]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/amd64/amd64/pmap.c
(3/6) Add a shared object busy synchronization mechanism that blocks new page
[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
955         return (&pa_to_pmdp(VM_PAGE_TO_PHYS(m))->pv_invl_gen);
956 }
957 #else
958 static u_long *
959 pmap_delayed_invl_genp(vm_page_t m)
960 {
961
962         return (&pv_invl_gen[pa_index(VM_PAGE_TO_PHYS(m)) % NPV_LIST_LOCKS]);
963 }
964 #endif
965
966 static void
967 pmap_delayed_invl_callout_func(void *arg __unused)
968 {
969
970         if (atomic_load_int(&pmap_invl_waiters) == 0)
971                 return;
972         pmap_delayed_invl_finish_unblock(0);
973 }
974
975 static void
976 pmap_delayed_invl_callout_init(void *arg __unused)
977 {
978
979         if (pmap_di_locked())
980                 return;
981         callout_init(&pmap_invl_callout, 1);
982         pmap_invl_callout_inited = true;
983 }
984 SYSINIT(pmap_di_callout, SI_SUB_CPU + 1, SI_ORDER_ANY,
985     pmap_delayed_invl_callout_init, NULL);
986
987 /*
988  * Ensure that all currently executing DI blocks, that need to flush
989  * TLB for the given page m, actually flushed the TLB at the time the
990  * function returned.  If the page m has an empty PV list and we call
991  * pmap_delayed_invl_wait(), upon its return we know that no CPU has a
992  * valid mapping for the page m in either its page table or TLB.
993  *
994  * This function works by blocking until the global DI generation
995  * number catches up with the generation number associated with the
996  * given page m and its PV list.  Since this function's callers
997  * typically own an object lock and sometimes own a page lock, it
998  * cannot sleep.  Instead, it blocks on a turnstile to relinquish the
999  * processor.
1000  */
1001 static void
1002 pmap_delayed_invl_wait_l(vm_page_t m)
1003 {
1004         u_long *m_gen;
1005 #ifdef PV_STATS
1006         bool accounted = false;
1007 #endif
1008
1009         m_gen = pmap_delayed_invl_genp(m);
1010         while (*m_gen > pmap_invl_gen) {
1011 #ifdef PV_STATS
1012                 if (!accounted) {
1013                         atomic_add_long(&invl_wait, 1);
1014                         accounted = true;
1015                 }
1016 #endif
1017                 pmap_delayed_invl_wait_block(m_gen, &pmap_invl_gen);
1018         }
1019 }
1020
1021 static void
1022 pmap_delayed_invl_wait_u(vm_page_t m)
1023 {
1024         u_long *m_gen;
1025         struct lock_delay_arg lda;
1026         bool fast;
1027
1028         fast = true;
1029         m_gen = pmap_delayed_invl_genp(m);
1030         lock_delay_arg_init(&lda, &di_delay);
1031         while (*m_gen > atomic_load_long(&pmap_invl_gen_head.gen)) {
1032                 if (fast || !pmap_invl_callout_inited) {
1033                         PV_STAT(atomic_add_long(&invl_wait, 1));
1034                         lock_delay(&lda);
1035                         fast = false;
1036                 } else {
1037                         /*
1038                          * The page's invalidation generation number
1039                          * is still below the current thread's number.
1040                          * Prepare to block so that we do not waste
1041                          * CPU cycles or worse, suffer livelock.
1042                          *
1043                          * Since it is impossible to block without
1044                          * racing with pmap_delayed_invl_finish_u(),
1045                          * prepare for the race by incrementing
1046                          * pmap_invl_waiters and arming a 1-tick
1047                          * callout which will unblock us if we lose
1048                          * the race.
1049                          */
1050                         atomic_add_int(&pmap_invl_waiters, 1);
1051
1052                         /*
1053                          * Re-check the current thread's invalidation
1054                          * generation after incrementing
1055                          * pmap_invl_waiters, so that there is no race
1056                          * with pmap_delayed_invl_finish_u() setting
1057                          * the page generation and checking
1058                          * pmap_invl_waiters.  The only race allowed
1059                          * is for a missed unblock, which is handled
1060                          * by the callout.
1061                          */
1062                         if (*m_gen >
1063                             atomic_load_long(&pmap_invl_gen_head.gen)) {
1064                                 callout_reset(&pmap_invl_callout, 1,
1065                                     pmap_delayed_invl_callout_func, NULL);
1066                                 PV_STAT(atomic_add_long(&invl_wait_slow, 1));
1067                                 pmap_delayed_invl_wait_block(m_gen,
1068                                     &pmap_invl_gen_head.gen);
1069                         }
1070                         atomic_add_int(&pmap_invl_waiters, -1);
1071                 }
1072         }
1073 }
1074
1075 DEFINE_IFUNC(, void, pmap_thread_init_invl_gen, (struct thread *))
1076 {
1077
1078         return (pmap_di_locked() ? pmap_thread_init_invl_gen_l :
1079             pmap_thread_init_invl_gen_u);
1080 }
1081
1082 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_delayed_invl_start, (void))
1083 {
1084
1085         return (pmap_di_locked() ? pmap_delayed_invl_start_l :
1086             pmap_delayed_invl_start_u);
1087 }
1088
1089 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_delayed_invl_finish, (void))
1090 {
1091
1092         return (pmap_di_locked() ? pmap_delayed_invl_finish_l :
1093             pmap_delayed_invl_finish_u);
1094 }
1095
1096 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_delayed_invl_wait, (vm_page_t))
1097 {
1098
1099         return (pmap_di_locked() ? pmap_delayed_invl_wait_l :
1100             pmap_delayed_invl_wait_u);
1101 }
1102
1103 /*
1104  * Mark the page m's PV list as participating in the current thread's
1105  * DI block.  Any threads concurrently using m's PV list to remove or
1106  * restrict all mappings to m will wait for the current thread's DI
1107  * block to complete before proceeding.
1108  *
1109  * The function works by setting the DI generation number for m's PV
1110  * list to at least the DI generation number of the current thread.
1111  * This forces a caller of pmap_delayed_invl_wait() to block until
1112  * current thread calls pmap_delayed_invl_finish().
1113  */
1114 static void
1115 pmap_delayed_invl_page(vm_page_t m)
1116 {
1117         u_long gen, *m_gen;
1118
1119         rw_assert(VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), RA_WLOCKED);
1120         gen = curthread->td_md.md_invl_gen.gen;
1121         if (gen == 0)
1122                 return;
1123         m_gen = pmap_delayed_invl_genp(m);
1124         if (*m_gen < gen)
1125                 *m_gen = gen;
1126 }
1127
1128 /*
1129  * Crashdump maps.
1130  */
1131 static caddr_t crashdumpmap;
1132
1133 /*
1134  * Internal flags for pmap_enter()'s helper functions.
1135  */
1136 #define PMAP_ENTER_NORECLAIM    0x1000000       /* Don't reclaim PV entries. */
1137 #define PMAP_ENTER_NOREPLACE    0x2000000       /* Don't replace mappings. */
1138
1139 /*
1140  * Internal flags for pmap_mapdev_internal() and
1141  * pmap_change_attr_locked().
1142  */
1143 #define MAPDEV_FLUSHCACHE       0x0000001       /* Flush cache after mapping. */
1144 #define MAPDEV_SETATTR          0x0000002       /* Modify existing attrs. */
1145
1146 TAILQ_HEAD(pv_chunklist, pv_chunk);
1147
1148 static void     free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc);
1149 static void     free_pv_chunk_batch(struct pv_chunklist *batch);
1150 static void     free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv);
1151 static pv_entry_t get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp);
1152 static int      popcnt_pc_map_pq(uint64_t *map);
1153 static vm_page_t reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp);
1154 static void     reserve_pv_entries(pmap_t pmap, int needed,
1155                     struct rwlock **lockp);
1156 static void     pmap_pv_demote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
1157                     struct rwlock **lockp);
1158 static bool     pmap_pv_insert_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde,
1159                     u_int flags, struct rwlock **lockp);
1160 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
1161 static void     pmap_pv_promote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
1162                     struct rwlock **lockp);
1163 #endif
1164 static void     pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va);
1165 static pv_entry_t pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap,
1166                     vm_offset_t va);
1167
1168 static int pmap_change_attr_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode,
1169     int flags);
1170 static boolean_t pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va);
1171 static boolean_t pmap_demote_pde_locked(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde,
1172     vm_offset_t va, struct rwlock **lockp);
1173 static boolean_t pmap_demote_pdpe(pmap_t pmap, pdp_entry_t *pdpe,
1174     vm_offset_t va);
1175 static bool     pmap_enter_2mpage(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
1176                     vm_prot_t prot, struct rwlock **lockp);
1177 static int      pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t newpde,
1178                     u_int flags, vm_page_t m, struct rwlock **lockp);
1179 static vm_page_t pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
1180     vm_page_t m, vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp);
1181 static void pmap_fill_ptp(pt_entry_t *firstpte, pt_entry_t newpte);
1182 static int pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte, bool promoted);
1183 static void pmap_invalidate_cache_range_selfsnoop(vm_offset_t sva,
1184     vm_offset_t eva);
1185 static void pmap_invalidate_cache_range_all(vm_offset_t sva,
1186     vm_offset_t eva);
1187 static void pmap_invalidate_pde_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
1188                     pd_entry_t pde);
1189 static void pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode);
1190 static vm_page_t pmap_large_map_getptp_unlocked(void);
1191 static vm_paddr_t pmap_large_map_kextract(vm_offset_t va);
1192 static void pmap_pde_attr(pd_entry_t *pde, int cache_bits, int mask);
1193 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
1194 static void pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
1195     struct rwlock **lockp);
1196 #endif
1197 static boolean_t pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva,
1198     vm_prot_t prot);
1199 static void pmap_pte_attr(pt_entry_t *pte, int cache_bits, int mask);
1200 static void pmap_pti_add_kva_locked(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
1201     bool exec);
1202 static pdp_entry_t *pmap_pti_pdpe(vm_offset_t va);
1203 static pd_entry_t *pmap_pti_pde(vm_offset_t va);
1204 static void pmap_pti_wire_pte(void *pte);
1205 static int pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
1206     struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
1207 static int pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t sva,
1208     pd_entry_t ptepde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
1209 static vm_page_t pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
1210 static void pmap_remove_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
1211     struct spglist *free);
1212 static bool     pmap_remove_ptes(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
1213                     pd_entry_t *pde, struct spglist *free,
1214                     struct rwlock **lockp);
1215 static boolean_t pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
1216     vm_page_t m, struct rwlock **lockp);
1217 static void pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
1218     pd_entry_t newpde);
1219 static void pmap_update_pde_invalidate(pmap_t, vm_offset_t va, pd_entry_t pde);
1220
1221 static vm_page_t _pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex,
1222                 struct rwlock **lockp);
1223 static vm_page_t pmap_allocpde(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
1224                 struct rwlock **lockp);
1225 static vm_page_t pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
1226                 struct rwlock **lockp);
1227
1228 static void _pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
1229     struct spglist *free);
1230 static int pmap_unuse_pt(pmap_t, vm_offset_t, pd_entry_t, struct spglist *);
1231
1232 /********************/
1233 /* Inline functions */
1234 /********************/
1235
1236 /* Return a non-clipped PD index for a given VA */
1237 static __inline vm_pindex_t
1238 pmap_pde_pindex(vm_offset_t va)
1239 {
1240         return (va >> PDRSHIFT);
1241 }
1242
1243
1244 /* Return a pointer to the PML4 slot that corresponds to a VA */
1245 static __inline pml4_entry_t *
1246 pmap_pml4e(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1247 {
1248
1249         return (&pmap->pm_pml4[pmap_pml4e_index(va)]);
1250 }
1251
1252 /* Return a pointer to the PDP slot that corresponds to a VA */
1253 static __inline pdp_entry_t *
1254 pmap_pml4e_to_pdpe(pml4_entry_t *pml4e, vm_offset_t va)
1255 {
1256         pdp_entry_t *pdpe;
1257
1258         pdpe = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4e & PG_FRAME);
1259         return (&pdpe[pmap_pdpe_index(va)]);
1260 }
1261
1262 /* Return a pointer to the PDP slot that corresponds to a VA */
1263 static __inline pdp_entry_t *
1264 pmap_pdpe(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1265 {
1266         pml4_entry_t *pml4e;
1267         pt_entry_t PG_V;
1268
1269         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
1270         pml4e = pmap_pml4e(pmap, va);
1271         if ((*pml4e & PG_V) == 0)
1272                 return (NULL);
1273         return (pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, va));
1274 }
1275
1276 /* Return a pointer to the PD slot that corresponds to a VA */
1277 static __inline pd_entry_t *
1278 pmap_pdpe_to_pde(pdp_entry_t *pdpe, vm_offset_t va)
1279 {
1280         pd_entry_t *pde;
1281
1282         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdpe & PG_FRAME);
1283         return (&pde[pmap_pde_index(va)]);
1284 }
1285
1286 /* Return a pointer to the PD slot that corresponds to a VA */
1287 static __inline pd_entry_t *
1288 pmap_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1289 {
1290         pdp_entry_t *pdpe;
1291         pt_entry_t PG_V;
1292
1293         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
1294         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
1295         if (pdpe == NULL || (*pdpe & PG_V) == 0)
1296                 return (NULL);
1297         return (pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va));
1298 }
1299
1300 /* Return a pointer to the PT slot that corresponds to a VA */
1301 static __inline pt_entry_t *
1302 pmap_pde_to_pte(pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
1303 {
1304         pt_entry_t *pte;
1305
1306         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pde & PG_FRAME);
1307         return (&pte[pmap_pte_index(va)]);
1308 }
1309
1310 /* Return a pointer to the PT slot that corresponds to a VA */
1311 static __inline pt_entry_t *
1312 pmap_pte(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1313 {
1314         pd_entry_t *pde;
1315         pt_entry_t PG_V;
1316
1317         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
1318         pde = pmap_pde(pmap, va);
1319         if (pde == NULL || (*pde & PG_V) == 0)
1320                 return (NULL);
1321         if ((*pde & PG_PS) != 0)        /* compat with i386 pmap_pte() */
1322                 return ((pt_entry_t *)pde);
1323         return (pmap_pde_to_pte(pde, va));
1324 }
1325
1326 static __inline void
1327 pmap_resident_count_inc(pmap_t pmap, int count)
1328 {
1329
1330         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1331         pmap->pm_stats.resident_count += count;
1332 }
1333
1334 static __inline void
1335 pmap_resident_count_dec(pmap_t pmap, int count)
1336 {
1337
1338         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1339         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count >= count,
1340             ("pmap %p resident count underflow %ld %d", pmap,
1341             pmap->pm_stats.resident_count, count));
1342         pmap->pm_stats.resident_count -= count;
1343 }
1344
1345 PMAP_INLINE pt_entry_t *
1346 vtopte(vm_offset_t va)
1347 {
1348         u_int64_t mask = ((1ul << (NPTEPGSHIFT + NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT)) - 1);
1349
1350         KASSERT(va >= VM_MAXUSER_ADDRESS, ("vtopte on a uva/gpa 0x%0lx", va));
1351
1352         return (PTmap + ((va >> PAGE_SHIFT) & mask));
1353 }
1354
1355 static __inline pd_entry_t *
1356 vtopde(vm_offset_t va)
1357 {
1358         u_int64_t mask = ((1ul << (NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT)) - 1);
1359
1360         KASSERT(va >= VM_MAXUSER_ADDRESS, ("vtopde on a uva/gpa 0x%0lx", va));
1361
1362         return (PDmap + ((va >> PDRSHIFT) & mask));
1363 }
1364
1365 static u_int64_t
1366 allocpages(vm_paddr_t *firstaddr, int n)
1367 {
1368         u_int64_t ret;
1369
1370         ret = *firstaddr;
1371         bzero((void *)ret, n * PAGE_SIZE);
1372         *firstaddr += n * PAGE_SIZE;
1373         return (ret);
1374 }
1375
1376 CTASSERT(powerof2(NDMPML4E));
1377
1378 /* number of kernel PDP slots */
1379 #define NKPDPE(ptpgs)           howmany(ptpgs, NPDEPG)
1380
1381 static void
1382 nkpt_init(vm_paddr_t addr)
1383 {
1384         int pt_pages;
1385         
1386 #ifdef NKPT
1387         pt_pages = NKPT;
1388 #else
1389         pt_pages = howmany(addr, 1 << PDRSHIFT);
1390         pt_pages += NKPDPE(pt_pages);
1391
1392         /*
1393          * Add some slop beyond the bare minimum required for bootstrapping
1394          * the kernel.
