mapping = TRUE;
9017                 } else {
9018                         vaddr[i] = PHYS_TO_DMAP(paddr);
9019                 }
9020         }
9021
9022         /* Exit early if everything is covered by the DMAP */
9023         if (!needs_mapping)
9024                 return (FALSE);
9025
9026         /*
9027          * NB:  The sequence of updating a page table followed by accesses
9028          * to the corresponding pages used in the !DMAP case is subject to
9029          * the situation described in the "AMD64 Architecture Programmer's
9030          * Manual Volume 2: System Programming" rev. 3.23, "7.3.1 Special
9031          * Coherency Considerations".  Therefore, issuing the INVLPG right
9032          * after modifying the PTE bits is crucial.
9033          */
9034         if (!can_fault)
9035                 sched_pin();
9036         for (i = 0; i < count; i++) {
9037                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
9038                 if (paddr >= dmaplimit) {
9039                         if (can_fault) {
9040                                 /*
9041                                  * Slow path, since we can get page faults
9042                                  * while mappings are active don't pin the
9043                                  * thread to the CPU and instead add a global
9044                                  * mapping visible to all CPUs.
9045                                  */
9046                                 pmap_qenter(vaddr[i], &page[i], 1);
9047                         } else {
9048                                 pte = vtopte(vaddr[i]);
9049                                 cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap,
9050                                     page[i]->md.pat_mode, 0);
9051                                 pte_store(pte, paddr | X86_PG_RW | X86_PG_V |
9052                                     cache_bits);
9053                                 invlpg(vaddr[i]);
9054                         }
9055                 }
9056         }
9057
9058         return (needs_mapping);
9059 }
9060
9061 void
9062 pmap_unmap_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
9063     boolean_t can_fault)
9064 {
9065         vm_paddr_t paddr;
9066         int i;
9067
9068         if (!can_fault)
9069                 sched_unpin();
9070         for (i = 0; i < count; i++) {
9071                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
9072                 if (paddr >= dmaplimit) {
9073                         if (can_fault)
9074                                 pmap_qremove(vaddr[i], 1);
9075                         vmem_free(kernel_arena, vaddr[i], PAGE_SIZE);
9076                 }
9077         }
9078 }
9079
9080 vm_offset_t
9081 pmap_quick_enter_page(vm_page_t m)
9082 {
9083         vm_paddr_t paddr;
9084
9085         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
9086         if (paddr < dmaplimit)
9087                 return (PHYS_TO_DMAP(paddr));
9088         mtx_lock_spin(&qframe_mtx);
9089         KASSERT(*vtopte(qframe) == 0, ("qframe busy"));
9090         pte_store(vtopte(qframe), paddr | X86_PG_RW | X86_PG_V | X86_PG_A |
9091             X86_PG_M | pmap_cache_bits(kernel_pmap, m->md.pat_mode, 0));
9092         return (qframe);
9093 }
9094
9095 void
9096 pmap_quick_remove_page(vm_offset_t addr)
9097 {
9098
9099         if (addr != qframe)
9100                 return;
9101         pte_store(vtopte(qframe), 0);
9102         invlpg(qframe);
9103         mtx_unlock_spin(&qframe_mtx);
9104 }
9105
9106 /*
9107  * Pdp pages from the large map are managed differently from either
9108  * kernel or user page table pages.  They are permanently allocated at
9109  * initialization time, and their reference count is permanently set to
9110  * zero.  The pml4 entries pointing to those pages are copied into
9111  * each allocated pmap.
9112  *
9113  * In contrast, pd and pt pages are managed like user page table
9114  * pages.  They are dynamically allocated, and their reference count
9115  * represents the number of valid entries within the page.
9116  */
9117 static vm_page_t
9118 pmap_large_map_getptp_unlocked(void)
9119 {
9120         vm_page_t m;
9121
9122         m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
9123             VM_ALLOC_ZERO);
9124         if (m != NULL && (m->flags & PG_ZERO) == 0)
9125                 pmap_zero_page(m);
9126         return (m);
9127 }
9128
9129 static vm_page_t
9130 pmap_large_map_getptp(void)
9131 {
9132         vm_page_t m;
9133
9134         PMAP_LOCK_ASSERT(kernel_pmap, MA_OWNED);
9135         m = pmap_large_map_getptp_unlocked();
9136         if (m == NULL) {
9137                 PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
9138                 vm_wait(NULL);
9139                 PMAP_LOCK(kernel_pmap);
9140                 /* Callers retry. */
9141         }
9142         return (m);
9143 }
9144
9145 static pdp_entry_t *
9146 pmap_large_map_pdpe(vm_offset_t va)
9147 {
9148         vm_pindex_t pml4_idx;
9149         vm_paddr_t mphys;
9150
9151         pml4_idx = pmap_pml4e_index(va);
9152         KASSERT(LMSPML4I <= pml4_idx && pml4_idx < LMSPML4I + lm_ents,
9153             ("pmap_large_map_pdpe: va %#jx out of range idx %#jx LMSPML4I "
9154             "%#jx lm_ents %d",
9155             (uintmax_t)va, (uintmax_t)pml4_idx, LMSPML4I, lm_ents));
9156         KASSERT((kernel_pmap->pm_pml4[pml4_idx] & X86_PG_V) != 0,
9157             ("pmap_large_map_pdpe: invalid pml4 for va %#jx idx %#jx "
9158             "LMSPML4I %#jx lm_ents %d",
9159             (uintmax_t)va, (uintmax_t)pml4_idx, LMSPML4I, lm_ents));
9160         mphys = kernel_pmap->pm_pml4[pml4_idx] & PG_FRAME;
9161         return ((pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys) + pmap_pdpe_index(va));
9162 }
9163
9164 static pd_entry_t *
9165 pmap_large_map_pde(vm_offset_t va)
9166 {
9167         pdp_entry_t *pdpe;
9168         vm_page_t m;
9169         vm_paddr_t mphys;
9170
9171 retry:
9172         pdpe = pmap_large_map_pdpe(va);
9173         if (*pdpe == 0) {
9174                 m = pmap_large_map_getptp();
9175                 if (m == NULL)
9176                         goto retry;
9177                 mphys = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
9178                 *pdpe = mphys | X86_PG_A | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
9179         } else {
9180                 MPASS((*pdpe & X86_PG_PS) == 0);
9181                 mphys = *pdpe & PG_FRAME;
9182         }
9183         return ((pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys) + pmap_pde_index(va));
9184 }
9185
9186 static pt_entry_t *
9187 pmap_large_map_pte(vm_offset_t va)
9188 {
9189         pd_entry_t *pde;
9190         vm_page_t m;
9191         vm_paddr_t mphys;
9192
9193 retry:
9194         pde = pmap_large_map_pde(va);
9195         if (*pde == 0) {
9196                 m = pmap_large_map_getptp();
9197                 if (m == NULL)
9198                         goto retry;
9199                 mphys = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
9200                 *pde = mphys | X86_PG_A | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
9201                 PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pde))->ref_count++;
9202         } else {
9203                 MPASS((*pde & X86_PG_PS) == 0);
9204                 mphys = *pde & PG_FRAME;
9205         }
9206         return ((pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys) + pmap_pte_index(va));
9207 }
9208
9209 static vm_paddr_t
9210 pmap_large_map_kextract(vm_offset_t va)
9211 {
9212         pdp_entry_t *pdpe, pdp;
9213         pd_entry_t *pde, pd;
9214         pt_entry_t *pte, pt;
9215
9216         KASSERT(PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(va),
9217             ("not largemap range %#lx", (u_long)va));
9218         pdpe = pmap_large_map_pdpe(va);
9219         pdp = *pdpe;
9220         KASSERT((pdp & X86_PG_V) != 0,
9221             ("invalid pdp va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
9222             (u_long)pdpe, pdp));
9223         if ((pdp & X86_PG_PS) != 0) {
9224                 KASSERT((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0,
9225                     ("no 1G pages, va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
9226                     (u_long)pdpe, pdp));
9227                 return ((pdp & PG_PS_PDP_FRAME) | (va & PDPMASK));
9228         }
9229         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
9230         pd = *pde;
9231         KASSERT((pd & X86_PG_V) != 0,
9232             ("invalid pd va %#lx pde %#lx pd %#lx", va, (u_long)pde, pd));
9233         if ((pd & X86_PG_PS) != 0)
9234                 return ((pd & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK));
9235         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
9236         pt = *pte;
9237         KASSERT((pt & X86_PG_V) != 0,
9238             ("invalid pte va %#lx pte %#lx pt %#lx", va, (u_long)pte, pt));
9239         return ((pt & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK));
9240 }
9241
9242 static int
9243 pmap_large_map_getva(vm_size_t len, vm_offset_t align, vm_offset_t phase,
9244     vmem_addr_t *vmem_res)
9245 {
9246
9247         /*
9248          * Large mappings are all but static.  Consequently, there
9249          * is no point in waiting for an earlier allocation to be
9250          * freed.
9251          */
9252         return (vmem_xalloc(large_vmem, len, align, phase, 0, VMEM_ADDR_MIN,
9253             VMEM_ADDR_MAX, M_NOWAIT | M_BESTFIT, vmem_res));
9254 }
9255
9256 int
9257 pmap_large_map(vm_paddr_t spa, vm_size_t len, void **addr,
9258     vm_memattr_t mattr)
9259 {
9260         pdp_entry_t *pdpe;
9261         pd_entry_t *pde;
9262         pt_entry_t *pte;
9263         vm_offset_t va, inc;
9264         vmem_addr_t vmem_res;
9265         vm_paddr_t pa;
9266         int error;
9267
9268         if (len == 0 || spa + len < spa)
9269                 return (EINVAL);
9270
9271         /* See if DMAP can serve. */
9272         if (spa + len <= dmaplimit) {
9273                 va = PHYS_TO_DMAP(spa);
9274                 *addr = (void *)va;
9275                 return (pmap_change_attr(va, len, mattr));
9276         }
9277
9278         /*
9279          * No, allocate KVA.  Fit the address with best possible
9280          * alignment for superpages.  Fall back to worse align if
9281          * failed.
9282          */
9283         error = ENOMEM;
9284         if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0 && rounddown2(spa + len,
9285             NBPDP) >= roundup2(spa, NBPDP) + NBPDP)
9286                 error = pmap_large_map_getva(len, NBPDP, spa & PDPMASK,
9287                     &vmem_res);
9288         if (error != 0 && rounddown2(spa + len, NBPDR) >= roundup2(spa,
9289             NBPDR) + NBPDR)
9290                 error = pmap_large_map_getva(len, NBPDR, spa & PDRMASK,
9291                     &vmem_res);
9292         if (error != 0)
9293                 error = pmap_large_map_getva(len, PAGE_SIZE, 0, &vmem_res);
9294         if (error != 0)
9295                 return (error);
9296
9297         /*
9298          * Fill pagetable.  PG_M is not pre-set, we scan modified bits
9299          * in the pagetable to minimize flushing.  No need to
9300          * invalidate TLB, since we only update invalid entries.
9301          */
9302         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
9303         for (pa = spa, va = vmem_res; len > 0; pa += inc, va += inc,
9304             len -= inc) {
9305                 if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0 && len >= NBPDP &&
9306                     (pa & PDPMASK) == 0 && (va & PDPMASK) == 0) {
9307                         pdpe = pmap_large_map_pdpe(va);
9308                         MPASS(*pdpe == 0);
9309                         *pdpe = pa | pg_g | X86_PG_PS | X86_PG_RW |
9310                             X86_PG_V | X86_PG_A | pg_nx |
9311                             pmap_cache_bits(kernel_pmap, mattr, TRUE);
9312                         inc = NBPDP;
9313                 } else if (len >= NBPDR && (pa & PDRMASK) == 0 &&
9314                     (va & PDRMASK) == 0) {
9315                         pde = pmap_large_map_pde(va);
9316                         MPASS(*pde == 0);
9317                         *pde = pa | pg_g | X86_PG_PS | X86_PG_RW |
9318                             X86_PG_V | X86_PG_A | pg_nx |
9319                             pmap_cache_bits(kernel_pmap, mattr, TRUE);
9320                         PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pde))->
9321                             ref_count++;
9322                         inc = NBPDR;
9323                 } else {
9324                         pte = pmap_large_map_pte(va);
9325                         MPASS(*pte == 0);
9326                         *pte = pa | pg_g | X86_PG_RW | X86_PG_V |
9327                             X86_PG_A | pg_nx | pmap_cache_bits(kernel_pmap,
9328                             mattr, FALSE);
9329                         PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pte))->
9330                             ref_count++;
9331                         inc = PAGE_SIZE;
9332                 }
9333         }
9334         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
9335         MPASS(len == 0);
9336
9337         *addr = (void *)vmem_res;
9338         return (0);
9339 }
9340
9341 void
9342 pmap_large_unmap(void *svaa, vm_size_t len)
9343 {
9344         vm_offset_t sva, va;
9345         vm_size_t inc;
9346         pdp_entry_t *pdpe, pdp;
9347         pd_entry_t *pde, pd;
9348         pt_entry_t *pte;
9349         vm_page_t m;
9350         struct spglist spgf;
9351
9352         sva = (vm_offset_t)svaa;
9353         if (len == 0 || sva + len < sva || (sva >= DMAP_MIN_ADDRESS &&
9354             sva + len <= DMAP_MIN_ADDRESS + dmaplimit))
9355                 return;
9356
9357         SLIST_INIT(&spgf);
9358         KASSERT(PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(sva) &&
9359             PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(sva + len - 1),
9360             ("not largemap range %#lx %#lx", (u_long)svaa, (u_long)svaa + len));
9361         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
9362         for (va = sva; va < sva + len; va += inc) {
9363                 pdpe = pmap_large_map_pdpe(va);
9364                 pdp = *pdpe;
9365                 KASSERT((pdp & X86_PG_V) != 0,
9366                     ("invalid pdp va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
9367                     (u_long)pdpe, pdp));
9368                 if ((pdp & X86_PG_PS) != 0) {
9369                         KASSERT((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0,
9370                             ("no 1G pages, va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
9371                             (u_long)pdpe, pdp));
9372                         KASSERT((va & PDPMASK) == 0,
9373                             ("PDPMASK bit set, va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
9374                             (u_long)pdpe, pdp));
9375                         KASSERT(va + NBPDP <= sva + len,
9376                             ("unmap covers partial 1GB page, sva %#lx va %#lx "
9377                             "pdpe %#lx pdp %#lx len %#lx", sva, va,
9378                             (u_long)pdpe, pdp, len));
9379                         *pdpe = 0;
9380                         inc = NBPDP;
9381                         continue;
9382                 }
9383                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
9384                 pd = *pde;
9385                 KASSERT((pd & X86_PG_V) != 0,
9386                     ("invalid pd va %#lx pde %#lx pd %#lx", va,
9387                     (u_long)pde, pd));
9388                 if ((pd & X86_PG_PS) != 0) {
9389                         KASSERT((va & PDRMASK) == 0,
9390                             ("PDRMASK bit set, va %#lx pde %#lx pd %#lx", va,
9391                             (u_long)pde, pd));
9392                         KASSERT(va + NBPDR <= sva + len,
9393                             ("unmap covers partial 2MB page, sva %#lx va %#lx "
9394                             "pde %#lx pd %#lx len %#lx", sva, va, (u_long)pde,
9395                             pd, len));
9396                         pde_store(pde, 0);
9397                         inc = NBPDR;
9398                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pde));