1395          *
1396          * This is quite important when allocating KVA for kernel modules.
1397          * The modules are required to be linked in the negative 2GB of
1398          * the address space.  If we run out of KVA in this region then
1399          * pmap_growkernel() will need to allocate page table pages to map
1400          * the entire 512GB of KVA space which is an unnecessary tax on
1401          * physical memory.
1402          *
1403          * Secondly, device memory mapped as part of setting up the low-
1404          * level console(s) is taken from KVA, starting at virtual_avail.
1405          * This is because cninit() is called after pmap_bootstrap() but
1406          * before vm_init() and pmap_init(). 20MB for a frame buffer is
1407          * not uncommon.
1408          */
1409         pt_pages += 32;         /* 64MB additional slop. */
1410 #endif
1411         nkpt = pt_pages;
1412 }
1413
1414 /*
1415  * Returns the proper write/execute permission for a physical page that is
1416  * part of the initial boot allocations.
1417  *
1418  * If the page has kernel text, it is marked as read-only. If the page has
1419  * kernel read-only data, it is marked as read-only/not-executable. If the
1420  * page has only read-write data, it is marked as read-write/not-executable.
1421  * If the page is below/above the kernel range, it is marked as read-write.
1422  *
1423  * This function operates on 2M pages, since we map the kernel space that
1424  * way.
1425  *
1426  * Note that this doesn't currently provide any protection for modules.
1427  */
1428 static inline pt_entry_t
1429 bootaddr_rwx(vm_paddr_t pa)
1430 {
1431
1432         /*
1433          * Everything in the same 2M page as the start of the kernel
1434          * should be static. On the other hand, things in the same 2M
1435          * page as the end of the kernel could be read-write/executable,
1436          * as the kernel image is not guaranteed to end on a 2M boundary.
1437          */
1438         if (pa < trunc_2mpage(btext - KERNBASE) ||
1439            pa >= trunc_2mpage(_end - KERNBASE))
1440                 return (X86_PG_RW);
1441         /*
1442          * The linker should ensure that the read-only and read-write
1443          * portions don't share the same 2M page, so this shouldn't
1444          * impact read-only data. However, in any case, any page with
1445          * read-write data needs to be read-write.
1446          */
1447         if (pa >= trunc_2mpage(brwsection - KERNBASE))
1448                 return (X86_PG_RW | pg_nx);
1449         /*
1450          * Mark any 2M page containing kernel text as read-only. Mark
1451          * other pages with read-only data as read-only and not executable.
1452          * (It is likely a small portion of the read-only data section will
1453          * be marked as read-only, but executable. This should be acceptable
1454          * since the read-only protection will keep the data from changing.)
1455          * Note that fixups to the .text section will still work until we
1456          * set CR0.WP.
1457          */
1458         if (pa < round_2mpage(etext - KERNBASE))
1459                 return (0);
1460         return (pg_nx);
1461 }
1462
1463 static void
1464 create_pagetables(vm_paddr_t *firstaddr)
1465 {
1466         int i, j, ndm1g, nkpdpe, nkdmpde;
1467         pd_entry_t *pd_p;
1468         pdp_entry_t *pdp_p;
1469         pml4_entry_t *p4_p;
1470         uint64_t DMPDkernphys;
1471
1472         /* Allocate page table pages for the direct map */
1473         ndmpdp = howmany(ptoa(Maxmem), NBPDP);
1474         if (ndmpdp < 4)         /* Minimum 4GB of dirmap */
1475                 ndmpdp = 4;
1476         ndmpdpphys = howmany(ndmpdp, NPDPEPG);
1477         if (ndmpdpphys > NDMPML4E) {
1478                 /*
1479                  * Each NDMPML4E allows 512 GB, so limit to that,
1480                  * and then readjust ndmpdp and ndmpdpphys.
1481                  */
1482                 printf("NDMPML4E limits system to %d GB\n", NDMPML4E * 512);
1483                 Maxmem = atop(NDMPML4E * NBPML4);
1484                 ndmpdpphys = NDMPML4E;
1485                 ndmpdp = NDMPML4E * NPDEPG;
1486         }
1487         DMPDPphys = allocpages(firstaddr, ndmpdpphys);
1488         ndm1g = 0;
1489         if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0) {
1490                 /*
1491                  * Calculate the number of 1G pages that will fully fit in
1492                  * Maxmem.
1493                  */
1494                 ndm1g = ptoa(Maxmem) >> PDPSHIFT;
1495
1496                 /*
1497                  * Allocate 2M pages for the kernel. These will be used in
1498                  * place of the first one or more 1G pages from ndm1g.
1499                  */
1500                 nkdmpde = howmany((vm_offset_t)(brwsection - KERNBASE), NBPDP);
1501                 DMPDkernphys = allocpages(firstaddr, nkdmpde);
1502         }
1503         if (ndm1g < ndmpdp)
1504                 DMPDphys = allocpages(firstaddr, ndmpdp - ndm1g);
1505         dmaplimit = (vm_paddr_t)ndmpdp << PDPSHIFT;
1506
1507         /* Allocate pages */
1508         KPML4phys = allocpages(firstaddr, 1);
1509         KPDPphys = allocpages(firstaddr, NKPML4E);
1510
1511         /*
1512          * Allocate the initial number of kernel page table pages required to
1513          * bootstrap.  We defer this until after all memory-size dependent
1514          * allocations are done (e.g. direct map), so that we don't have to
1515          * build in too much slop in our estimate.
1516          *
1517          * Note that when NKPML4E > 1, we have an empty page underneath
1518          * all but the KPML4I'th one, so we need NKPML4E-1 extra (zeroed)
1519          * pages.  (pmap_enter requires a PD page to exist for each KPML4E.)
1520          */
1521         nkpt_init(*firstaddr);
1522         nkpdpe = NKPDPE(nkpt);
1523
1524         KPTphys = allocpages(firstaddr, nkpt);
1525         KPDphys = allocpages(firstaddr, nkpdpe);
1526
1527         /*
1528          * Connect the zero-filled PT pages to their PD entries.  This
1529          * implicitly maps the PT pages at their correct locations within
1530          * the PTmap.
1531          */
1532         pd_p = (pd_entry_t *)KPDphys;
1533         for (i = 0; i < nkpt; i++)
1534                 pd_p[i] = (KPTphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW | X86_PG_V;
1535
1536         /*
1537          * Map from physical address zero to the end of loader preallocated
1538          * memory using 2MB pages.  This replaces some of the PD entries
1539          * created above.
1540          */
1541         for (i = 0; (i << PDRSHIFT) < KERNend; i++)
1542                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
1543                 pd_p[i] = (i << PDRSHIFT) | X86_PG_V | PG_PS | pg_g |
1544                     X86_PG_M | X86_PG_A | bootaddr_rwx(i << PDRSHIFT);
1545
1546         /*
1547          * Because we map the physical blocks in 2M pages, adjust firstaddr
1548          * to record the physical blocks we've actually mapped into kernel
1549          * virtual address space.
1550          */
1551         if (*firstaddr < round_2mpage(KERNend))
1552                 *firstaddr = round_2mpage(KERNend);
1553
1554         /* And connect up the PD to the PDP (leaving room for L4 pages) */
1555         pdp_p = (pdp_entry_t *)(KPDPphys + ptoa(KPML4I - KPML4BASE));
1556         for (i = 0; i < nkpdpe; i++)
1557                 pdp_p[i + KPDPI] = (KPDphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW | X86_PG_V;
1558
1559         /*
1560          * Now, set up the direct map region using 2MB and/or 1GB pages.  If
1561          * the end of physical memory is not aligned to a 1GB page boundary,
1562          * then the residual physical memory is mapped with 2MB pages.  Later,
1563          * if pmap_mapdev{_attr}() uses the direct map for non-write-back
1564          * memory, pmap_change_attr() will demote any 2MB or 1GB page mappings
1565          * that are partially used. 
1566          */
1567         pd_p = (pd_entry_t *)DMPDphys;
1568         for (i = NPDEPG * ndm1g, j = 0; i < NPDEPG * ndmpdp; i++, j++) {
1569                 pd_p[j] = (vm_paddr_t)i << PDRSHIFT;
1570                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
1571                 pd_p[j] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_PS | pg_g |
1572                     X86_PG_M | X86_PG_A | pg_nx;
1573         }
1574         pdp_p = (pdp_entry_t *)DMPDPphys;
1575         for (i = 0; i < ndm1g; i++) {
1576                 pdp_p[i] = (vm_paddr_t)i << PDPSHIFT;
1577                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
1578                 pdp_p[i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_PS | pg_g |
1579                     X86_PG_M | X86_PG_A | pg_nx;
1580         }
1581         for (j = 0; i < ndmpdp; i++, j++) {
1582                 pdp_p[i] = DMPDphys + ptoa(j);
1583                 pdp_p[i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
1584         }
1585
1586         /*
1587          * Instead of using a 1G page for the memory containing the kernel,
1588          * use 2M pages with read-only and no-execute permissions.  (If using 1G
1589          * pages, this will partially overwrite the PDPEs above.)
1590          */
1591         if (ndm1g) {
1592                 pd_p = (pd_entry_t *)DMPDkernphys;
1593                 for (i = 0; i < (NPDEPG * nkdmpde); i++)
1594                         pd_p[i] = (i << PDRSHIFT) | X86_PG_V | PG_PS | pg_g |
1595                             X86_PG_M | X86_PG_A | pg_nx |
1596                             bootaddr_rwx(i << PDRSHIFT);
1597                 for (i = 0; i < nkdmpde; i++)
1598                         pdp_p[i] = (DMPDkernphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW |
1599                             X86_PG_V | pg_nx;
1600         }
1601
1602         /* And recursively map PML4 to itself in order to get PTmap */
1603         p4_p = (pml4_entry_t *)KPML4phys;
1604         p4_p[PML4PML4I] = KPML4phys;
1605         p4_p[PML4PML4I] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
1606
1607         /* Connect the Direct Map slot(s) up to the PML4. */
1608         for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++) {
1609                 p4_p[DMPML4I + i] = DMPDPphys + ptoa(i);
1610                 p4_p[DMPML4I + i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
1611         }
1612
1613         /* Connect the KVA slots up to the PML4 */
1614         for (i = 0; i < NKPML4E; i++) {
1615                 p4_p[KPML4BASE + i] = KPDPphys + ptoa(i);
1616                 p4_p[KPML4BASE + i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V;
1617         }
1618 }
1619
1620 /*
1621  *      Bootstrap the system enough to run with virtual memory.
1622  *
1623  *      On amd64 this is called after mapping has already been enabled
1624  *      and just syncs the pmap module with what has already been done.
1625  *      [We can't call it easily with mapping off since the kernel is not
1626  *      mapped with PA == VA, hence we would have to relocate every address
1627  *      from the linked base (virtual) address "KERNBASE" to the actual
1628  *      (physical) address starting relative to 0]
1629  */
1630 void
1631 pmap_bootstrap(vm_paddr_t *firstaddr)
1632 {
1633         vm_offset_t va;
1634         pt_entry_t *pte, *pcpu_pte;
1635         uint64_t cr4, pcpu_phys;
1636         u_long res;
1637         int i;
1638
1639         KERNend = *firstaddr;
1640         res = atop(KERNend - (vm_paddr_t)kernphys);
1641
1642         if (!pti)
1643                 pg_g = X86_PG_G;
1644
1645         /*
1646          * Create an initial set of page tables to run the kernel in.
1647          */
1648         create_pagetables(firstaddr);
1649
1650         pcpu_phys = allocpages(firstaddr, MAXCPU);
1651
1652         /*
1653          * Add a physical memory segment (vm_phys_seg) corresponding to the
1654          * preallocated kernel page table pages so that vm_page structures
1655          * representing these pages will be created.  The vm_page structures
1656          * are required for promotion of the corresponding kernel virtual
1657          * addresses to superpage mappings.
1658          */
1659         vm_phys_add_seg(KPTphys, KPTphys + ptoa(nkpt));
1660
1661         /*
1662          * Account for the virtual addresses mapped by create_pagetables().
1663          */
1664         virtual_avail = (vm_offset_t)KERNBASE + round_2mpage(KERNend);
1665         virtual_end = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS;
1666
1667         /*
1668          * Enable PG_G global pages, then switch to the kernel page
1669          * table from the bootstrap page table.  After the switch, it
1670          * is possible to enable SMEP and SMAP since PG_U bits are
1671          * correct now.
1672          */
1673         cr4 = rcr4();
1674         cr4 |= CR4_PGE;
1675         load_cr4(cr4);
1676         load_cr3(KPML4phys);
1677         if (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_SMEP)
1678                 cr4 |= CR4_SMEP;
1679         if (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_SMAP)
1680                 cr4 |= CR4_SMAP;
1681         load_cr4(cr4);
1682
1683         /*
1684          * Initialize the kernel pmap (which is statically allocated).
1685          * Count bootstrap data as being resident in case any of this data is
1686          * later unmapped (using pmap_remove()) and freed.
1687          */
1688         PMAP_LOCK_INIT(kernel_pmap);
1689         kernel_pmap->pm_pml4 = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(KPML4phys);
1690         kernel_pmap->pm_cr3 = KPML4phys;
1691         kernel_pmap->pm_ucr3 = PMAP_NO_CR3;
1692         CPU_FILL(&kernel_pmap->pm_active);      /* don't allow deactivation */
1693         TAILQ_INIT(&kernel_pmap->pm_pvchunk);
1694         kernel_pmap->pm_stats.resident_count = res;
1695         kernel_pmap->pm_flags = pmap_flags;
1696
1697         /*
1698          * Initialize the TLB invalidations generation number lock.
1699          */
1700         mtx_init(&invl_gen_mtx, "invlgn", NULL, MTX_DEF);
1701
1702         /*
1703          * Reserve some special page table entries/VA space for temporary
1704          * mapping of pages.
1705          */
1706 #define SYSMAP(c, p, v, n)      \
1707         v = (c)va; va += ((n)*PAGE_SIZE); p = pte; pte += (n);
1708
1709         va = virtual_avail;
1710         pte = vtopte(va);
1711
1712         /*
1713          * Crashdump maps.  The first page is reused as CMAP1 for the
1714          * memory test.
1715          */
1716         SYSMAP(caddr_t, CMAP1, crashdumpmap, MAXDUMPPGS)
1717         CADDR1 = crashdumpmap;
1718
1719         SYSMAP(struct pcpu *, pcpu_pte, __pcpu, MAXCPU);
1720         virtual_avail = va;
1721
1722         for (i = 0; i < MAXCPU; i++) {
1723                 pcpu_pte[i] = (pcpu_phys + ptoa(i)) | X86_PG_V | X86_PG_RW |
1724                     pg_g | pg_nx | X86_PG_M | X86_PG_A;
1725         }
1726         STAILQ_INIT(&cpuhead);
1727         wrmsr(MSR_GSBASE, (uint64_t)&__pcpu[0]);
1728         pcpu_init(&__pcpu[0], 0, sizeof(struct pcpu));
1729         amd64_bsp_pcpu_init1(&__pcpu[0]);
1730         amd64_bsp_ist_init(&__pcpu[0]);
1731         __pcpu[0].pc_dynamic = temp_bsp_pcpu.pc_dynamic;
1732         __pcpu[0].pc_acpi_id = temp_bsp_pcpu.pc_acpi_id;
1733
1734         /*
1735          * Initialize the PAT MSR.
1736          * pmap_init_pat() clears and sets CR4_PGE, which, as a
1737          * side-effect, invalidates stale PG_G TLB entries that might
1738          * have been created in our pre-boot environment.
1739          */
1740         pmap_init_pat();
1741
1742         /* Initialize TLB Context Id. */
1743         if (pmap_pcid_enabled) {
1744                 for (i = 0; i < MAXCPU; i++) {
1745                         kernel_pmap->pm_pcids[i].pm_pcid = PMAP_PCID_KERN;
1746                         kernel_pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 1;
1747                 }
1748
1749                 /*
1750                  * PMAP_PCID_KERN + 1 is used for initialization of
1751                  * proc0 pmap.  The pmap' pcid state might be used by
1752                  * EFIRT entry before first context switch, so it
1753                  * needs to be valid.
1754                  */
1755                 PCPU_SET(pcid_next, PMAP_PCID_KERN + 2);
1756                 PCPU_SET(pcid_gen, 1);
1757
1758                 /*
1759                  * pcpu area for APs is zeroed during AP startup.
1760                  * pc_pcid_next and pc_pcid_gen are initialized by AP
1761                  * during pcpu setup.