9399                         m->ref_count--;
9400                         if (m->ref_count == 0) {
9401                                 *pdpe = 0;
9402                                 SLIST_INSERT_HEAD(&spgf, m, plinks.s.ss);
9403                         }
9404                         continue;
9405                 }
9406                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
9407                 KASSERT((*pte & X86_PG_V) != 0,
9408                     ("invalid pte va %#lx pte %#lx pt %#lx", va,
9409                     (u_long)pte, *pte));
9410                 pte_clear(pte);
9411                 inc = PAGE_SIZE;
9412                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pte));
9413                 m->ref_count--;
9414                 if (m->ref_count == 0) {
9415                         *pde = 0;
9416                         SLIST_INSERT_HEAD(&spgf, m, plinks.s.ss);
9417                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pde));
9418                         m->ref_count--;
9419                         if (m->ref_count == 0) {
9420                                 *pdpe = 0;
9421                                 SLIST_INSERT_HEAD(&spgf, m, plinks.s.ss);
9422                         }
9423                 }
9424         }
9425         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, sva + len);
9426         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
9427         vm_page_free_pages_toq(&spgf, false);
9428         vmem_free(large_vmem, sva, len);
9429 }
9430
9431 static void
9432 pmap_large_map_wb_fence_mfence(void)
9433 {
9434
9435         mfence();
9436 }
9437
9438 static void
9439 pmap_large_map_wb_fence_sfence(void)
9440 {
9441
9442         sfence();
9443 }
9444
9445 static void
9446 pmap_large_map_wb_fence_nop(void)
9447 {
9448 }
9449
9450 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_large_map_wb_fence, (void))
9451 {
9452
9453         if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
9454                 return (pmap_large_map_wb_fence_mfence);
9455         else if ((cpu_stdext_feature & (CPUID_STDEXT_CLWB |
9456             CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT)) == 0)
9457                 return (pmap_large_map_wb_fence_sfence);
9458         else
9459                 /* clflush is strongly enough ordered */
9460                 return (pmap_large_map_wb_fence_nop);
9461 }
9462
9463 static void
9464 pmap_large_map_flush_range_clwb(vm_offset_t va, vm_size_t len)
9465 {
9466
9467         for (; len > 0; len -= cpu_clflush_line_size,
9468             va += cpu_clflush_line_size)
9469                 clwb(va);
9470 }
9471
9472 static void
9473 pmap_large_map_flush_range_clflushopt(vm_offset_t va, vm_size_t len)
9474 {
9475
9476         for (; len > 0; len -= cpu_clflush_line_size,
9477             va += cpu_clflush_line_size)
9478                 clflushopt(va);
9479 }
9480
9481 static void
9482 pmap_large_map_flush_range_clflush(vm_offset_t va, vm_size_t len)
9483 {
9484
9485         for (; len > 0; len -= cpu_clflush_line_size,
9486             va += cpu_clflush_line_size)
9487                 clflush(va);
9488 }
9489
9490 static void
9491 pmap_large_map_flush_range_nop(vm_offset_t sva __unused, vm_size_t len __unused)
9492 {
9493 }
9494
9495 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_large_map_flush_range, (vm_offset_t, vm_size_t))
9496 {
9497
9498         if ((cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLWB) != 0)
9499                 return (pmap_large_map_flush_range_clwb);
9500         else if ((cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT) != 0)
9501                 return (pmap_large_map_flush_range_clflushopt);
9502         else if ((cpu_feature & CPUID_CLFSH) != 0)
9503                 return (pmap_large_map_flush_range_clflush);
9504         else
9505                 return (pmap_large_map_flush_range_nop);
9506 }
9507
9508 static void
9509 pmap_large_map_wb_large(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
9510 {
9511         volatile u_long *pe;
9512         u_long p;
9513         vm_offset_t va;
9514         vm_size_t inc;
9515         bool seen_other;
9516
9517         for (va = sva; va < eva; va += inc) {
9518                 inc = 0;
9519                 if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0) {
9520                         pe = (volatile u_long *)pmap_large_map_pdpe(va);
9521                         p = *pe;
9522                         if ((p & X86_PG_PS) != 0)
9523                                 inc = NBPDP;
9524                 }
9525                 if (inc == 0) {
9526                         pe = (volatile u_long *)pmap_large_map_pde(va);
9527                         p = *pe;
9528                         if ((p & X86_PG_PS) != 0)
9529                                 inc = NBPDR;
9530                 }
9531                 if (inc == 0) {
9532                         pe = (volatile u_long *)pmap_large_map_pte(va);
9533                         p = *pe;
9534                         inc = PAGE_SIZE;
9535                 }
9536                 seen_other = false;
9537                 for (;;) {
9538                         if ((p & X86_PG_AVAIL1) != 0) {
9539                                 /*
9540                                  * Spin-wait for the end of a parallel
9541                                  * write-back.
9542                                  */
9543                                 cpu_spinwait();
9544                                 p = *pe;
9545
9546                                 /*
9547                                  * If we saw other write-back
9548                                  * occuring, we cannot rely on PG_M to
9549                                  * indicate state of the cache.  The
9550                                  * PG_M bit is cleared before the
9551                                  * flush to avoid ignoring new writes,
9552                                  * and writes which are relevant for
9553                                  * us might happen after.
9554                                  */
9555                                 seen_other = true;
9556                                 continue;
9557                         }
9558
9559                         if ((p & X86_PG_M) != 0 || seen_other) {
9560                                 if (!atomic_fcmpset_long(pe, &p,
9561                                     (p & ~X86_PG_M) | X86_PG_AVAIL1))
9562                                         /*
9563                                          * If we saw PG_M without
9564                                          * PG_AVAIL1, and then on the
9565                                          * next attempt we do not
9566                                          * observe either PG_M or
9567                                          * PG_AVAIL1, the other
9568                                          * write-back started after us
9569                                          * and finished before us.  We
9570                                          * can rely on it doing our
9571                                          * work.
9572                                          */
9573                                         continue;
9574                                 pmap_large_map_flush_range(va, inc);
9575                                 atomic_clear_long(pe, X86_PG_AVAIL1);
9576                         }
9577                         break;
9578                 }
9579                 maybe_yield();
9580         }
9581 }
9582
9583 /*
9584  * Write-back cache lines for the given address range.
9585  *
9586  * Must be called only on the range or sub-range returned from
9587  * pmap_large_map().  Must not be called on the coalesced ranges.
9588  *
9589  * Does nothing on CPUs without CLWB, CLFLUSHOPT, or CLFLUSH
9590  * instructions support.
9591  */
9592 void
9593 pmap_large_map_wb(void *svap, vm_size_t len)
9594 {
9595         vm_offset_t eva, sva;
9596
9597         sva = (vm_offset_t)svap;
9598         eva = sva + len;
9599         pmap_large_map_wb_fence();
9600         if (sva >= DMAP_MIN_ADDRESS && eva <= DMAP_MIN_ADDRESS + dmaplimit) {
9601                 pmap_large_map_flush_range(sva, len);
9602         } else {
9603                 KASSERT(sva >= LARGEMAP_MIN_ADDRESS &&
9604                     eva <= LARGEMAP_MIN_ADDRESS + lm_ents * NBPML4,
9605                     ("pmap_large_map_wb: not largemap %#lx %#lx", sva, len));
9606                 pmap_large_map_wb_large(sva, eva);
9607         }
9608         pmap_large_map_wb_fence();
9609 }
9610
9611 static vm_page_t
9612 pmap_pti_alloc_page(void)
9613 {
9614         vm_page_t m;
9615
9616         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
9617         m = vm_page_grab(pti_obj, pti_pg_idx++, VM_ALLOC_NOBUSY |
9618             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
9619         return (m);
9620 }
9621
9622 static bool
9623 pmap_pti_free_page(vm_page_t m)
9624 {
9625
9626         KASSERT(m->ref_count > 0, ("page %p not referenced", m));
9627         if (!vm_page_unwire_noq(m))
9628                 return (false);
9629         vm_page_free_zero(m);
9630         return (true);
9631 }
9632
9633 static void
9634 pmap_pti_init(void)
9635 {
9636         vm_page_t pml4_pg;
9637         pdp_entry_t *pdpe;
9638         vm_offset_t va;
9639         int i;
9640
9641         if (!pti)
9642                 return;
9643         pti_obj = vm_pager_allocate(OBJT_PHYS, NULL, 0, VM_PROT_ALL, 0, NULL);
9644         VM_OBJECT_WLOCK(pti_obj);
9645         pml4_pg = pmap_pti_alloc_page();
9646         pti_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml4_pg));
9647         for (va = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS; va <= VM_MAX_KERNEL_ADDRESS &&
9648             va >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS && va > NBPML4; va += NBPML4) {
9649                 pdpe = pmap_pti_pdpe(va);
9650                 pmap_pti_wire_pte(pdpe);
9651         }
9652         pmap_pti_add_kva_locked((vm_offset_t)&__pcpu[0],
9653             (vm_offset_t)&__pcpu[0] + sizeof(__pcpu[0]) * MAXCPU, false);
9654         pmap_pti_add_kva_locked((vm_offset_t)gdt, (vm_offset_t)gdt +
9655             sizeof(struct user_segment_descriptor) * NGDT * MAXCPU, false);
9656         pmap_pti_add_kva_locked((vm_offset_t)idt, (vm_offset_t)idt +
9657             sizeof(struct gate_descriptor) * NIDT, false);
9658         pmap_pti_add_kva_locked((vm_offset_t)common_tss,
9659             (vm_offset_t)common_tss + sizeof(struct amd64tss) * MAXCPU, false);
9660         CPU_FOREACH(i) {
9661                 /* Doublefault stack IST 1 */
9662                 va = common_tss[i].tss_ist1;
9663                 pmap_pti_add_kva_locked(va - PAGE_SIZE, va, false);
9664                 /* NMI stack IST 2 */
9665                 va = common_tss[i].tss_ist2 + sizeof(struct nmi_pcpu);
9666                 pmap_pti_add_kva_locked(va - PAGE_SIZE, va, false);
9667                 /* MC# stack IST 3 */
9668                 va = common_tss[i].tss_ist3 + sizeof(struct nmi_pcpu);
9669                 pmap_pti_add_kva_locked(va - PAGE_SIZE, va, false);
9670                 /* DB# stack IST 4 */
9671                 va = common_tss[i].tss_ist4 + sizeof(struct nmi_pcpu);
9672                 pmap_pti_add_kva_locked(va - PAGE_SIZE, va, false);
9673         }
9674         pmap_pti_add_kva_locked((vm_offset_t)kernphys + KERNBASE,
9675             (vm_offset_t)etext, true);
9676         pti_finalized = true;
9677         VM_OBJECT_WUNLOCK(pti_obj);
9678 }
9679 SYSINIT(pmap_pti, SI_SUB_CPU + 1, SI_ORDER_ANY, pmap_pti_init, NULL);
9680
9681 static pdp_entry_t *
9682 pmap_pti_pdpe(vm_offset_t va)
9683 {
9684         pml4_entry_t *pml4e;
9685         pdp_entry_t *pdpe;
9686         vm_page_t m;
9687         vm_pindex_t pml4_idx;
9688         vm_paddr_t mphys;
9689
9690         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
9691
9692         pml4_idx = pmap_pml4e_index(va);
9693         pml4e = &pti_pml4[pml4_idx];
9694         m = NULL;
9695         if (*pml4e == 0) {
9696                 if (pti_finalized)
9697                         panic("pml4 alloc after finalization\n");
9698                 m = pmap_pti_alloc_page();
9699                 if (*pml4e != 0) {
9700                         pmap_pti_free_page(m);
9701                         mphys = *pml4e & ~PAGE_MASK;
9702                 } else {
9703                         mphys = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
9704                         *pml4e = mphys | X86_PG_RW | X86_PG_V;
9705                 }
9706         } else {
9707                 mphys = *pml4e & ~PAGE_MASK;
9708         }
9709         pdpe = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys) + pmap_pdpe_index(va);
9710         return (pdpe);
9711 }
9712
9713 static void
9714 pmap_pti_wire_pte(void *pte)
9715 {
9716         vm_page_t m;
9717
9718         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
9719         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pte));
9720         m->ref_count++;
9721 }
9722
9723 static void
9724 pmap_pti_unwire_pde(void *pde, bool only_ref)
9725 {
9726         vm_page_t m;
9727
9728         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
9729         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pde));
9730         MPASS(m->ref_count > 0);
9731         MPASS(only_ref || m->ref_count > 1);
9732         pmap_pti_free_page(m);
9733 }
9734
9735 static void
9736 pmap_pti_unwire_pte(void *pte, vm_offset_t va)
9737 {
9738         vm_page_t m;
9739         pd_entry_t *pde;
9740
9741         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
9742         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pte));
9743         MPASS(m->ref_count > 0);
9744         if (pmap_pti_free_page(m)) {
9745                 pde = pmap_pti_pde(va);
9746                 MPASS((*pde & (X86_PG_PS | X86_PG_V)) == X86_PG_V);
9747                 *pde = 0;
9748                 pmap_pti_unwire_pde(pde, false);
9749         }
9750 }
9751
9752 static pd_entry_t *
9753 pmap_pti_pde(vm_offset_t va)
9754 {
9755         pdp_entry_t *pdpe;
9756         pd_entry_t *pde;
9757         vm_page_t m;
9758         vm_pindex_t pd_idx;
9759         vm_paddr_t mphys;
9760
9761         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
9762
9763         pdpe = pmap_pti_pdpe(va);
9764         if (*pdpe == 0) {
9765                 m = pmap_pti_alloc_page();
9766                 if (*pdpe != 0) {
9767                         pmap_pti_free_page(m);
9768                         MPASS((*pdpe & X86_PG_PS) == 0);
9769                         mphys = *pdpe & ~PAGE_MASK;
9770                 } else {
9771                         mphys =  VM_PAGE_TO_PHYS(m);
9772                         *pdpe = mphys | X86_PG_RW | X86_PG_V;
9773                 }