1762                  */
1763                 load_cr4(rcr4() | CR4_PCIDE);
1764         }
1765 }
1766
1767 /*
1768  * Setup the PAT MSR.
1769  */
1770 void
1771 pmap_init_pat(void)
1772 {
1773         uint64_t pat_msr;
1774         u_long cr0, cr4;
1775         int i;
1776
1777         /* Bail if this CPU doesn't implement PAT. */
1778         if ((cpu_feature & CPUID_PAT) == 0)
1779                 panic("no PAT??");
1780
1781         /* Set default PAT index table. */
1782         for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
1783                 pat_index[i] = -1;
1784         pat_index[PAT_WRITE_BACK] = 0;
1785         pat_index[PAT_WRITE_THROUGH] = 1;
1786         pat_index[PAT_UNCACHEABLE] = 3;
1787         pat_index[PAT_WRITE_COMBINING] = 6;
1788         pat_index[PAT_WRITE_PROTECTED] = 5;
1789         pat_index[PAT_UNCACHED] = 2;
1790
1791         /*
1792          * Initialize default PAT entries.
1793          * Leave the indices 0-3 at the default of WB, WT, UC-, and UC.
1794          * Program 5 and 6 as WP and WC.
1795          *
1796          * Leave 4 and 7 as WB and UC.  Note that a recursive page table
1797          * mapping for a 2M page uses a PAT value with the bit 3 set due
1798          * to its overload with PG_PS.
1799          */
1800         pat_msr = PAT_VALUE(0, PAT_WRITE_BACK) |
1801             PAT_VALUE(1, PAT_WRITE_THROUGH) |
1802             PAT_VALUE(2, PAT_UNCACHED) |
1803             PAT_VALUE(3, PAT_UNCACHEABLE) |
1804             PAT_VALUE(4, PAT_WRITE_BACK) |
1805             PAT_VALUE(5, PAT_WRITE_PROTECTED) |
1806             PAT_VALUE(6, PAT_WRITE_COMBINING) |
1807             PAT_VALUE(7, PAT_UNCACHEABLE);
1808
1809         /* Disable PGE. */
1810         cr4 = rcr4();
1811         load_cr4(cr4 & ~CR4_PGE);
1812
1813         /* Disable caches (CD = 1, NW = 0). */
1814         cr0 = rcr0();
1815         load_cr0((cr0 & ~CR0_NW) | CR0_CD);
1816
1817         /* Flushes caches and TLBs. */
1818         wbinvd();
1819         invltlb();
1820
1821         /* Update PAT and index table. */
1822         wrmsr(MSR_PAT, pat_msr);
1823
1824         /* Flush caches and TLBs again. */
1825         wbinvd();
1826         invltlb();
1827
1828         /* Restore caches and PGE. */
1829         load_cr0(cr0);
1830         load_cr4(cr4);
1831 }
1832
1833 /*
1834  *      Initialize a vm_page's machine-dependent fields.
1835  */
1836 void
1837 pmap_page_init(vm_page_t m)
1838 {
1839
1840         TAILQ_INIT(&m->md.pv_list);
1841         m->md.pat_mode = PAT_WRITE_BACK;
1842 }
1843
1844 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
1845 static void
1846 pmap_init_pv_table(void)
1847 {
1848         struct pmap_large_md_page *pvd;
1849         vm_size_t s;
1850         long start, end, highest, pv_npg;
1851         int domain, i, j, pages;
1852
1853         /*
1854          * We strongly depend on the size being a power of two, so the assert
1855          * is overzealous. However, should the struct be resized to a
1856          * different power of two, the code below needs to be revisited.
1857          */
1858         CTASSERT((sizeof(*pvd) == 64));
1859
1860         /*
1861          * Calculate the size of the array.
1862          */
1863         pmap_last_pa = vm_phys_segs[vm_phys_nsegs - 1].end;
1864         pv_npg = howmany(pmap_last_pa, NBPDR);
1865         s = (vm_size_t)pv_npg * sizeof(struct pmap_large_md_page);
1866         s = round_page(s);
1867         pv_table = (struct pmap_large_md_page *)kva_alloc(s);
1868         if (pv_table == NULL)
1869                 panic("%s: kva_alloc failed\n", __func__);
1870
1871         /*
1872          * Iterate physical segments to allocate space for respective pages.
1873          */
1874         highest = -1;
1875         s = 0;
1876         for (i = 0; i < vm_phys_nsegs; i++) {
1877                 end = vm_phys_segs[i].end / NBPDR;
1878                 domain = vm_phys_segs[i].domain;
1879
1880                 if (highest >= end)
1881                         continue;
1882
1883                 start = highest + 1;
1884                 pvd = &pv_table[start];
1885
1886                 pages = end - start + 1;
1887                 s = round_page(pages * sizeof(*pvd));
1888                 highest = start + (s / sizeof(*pvd)) - 1;
1889
1890                 for (j = 0; j < s; j += PAGE_SIZE) {
1891                         vm_page_t m = vm_page_alloc_domain(NULL, 0,
1892                             domain, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ);
1893                         if (m == NULL)
1894                                 panic("vm_page_alloc_domain failed for %lx\n", (vm_offset_t)pvd + j);
1895                         pmap_qenter((vm_offset_t)pvd + j, &m, 1);
1896                 }
1897
1898                 for (j = 0; j < s / sizeof(*pvd); j++) {
1899                         rw_init_flags(&pvd->pv_lock, "pmap pv list", RW_NEW);
1900                         TAILQ_INIT(&pvd->pv_page.pv_list);
1901                         pvd->pv_page.pv_gen = 0;
1902                         pvd->pv_page.pat_mode = 0;
1903                         pvd->pv_invl_gen = 0;
1904                         pvd++;
1905                 }
1906         }
1907         pvd = &pv_dummy_large;
1908         rw_init_flags(&pvd->pv_lock, "pmap pv list dummy", 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 }
1914 #else
1915 static void
1916 pmap_init_pv_table(void)
1917 {
1918         vm_size_t s;
1919         long i, pv_npg;
1920
1921         /*
1922          * Initialize the pool of pv list locks.
1923          */
1924         for (i = 0; i < NPV_LIST_LOCKS; i++)
1925                 rw_init(&pv_list_locks[i], "pmap pv list");
1926
1927         /*
1928          * Calculate the size of the pv head table for superpages.
1929          */
1930         pv_npg = howmany(vm_phys_segs[vm_phys_nsegs - 1].end, NBPDR);
1931
1932         /*
1933          * Allocate memory for the pv head table for superpages.
1934          */
1935         s = (vm_size_t)pv_npg * sizeof(struct md_page);
1936         s = round_page(s);
1937         pv_table = (struct md_page *)kmem_malloc(s, M_WAITOK | M_ZERO);
1938         for (i = 0; i < pv_npg; i++)
1939                 TAILQ_INIT(&pv_table[i].pv_list);
1940         TAILQ_INIT(&pv_dummy.pv_list);
1941 }
1942 #endif
1943
1944 /*
1945  *      Initialize the pmap module.
1946  *      Called by vm_init, to initialize any structures that the pmap
1947  *      system needs to map virtual memory.
1948  */
1949 void
1950 pmap_init(void)
1951 {
1952         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
1953         vm_page_t m, mpte;
1954         int error, i, ret, skz63;
1955
1956         /* L1TF, reserve page @0 unconditionally */
1957         vm_page_blacklist_add(0, bootverbose);
1958
1959         /* Detect bare-metal Skylake Server and Skylake-X. */
1960         if (vm_guest == VM_GUEST_NO && cpu_vendor_id == CPU_VENDOR_INTEL &&
1961             CPUID_TO_FAMILY(cpu_id) == 0x6 && CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x55) {
1962                 /*
1963                  * Skylake-X errata SKZ63. Processor May Hang When
1964                  * Executing Code In an HLE Transaction Region between
1965                  * 40000000H and 403FFFFFH.
1966                  *
1967                  * Mark the pages in the range as preallocated.  It
1968                  * seems to be impossible to distinguish between
1969                  * Skylake Server and Skylake X.
1970                  */
1971                 skz63 = 1;
1972                 TUNABLE_INT_FETCH("hw.skz63_enable", &skz63);
1973                 if (skz63 != 0) {
1974                         if (bootverbose)
1975                                 printf("SKZ63: skipping 4M RAM starting "
1976                                     "at physical 1G\n");
1977                         for (i = 0; i < atop(0x400000); i++) {
1978                                 ret = vm_page_blacklist_add(0x40000000 +
1979                                     ptoa(i), FALSE);
1980                                 if (!ret && bootverbose)
1981                                         printf("page at %#lx already used\n",
1982                                             0x40000000 + ptoa(i));
1983                         }
1984                 }
1985         }
1986
1987         /*
1988          * Initialize the vm page array entries for the kernel pmap's
1989          * page table pages.
1990          */ 
1991         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
1992         for (i = 0; i < nkpt; i++) {
1993                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(KPTphys + (i << PAGE_SHIFT));
1994                 KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
1995                     mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
1996                     ("pmap_init: page table page is out of range"));
1997                 mpte->pindex = pmap_pde_pindex(KERNBASE) + i;
1998                 mpte->phys_addr = KPTphys + (i << PAGE_SHIFT);
1999                 mpte->ref_count = 1;
2000
2001                 /*
2002                  * Collect the page table pages that were replaced by a 2MB
2003                  * page in create_pagetables().  They are zero filled.
2004                  */
2005                 if (i << PDRSHIFT < KERNend &&
2006                     pmap_insert_pt_page(kernel_pmap, mpte, false))
2007                         panic("pmap_init: pmap_insert_pt_page failed");
2008         }
2009         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
2010         vm_wire_add(nkpt);
2011
2012         /*
2013          * If the kernel is running on a virtual machine, then it must assume
2014          * that MCA is enabled by the hypervisor.  Moreover, the kernel must
2015          * be prepared for the hypervisor changing the vendor and family that
2016          * are reported by CPUID.  Consequently, the workaround for AMD Family
2017          * 10h Erratum 383 is enabled if the processor's feature set does not
2018          * include at least one feature that is only supported by older Intel
2019          * or newer AMD processors.
2020          */
2021         if (vm_guest != VM_GUEST_NO && (cpu_feature & CPUID_SS) == 0 &&
2022             (cpu_feature2 & (CPUID2_SSSE3 | CPUID2_SSE41 | CPUID2_AESNI |
2023             CPUID2_AVX | CPUID2_XSAVE)) == 0 && (amd_feature2 & (AMDID2_XOP |
2024             AMDID2_FMA4)) == 0)
2025                 workaround_erratum383 = 1;
2026
2027         /*
2028          * Are large page mappings enabled?
2029          */
2030         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.pg_ps_enabled", &pg_ps_enabled);
2031         if (pg_ps_enabled) {
2032                 KASSERT(MAXPAGESIZES > 1 && pagesizes[1] == 0,
2033                     ("pmap_init: can't assign to pagesizes[1]"));
2034                 pagesizes[1] = NBPDR;
2035         }
2036
2037         /*
2038          * Initialize the pv chunk list mutex.
2039          */
2040         mtx_init(&pv_chunks_mutex, "pmap pv chunk list", NULL, MTX_DEF);
2041
2042         pmap_init_pv_table();
2043
2044         pmap_initialized = 1;
2045         for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
2046                 ppim = pmap_preinit_mapping + i;
2047                 if (ppim->va == 0)
2048                         continue;
2049                 /* Make the direct map consistent */
2050                 if (ppim->pa < dmaplimit && ppim->pa + ppim->sz <= dmaplimit) {
2051                         (void)pmap_change_attr(PHYS_TO_DMAP(ppim->pa),
2052                             ppim->sz, ppim->mode);
2053                 }
2054                 if (!bootverbose)
2055                         continue;
2056                 printf("PPIM %u: PA=%#lx, VA=%#lx, size=%#lx, mode=%#x\n", i,
2057                     ppim->pa, ppim->va, ppim->sz, ppim->mode);
2058         }
2059
2060         mtx_init(&qframe_mtx, "qfrmlk", NULL, MTX_SPIN);
2061         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE, M_BESTFIT | M_WAITOK,
2062             (vmem_addr_t *)&qframe);
2063         if (error != 0)
2064                 panic("qframe allocation failed");
2065
2066         lm_ents = 8;
2067         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.large_map_pml4_entries", &lm_ents);
2068         if (lm_ents > LMEPML4I - LMSPML4I + 1)
2069                 lm_ents = LMEPML4I - LMSPML4I + 1;
2070         if (bootverbose)
2071                 printf("pmap: large map %u PML4 slots (%lu GB)\n",
2072                     lm_ents, (u_long)lm_ents * (NBPML4 / 1024 / 1024 / 1024));
2073         if (lm_ents != 0) {
2074                 large_vmem = vmem_create("large", LARGEMAP_MIN_ADDRESS,
2075                     (vmem_size_t)lm_ents * NBPML4, PAGE_SIZE, 0, M_WAITOK);
2076                 if (large_vmem == NULL) {
2077                         printf("pmap: cannot create large map\n");
2078                         lm_ents = 0;
2079                 }
2080                 for (i = 0; i < lm_ents; i++) {
2081                         m = pmap_large_map_getptp_unlocked();
2082                         kernel_pmap->pm_pml4[LMSPML4I + i] = X86_PG_V |
2083                             X86_PG_RW | X86_PG_A | X86_PG_M | pg_nx |
2084                             VM_PAGE_TO_PHYS(m);
2085                 }
2086         }
2087 }
2088
2089 SYSCTL_UINT(_vm_pmap, OID_AUTO, large_map_pml4_entries,
2090     CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH, &lm_ents, 0,
2091     "Maximum number of PML4 entries for use by large map (tunable).  "
2092     "Each entry corresponds to 512GB of address space.");
2093
2094 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, pde, CTLFLAG_RD, 0,
2095     "2MB page mapping counters");
2096
2097 static u_long pmap_pde_demotions;
2098 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
2099     &pmap_pde_demotions, 0, "2MB page demotions");
2100
2101 static u_long pmap_pde_mappings;
2102 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, mappings, CTLFLAG_RD,
2103     &pmap_pde_mappings, 0, "2MB page mappings");
2104
2105 static u_long pmap_pde_p_failures;
2106 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, p_failures, CTLFLAG_RD,
2107     &pmap_pde_p_failures, 0, "2MB page promotion failures");
2108
2109 static u_long pmap_pde_promotions;
2110 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, promotions, CTLFLAG_RD,
2111     &pmap_pde_promotions, 0, "2MB page promotions");
2112
2113 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, pdpe, CTLFLAG_RD, 0,
2114     "1GB page mapping counters");
2115
2116 static u_long pmap_pdpe_demotions;
2117 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pdpe, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
2118     &pmap_pdpe_demotions, 0, "1GB page demotions");
2119
2120 /***************************************************
2121  * Low level helper routines.....
2122  ***************************************************/
2123
2124 static pt_entry_t
2125 pmap_swap_pat(pmap_t pmap, pt_entry_t entry)
2126 {
2127         int x86_pat_bits = X86_PG_PTE_PAT | X86_PG_PDE_PAT;
2128
2129         switch (pmap->pm_type) {
2130         case PT_X86:
2131         case PT_RVI:
2132                 /* Verify that both PAT bits are not set at the same time */
2133                 KASSERT((entry & x86_pat_bits) != x86_pat_bits,
2134                     ("Invalid PAT bits in entry %#lx", entry));
2135
2136                 /* Swap the PAT bits if one of them is set */
2137                 if ((entry & x86_pat_bits) != 0)
2138                         entry ^= x86_pat_bits;
2139                 break;
2140         case PT_EPT:
2141                 /*
2142                  * Nothing to do - the memory attributes are represented
2143                  * the same way for regular pages and superpages.
2144                  */
2145                 break;
2146         default:
2147                 panic("pmap_switch_pat_bits: bad pm_type %d", pmap->pm_type);
2148         }
2149
2150         return (entry);
2151 }
2152
2153 boolean_t
2154 pmap_is_valid_memattr(pmap_t pmap __unused, vm_memattr_t mode)
2155 {
2156
2157         return (mode >= 0 && mode < PAT_INDEX_SIZE &&
2158             pat_index[(int)mode] >= 0);
2159 }
2160
2161 /*
2162  * Determine the appropriate bits to set in a PTE or PDE for a specified
2163  * caching mode.