9774         } else {
9775                 MPASS((*pdpe & X86_PG_PS) == 0);
9776                 mphys = *pdpe & ~PAGE_MASK;
9777         }
9778
9779         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys);
9780         pd_idx = pmap_pde_index(va);
9781         pde += pd_idx;
9782         return (pde);
9783 }
9784
9785 static pt_entry_t *
9786 pmap_pti_pte(vm_offset_t va, bool *unwire_pde)
9787 {
9788         pd_entry_t *pde;
9789         pt_entry_t *pte;
9790         vm_page_t m;
9791         vm_paddr_t mphys;
9792
9793         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
9794
9795         pde = pmap_pti_pde(va);
9796         if (unwire_pde != NULL) {
9797                 *unwire_pde = true;
9798                 pmap_pti_wire_pte(pde);
9799         }
9800         if (*pde == 0) {
9801                 m = pmap_pti_alloc_page();
9802                 if (*pde != 0) {
9803                         pmap_pti_free_page(m);
9804                         MPASS((*pde & X86_PG_PS) == 0);
9805                         mphys = *pde & ~(PAGE_MASK | pg_nx);
9806                 } else {
9807                         mphys = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
9808                         *pde = mphys | X86_PG_RW | X86_PG_V;
9809                         if (unwire_pde != NULL)
9810                                 *unwire_pde = false;
9811                 }
9812         } else {
9813                 MPASS((*pde & X86_PG_PS) == 0);
9814                 mphys = *pde & ~(PAGE_MASK | pg_nx);
9815         }
9816
9817         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys);
9818         pte += pmap_pte_index(va);
9819
9820         return (pte);
9821 }
9822
9823 static void
9824 pmap_pti_add_kva_locked(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, bool exec)
9825 {
9826         vm_paddr_t pa;
9827         pd_entry_t *pde;
9828         pt_entry_t *pte, ptev;
9829         bool unwire_pde;
9830
9831         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
9832
9833         sva = trunc_page(sva);
9834         MPASS(sva > VM_MAXUSER_ADDRESS);
9835         eva = round_page(eva);
9836         MPASS(sva < eva);
9837         for (; sva < eva; sva += PAGE_SIZE) {
9838                 pte = pmap_pti_pte(sva, &unwire_pde);
9839                 pa = pmap_kextract(sva);
9840                 ptev = pa | X86_PG_RW | X86_PG_V | X86_PG_A | X86_PG_G |
9841                     (exec ? 0 : pg_nx) | pmap_cache_bits(kernel_pmap,
9842                     VM_MEMATTR_DEFAULT, FALSE);
9843                 if (*pte == 0) {
9844                         pte_store(pte, ptev);
9845                         pmap_pti_wire_pte(pte);
9846                 } else {
9847                         KASSERT(!pti_finalized,
9848                             ("pti overlap after fin %#lx %#lx %#lx",
9849                             sva, *pte, ptev));
9850                         KASSERT(*pte == ptev,
9851                             ("pti non-identical pte after fin %#lx %#lx %#lx",
9852                             sva, *pte, ptev));
9853                 }
9854                 if (unwire_pde) {
9855                         pde = pmap_pti_pde(sva);
9856                         pmap_pti_unwire_pde(pde, true);
9857                 }
9858         }
9859 }
9860
9861 void
9862 pmap_pti_add_kva(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, bool exec)
9863 {
9864
9865         if (!pti)
9866                 return;
9867         VM_OBJECT_WLOCK(pti_obj);
9868         pmap_pti_add_kva_locked(sva, eva, exec);
9869         VM_OBJECT_WUNLOCK(pti_obj);
9870 }
9871
9872 void
9873 pmap_pti_remove_kva(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
9874 {
9875         pt_entry_t *pte;
9876         vm_offset_t va;
9877
9878         if (!pti)
9879                 return;
9880         sva = rounddown2(sva, PAGE_SIZE);
9881         MPASS(sva > VM_MAXUSER_ADDRESS);
9882         eva = roundup2(eva, PAGE_SIZE);
9883         MPASS(sva < eva);
9884         VM_OBJECT_WLOCK(pti_obj);
9885         for (va = sva; va < eva; va += PAGE_SIZE) {
9886                 pte = pmap_pti_pte(va, NULL);
9887                 KASSERT((*pte & X86_PG_V) != 0,
9888                     ("invalid pte va %#lx pte %#lx pt %#lx", va,
9889                     (u_long)pte, *pte));
9890                 pte_clear(pte);
9891                 pmap_pti_unwire_pte(pte, va);
9892         }
9893         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, eva);
9894         VM_OBJECT_WUNLOCK(pti_obj);
9895 }
9896
9897 static void *
9898 pkru_dup_range(void *ctx __unused, void *data)
9899 {
9900         struct pmap_pkru_range *node, *new_node;
9901
9902         new_node = uma_zalloc(pmap_pkru_ranges_zone, M_NOWAIT);
9903         if (new_node == NULL)
9904                 return (NULL);
9905         node = data;
9906         memcpy(new_node, node, sizeof(*node));
9907         return (new_node);
9908 }
9909
9910 static void
9911 pkru_free_range(void *ctx __unused, void *node)
9912 {
9913
9914         uma_zfree(pmap_pkru_ranges_zone, node);
9915 }
9916
9917 static int
9918 pmap_pkru_assign(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, u_int keyidx,
9919     int flags)
9920 {
9921         struct pmap_pkru_range *ppr;
9922         int error;
9923
9924         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
9925         MPASS(pmap->pm_type == PT_X86);
9926         MPASS((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0);
9927         if ((flags & AMD64_PKRU_EXCL) != 0 &&
9928             !rangeset_check_empty(&pmap->pm_pkru, sva, eva))
9929                 return (EBUSY);
9930         ppr = uma_zalloc(pmap_pkru_ranges_zone, M_NOWAIT);
9931         if (ppr == NULL)
9932                 return (ENOMEM);
9933         ppr->pkru_keyidx = keyidx;
9934         ppr->pkru_flags = flags & AMD64_PKRU_PERSIST;
9935         error = rangeset_insert(&pmap->pm_pkru, sva, eva, ppr);
9936         if (error != 0)
9937                 uma_zfree(pmap_pkru_ranges_zone, ppr);
9938         return (error);
9939 }
9940
9941 static int
9942 pmap_pkru_deassign(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
9943 {
9944
9945         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
9946         MPASS(pmap->pm_type == PT_X86);
9947         MPASS((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0);
9948         return (rangeset_remove(&pmap->pm_pkru, sva, eva));
9949 }
9950
9951 static void
9952 pmap_pkru_deassign_all(pmap_t pmap)
9953 {
9954
9955         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
9956         if (pmap->pm_type == PT_X86 &&
9957             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0)
9958                 rangeset_remove_all(&pmap->pm_pkru);
9959 }
9960
9961 static bool
9962 pmap_pkru_same(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
9963 {
9964         struct pmap_pkru_range *ppr, *prev_ppr;
9965         vm_offset_t va;
9966
9967         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
9968         if (pmap->pm_type != PT_X86 ||
9969             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) == 0 ||
9970             sva >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
9971                 return (true);
9972         MPASS(eva <= VM_MAXUSER_ADDRESS);
9973         for (va = sva, prev_ppr = NULL; va < eva;) {
9974                 ppr = rangeset_lookup(&pmap->pm_pkru, va);
9975                 if ((ppr == NULL) ^ (prev_ppr == NULL))
9976                         return (false);
9977                 if (ppr == NULL) {
9978                         va += PAGE_SIZE;
9979                         continue;
9980                 }
9981                 if (prev_ppr->pkru_keyidx != ppr->pkru_keyidx)