2164  */
2165 int
2166 pmap_cache_bits(pmap_t pmap, int mode, boolean_t is_pde)
2167 {
2168         int cache_bits, pat_flag, pat_idx;
2169
2170         if (!pmap_is_valid_memattr(pmap, mode))
2171                 panic("Unknown caching mode %d\n", mode);
2172
2173         switch (pmap->pm_type) {
2174         case PT_X86:
2175         case PT_RVI:
2176                 /* The PAT bit is different for PTE's and PDE's. */
2177                 pat_flag = is_pde ? X86_PG_PDE_PAT : X86_PG_PTE_PAT;
2178
2179                 /* Map the caching mode to a PAT index. */
2180                 pat_idx = pat_index[mode];
2181
2182                 /* Map the 3-bit index value into the PAT, PCD, and PWT bits. */
2183                 cache_bits = 0;
2184                 if (pat_idx & 0x4)
2185                         cache_bits |= pat_flag;
2186                 if (pat_idx & 0x2)
2187                         cache_bits |= PG_NC_PCD;
2188                 if (pat_idx & 0x1)
2189                         cache_bits |= PG_NC_PWT;
2190                 break;
2191
2192         case PT_EPT:
2193                 cache_bits = EPT_PG_IGNORE_PAT | EPT_PG_MEMORY_TYPE(mode);
2194                 break;
2195
2196         default:
2197                 panic("unsupported pmap type %d", pmap->pm_type);
2198         }
2199
2200         return (cache_bits);
2201 }
2202
2203 static int
2204 pmap_cache_mask(pmap_t pmap, boolean_t is_pde)
2205 {
2206         int mask;
2207
2208         switch (pmap->pm_type) {
2209         case PT_X86:
2210         case PT_RVI:
2211                 mask = is_pde ? X86_PG_PDE_CACHE : X86_PG_PTE_CACHE;
2212                 break;
2213         case PT_EPT:
2214                 mask = EPT_PG_IGNORE_PAT | EPT_PG_MEMORY_TYPE(0x7);
2215                 break;
2216         default:
2217                 panic("pmap_cache_mask: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
2218         }
2219
2220         return (mask);
2221 }
2222
2223 static int
2224 pmap_pat_index(pmap_t pmap, pt_entry_t pte, bool is_pde)
2225 {
2226         int pat_flag, pat_idx;
2227
2228         pat_idx = 0;
2229         switch (pmap->pm_type) {
2230         case PT_X86:
2231         case PT_RVI:
2232                 /* The PAT bit is different for PTE's and PDE's. */
2233                 pat_flag = is_pde ? X86_PG_PDE_PAT : X86_PG_PTE_PAT;
2234
2235                 if ((pte & pat_flag) != 0)
2236                         pat_idx |= 0x4;
2237                 if ((pte & PG_NC_PCD) != 0)
2238                         pat_idx |= 0x2;
2239                 if ((pte & PG_NC_PWT) != 0)
2240                         pat_idx |= 0x1;
2241                 break;
2242         case PT_EPT:
2243                 if ((pte & EPT_PG_IGNORE_PAT) != 0)
2244                         panic("EPT PTE %#lx has no PAT memory type", pte);
2245                 pat_idx = (pte & EPT_PG_MEMORY_TYPE(0x7)) >> 3;
2246                 break;
2247         }
2248
2249         /* See pmap_init_pat(). */
2250         if (pat_idx == 4)
2251                 pat_idx = 0;
2252         if (pat_idx == 7)
2253                 pat_idx = 3;
2254
2255         return (pat_idx);
2256 }
2257
2258 bool
2259 pmap_ps_enabled(pmap_t pmap)
2260 {
2261
2262         return (pg_ps_enabled && (pmap->pm_flags & PMAP_PDE_SUPERPAGE) != 0);
2263 }
2264
2265 static void
2266 pmap_update_pde_store(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
2267 {
2268
2269         switch (pmap->pm_type) {
2270         case PT_X86:
2271                 break;
2272         case PT_RVI:
2273         case PT_EPT:
2274                 /*
2275                  * XXX
2276                  * This is a little bogus since the generation number is
2277                  * supposed to be bumped up when a region of the address
2278                  * space is invalidated in the page tables.
2279                  *
2280                  * In this case the old PDE entry is valid but yet we want
2281                  * to make sure that any mappings using the old entry are
2282                  * invalidated in the TLB.
2283                  *
2284                  * The reason this works as expected is because we rendezvous
2285                  * "all" host cpus and force any vcpu context to exit as a
2286                  * side-effect.
2287                  */
2288                 atomic_add_acq_long(&pmap->pm_eptgen, 1);
2289                 break;
2290         default:
2291                 panic("pmap_update_pde_store: bad pm_type %d", pmap->pm_type);
2292         }
2293         pde_store(pde, newpde);
2294 }
2295
2296 /*
2297  * After changing the page size for the specified virtual address in the page
2298  * table, flush the corresponding entries from the processor's TLB.  Only the
2299  * calling processor's TLB is affected.
2300  *
2301  * The calling thread must be pinned to a processor.
2302  */
2303 static void
2304 pmap_update_pde_invalidate(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t newpde)
2305 {
2306         pt_entry_t PG_G;
2307
2308         if (pmap_type_guest(pmap))
2309                 return;
2310
2311         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
2312             ("pmap_update_pde_invalidate: invalid type %d", pmap->pm_type));
2313
2314         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
2315
2316         if ((newpde & PG_PS) == 0)
2317                 /* Demotion: flush a specific 2MB page mapping. */
2318                 invlpg(va);
2319         else if ((newpde & PG_G) == 0)
2320                 /*
2321                  * Promotion: flush every 4KB page mapping from the TLB
2322                  * because there are too many to flush individually.
2323                  */
2324                 invltlb();
2325         else {
2326                 /*
2327                  * Promotion: flush every 4KB page mapping from the TLB,
2328                  * including any global (PG_G) mappings.
2329                  */
2330                 invltlb_glob();
2331         }
2332 }
2333 #ifdef SMP
2334
2335 /*
2336  * For SMP, these functions have to use the IPI mechanism for coherence.
2337  *
2338  * N.B.: Before calling any of the following TLB invalidation functions,
2339  * the calling processor must ensure that all stores updating a non-
2340  * kernel page table are globally performed.  Otherwise, another
2341  * processor could cache an old, pre-update entry without being
2342  * invalidated.  This can happen one of two ways: (1) The pmap becomes
2343  * active on another processor after its pm_active field is checked by
2344  * one of the following functions but before a store updating the page
2345  * table is globally performed. (2) The pmap becomes active on another
2346  * processor before its pm_active field is checked but due to
2347  * speculative loads one of the following functions stills reads the
2348  * pmap as inactive on the other processor.
2349  * 
2350  * The kernel page table is exempt because its pm_active field is
2351  * immutable.  The kernel page table is always active on every
2352  * processor.
2353  */
2354
2355 /*
2356  * Interrupt the cpus that are executing in the guest context.
2357  * This will force the vcpu to exit and the cached EPT mappings
2358  * will be invalidated by the host before the next vmresume.
2359  */
2360 static __inline void
2361 pmap_invalidate_ept(pmap_t pmap)
2362 {
2363         int ipinum;
2364
2365         sched_pin();
2366         KASSERT(!CPU_ISSET(curcpu, &pmap->pm_active),
2367             ("pmap_invalidate_ept: absurd pm_active"));
2368
2369         /*
2370          * The TLB mappings associated with a vcpu context are not
2371          * flushed each time a different vcpu is chosen to execute.
2372          *
2373          * This is in contrast with a process's vtop mappings that
2374          * are flushed from the TLB on each context switch.
2375          *
2376          * Therefore we need to do more than just a TLB shootdown on
2377          * the active cpus in 'pmap->pm_active'. To do this we keep
2378          * track of the number of invalidations performed on this pmap.
2379          *
2380          * Each vcpu keeps a cache of this counter and compares it
2381          * just before a vmresume. If the counter is out-of-date an
2382          * invept will be done to flush stale mappings from the TLB.
2383          */
2384         atomic_add_acq_long(&pmap->pm_eptgen, 1);
2385
2386         /*
2387          * Force the vcpu to exit and trap back into the hypervisor.
2388          */
2389         ipinum = pmap->pm_flags & PMAP_NESTED_IPIMASK;
2390         ipi_selected(pmap->pm_active, ipinum);
2391         sched_unpin();
2392 }
2393
2394 static cpuset_t
2395 pmap_invalidate_cpu_mask(pmap_t pmap)
2396 {
2397
2398         return (pmap == kernel_pmap ? all_cpus : pmap->pm_active);
2399 }
2400
2401 static inline void
2402 pmap_invalidate_page_pcid(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
2403     const bool invpcid_works1)
2404 {
2405         struct invpcid_descr d;
2406         uint64_t kcr3, ucr3;
2407         uint32_t pcid;
2408         u_int cpuid, i;
2409
2410         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
2411         if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
2412                 if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
2413                         /*
2414                          * Because pm_pcid is recalculated on a
2415                          * context switch, we must disable switching.
2416                          * Otherwise, we might use a stale value
2417                          * below.
2418                          */
2419                         critical_enter();
2420                         pcid = pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
2421                         if (invpcid_works1) {
2422                                 d.pcid = pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
2423                                 d.pad = 0;
2424                                 d.addr = va;
2425                                 invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
2426                         } else {
2427                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pcid | CR3_PCID_SAVE;
2428                                 ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pcid |
2429                                     PMAP_PCID_USER_PT | CR3_PCID_SAVE;
2430                                 pmap_pti_pcid_invlpg(ucr3, kcr3, va);
2431                         }
2432                         critical_exit();
2433                 }
2434         } else
2435                 pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = 0;
2436
2437         CPU_FOREACH(i) {
2438                 if (cpuid != i)
2439                         pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
2440         }
2441
2442         /*
2443          * The fence is between stores to pm_gen and the read of the
2444          * pm_active mask.  We need to ensure that it is impossible
2445          * for us to miss the bit update in pm_active and
2446          * simultaneously observe a non-zero pm_gen in
2447          * pmap_activate_sw(), otherwise TLB update is missed.
2448          * Without the fence, IA32 allows such an outcome.  Note that
2449          * pm_active is updated by a locked operation, which provides
2450          * the reciprocal fence.
2451          */
2452         atomic_thread_fence_seq_cst();
2453 }
2454
2455 static void
2456 pmap_invalidate_page_pcid_invpcid(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2457 {
2458
2459         pmap_invalidate_page_pcid(pmap, va, true);
2460 }
2461
2462 static void
2463 pmap_invalidate_page_pcid_noinvpcid(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2464 {
2465
2466         pmap_invalidate_page_pcid(pmap, va, false);
2467 }
2468
2469 static void
2470 pmap_invalidate_page_nopcid(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2471 {
2472 }
2473
2474 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_invalidate_page_mode, (pmap_t, vm_offset_t))
2475 {
2476
2477         if (pmap_pcid_enabled)
2478                 return (invpcid_works ? pmap_invalidate_page_pcid_invpcid :
2479                     pmap_invalidate_page_pcid_noinvpcid);
2480         return (pmap_invalidate_page_nopcid);
2481 }
2482
2483 void
2484 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2485 {
2486
2487         if (pmap_type_guest(pmap)) {
2488                 pmap_invalidate_ept(pmap);
2489                 return;
2490         }
2491
2492         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
2493             ("pmap_invalidate_page: invalid type %d", pmap->pm_type));
2494
2495         sched_pin();
2496         if (pmap == kernel_pmap) {
2497                 invlpg(va);
2498         } else {
2499                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap))
2500                         invlpg(va);
2501                 pmap_invalidate_page_mode(pmap, va);
2502         }
2503         smp_masked_invlpg(pmap_invalidate_cpu_mask(pmap), va, pmap);
2504         sched_unpin();
2505 }
2506
2507 /* 4k PTEs -- Chosen to exceed the total size of Broadwell L2 TLB */
2508 #define PMAP_INVLPG_THRESHOLD   (4 * 1024 * PAGE_SIZE)
2509
2510 static void
2511 pmap_invalidate_range_pcid(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
2512     const bool invpcid_works1)
2513 {
2514         struct invpcid_descr d;
2515         uint64_t kcr3, ucr3;
2516         uint32_t pcid;
2517         u_int cpuid, i;
2518
2519         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
2520         if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
2521                 if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
2522                         critical_enter();
2523                         pcid = pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
2524                         if (invpcid_works1) {
2525                                 d.pcid = pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
2526                                 d.pad = 0;
2527                                 d.addr = sva;
2528                                 for (; d.addr < eva; d.addr += PAGE_SIZE)
2529                                         invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
2530                         } else {
2531                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pcid | CR3_PCID_SAVE;
2532                                 ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pcid |
2533                                     PMAP_PCID_USER_PT | CR3_PCID_SAVE;
2534                                 pmap_pti_pcid_invlrng(ucr3, kcr3, sva, eva);
2535                         }
2536                         critical_exit();
2537                 }
2538         } else
2539                 pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = 0;
2540
2541         CPU_FOREACH(i) {
2542                 if (cpuid != i)
2543                         pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
2544         }
2545         /* See the comment in pmap_invalidate_page_pcid(). */
2546         atomic_thread_fence_seq_cst();
2547 }
2548
2549 static void
2550 pmap_invalidate_range_pcid_invpcid(pmap_t pmap, vm_offset_t sva,
2551     vm_offset_t eva)
2552 {
2553
2554         pmap_invalidate_range_pcid(pmap, sva, eva, true);
2555 }
2556
2557 static void
2558 pmap_invalidate_range_pcid_noinvpcid(pmap_t pmap, vm_offset_t sva,
2559     vm_offset_t eva)
2560 {
2561
2562         pmap_invalidate_range_pcid(pmap, sva, eva, false);
2563 }
2564
2565 static void
2566 pmap_invalidate_range_nopcid(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2567 {
2568 }
2569
2570 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_invalidate_range_mode, (pmap_t, vm_offset_t,
2571     vm_offset_t))
2572 {
2573
2574         if (pmap_pcid_enabled)
2575                 return (invpcid_works ? pmap_invalidate_range_pcid_invpcid :
2576                     pmap_invalidate_range_pcid_noinvpcid);
2577         return (pmap_invalidate_range_nopcid);
2578 }
2579
2580 void
2581 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2582 {
2583         vm_offset_t addr;
2584
2585         if (eva - sva >= PMAP_INVLPG_THRESHOLD) {
2586                 pmap_invalidate_all(pmap);
2587                 return;
2588         }
2589
2590         if (pmap_type_guest(pmap)) {
2591                 pmap_invalidate_ept(pmap);
2592                 return;
2593         }
2594
2595         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
2596             ("pmap_invalidate_range: invalid type %d", pmap->pm_type));
2597
2598         sched_pin();
2599         if (pmap == kernel_pmap) {
2600                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
2601                         invlpg(addr);
2602         } else {
2603                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
2604                         for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
2605                                 invlpg(addr);
2606                 }
2607                 pmap_invalidate_range_mode(pmap, sva, eva);
2608         }
2609         smp_masked_invlpg_range(pmap_invalidate_cpu_mask(pmap), sva, eva, pmap);
2610         sched_unpin();
2611 }
2612
2613 static inline void
2614 pmap_invalidate_all_pcid(pmap_t pmap, bool invpcid_works1)
2615 {
2616         struct invpcid_descr d;
2617         uint64_t kcr3, ucr3;
2618         uint32_t pcid;
2619         u_int cpuid, i;
2620
2621         if (pmap == kernel_pmap) {
2622                 if (invpcid_works1) {
2623                         bzero(&d, sizeof(d));
2624                         invpcid(&d, INVPCID_CTXGLOB);
2625                 } else {
2626                         invltlb_glob();
2627                 }
2628         } else {
2629                 cpuid = PCPU_GET(cpuid);
2630                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
2631                         critical_enter();
2632                         pcid = pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
2633                         if (invpcid_works1) {
2634                                 d.pcid = pcid;
2635                                 d.pad = 0;
2636                                 d.addr = 0;
2637                                 invpcid(&d, INVPCID_CTX);
2638                                 if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
2639                                         d.pcid |= PMAP_PCID_USER_PT;
2640                                         invpcid(&d, INVPCID_CTX);
2641                                 }
2642                         } else {
2643                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pcid;
2644                                 ucr3 = pmap->pm_ucr3;
2645                                 if (ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
2646                                         ucr3 |= pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
2647                                         pmap_pti_pcid_invalidate(ucr3, kcr3);
2648                                 } else {
2649                                         load_cr3(kcr3);
2650                                 }
2651                         }
2652                         critical_exit();
2653                 } else
2654                         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = 0;
2655                 CPU_FOREACH(i) {
2656                         if (cpuid != i)
2657                                 pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
2658                 }
2659         }
2660         /* See the comment in pmap_invalidate_page_pcid(). */
2661         atomic_thread_fence_seq_cst();
2662 }
2663
2664 static void
2665 pmap_invalidate_all_pcid_invpcid(pmap_t pmap)
2666 {
2667
2668         pmap_invalidate_all_pcid(pmap, true);
2669 }
2670
2671 static void
2672 pmap_invalidate_all_pcid_noinvpcid(pmap_t pmap)
2673 {
2674
2675         pmap_invalidate_all_pcid(pmap, false);
2676 }
2677
2678 static void
2679 pmap_invalidate_all_nopcid(pmap_t pmap)
2680 {
2681
2682         if (pmap == kernel_pmap)
2683                 invltlb_glob();
2684         else if (pmap == PCPU_GET(curpmap))
2685                 invltlb();
2686 }
2687
2688 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_invalidate_all_mode, (pmap_t))
2689 {
2690
2691         if (pmap_pcid_enabled)
2692                 return (invpcid_works ? pmap_invalidate_all_pcid_invpcid :
2693                     pmap_invalidate_all_pcid_noinvpcid);
2694         return (pmap_invalidate_all_nopcid);
2695 }
2696
2697 void
2698 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
2699 {
2700
2701         if (pmap_type_guest(pmap)) {
2702                 pmap_invalidate_ept(pmap);
2703                 return;
2704         }
2705
2706         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
2707             ("pmap_invalidate_all: invalid type %d", pmap->pm_type));
2708
2709         sched_pin();
2710         pmap_invalidate_all_mode(pmap);
2711         smp_masked_invltlb(pmap_invalidate_cpu_mask(pmap), pmap);
2712         sched_unpin();
2713 }
2714
2715 void
2716 pmap_invalidate_cache(void)
2717 {
2718
2719         sched_pin();
2720         wbinvd();
2721         smp_cache_flush();
2722         sched_unpin();
2723 }
2724
2725 struct pde_action {
2726         cpuset_t invalidate;    /* processors that invalidate their TLB */
2727         pmap_t pmap;
2728         vm_offset_t va;
2729         pd_entry_t *pde;
2730         pd_entry_t newpde;
2731         u_int store;            /* processor that updates the PDE */
2732 };
2733
2734 static void
2735 pmap_update_pde_action(void *arg)
2736 {
2737         struct pde_action *act = arg;
2738
2739         if (act->store == PCPU_GET(cpuid))
2740                 pmap_update_pde_store(act->pmap, act->pde, act->newpde);
2741 }
2742
2743 static void
2744 pmap_update_pde_teardown(void *arg)
2745 {
2746         struct pde_action *act = arg;
2747
2748         if (CPU_ISSET(PCPU_GET(cpuid), &act->invalidate))
2749                 pmap_update_pde_invalidate(act->pmap, act->va, act->newpde);
2750 }
2751
2752 /*
2753  * Change the page size for the specified virtual address in a way that
2754  * prevents any possibility of the TLB ever having two entries that map the
2755  * same virtual address using different page sizes.  This is the recommended
2756  * workaround for Erratum 383 on AMD Family 10h processors.  It prevents a
2757  * machine check exception for a TLB state that is improperly diagnosed as a
2758  * hardware error.