9982                         return (false);
9983                 va = ppr->pkru_rs_el.re_end;
9984         }
9985         return (true);
9986 }
9987
9988 static pt_entry_t
9989 pmap_pkru_get(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
9990 {
9991         struct pmap_pkru_range *ppr;
9992
9993         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
9994         if (pmap->pm_type != PT_X86 ||
9995             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) == 0 ||
9996             va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
9997                 return (0);
9998         ppr = rangeset_lookup(&pmap->pm_pkru, va);
9999         if (ppr != NULL)
10000                 return (X86_PG_PKU(ppr->pkru_keyidx));
10001         return (0);
10002 }
10003
10004 static bool
10005 pred_pkru_on_remove(void *ctx __unused, void *r)
10006 {
10007         struct pmap_pkru_range *ppr;
10008
10009         ppr = r;
10010         return ((ppr->pkru_flags & AMD64_PKRU_PERSIST) == 0);
10011 }
10012
10013 static void
10014 pmap_pkru_on_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
10015 {
10016
10017         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
10018         if (pmap->pm_type == PT_X86 &&
10019             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0) {
10020                 rangeset_remove_pred(&pmap->pm_pkru, sva, eva,
10021                     pred_pkru_on_remove);
10022         }
10023 }
10024
10025 static int
10026 pmap_pkru_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap)
10027 {
10028
10029         PMAP_LOCK_ASSERT(dst_pmap, MA_OWNED);
10030         PMAP_LOCK_ASSERT(src_pmap, MA_OWNED);
10031         MPASS(dst_pmap->pm_type == PT_X86);
10032         MPASS(src_pmap->pm_type == PT_X86);
10033         MPASS((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0);
10034         if (src_pmap->pm_pkru.rs_data_ctx == NULL)
10035                 return (0);
10036         return (rangeset_copy(&dst_pmap->pm_pkru, &src_pmap->pm_pkru));
10037 }
10038
10039 static void
10040 pmap_pkru_update_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
10041     u_int keyidx)
10042 {
10043         pml4_entry_t *pml4e;
10044         pdp_entry_t *pdpe;
10045         pd_entry_t newpde, ptpaddr, *pde;
10046         pt_entry_t newpte, *ptep, pte;
10047         vm_offset_t va, va_next;
10048         bool changed;
10049
10050         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
10051         MPASS(pmap->pm_type == PT_X86);
10052         MPASS(keyidx <= PMAP_MAX_PKRU_IDX);
10053
10054         for (changed = false, va = sva; va < eva; va = va_next) {
10055                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, va);
10056                 if ((*pml4e & X86_PG_V) == 0) {
10057                         va_next = (va + NBPML4) & ~PML4MASK;
10058                         if (va_next < va)
10059                                 va_next = eva;
10060                         continue;
10061                 }
10062
10063                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, va);
10064                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0) {
10065                         va_next = (va + NBPDP) & ~PDPMASK;
10066                         if (va_next < va)
10067                                 va_next = eva;
10068                         continue;
10069                 }
10070
10071                 va_next = (va + NBPDR) & ~PDRMASK;
10072                 if (va_next < va)
10073                         va_next = eva;
10074
10075                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
10076                 ptpaddr = *pde;
10077                 if (ptpaddr == 0)
10078                         continue;
10079
10080                 MPASS((ptpaddr & X86_PG_V) != 0);
10081                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
10082                         if (va + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
10083                                 newpde = (ptpaddr & ~X86_PG_PKU_MASK) |
10084                                     X86_PG_PKU(keyidx);
10085                                 if (newpde != ptpaddr) {
10086                                         *pde = newpde;
10087                                         changed = true;
10088                                 }
10089                                 continue;
10090                         } else if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, va)) {
10091                                 continue;
10092                         }
10093                 }
10094
10095                 if (va_next > eva)
10096                         va_next = eva;
10097
10098                 for (ptep = pmap_pde_to_pte(pde, va); va != va_next;
10099                     ptep++, va += PAGE_SIZE) {
10100                         pte = *ptep;
10101                         if ((pte & X86_PG_V) == 0)
10102                                 continue;
10103                         newpte = (pte & ~X86_PG_PKU_MASK) | X86_PG_PKU(keyidx);
10104                         if (newpte != pte) {
10105                                 *ptep = newpte;
10106                                 changed = true;
10107                         }
10108                 }
10109         }
10110         if (changed)
10111                 pmap_invalidate_range(pmap, sva, eva);
10112 }
10113
10114 static int
10115 pmap_pkru_check_uargs(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
10116     u_int keyidx, int flags)
10117 {
10118
10119         if (pmap->pm_type != PT_X86 || keyidx > PMAP_MAX_PKRU_IDX ||
10120             (flags & ~(AMD64_PKRU_PERSIST | AMD64_PKRU_EXCL)) != 0)
10121                 return (EINVAL);
10122         if (eva <= sva || eva > VM_MAXUSER_ADDRESS)
10123                 return (EFAULT);
10124         if ((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) == 0)
10125                 return (ENOTSUP);
10126         return (0);
10127 }
10128
10129 int
10130 pmap_pkru_set(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, u_int keyidx,
10131     int flags)
10132 {
10133         int error;
10134
10135         sva = trunc_page(sva);
10136         eva = round_page(eva);
10137         error = pmap_pkru_check_uargs(pmap, sva, eva, keyidx, flags);
10138         if (error != 0)
10139                 return (error);
10140         for (;;) {
10141                 PMAP_LOCK(pmap);
10142                 error = pmap_pkru_assign(pmap, sva, eva, keyidx, flags);
10143                 if (error == 0)
10144                         pmap_pkru_update_range(pmap, sva, eva, keyidx);
10145                 PMAP_UNLOCK(pmap);
10146                 if (error != ENOMEM)
10147                         break;
10148                 vm_wait(NULL);
10149         }
10150         return (error);
10151 }
10152
10153 int
10154 pmap_pkru_clear(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
10155 {
10156         int error;
10157
10158         sva = trunc_page(sva);
10159         eva = round_page(eva);
10160         error = pmap_pkru_check_uargs(pmap, sva, eva, 0, 0);
10161         if (error != 0)
10162                 return (error);
10163         for (;;) {
10164                 PMAP_LOCK(pmap);
10165                 error = pmap_pkru_deassign(pmap, sva, eva);
10166                 if (error == 0)
10167                         pmap_pkru_update_range(pmap, sva, eva, 0);
10168                 PMAP_UNLOCK(pmap);
10169                 if (error != ENOMEM)
10170                         break;
10171                 vm_wait(NULL);
10172         }
10173         return (error);
10174 }
10175
10176 /*
10177  * Track a range of the kernel's virtual address space that is contiguous
10178  * in various mapping attributes.
10179  */
10180 struct pmap_kernel_map_range {
10181         vm_offset_t sva;
10182         pt_entry_t attrs;
10183         int ptes;
10184         int pdes;
10185         int pdpes;
10186 };
10187
10188 static void
10189 sysctl_kmaps_dump(struct sbuf *sb, struct pmap_kernel_map_range *range,
10190     vm_offset_t eva)
10191 {
10192         const char *mode;
10193         int i, pat_idx;
10194
10195         if (eva <= range->sva)
10196                 return;
10197
10198         pat_idx = pmap_pat_index(kernel_pmap, range->attrs, true);
10199         for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
10200                 if (pat_index[i] == pat_idx)
10201                         break;
10202
10203         switch (i) {
10204         case PAT_WRITE_BACK:
10205                 mode = "WB";
10206                 break;
10207         case PAT_WRITE_THROUGH:
10208                 mode = "WT";
10209                 break;
10210         case PAT_UNCACHEABLE:
10211                 mode = "UC";
10212                 break;
10213         case PAT_UNCACHED:
10214                 mode = "U-";
10215                 break;
10216         case PAT_WRITE_PROTECTED:
10217                 mode = "WP";
10218                 break;
10219         case PAT_WRITE_COMBINING:
10220                 mode = "WC";
10221                 break;
10222         default:
10223                 printf("%s: unknown PAT mode %#x for range 0x%016lx-0x%016lx\n",
10224                     __func__, pat_idx, range->sva, eva);
10225                 mode = "??";
10226                 break;
10227         }
10228
10229         sbuf_printf(sb, "0x%016lx-0x%016lx r%c%c%c%c %s %d %d %d\n",
10230             range->sva, eva,
10231             (range->attrs & X86_PG_RW) != 0 ? 'w' : '-',
10232             (range->attrs & pg_nx) != 0 ? '-' : 'x',
10233             (range->attrs & X86_PG_U) != 0 ? 'u' : 's',
10234             (range->attrs & X86_PG_G) != 0 ? 'g' : '-',
10235             mode, range->pdpes, range->pdes, range->ptes);
10236
10237         /* Reset to sentinel value. */
10238         range->sva = KVADDR(NPML4EPG - 1, NPDPEPG - 1, NPDEPG - 1, NPTEPG - 1);
10239 }
10240
10241 /*
10242  * Determine whether the attributes specified by a page table entry match those
10243  * being tracked by the current range.  This is not quite as simple as a direct
10244  * flag comparison since some PAT modes have multiple representations.
10245  */
10246 static bool
10247 sysctl_kmaps_match(struct pmap_kernel_map_range *range, pt_entry_t attrs)
10248 {
10249         pt_entry_t diff, mask;
10250
10251         mask = X86_PG_G | X86_PG_RW | X86_PG_U | X86_PG_PDE_CACHE | pg_nx;
10252         diff = (range->attrs ^ attrs) & mask;
10253         if (diff == 0)
10254                 return (true);
10255         if ((diff & ~X86_PG_PDE_PAT) == 0 &&
10256             pmap_pat_index(kernel_pmap, range->attrs, true) ==
10257             pmap_pat_index(kernel_pmap, attrs, true))
10258                 return (true);
10259         return (false);
10260 }
10261
10262 static void
10263 sysctl_kmaps_reinit(struct pmap_kernel_map_range *range, vm_offset_t va,
10264     pt_entry_t attrs)
10265 {
10266
10267         memset(range, 0, sizeof(*range));
10268         range->sva = va;
10269         range->attrs = attrs;
10270 }
10271
10272 /*
10273  * Given a leaf PTE, derive the mapping's attributes.  If they do not match
10274  * those of the current run, dump the address range and its attributes, and
10275  * begin a new run.
10276  */
10277 static void
10278 sysctl_kmaps_check(struct sbuf *sb, struct pmap_kernel_map_range *range,
10279     vm_offset_t va, pml4_entry_t pml4e, pdp_entry_t pdpe, pd_entry_t pde,
10280     pt_entry_t pte)
10281 {
10282         pt_entry_t attrs;
10283
10284         attrs = pml4e & (X86_PG_RW | X86_PG_U | pg_nx);
10285
10286         attrs |= pdpe & pg_nx;
10287         attrs &= pg_nx | (pdpe & (X86_PG_RW | X86_PG_U));
10288         if ((pdpe & PG_PS) != 0) {
10289                 attrs |= pdpe & (X86_PG_G | X86_PG_PDE_CACHE);
10290         } else if (pde != 0) {
10291                 attrs |= pde & pg_nx;
10292                 attrs &= pg_nx | (pde & (X86_PG_RW | X86_PG_U));
10293         }
10294         if ((pde & PG_PS) != 0) {
10295                 attrs |= pde & (X86_PG_G | X86_PG_PDE_CACHE);
10296         } else if (pte != 0) {
10297                 attrs |= pte & pg_nx;
10298                 attrs &= pg_nx | (pte & (X86_PG_RW | X86_PG_U));
10299                 attrs |= pte & (X86_PG_G | X86_PG_PTE_CACHE);
10300
10301                 /* Canonicalize by always using the PDE PAT bit. */
10302                 if ((attrs & X86_PG_PTE_PAT) != 0)
10303                         attrs ^= X86_PG_PDE_PAT | X86_PG_PTE_PAT;
10304         }
10305
10306         if (range->sva > va || !sysctl_kmaps_match(range, attrs)) {
10307                 sysctl_kmaps_dump(sb, range, va);
10308                 sysctl_kmaps_reinit(range, va, attrs);
10309         }
10310 }
10311
10312 static int
10313 sysctl_kmaps(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
10314 {
10315         struct pmap_kernel_map_range range;
10316         struct sbuf sbuf, *sb;
10317         pml4_entry_t pml4e;
10318         pdp_entry_t *pdp, pdpe;
10319         pd_entry_t *pd, pde;
10320         pt_entry_t *pt, pte;
10321         vm_offset_t sva;
10322         vm_paddr_t pa;
10323         int error, i, j, k, l;
10324
10325         error = sysctl_wire_old_buffer(req, 0);
10326         if (error != 0)
10327                 return (error);
10328         sb = &sbuf;
10329         sbuf_new_for_sysctl(sb, NULL, PAGE_SIZE, req);
10330
10331         /* Sentinel value. */
10332         range.sva = KVADDR(NPML4EPG - 1, NPDPEPG - 1, NPDEPG - 1, NPTEPG - 1);
10333
10334         /*
10335          * Iterate over the kernel page tables without holding the kernel pmap
10336          * lock.  Outside of the large map, kernel page table pages are never
10337          * freed, so at worst we will observe inconsistencies in the output.