2759  */
2760 static void
2761 pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
2762 {
2763         struct pde_action act;
2764         cpuset_t active, other_cpus;
2765         u_int cpuid;
2766
2767         sched_pin();
2768         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
2769         other_cpus = all_cpus;
2770         CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
2771         if (pmap == kernel_pmap || pmap_type_guest(pmap)) 
2772                 active = all_cpus;
2773         else {
2774                 active = pmap->pm_active;
2775         }
2776         if (CPU_OVERLAP(&active, &other_cpus)) { 
2777                 act.store = cpuid;
2778                 act.invalidate = active;
2779                 act.va = va;
2780                 act.pmap = pmap;
2781                 act.pde = pde;
2782                 act.newpde = newpde;
2783                 CPU_SET(cpuid, &active);
2784                 smp_rendezvous_cpus(active,
2785                     smp_no_rendezvous_barrier, pmap_update_pde_action,
2786                     pmap_update_pde_teardown, &act);
2787         } else {
2788                 pmap_update_pde_store(pmap, pde, newpde);
2789                 if (CPU_ISSET(cpuid, &active))
2790                         pmap_update_pde_invalidate(pmap, va, newpde);
2791         }
2792         sched_unpin();
2793 }
2794 #else /* !SMP */
2795 /*
2796  * Normal, non-SMP, invalidation functions.
2797  */
2798 void
2799 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2800 {
2801         struct invpcid_descr d;
2802         uint64_t kcr3, ucr3;
2803         uint32_t pcid;
2804
2805         if (pmap->pm_type == PT_RVI || pmap->pm_type == PT_EPT) {
2806                 pmap->pm_eptgen++;
2807                 return;
2808         }
2809         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
2810             ("pmap_invalidate_range: unknown type %d", pmap->pm_type));
2811
2812         if (pmap == kernel_pmap || pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
2813                 invlpg(va);
2814                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap) && pmap_pcid_enabled &&
2815                     pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
2816                         critical_enter();
2817                         pcid = pmap->pm_pcids[0].pm_pcid;
2818                         if (invpcid_works) {
2819                                 d.pcid = pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
2820                                 d.pad = 0;
2821                                 d.addr = va;
2822                                 invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
2823                         } else {
2824                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pcid | CR3_PCID_SAVE;
2825                                 ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pcid |
2826                                     PMAP_PCID_USER_PT | CR3_PCID_SAVE;
2827                                 pmap_pti_pcid_invlpg(ucr3, kcr3, va);
2828                         }
2829                         critical_exit();
2830                 }
2831         } else if (pmap_pcid_enabled)
2832                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
2833 }
2834
2835 void
2836 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2837 {
2838         struct invpcid_descr d;
2839         vm_offset_t addr;
2840         uint64_t kcr3, ucr3;
2841
2842         if (pmap->pm_type == PT_RVI || pmap->pm_type == PT_EPT) {
2843                 pmap->pm_eptgen++;
2844                 return;
2845         }
2846         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
2847             ("pmap_invalidate_range: unknown type %d", pmap->pm_type));
2848
2849         if (pmap == kernel_pmap || pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
2850                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
2851                         invlpg(addr);
2852                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap) && pmap_pcid_enabled &&
2853                     pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
2854                         critical_enter();
2855                         if (invpcid_works) {
2856                                 d.pcid = pmap->pm_pcids[0].pm_pcid |
2857                                     PMAP_PCID_USER_PT;
2858                                 d.pad = 0;
2859                                 d.addr = sva;
2860                                 for (; d.addr < eva; d.addr += PAGE_SIZE)
2861                                         invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
2862                         } else {
2863                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[0].
2864                                     pm_pcid | CR3_PCID_SAVE;
2865                                 ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pmap->pm_pcids[0].
2866                                     pm_pcid | PMAP_PCID_USER_PT | CR3_PCID_SAVE;
2867                                 pmap_pti_pcid_invlrng(ucr3, kcr3, sva, eva);
2868                         }
2869                         critical_exit();
2870                 }
2871         } else if (pmap_pcid_enabled) {
2872                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
2873         }
2874 }
2875
2876 void
2877 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
2878 {
2879         struct invpcid_descr d;
2880         uint64_t kcr3, ucr3;
2881
2882         if (pmap->pm_type == PT_RVI || pmap->pm_type == PT_EPT) {
2883                 pmap->pm_eptgen++;
2884                 return;
2885         }
2886         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
2887             ("pmap_invalidate_all: unknown type %d", pmap->pm_type));
2888
2889         if (pmap == kernel_pmap) {
2890                 if (pmap_pcid_enabled && invpcid_works) {
2891                         bzero(&d, sizeof(d));
2892                         invpcid(&d, INVPCID_CTXGLOB);
2893                 } else {
2894                         invltlb_glob();
2895                 }
2896         } else if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
2897                 if (pmap_pcid_enabled) {
2898                         critical_enter();
2899                         if (invpcid_works) {
2900                                 d.pcid = pmap->pm_pcids[0].pm_pcid;
2901                                 d.pad = 0;
2902                                 d.addr = 0;
2903                                 invpcid(&d, INVPCID_CTX);
2904                                 if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
2905                                         d.pcid |= PMAP_PCID_USER_PT;
2906                                         invpcid(&d, INVPCID_CTX);
2907                                 }
2908                         } else {
2909                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[0].pm_pcid;
2910                                 if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
2911                                         ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pmap->pm_pcids[
2912                                             0].pm_pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
2913                                         pmap_pti_pcid_invalidate(ucr3, kcr3);
2914                                 } else
2915                                         load_cr3(kcr3);
2916                         }
2917                         critical_exit();
2918                 } else {
2919                         invltlb();
2920                 }
2921         } else if (pmap_pcid_enabled) {
2922                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
2923         }
2924 }
2925
2926 PMAP_INLINE void
2927 pmap_invalidate_cache(void)
2928 {
2929
2930         wbinvd();
2931 }
2932
2933 static void
2934 pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
2935 {
2936
2937         pmap_update_pde_store(pmap, pde, newpde);
2938         if (pmap == kernel_pmap || pmap == PCPU_GET(curpmap))
2939                 pmap_update_pde_invalidate(pmap, va, newpde);
2940         else
2941                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
2942 }
2943 #endif /* !SMP */
2944
2945 static void
2946 pmap_invalidate_pde_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde)
2947 {
2948
2949         /*
2950          * When the PDE has PG_PROMOTED set, the 2MB page mapping was created
2951          * by a promotion that did not invalidate the 512 4KB page mappings
2952          * that might exist in the TLB.  Consequently, at this point, the TLB
2953          * may hold both 4KB and 2MB page mappings for the address range [va,
2954          * va + NBPDR).  Therefore, the entire range must be invalidated here.
2955          * In contrast, when PG_PROMOTED is clear, the TLB will not hold any
2956          * 4KB page mappings for the address range [va, va + NBPDR), and so a
2957          * single INVLPG suffices to invalidate the 2MB page mapping from the
2958          * TLB.
2959          */
2960         if ((pde & PG_PROMOTED) != 0)
2961                 pmap_invalidate_range(pmap, va, va + NBPDR - 1);
2962         else
2963                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
2964 }
2965
2966 DEFINE_IFUNC(, void, pmap_invalidate_cache_range,
2967     (vm_offset_t sva, vm_offset_t eva))
2968 {
2969
2970         if ((cpu_feature & CPUID_SS) != 0)
2971                 return (pmap_invalidate_cache_range_selfsnoop);
2972         if ((cpu_feature & CPUID_CLFSH) != 0)
2973                 return (pmap_force_invalidate_cache_range);
2974         return (pmap_invalidate_cache_range_all);
2975 }
2976
2977 #define PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD   (2 * 1024 * 1024)
2978
2979 static void
2980 pmap_invalidate_cache_range_check_align(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2981 {
2982
2983         KASSERT((sva & PAGE_MASK) == 0,
2984             ("pmap_invalidate_cache_range: sva not page-aligned"));
2985         KASSERT((eva & PAGE_MASK) == 0,
2986             ("pmap_invalidate_cache_range: eva not page-aligned"));
2987 }
2988
2989 static void
2990 pmap_invalidate_cache_range_selfsnoop(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2991 {
2992
2993         pmap_invalidate_cache_range_check_align(sva, eva);
2994 }
2995
2996 void
2997 pmap_force_invalidate_cache_range(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2998 {
2999
3000         sva &= ~(vm_offset_t)(cpu_clflush_line_size - 1);
3001
3002         /*
3003          * XXX: Some CPUs fault, hang, or trash the local APIC
3004          * registers if we use CLFLUSH on the local APIC range.  The
3005          * local APIC is always uncached, so we don't need to flush
3006          * for that range anyway.
3007          */
3008         if (pmap_kextract(sva) == lapic_paddr)
3009                 return;
3010
3011         if ((cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT) != 0) {
3012                 /*
3013                  * Do per-cache line flush.  Use the sfence
3014                  * instruction to insure that previous stores are
3015                  * included in the write-back.  The processor
3016                  * propagates flush to other processors in the cache
3017                  * coherence domain.
3018                  */
3019                 sfence();
3020                 for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size)
3021                         clflushopt(sva);
3022                 sfence();
3023         } else {
3024                 /*
3025                  * Writes are ordered by CLFLUSH on Intel CPUs.
3026                  */
3027                 if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
3028                         mfence();
3029                 for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size)
3030                         clflush(sva);
3031                 if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
3032                         mfence();
3033         }
3034 }
3035
3036 static void
3037 pmap_invalidate_cache_range_all(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3038 {
3039
3040         pmap_invalidate_cache_range_check_align(sva, eva);
3041         pmap_invalidate_cache();
3042 }
3043
3044 /*
3045  * Remove the specified set of pages from the data and instruction caches.
3046  *
3047  * In contrast to pmap_invalidate_cache_range(), this function does not
3048  * rely on the CPU's self-snoop feature, because it is intended for use
3049  * when moving pages into a different cache domain.
3050  */
3051 void
3052 pmap_invalidate_cache_pages(vm_page_t *pages, int count)
3053 {
3054         vm_offset_t daddr, eva;
3055         int i;
3056         bool useclflushopt;
3057
3058         useclflushopt = (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT) != 0;
3059         if (count >= PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD / PAGE_SIZE ||
3060             ((cpu_feature & CPUID_CLFSH) == 0 && !useclflushopt))
3061                 pmap_invalidate_cache();
3062         else {
3063                 if (useclflushopt)
3064                         sfence();
3065                 else if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
3066                         mfence();
3067                 for (i = 0; i < count; i++) {
3068                         daddr = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pages[i]));
3069                         eva = daddr + PAGE_SIZE;
3070                         for (; daddr < eva; daddr += cpu_clflush_line_size) {
3071                                 if (useclflushopt)
3072                                         clflushopt(daddr);
3073                                 else
3074                                         clflush(daddr);
3075                         }
3076                 }
3077                 if (useclflushopt)
3078                         sfence();
3079                 else if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
3080                         mfence();
3081         }
3082 }
3083
3084 void
3085 pmap_flush_cache_range(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3086 {
3087
3088         pmap_invalidate_cache_range_check_align(sva, eva);
3089
3090         if ((cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLWB) == 0) {
3091                 pmap_force_invalidate_cache_range(sva, eva);
3092                 return;
3093         }
3094
3095         /* See comment in pmap_force_invalidate_cache_range(). */
3096         if (pmap_kextract(sva) == lapic_paddr)
3097                 return;
3098
3099         sfence();
3100         for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size)
3101                 clwb(sva);
3102         sfence();
3103 }
3104
3105 void
3106 pmap_flush_cache_phys_range(vm_paddr_t spa, vm_paddr_t epa, vm_memattr_t mattr)
3107 {
3108         pt_entry_t *pte;
3109         vm_offset_t vaddr;
3110         int error, pte_bits;
3111
3112         KASSERT((spa & PAGE_MASK) == 0,
3113             ("pmap_flush_cache_phys_range: spa not page-aligned"));
3114         KASSERT((epa & PAGE_MASK) == 0,
3115             ("pmap_flush_cache_phys_range: epa not page-aligned"));
3116
3117         if (spa < dmaplimit) {
3118                 pmap_flush_cache_range(PHYS_TO_DMAP(spa), PHYS_TO_DMAP(MIN(
3119                     dmaplimit, epa)));
3120                 if (dmaplimit >= epa)
3121                         return;
3122                 spa = dmaplimit;
3123         }
3124
3125         pte_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mattr, 0) | X86_PG_RW |
3126             X86_PG_V;
3127         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE, M_BESTFIT | M_WAITOK,
3128             &vaddr);
3129         KASSERT(error == 0, ("vmem_alloc failed: %d", error));
3130         pte = vtopte(vaddr);
3131         for (; spa < epa; spa += PAGE_SIZE) {
3132                 sched_pin();
3133                 pte_store(pte, spa | pte_bits);
3134                 invlpg(vaddr);
3135                 /* XXXKIB sfences inside flush_cache_range are excessive */
3136                 pmap_flush_cache_range(vaddr, vaddr + PAGE_SIZE);
3137                 sched_unpin();
3138         }
3139         vmem_free(kernel_arena, vaddr, PAGE_SIZE);
3140 }
3141
3142 /*
3143  *      Routine:        pmap_extract
3144  *      Function:
3145  *              Extract the physical page address associated
3146  *              with the given map/virtual_address pair.