10338          * Within the large map, ensure that PDP and PD page addresses are
10339          * valid before descending.
10340          */
10341         for (sva = 0, i = pmap_pml4e_index(sva); i < NPML4EPG; i++) {
10342                 switch (i) {
10343                 case PML4PML4I:
10344                         sbuf_printf(sb, "\nRecursive map:\n");
10345                         break;
10346                 case DMPML4I:
10347                         sbuf_printf(sb, "\nDirect map:\n");
10348                         break;
10349                 case KPML4BASE:
10350                         sbuf_printf(sb, "\nKernel map:\n");
10351                         break;
10352                 case LMSPML4I:
10353                         sbuf_printf(sb, "\nLarge map:\n");
10354                         break;
10355                 }
10356
10357                 /* Convert to canonical form. */
10358                 if (sva == 1ul << 47)
10359                         sva |= -1ul << 48;
10360
10361 restart:
10362                 pml4e = kernel_pmap->pm_pml4[i];
10363                 if ((pml4e & X86_PG_V) == 0) {
10364                         sva = rounddown2(sva, NBPML4);
10365                         sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
10366                         sva += NBPML4;
10367                         continue;
10368                 }
10369                 pa = pml4e & PG_FRAME;
10370                 pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
10371
10372                 for (j = pmap_pdpe_index(sva); j < NPDPEPG; j++) {
10373                         pdpe = pdp[j];
10374                         if ((pdpe & X86_PG_V) == 0) {
10375                                 sva = rounddown2(sva, NBPDP);
10376                                 sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
10377                                 sva += NBPDP;
10378                                 continue;
10379                         }
10380                         pa = pdpe & PG_FRAME;
10381                         if (PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(sva) &&
10382                             vm_phys_paddr_to_vm_page(pa) == NULL)
10383                                 goto restart;
10384                         if ((pdpe & PG_PS) != 0) {
10385                                 sva = rounddown2(sva, NBPDP);
10386                                 sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva, pml4e, pdpe,
10387                                     0, 0);
10388                                 range.pdpes++;
10389                                 sva += NBPDP;
10390                                 continue;
10391                         }
10392                         pd = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
10393
10394                         for (k = pmap_pde_index(sva); k < NPDEPG; k++) {
10395                                 pde = pd[k];
10396                                 if ((pde & X86_PG_V) == 0) {
10397                                         sva = rounddown2(sva, NBPDR);
10398                                         sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
10399                                         sva += NBPDR;
10400                                         continue;
10401                                 }
10402                                 pa = pde & PG_FRAME;
10403                                 if (PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(sva) &&
10404                                     vm_phys_paddr_to_vm_page(pa) == NULL)
10405                                         goto restart;
10406                                 if ((pde & PG_PS) != 0) {
10407                                         sva = rounddown2(sva, NBPDR);
10408                                         sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva,
10409                                             pml4e, pdpe, pde, 0);
10410                                         range.pdes++;
10411                                         sva += NBPDR;
10412                                         continue;
10413                                 }
10414                                 pt = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
10415
10416                                 for (l = pmap_pte_index(sva); l < NPTEPG; l++,
10417                                     sva += PAGE_SIZE) {
10418                                         pte = pt[l];
10419                                         if ((pte & X86_PG_V) == 0) {
10420                                                 sysctl_kmaps_dump(sb, &range,
10421                                                     sva);
10422                                                 continue;
10423                                         }
10424                                         sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva,
10425                                             pml4e, pdpe, pde, pte);
10426                                         range.ptes++;
10427                                 }
10428                         }
10429                 }
10430         }
10431
10432         error = sbuf_finish(sb);
10433         sbuf_delete(sb);
10434         return (error);
10435 }
10436 SYSCTL_OID(_vm_pmap, OID_AUTO, kernel_maps,
10437     CTLTYPE_STRING | CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE,
10438     NULL, 0, sysctl_kmaps, "A",
10439     "Dump kernel address layout");
10440
10441 #ifdef DDB
10442 DB_SHOW_COMMAND(pte, pmap_print_pte)
10443 {
10444         pmap_t pmap;
10445         pml4_entry_t *pml4;
10446         pdp_entry_t *pdp;
10447         pd_entry_t *pde;
10448         pt_entry_t *pte, PG_V;
10449         vm_offset_t va;
10450
10451         if (!have_addr) {
10452                 db_printf("show pte addr\n");
10453                 return;
10454         }
10455         va = (vm_offset_t)addr;
10456
10457         if (kdb_thread != NULL)
10458                 pmap = vmspace_pmap(kdb_thread->td_proc->p_vmspace);
10459         else
10460                 pmap = PCPU_GET(curpmap);
10461
10462         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
10463         pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
10464         db_printf("VA 0x%016lx pml4e 0x%016lx", va, *pml4);
10465         if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
10466                 db_printf("\n");
10467                 return;
10468         }
10469         pdp = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4, va);
10470         db_printf(" pdpe 0x%016lx", *pdp);
10471         if ((*pdp & PG_V) == 0 || (*pdp & PG_PS) != 0) {
10472                 db_printf("\n");
10473                 return;
10474         }
10475         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdp, va);
10476         db_printf(" pde 0x%016lx", *pde);
10477         if ((*pde & PG_V) == 0 || (*pde & PG_PS) != 0) {
10478                 db_printf("\n");
10479                 return;
10480         }
10481         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
10482         db_printf(" pte 0x%016lx\n", *pte);
10483 }
10484
10485 DB_SHOW_COMMAND(phys2dmap, pmap_phys2dmap)
10486 {
10487         vm_paddr_t a;
10488
10489         if (have_addr) {
10490                 a = (vm_paddr_t)addr;
10491                 db_printf("0x%jx\n", (uintmax_t)PHYS_TO_DMAP(a));
10492         } else {
10493                 db_printf("show phys2dmap addr\n");
10494         }
10495 }
10496 #endif