3147  */
3148 vm_paddr_t 
3149 pmap_extract(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3150 {
3151         pdp_entry_t *pdpe;
3152         pd_entry_t *pde;
3153         pt_entry_t *pte, PG_V;
3154         vm_paddr_t pa;
3155
3156         pa = 0;
3157         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3158         PMAP_LOCK(pmap);
3159         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
3160         if (pdpe != NULL && (*pdpe & PG_V) != 0) {
3161                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0)
3162                         pa = (*pdpe & PG_PS_FRAME) | (va & PDPMASK);
3163                 else {
3164                         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
3165                         if ((*pde & PG_V) != 0) {
3166                                 if ((*pde & PG_PS) != 0) {
3167                                         pa = (*pde & PG_PS_FRAME) |
3168                                             (va & PDRMASK);
3169                                 } else {
3170                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
3171                                         pa = (*pte & PG_FRAME) |
3172                                             (va & PAGE_MASK);
3173                                 }
3174                         }
3175                 }
3176         }
3177         PMAP_UNLOCK(pmap);
3178         return (pa);
3179 }
3180
3181 /*
3182  *      Routine:        pmap_extract_and_hold
3183  *      Function:
3184  *              Atomically extract and hold the physical page
3185  *              with the given pmap and virtual address pair
3186  *              if that mapping permits the given protection.
3187  */
3188 vm_page_t
3189 pmap_extract_and_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_prot_t prot)
3190 {
3191         pd_entry_t pde, *pdep;
3192         pt_entry_t pte, PG_RW, PG_V;
3193         vm_page_t m;
3194
3195         m = NULL;
3196         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
3197         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3198
3199         PMAP_LOCK(pmap);
3200         pdep = pmap_pde(pmap, va);
3201         if (pdep != NULL && (pde = *pdep)) {
3202                 if (pde & PG_PS) {
3203                         if ((pde & PG_RW) != 0 || (prot & VM_PROT_WRITE) == 0)
3204                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE((pde & PG_PS_FRAME) |
3205                                     (va & PDRMASK));
3206                 } else {
3207                         pte = *pmap_pde_to_pte(pdep, va);
3208                         if ((pte & PG_V) != 0 &&
3209                             ((pte & PG_RW) != 0 || (prot & VM_PROT_WRITE) == 0))
3210                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pte & PG_FRAME);
3211                 }
3212                 if (m != NULL && !vm_page_wire_mapped(m))
3213                         m = NULL;
3214         }
3215         PMAP_UNLOCK(pmap);
3216         return (m);
3217 }
3218
3219 vm_paddr_t
3220 pmap_kextract(vm_offset_t va)
3221 {
3222         pd_entry_t pde;
3223         vm_paddr_t pa;
3224
3225         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS) {
3226                 pa = DMAP_TO_PHYS(va);
3227         } else if (PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(va)) {
3228                 pa = pmap_large_map_kextract(va);
3229         } else {
3230                 pde = *vtopde(va);
3231                 if (pde & PG_PS) {
3232                         pa = (pde & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK);
3233                 } else {
3234                         /*
3235                          * Beware of a concurrent promotion that changes the
3236                          * PDE at this point!  For example, vtopte() must not
3237                          * be used to access the PTE because it would use the
3238                          * new PDE.  It is, however, safe to use the old PDE
3239                          * because the page table page is preserved by the
3240                          * promotion.
3241                          */
3242                         pa = *pmap_pde_to_pte(&pde, va);
3243                         pa = (pa & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK);
3244                 }
3245         }
3246         return (pa);
3247 }
3248
3249 /***************************************************
3250  * Low level mapping routines.....
3251  ***************************************************/
3252
3253 /*
3254  * Add a wired page to the kva.
3255  * Note: not SMP coherent.
3256  */
3257 PMAP_INLINE void 
3258 pmap_kenter(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
3259 {
3260         pt_entry_t *pte;
3261
3262         pte = vtopte(va);
3263         pte_store(pte, pa | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_g | pg_nx);
3264 }
3265
3266 static __inline void
3267 pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode)
3268 {
3269         pt_entry_t *pte;
3270         int cache_bits;
3271
3272         pte = vtopte(va);
3273         cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, 0);
3274         pte_store(pte, pa | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_g | pg_nx | cache_bits);
3275 }
3276
3277 /*
3278  * Remove a page from the kernel pagetables.
3279  * Note: not SMP coherent.
3280  */
3281 PMAP_INLINE void
3282 pmap_kremove(vm_offset_t va)
3283 {
3284         pt_entry_t *pte;
3285
3286         pte = vtopte(va);
3287         pte_clear(pte);
3288 }
3289
3290 /*
3291  *      Used to map a range of physical addresses into kernel
3292  *      virtual address space.
3293  *
3294  *      The value passed in '*virt' is a suggested virtual address for
3295  *      the mapping. Architectures which can support a direct-mapped
3296  *      physical to virtual region can return the appropriate address
3297  *      within that region, leaving '*virt' unchanged. Other
3298  *      architectures should map the pages starting at '*virt' and
3299  *      update '*virt' with the first usable address after the mapped
3300  *      region.
3301  */
3302 vm_offset_t
3303 pmap_map(vm_offset_t *virt, vm_paddr_t start, vm_paddr_t end, int prot)
3304 {
3305         return PHYS_TO_DMAP(start);
3306 }
3307
3308
3309 /*
3310  * Add a list of wired pages to the kva
3311  * this routine is only used for temporary
3312  * kernel mappings that do not need to have
3313  * page modification or references recorded.
3314  * Note that old mappings are simply written
3315  * over.  The page *must* be wired.
3316  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
3317  */
3318 void
3319 pmap_qenter(vm_offset_t sva, vm_page_t *ma, int count)
3320 {
3321         pt_entry_t *endpte, oldpte, pa, *pte;
3322         vm_page_t m;
3323         int cache_bits;
3324
3325         oldpte = 0;
3326         pte = vtopte(sva);
3327         endpte = pte + count;
3328         while (pte < endpte) {
3329                 m = *ma++;
3330                 cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap, m->md.pat_mode, 0);
3331                 pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | cache_bits;
3332                 if ((*pte & (PG_FRAME | X86_PG_PTE_CACHE)) != pa) {
3333                         oldpte |= *pte;
3334                         pte_store(pte, pa | pg_g | pg_nx | X86_PG_RW | X86_PG_V);
3335                 }
3336                 pte++;
3337         }
3338         if (__predict_false((oldpte & X86_PG_V) != 0))
3339                 pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, sva + count *
3340                     PAGE_SIZE);
3341 }
3342
3343 /*
3344  * This routine tears out page mappings from the
3345  * kernel -- it is meant only for temporary mappings.
3346  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
3347  */
3348 void
3349 pmap_qremove(vm_offset_t sva, int count)
3350 {
3351         vm_offset_t va;
3352
3353         va = sva;
3354         while (count-- > 0) {
3355                 KASSERT(va >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS, ("usermode va %lx", va));
3356                 pmap_kremove(va);
3357                 va += PAGE_SIZE;
3358         }
3359         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
3360 }
3361
3362 /***************************************************
3363  * Page table page management routines.....
3364  ***************************************************/
3365 /*
3366  * Schedule the specified unused page table page to be freed.  Specifically,
3367  * add the page to the specified list of pages that will be released to the
3368  * physical memory manager after the TLB has been updated.
3369  */
3370 static __inline void
3371 pmap_add_delayed_free_list(vm_page_t m, struct spglist *free,
3372     boolean_t set_PG_ZERO)
3373 {
3374
3375         if (set_PG_ZERO)
3376                 m->flags |= PG_ZERO;
3377         else
3378                 m->flags &= ~PG_ZERO;
3379         SLIST_INSERT_HEAD(free, m, plinks.s.ss);
3380 }
3381         
3382 /*
3383  * Inserts the specified page table page into the specified pmap's collection
3384  * of idle page table pages.  Each of a pmap's page table pages is responsible
3385  * for mapping a distinct range of virtual addresses.  The pmap's collection is
3386  * ordered by this virtual address range.
3387  *
3388  * If "promoted" is false, then the page table page "mpte" must be zero filled.
3389  */
3390 static __inline int
3391 pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte, bool promoted)
3392 {
3393
3394         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3395         mpte->valid = promoted ? VM_PAGE_BITS_ALL : 0;
3396         return (vm_radix_insert(&pmap->pm_root, mpte));
3397 }
3398
3399 /*
3400  * Removes the page table page mapping the specified virtual address from the
3401  * specified pmap's collection of idle page table pages, and returns it.
3402  * Otherwise, returns NULL if there is no page table page corresponding to the
3403  * specified virtual address.
3404  */
3405 static __inline vm_page_t
3406 pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3407 {
3408
3409         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3410         return (vm_radix_remove(&pmap->pm_root, pmap_pde_pindex(va)));
3411 }
3412
3413 /*
3414  * Decrements a page table page's reference count, which is used to record the
3415  * number of valid page table entries within the page.  If the reference count
3416  * drops to zero, then the page table page is unmapped.  Returns TRUE if the
3417  * page table page was unmapped and FALSE otherwise.
3418  */
3419 static inline boolean_t
3420 pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
3421 {
3422
3423         --m->ref_count;
3424         if (m->ref_count == 0) {
3425                 _pmap_unwire_ptp(pmap, va, m, free);
3426                 return (TRUE);
3427         } else
3428                 return (FALSE);
3429 }
3430
3431 static void
3432 _pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
3433 {
3434
3435         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3436         /*
3437          * unmap the page table page
3438          */
3439         if (m->pindex >= (NUPDE + NUPDPE)) {
3440                 /* PDP page */
3441                 pml4_entry_t *pml4;
3442                 pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
3443                 *pml4 = 0;
3444                 if (pmap->pm_pml4u != NULL && va <= VM_MAXUSER_ADDRESS) {
3445                         pml4 = &pmap->pm_pml4u[pmap_pml4e_index(va)];
3446                         *pml4 = 0;
3447                 }
3448         } else if (m->pindex >= NUPDE) {
3449                 /* PD page */
3450                 pdp_entry_t *pdp;
3451                 pdp = pmap_pdpe(pmap, va);
3452                 *pdp = 0;
3453         } else {
3454                 /* PTE page */
3455                 pd_entry_t *pd;
3456                 pd = pmap_pde(pmap, va);
3457                 *pd = 0;
3458         }
3459         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3460         if (m->pindex < NUPDE) {
3461                 /* We just released a PT, unhold the matching PD */
3462                 vm_page_t pdpg;
3463
3464                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pdpe(pmap, va) & PG_FRAME);
3465                 pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdpg, free);
3466         }
3467         if (m->pindex >= NUPDE && m->pindex < (NUPDE + NUPDPE)) {
3468                 /* We just released a PD, unhold the matching PDP */
3469                 vm_page_t pdppg;
3470
3471                 pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pml4e(pmap, va) & PG_FRAME);
3472                 pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdppg, free);
3473         }
3474
3475         /* 
3476          * Put page on a list so that it is released after
3477          * *ALL* TLB shootdown is done
3478          */
3479         pmap_add_delayed_free_list(m, free, TRUE);
3480 }
3481
3482 /*
3483  * After removing a page table entry, this routine is used to
3484  * conditionally free the page, and manage the reference count.
3485  */
3486 static int
3487 pmap_unuse_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t ptepde,
3488     struct spglist *free)
3489 {
3490         vm_page_t mpte;
3491
3492         if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
3493                 return (0);
3494         KASSERT(ptepde != 0, ("pmap_unuse_pt: ptepde != 0"));
3495         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(ptepde & PG_FRAME);
3496         return (pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpte, free));
3497 }
3498
3499 void
3500 pmap_pinit0(pmap_t pmap)
3501 {
3502         struct proc *p;
3503         struct thread *td;
3504         int i;
3505
3506         PMAP_LOCK_INIT(pmap);
3507         pmap->pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(KPML4phys);
3508         pmap->pm_pml4u = NULL;
3509         pmap->pm_cr3 = KPML4phys;
3510         /* hack to keep pmap_pti_pcid_invalidate() alive */
3511         pmap->pm_ucr3 = PMAP_NO_CR3;
3512         pmap->pm_root.rt_root = 0;
3513         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
3514         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
3515         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
3516         pmap->pm_flags = pmap_flags;
3517         CPU_FOREACH(i) {
3518                 pmap->pm_pcids[i].pm_pcid = PMAP_PCID_KERN + 1;
3519                 pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 1;
3520         }
3521         pmap_activate_boot(pmap);
3522         td = curthread;
3523         if (pti) {
3524                 p = td->td_proc;
3525                 PROC_LOCK(p);
3526                 p->p_md.md_flags |= P_MD_KPTI;
3527                 PROC_UNLOCK(p);
3528         }
3529         pmap_thread_init_invl_gen(td);
3530
3531         if ((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0) {
3532                 pmap_pkru_ranges_zone = uma_zcreate("pkru ranges",
3533                     sizeof(struct pmap_pkru_range), NULL, NULL, NULL, NULL,
3534                     UMA_ALIGN_PTR, 0);
3535         }
3536 }
3537
3538 void
3539 pmap_pinit_pml4(vm_page_t pml4pg)
3540 {
3541         pml4_entry_t *pm_pml4;
3542         int i;
3543
3544         pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg));
3545
3546         /* Wire in kernel global address entries. */
3547         for (i = 0; i < NKPML4E; i++) {
3548                 pm_pml4[KPML4BASE + i] = (KPDPphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW |
3549                     X86_PG_V;
3550         }
3551         for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++) {
3552                 pm_pml4[DMPML4I + i] = (DMPDPphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW |
3553                     X86_PG_V;
3554         }
3555
3556         /* install self-referential address mapping entry(s) */
3557         pm_pml4[PML4PML4I] = VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg) | X86_PG_V | X86_PG_RW |
3558             X86_PG_A | X86_PG_M;
3559
3560         /* install large map entries if configured */
3561         for (i = 0; i < lm_ents; i++)
3562                 pm_pml4[LMSPML4I + i] = kernel_pmap->pm_pml4[LMSPML4I + i];
3563 }
3564
3565 static void
3566 pmap_pinit_pml4_pti(vm_page_t pml4pg)
3567 {
3568         pml4_entry_t *pm_pml4;
3569         int i;
3570
3571         pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg));
3572         for (i = 0; i < NPML4EPG; i++)
3573                 pm_pml4[i] = pti_pml4[i];
3574 }
3575
3576 /*
3577  * Initialize a preallocated and zeroed pmap structure,
3578  * such as one in a vmspace structure.
3579  */
3580 int
3581 pmap_pinit_type(pmap_t pmap, enum pmap_type pm_type, int flags)
3582 {
3583         vm_page_t pml4pg, pml4pgu;
3584         vm_paddr_t pml4phys;
3585         int i;
3586
3587         /*
3588          * allocate the page directory page
3589          */
3590         pml4pg = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
3591             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO | VM_ALLOC_WAITOK);
3592
3593         pml4phys = VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg);
3594         pmap->pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pml4phys);
3595         CPU_FOREACH(i) {
3596                 pmap->pm_pcids[i].pm_pcid = PMAP_PCID_NONE;
3597                 pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
3598         }
3599         pmap->pm_cr3 = PMAP_NO_CR3;     /* initialize to an invalid value */
3600         pmap->pm_ucr3 = PMAP_NO_CR3;
3601         pmap->pm_pml4u = NULL;
3602
3603         pmap->pm_type = pm_type;
3604         if ((pml4pg->flags & PG_ZERO) == 0)
3605                 pagezero(pmap->pm_pml4);
3606
3607         /*
3608          * Do not install the host kernel mappings in the nested page
3609          * tables. These mappings are meaningless in the guest physical
3610          * address space.
3611          * Install minimal kernel mappings in PTI case.
3612          */
3613         if (pm_type == PT_X86) {
3614                 pmap->pm_cr3 = pml4phys;
3615                 pmap_pinit_pml4(pml4pg);
3616                 if ((curproc->p_md.md_flags & P_MD_KPTI) != 0) {
3617                         pml4pgu = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL |
3618                             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_WAITOK);
3619                         pmap->pm_pml4u = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(
3620                             VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pgu));
3621                         pmap_pinit_pml4_pti(pml4pgu);
3622                         pmap->pm_ucr3 = VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pgu);
3623                 }
3624                 if ((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0) {
3625                         rangeset_init(&pmap->pm_pkru, pkru_dup_range,
3626                             pkru_free_range, pmap, M_NOWAIT);
3627                 }
3628         }
3629
3630         pmap->pm_root.rt_root = 0;
3631         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
3632         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
3633         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
3634         pmap->pm_flags = flags;
3635         pmap->pm_eptgen = 0;
3636
3637         return (1);
3638 }
3639
3640 int
3641 pmap_pinit(pmap_t pmap)
3642 {
3643
3644         return (pmap_pinit_type(pmap, PT_X86, pmap_flags));
3645 }
3646
3647 /*
3648  * This routine is called if the desired page table page does not exist.
3649  *
3650  * If page table page allocation fails, this routine may sleep before
3651  * returning NULL.  It sleeps only if a lock pointer was given.
3652  *
3653  * Note: If a page allocation fails at page table level two or three,
3654  * one or two pages may be held during the wait, only to be released
3655  * afterwards.  This conservative approach is easily argued to avoid
3656  * race conditions.
3657  */
3658 static vm_page_t
3659 _pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex, struct rwlock **lockp)
3660 {
3661         vm_page_t m, pdppg, pdpg;
3662         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
3663
3664         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3665
3666         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
3667         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
3668         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3669         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
3670
3671         /*
3672          * Allocate a page table page.
3673          */
3674         if ((m = vm_page_alloc(NULL, ptepindex, VM_ALLOC_NOOBJ |
3675             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO)) == NULL) {
3676                 if (lockp != NULL) {
3677                         RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
3678                         PMAP_UNLOCK(pmap);
3679                         PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI();
3680                         vm_wait(NULL);
3681                         PMAP_LOCK(pmap);
3682                 }
3683
3684                 /*
3685                  * Indicate the need to retry.  While waiting, the page table
3686                  * page may have been allocated.
3687                  */
3688                 return (NULL);
3689         }
3690         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0)
3691                 pmap_zero_page(m);
3692
3693         /*
3694          * Map the pagetable page into the process address space, if
3695          * it isn't already there.
3696          */
3697
3698         if (ptepindex >= (NUPDE + NUPDPE)) {
3699                 pml4_entry_t *pml4, *pml4u;
3700                 vm_pindex_t pml4index;
3701
3702                 /* Wire up a new PDPE page */
3703                 pml4index = ptepindex - (NUPDE + NUPDPE);
3704                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
3705                 *pml4 = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
3706                 if (pmap->pm_pml4u != NULL && pml4index < NUPML4E) {
3707                         /*
3708                          * PTI: Make all user-space mappings in the
3709                          * kernel-mode page table no-execute so that
3710                          * we detect any programming errors that leave
3711                          * the kernel-mode page table active on return
3712                          * to user space.
3713                          */
3714                         if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3)
3715                                 *pml4 |= pg_nx;
3716
3717                         pml4u = &pmap->pm_pml4u[pml4index];
3718                         *pml4u = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V |
3719                             PG_A | PG_M;
3720                 }
3721
3722         } else if (ptepindex >= NUPDE) {
3723                 vm_pindex_t pml4index;
3724                 vm_pindex_t pdpindex;
3725                 pml4_entry_t *pml4;
3726                 pdp_entry_t *pdp;
3727
3728                 /* Wire up a new PDE page */
3729                 pdpindex = ptepindex - NUPDE;
3730                 pml4index = pdpindex >> NPML4EPGSHIFT;
3731
3732                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
3733                 if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
3734                         /* Have to allocate a new pdp, recurse */
3735                         if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + NUPDPE + pml4index,
3736                             lockp) == NULL) {
3737                                 vm_page_unwire_noq(m);
3738                                 vm_page_free_zero(m);
3739                                 return (NULL);
3740                         }
3741                 } else {
3742                         /* Add reference to pdp page */
3743                         pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pml4 & PG_FRAME);
3744                         pdppg->ref_count++;
3745                 }
3746                 pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
3747
3748                 /* Now find the pdp page */
3749                 pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
3750                 *pdp = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
3751
3752         } else {
3753                 vm_pindex_t pml4index;
3754                 vm_pindex_t pdpindex;
3755                 pml4_entry_t *pml4;
3756                 pdp_entry_t *pdp;
3757                 pd_entry_t *pd;
3758
3759                 /* Wire up a new PTE page */
3760                 pdpindex = ptepindex >> NPDPEPGSHIFT;
3761                 pml4index = pdpindex >> NPML4EPGSHIFT;
3762
3763                 /* First, find the pdp and check that its valid. */
3764                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
3765                 if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
3766                         /* Have to allocate a new pd, recurse */
3767                         if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex,
3768                             lockp) == NULL) {
3769                                 vm_page_unwire_noq(m);
3770                                 vm_page_free_zero(m);
3771                                 return (NULL);
3772                         }
3773                         pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
3774                         pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
3775                 } else {
3776                         pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
3777                         pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
3778                         if ((*pdp & PG_V) == 0) {
3779                                 /* Have to allocate a new pd, recurse */
3780                                 if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex,
3781                                     lockp) == NULL) {
3782                                         vm_page_unwire_noq(m);
3783                                         vm_page_free_zero(m);
3784                                         return (NULL);
3785                                 }
3786                         } else {
3787                                 /* Add reference to the pd page */
3788                                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdp & PG_FRAME);
3789                                 pdpg->ref_count++;
3790                         }
3791                 }
3792                 pd = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdp & PG_FRAME);
3793
3794                 /* Now we know where the page directory page is */
3795                 pd = &pd[ptepindex & ((1ul << NPDEPGSHIFT) - 1)];
3796                 *pd = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
3797         }
3798
3799         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
3800
3801         return (m);
3802 }
3803
3804 static vm_page_t
3805 pmap_allocpde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct rwlock **lockp)
3806 {
3807         vm_pindex_t pdpindex, ptepindex;
3808         pdp_entry_t *pdpe, PG_V;
3809         vm_page_t pdpg;
3810
3811         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3812
3813 retry:
3814         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
3815         if (pdpe != NULL && (*pdpe & PG_V) != 0) {
3816                 /* Add a reference to the pd page. */
3817                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdpe & PG_FRAME);
3818                 pdpg->ref_count++;
3819         } else {
3820                 /* Allocate a pd page. */
3821                 ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
3822                 pdpindex = ptepindex >> NPDPEPGSHIFT;
3823                 pdpg = _pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex, lockp);
3824                 if (pdpg == NULL && lockp != NULL)
3825                         goto retry;
3826         }
3827         return (pdpg);
3828 }
3829
3830 static vm_page_t
3831 pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct rwlock **lockp)
3832 {
3833         vm_pindex_t ptepindex;
3834         pd_entry_t *pd, PG_V;
3835         vm_page_t m;
3836
3837         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3838
3839         /*
3840          * Calculate pagetable page index
3841          */
3842         ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
3843 retry:
3844         /*
3845          * Get the page directory entry
3846          */
3847         pd = pmap_pde(pmap, va);
3848
3849         /*
3850          * This supports switching from a 2MB page to a
3851          * normal 4K page.
3852          */
3853         if (pd != NULL && (*pd & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V)) {
3854                 if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pd, va, lockp)) {
3855                         /*
3856                          * Invalidation of the 2MB page mapping may have caused
3857                          * the deallocation of the underlying PD page.
3858                          */
3859                         pd = NULL;
3860                 }
3861         }
3862
3863         /*
3864          * If the page table page is mapped, we just increment the
3865          * hold count, and activate it.
3866          */
3867         if (pd != NULL && (*pd & PG_V) != 0) {
3868                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pd & PG_FRAME);
3869                 m->ref_count++;
3870         } else {
3871                 /*
3872                  * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been
3873                  * deallocated.
3874                  */
3875                 m = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex, lockp);
3876                 if (m == NULL && lockp != NULL)
3877                         goto retry;
3878         }
3879         return (m);
3880 }
3881
3882
3883 /***************************************************
3884  * Pmap allocation/deallocation routines.
3885  ***************************************************/
3886
3887 /*
3888  * Release any resources held by the given physical map.
3889  * Called when a pmap initialized by pmap_pinit is being released.
3890  * Should only be called if the map contains no valid mappings.
3891  */
3892 void
3893 pmap_release(pmap_t pmap)
3894 {
3895         vm_page_t m;
3896         int i;
3897
3898         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count == 0,
3899             ("pmap_release: pmap resident count %ld != 0",
3900             pmap->pm_stats.resident_count));
3901         KASSERT(vm_radix_is_empty(&pmap->pm_root),
3902             ("pmap_release: pmap has reserved page table page(s)"));
3903         KASSERT(CPU_EMPTY(&pmap->pm_active),
3904             ("releasing active pmap %p", pmap));
3905
3906         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pmap->pm_pml4));
3907
3908         for (i = 0; i < NKPML4E; i++)   /* KVA */
3909                 pmap->pm_pml4[KPML4BASE + i] = 0;
3910         for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++)/* Direct Map */
3911                 pmap->pm_pml4[DMPML4I + i] = 0;
3912         pmap->pm_pml4[PML4PML4I] = 0;   /* Recursive Mapping */
3913         for (i = 0; i < lm_ents; i++)   /* Large Map */
3914                 pmap->pm_pml4[LMSPML4I + i] = 0;
3915
3916         vm_page_unwire_noq(m);
3917         vm_page_free_zero(m);
3918
3919         if (pmap->pm_pml4u != NULL) {
3920                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pmap->pm_pml4u));
3921                 vm_page_unwire_noq(m);
3922                 vm_page_free(m);
3923         }
3924         if (pmap->pm_type == PT_X86 &&
3925             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0)
3926                 rangeset_fini(&pmap->pm_pkru);
3927 }
3928
3929 static int
3930 kvm_size(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
3931 {
3932         unsigned long ksize = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
3933
3934         return sysctl_handle_long(oidp, &ksize, 0, req);
3935 }
3936 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_size, CTLTYPE_LONG|CTLFLAG_RD, 
3937     0, 0, kvm_size, "LU", "Size of KVM");
3938
3939 static int
3940 kvm_free(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
3941 {
3942         unsigned long kfree = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - kernel_vm_end;
3943
3944         return sysctl_handle_long(oidp, &kfree, 0, req);
3945 }
3946 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_free, CTLTYPE_LONG|CTLFLAG_RD, 
3947     0, 0, kvm_free, "LU", "Amount of KVM free");
3948
3949 /*
3950  * Allocate physical memory for the vm_page array and map it into KVA,
3951  * attempting to back the vm_pages with domain-local memory.
3952  */
3953 void
3954 pmap_page_array_startup(long pages)
3955 {
3956         pdp_entry_t *pdpe;
3957         pd_entry_t *pde, newpdir;
3958         vm_offset_t va, start, end;
3959         vm_paddr_t pa;
3960         long pfn;
3961         int domain, i;
3962
3963         vm_page_array_size = pages;
3964
3965         start = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
3966         end = start + pages * sizeof(struct vm_page);
3967         for (va = start; va < end; va += NBPDR) {
3968                 pfn = first_page + (va - start) / sizeof(struct vm_page);
3969                 domain = _vm_phys_domain(ptoa(pfn));
3970                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, va);
3971                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0) {
3972                         pa = vm_phys_early_alloc(domain, PAGE_SIZE);
3973                         dump_add_page(pa);
3974                         pagezero((void *)PHYS_TO_DMAP(pa));
3975                         *pdpe = (pdp_entry_t)(pa | X86_PG_V | X86_PG_RW |
3976                             X86_PG_A | X86_PG_M);
3977                 }
3978                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
3979                 if ((*pde & X86_PG_V) != 0)
3980                         panic("Unexpected pde");
3981                 pa = vm_phys_early_alloc(domain, NBPDR);
3982                 for (i = 0; i < NPDEPG; i++)
3983                         dump_add_page(pa + i * PAGE_SIZE);
3984                 newpdir = (pd_entry_t)(pa | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A |
3985                     X86_PG_M | PG_PS | pg_g | pg_nx);
3986                 pde_store(pde, newpdir);
3987         }
3988         vm_page_array = (vm_page_t)start;
3989 }
3990
3991 /*
3992  * grow the number of kernel page table entries, if needed
3993  */
3994 void
3995 pmap_growkernel(vm_offset_t addr)
3996 {
3997         vm_paddr_t paddr;
3998         vm_page_t nkpg;
3999         pd_entry_t *pde, newpdir;
4000         pdp_entry_t *pdpe;
4001
4002         mtx_assert(&kernel_map->system_mtx, MA_OWNED);
4003
4004         /*
4005          * Return if "addr" is within the range of kernel page table pages
4006          * that were preallocated during pmap bootstrap.  Moreover, leave
4007          * "kernel_vm_end" and the kernel page table as they were.
4008          *
4009          * The correctness of this action is based on the following
4010          * argument: vm_map_insert() allocates contiguous ranges of the
4011          * kernel virtual address space.  It calls this function if a range
4012          * ends after "kernel_vm_end".  If the kernel is mapped between
4013          * "kernel_vm_end" and "addr", then the range cannot begin at
4014          * "kernel_vm_end".  In fact, its beginning address cannot be less
4015          * than the kernel.  Thus, there is no immediate need to allocate
4016          * any new kernel page table pages between "kernel_vm_end" and
4017          * "KERNBASE".
4018          */
4019         if (KERNBASE < addr && addr <= KERNBASE + nkpt * NBPDR)
4020                 return;
4021
4022         addr = roundup2(addr, NBPDR);
4023         if (addr - 1 >= vm_map_max(kernel_map))
4024                 addr = vm_map_max(kernel_map);
4025         while (kernel_vm_end < addr) {
4026                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, kernel_vm_end);
4027                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0) {
4028                         /* We need a new PDP entry */
4029                         nkpg = vm_page_alloc(NULL, kernel_vm_end >> PDPSHIFT,
4030                             VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ |
4031                             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
4032                         if (nkpg == NULL)
4033                                 panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
4034                         if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
4035                                 pmap_zero_page(nkpg);
4036                         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
4037                         *pdpe = (pdp_entry_t)(paddr | X86_PG_V | X86_PG_RW |
4038                             X86_PG_A | X86_PG_M);
4039                         continue; /* try again */
4040                 }
4041                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, kernel_vm_end);
4042                 if ((*pde & X86_PG_V) != 0) {
4043                         kernel_vm_end = (kernel_vm_end + NBPDR) & ~PDRMASK;
4044                         if (kernel_vm_end - 1 >= vm_map_max(kernel_map)) {
4045                                 kernel_vm_end = vm_map_max(kernel_map);
4046                                 break;                       
4047                         }
4048                         continue;
4049                 }
4050
4051                 nkpg = vm_page_alloc(NULL, pmap_pde_pindex(kernel_vm_end),
4052                     VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED |
4053                     VM_ALLOC_ZERO);
4054                 if (nkpg == NULL)
4055                         panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
4056                 if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
4057                         pmap_zero_page(nkpg);
4058                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
4059                 newpdir = paddr | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A | X86_PG_M;
4060                 pde_store(pde, newpdir);
4061
4062                 kernel_vm_end = (kernel_vm_end + NBPDR) & ~PDRMASK;
4063                 if (kernel_vm_end - 1 >= vm_map_max(kernel_map)) {
4064                         kernel_vm_end = vm_map_max(kernel_map);
4065                         break;                       
4066                 }
4067         }
4068 }
4069
4070
4071 /***************************************************
4072  * page management routines.
4073  ***************************************************/
4074
4075 CTASSERT(sizeof(struct pv_chunk) == PAGE_SIZE);
4076 CTASSERT(_NPCM == 3);
4077 CTASSERT(_NPCPV == 168);
4078
4079 static __inline struct pv_chunk *
4080 pv_to_chunk(pv_entry_t pv)
4081 {
4082
4083         return ((struct pv_chunk *)((uintptr_t)pv & ~(uintptr_t)PAGE_MASK));
4084 }
4085
4086 #define PV_PMAP(pv) (pv_to_chunk(pv)->pc_pmap)
4087
4088 #define PC_FREE0        0xfffffffffffffffful
4089 #define PC_FREE1        0xfffffffffffffffful
4090 #define PC_FREE2        0x000000fffffffffful
4091
4092 static const uint64_t pc_freemask[_NPCM] = { PC_FREE0, PC_FREE1, PC_FREE2 };
4093
4094 #ifdef PV_STATS
4095 static int pc_chunk_count, pc_chunk_allocs, pc_chunk_frees, pc_chunk_tryfail;
4096
4097 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_count, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_count, 0,
4098         "Current number of pv entry chunks");
4099 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_allocs, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_allocs, 0,
4100         "Current number of pv entry chunks allocated");
4101 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_frees, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_frees, 0,
4102         "Current number of pv entry chunks frees");
4103 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_tryfail, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_tryfail, 0,
4104         "Number of times tried to get a chunk page but failed.");
4105
4106 static long pv_entry_frees, pv_entry_allocs, pv_entry_count;
4107 static int pv_entry_spare;
4108
4109 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_frees, CTLFLAG_RD, &pv_entry_frees, 0,
4110         "Current number of pv entry frees");
4111 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_allocs, CTLFLAG_RD, &pv_entry_allocs, 0,
4112         "Current number of pv entry allocs");
4113 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_count, CTLFLAG_RD, &pv_entry_count, 0,
4114         "Current number of pv entries");
4115 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_spare, CTLFLAG_RD, &pv_entry_spare, 0,
4116         "Current number of spare pv entries");
4117 #endif
4118
4119 static void
4120 reclaim_pv_chunk_leave_pmap(pmap_t pmap, pmap_t locked_pmap, bool start_di)
4121 {
4122
4123         if (pmap == NULL)
4124                 return;
4125         pmap_invalidate_all(pmap);
4126         if (pmap != locked_pmap)
4127                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4128         if (start_di)
4129                 pmap_delayed_invl_finish();
4130 }
4131
4132 /*
4133  * We are in a serious low memory condition.  Resort to
4134  * drastic measures to free some pages so we can allocate
4135  * another pv entry chunk.
4136  *
4137  * Returns NULL if PV entries were reclaimed from the specified pmap.
4138  *
4139  * We do not, however, unmap 2mpages because subsequent accesses will
4140  * allocate per-page pv entries until repromotion occurs, thereby
4141  * exacerbating the shortage of free pv entries.
4142  */
4143 static vm_page_t
4144 reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp)
4145 {
4146         struct pv_chunk *pc, *pc_marker, *pc_marker_end;
4147         struct pv_chunk_header pc_marker_b, pc_marker_end_b;
4148         struct md_page *pvh;
4149         pd_entry_t *pde;
4150         pmap_t next_pmap, pmap;
4151         pt_entry_t *pte, tpte;
4152         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW;
4153         pv_entry_t pv;
4154         vm_offset_t va;
4155         vm_page_t m, m_pc;
4156         struct spglist free;
4157         uint64_t inuse;
4158         int bit, field, freed;
4159         bool start_di;
4160         static int active_reclaims = 0;
4161
4162         PMAP_LOCK_ASSERT(locked_pmap, MA_OWNED);
4163         KASSERT(lockp != NULL, ("reclaim_pv_chunk: lockp is NULL"));
4164         pmap = NULL;
4165         m_pc = NULL;
4166         PG_G = PG_A = PG_M = PG_RW = 0;
4167         SLIST_INIT(&free);
4168         bzero(&pc_marker_b, sizeof(pc_marker_b));
4169         bzero(&pc_marker_end_b, sizeof(pc_marker_end_b));
4170         pc_marker = (struct pv_chunk *)&pc_marker_b;
4171         pc_marker_end = (struct pv_chunk *)&pc_marker_end_b;
4172
4173         /*
4174          * A delayed invalidation block should already be active if
4175          * pmap_advise() or pmap_remove() called this function by way
4176          * of pmap_demote_pde_locked().
4177          */
4178         start_di = pmap_not_in_di();
4179
4180         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
4181         active_reclaims++;
4182         TAILQ_INSERT_HEAD(&pv_chunks, pc_marker, pc_lru);
4183         TAILQ_INSERT_TAIL(&pv_chunks, pc_marker_end, pc_lru);
4184         while ((pc = TAILQ_NEXT(pc_marker, pc_lru)) != pc_marker_end &&
4185             SLIST_EMPTY(&free)) {
4186                 next_pmap = pc->pc_pmap;
4187                 if (next_pmap == NULL) {
4188                         /*
4189                          * The next chunk is a marker.  However, it is
4190                          * not our marker, so active_reclaims must be
4191                          * > 1.  Consequently, the next_chunk code
4192                          * will not rotate the pv_chunks list.
4193                          */
4194                         goto next_chunk;
4195                 }
4196                 mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
4197
4198                 /*
4199                  * A pv_chunk can only be removed from the pc_lru list
4200                  * when both pc_chunks_mutex is owned and the
4201                  * corresponding pmap is locked.
4202                  */
4203                 if (pmap != next_pmap) {
4204                         reclaim_pv_chunk_leave_pmap(pmap, locked_pmap,
4205                             start_di);
4206                         pmap = next_pmap;
4207                         /* Avoid deadlock and lock recursion. */
4208                         if (pmap > locked_pmap) {
4209                                 RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
4210                                 PMAP_LOCK(pmap);
4211                                 if (start_di)
4212                                         pmap_delayed_invl_start();
4213                                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
4214                                 continue;
4215                         } else if (pmap != locked_pmap) {
4216                                 if (PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
4217                                         if (start_di)
4218                                                 pmap_delayed_invl_start();
4219                                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
4220                                         continue;
4221                                 } else {
4222                                         pmap = NULL; /* pmap is not locked */
4223                                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
4224                                         pc = TAILQ_NEXT(pc_marker, pc_lru);
4225                                         if (pc == NULL ||
4226                                             pc->pc_pmap != next_pmap)
4227                                                 continue;
4228                                         goto next_chunk;
4229                                 }
4230                         } else if (start_di)
4231                                 pmap_delayed_invl_start();
4232                         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
4233                         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
4234                         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4235                         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4236                 }
4237
4238                 /*
4239                  * Destroy every non-wired, 4 KB page mapping in the chunk.
4240                  */
4241                 freed = 0;
4242                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
4243                         for (inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
4244                             inuse != 0; inuse &= ~(1UL << bit)) {
4245                                 bit = bsfq(inuse);
4246                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
4247                                 va = pv->pv_va;
4248                                 pde = pmap_pde(pmap, va);
4249                                 if ((*pde & PG_PS) != 0)
4250                                         continue;
4251                                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
4252                                 if ((*pte & PG_W) != 0)
4253                                         continue;
4254                                 tpte = pte_load_clear(pte);
4255                                 if ((tpte & PG_G) != 0)
4256                                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
4257                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpte & PG_FRAME);
4258                                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
4259                                         vm_page_dirty(m);
4260                                 if ((tpte & PG_A) != 0)
4261                                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
4262                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
4263                                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4264                                 m->md.pv_gen++;
4265                                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
4266                                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
4267                                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4268                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
4269                                                 vm_page_aflag_clear(m,
4270                                                     PGA_WRITEABLE);
4271                                         }
4272                                 }
4273                                 pmap_delayed_invl_page(m);
4274                                 pc->pc_map[field] |= 1UL << bit;
4275                                 pmap_unuse_pt(pmap, va, *pde, &free);
4276                                 freed++;
4277                         }
4278                 }
4279                 if (freed == 0) {
4280                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
4281                         goto next_chunk;
4282                 }
4283                 /* Every freed mapping is for a 4 KB page. */
4284                 pmap_resident_count_dec(pmap, freed);
4285                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
4286                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
4287                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
4288                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4289                 if (pc->pc_map[0] == PC_FREE0 && pc->pc_map[1] == PC_FREE1 &&
4290                     pc->pc_map[2] == PC_FREE2) {
4291                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
4292                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
4293                         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
4294                         /* Entire chunk is free; return it. */
4295                         m_pc = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
4296                         dump_drop_page(m_pc->phys_addr);
4297                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
4298                         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
4299                         break;
4300                 }
4301                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4302                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
4303                 /* One freed pv entry in locked_pmap is sufficient. */
4304                 if (pmap == locked_pmap)
4305                         break;
4306 next_chunk:
4307                 TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc_marker, pc_lru);
4308                 TAILQ_INSERT_AFTER(&pv_chunks, pc, pc_marker, pc_lru);
4309                 if (active_reclaims == 1 && pmap != NULL) {
4310                         /*
4311                          * Rotate the pv chunks list so that we do not
4312                          * scan the same pv chunks that could not be
4313                          * freed (because they contained a wired
4314                          * and/or superpage mapping) on every
4315                          * invocation of reclaim_pv_chunk().
4316                          */
4317                         while ((pc = TAILQ_FIRST(&pv_chunks)) != pc_marker) {
4318                                 MPASS(pc->pc_pmap != NULL);
4319                                 TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
4320                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pv_chunks, pc, pc_lru);
4321                         }
4322                 }
4323         }
4324         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc_marker, pc_lru);
4325         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc_marker_end, pc_lru);
4326         active_reclaims--;
4327         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
4328         reclaim_pv_chunk_leave_pmap(pmap, locked_pmap, start_di);
4329         if (m_pc == NULL && !SLIST_EMPTY(&free)) {
4330                 m_pc = SLIST_FIRST(&free);
4331                 SLIST_REMOVE_HEAD(&free, plinks.s.ss);
4332                 /* Recycle a freed page table page. */
4333                 m_pc->ref_count = 1;
4334         }
4335         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
4336         return (m_pc);
4337 }
4338
4339 /*
4340  * free the pv_entry back to the free list
4341  */
4342 static void
4343 free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv)
4344 {
4345         struct pv_chunk *pc;
4346         int idx, field, bit;
4347
4348         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4349         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, 1));
4350         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, 1));
4351         PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, 1));
4352         pc = pv_to_chunk(pv);
4353         idx = pv - &pc->pc_pventry[0];
4354         field = idx / 64;
4355         bit = idx % 64;
4356         pc->pc_map[field] |= 1ul << bit;
4357         if (pc->pc_map[0] != PC_FREE0 || pc->pc_map[1] != PC_FREE1 ||
4358             pc->pc_map[2] != PC_FREE2) {
4359                 /* 98% of the time, pc is already at the head of the list. */
4360                 if (__predict_false(pc != TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk))) {
4361                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4362                         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4363                 }
4364                 return;
4365         }
4366         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4367         free_pv_chunk(pc);
4368 }
4369
4370 static void
4371 free_pv_chunk_dequeued(struct pv_chunk *pc)
4372 {
4373         vm_page_t m;
4374
4375         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
4376         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
4377         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
4378         /* entire chunk is free, return it */
4379         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
4380         dump_drop_page(m->phys_addr);
4381         vm_page_unwire_noq(m);
4382         vm_page_free(m);
4383 }
4384
4385 static void
4386 free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc)
4387 {
4388
4389         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
4390         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
4391         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
4392         free_pv_chunk_dequeued(pc);
4393 }
4394
4395 static void
4396 free_pv_chunk_batch(struct pv_chunklist *batch)
4397 {
4398         struct pv_chunk *pc, *npc;
4399
4400         if (TAILQ_EMPTY(batch))
4401                 return;
4402
4403         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
4404         TAILQ_FOREACH(pc, batch, pc_list) {
4405                 TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
4406         }
4407         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
4408
4409         TAILQ_FOREACH_SAFE(pc, batch, pc_list, npc) {
4410                 free_pv_chunk_dequeued(pc);
4411         }
4412 }
4413
4414 /*
4415  * Returns a new PV entry, allocating a new PV chunk from the system when
4416  * needed.  If this PV chunk allocation fails and a PV list lock pointer was
4417  * given, a PV chunk is reclaimed from an arbitrary pmap.  Otherwise, NULL is
4418  * returned.
4419  *
4420  * The given PV list lock may be released.
4421  */
4422 static pv_entry_t
4423 get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp)
4424 {
4425         int bit, field;
4426         pv_entry_t pv;
4427         struct pv_chunk *pc;
4428         vm_page_t m;
4429
4430         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4431         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, 1));
4432 retry:
4433         pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
4434         if (pc != NULL) {
4435                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
4436                         if (pc->pc_map[field]) {
4437                                 bit = bsfq(pc->pc_map[field]);
4438                                 break;
4439                         }
4440                 }
4441                 if (field < _NPCM) {
4442                         pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
4443                         pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
4444                         /* If this was the last item, move it to tail */
4445                         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 &&
4446                             pc->pc_map[2] == 0) {
4447                                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4448                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc,
4449                                     pc_list);
4450                         }
4451                         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
4452                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, 1));
4453                         return (pv);
4454                 }
4455         }
4456         /* No free items, allocate another chunk */
4457         m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
4458             VM_ALLOC_WIRED);
4459         if (m == NULL) {
4460                 if (lockp == NULL) {
4461                         PV_STAT(pc_chunk_tryfail++);
4462                         return (NULL);
4463                 }
4464                 m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
4465                 if (m == NULL)
4466                         goto retry;
4467         }
4468         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
4469         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
4470         dump_add_page(m->phys_addr);
4471         pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
4472         pc->pc_pmap = pmap;
4473         pc->pc_map[0] = PC_FREE0 & ~1ul;        /* preallocated bit 0 */
4474         pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
4475         pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
4476         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
4477         TAILQ_INSERT_TAIL(&pv_chunks, pc, pc_lru);
4478         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
4479         pv = &pc->pc_pventry[0];
4480         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4481         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
4482         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV - 1));
4483         return (pv);
4484 }
4485
4486 /*
4487  * Returns the number of one bits within the given PV chunk map.
4488  *
4489  * The erratas for Intel processors state that "POPCNT Instruction May
4490  * Take Longer to Execute Than Expected".  It is believed that the
4491  * issue is the spurious dependency on the destination register.
4492  * Provide a hint to the register rename logic that the destination
4493  * value is overwritten, by clearing it, as suggested in the
4494  * optimization manual.  It should be cheap for unaffected processors
4495  * as well.
4496  *
4497  * Reference numbers for erratas are
4498  * 4th Gen Core: HSD146
4499  * 5th Gen Core: BDM85
4500  * 6th Gen Core: SKL029
4501  */
4502 static int
4503 popcnt_pc_map_pq(uint64_t *map)
4504 {
4505         u_long result, tmp;
4506
4507         __asm __volatile("xorl %k0,%k0;popcntq %2,%0;"
4508             "xorl %k1,%k1;popcntq %3,%1;addl %k1,%k0;"
4509             "xorl %k1,%k1;popcntq %4,%1;addl %k1,%k0"
4510             : "=&r" (result), "=&r" (tmp)
4511             : "m" (map[0]), "m" (map[1]), "m" (map[2]));
4512         return (result);
4513 }
4514
4515 /*
4516  * Ensure that the number of spare PV entries in the specified pmap meets or
4517  * exceeds the given count, "needed".
4518  *
4519  * The given PV list lock may be released.
4520  */
4521 static void
4522 reserve_pv_entries(pmap_t pmap, int needed, struct rwlock **lockp)
4523 {
4524         struct pch new_tail;
4525         struct pv_chunk *pc;
4526         vm_page_t m;
4527         int avail, free;
4528         bool reclaimed;
4529
4530         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4531         KASSERT(lockp != NULL, ("reserve_pv_entries: lockp is NULL"));
4532
4533         /*
4534          * Newly allocated PV chunks must be stored in a private list until
4535          * the required number of PV chunks have been allocated.  Otherwise,
4536          * reclaim_pv_chunk() could recycle one of these chunks.  In
4537          * contrast, these chunks must be added to the pmap upon allocation.
4538          */
4539         TAILQ_INIT(&new_tail);
4540 retry:
4541         avail = 0;
4542         TAILQ_FOREACH(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list) {
4543 #ifndef __POPCNT__
4544                 if ((cpu_feature2 & CPUID2_POPCNT) == 0)
4545                         bit_count((bitstr_t *)pc->pc_map, 0,
4546                             sizeof(pc->pc_map) * NBBY, &free);
4547                 else
4548 #endif
4549                 free = popcnt_pc_map_pq(pc->pc_map);
4550                 if (free == 0)
4551                         break;
4552                 avail += free;
4553                 if (avail >= needed)
4554                         break;
4555         }
4556         for (reclaimed = false; avail < needed; avail += _NPCPV) {
4557                 m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
4558                     VM_ALLOC_WIRED);
4559                 if (m == NULL) {
4560                         m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
4561                         if (m == NULL)
4562                                 goto retry;
4563                         reclaimed = true;
4564                 }
4565                 PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
4566                 PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
4567                 dump_add_page(m->phys_addr);
4568                 pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
4569                 pc->pc_pmap = pmap;
4570                 pc->pc_map[0] = PC_FREE0;
4571                 pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
4572                 pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
4573                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4574                 TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail, pc, pc_lru);
4575                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
4576
4577                 /*
4578                  * The reclaim might have freed a chunk from the current pmap.
4579                  * If that chunk contained available entries, we need to
4580                  * re-count the number of available entries.
4581                  */
4582                 if (reclaimed)
4583                         goto retry;
4584         }
4585         if (!TAILQ_EMPTY(&new_tail)) {
4586                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
4587                 TAILQ_CONCAT(&pv_chunks, &new_tail, pc_lru);
4588                 mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
4589         }
4590 }
4591
4592 /*
4593  * First find and then remove the pv entry for the specified pmap and virtual
4594  * address from the specified pv list.  Returns the pv entry if found and NULL
4595  * otherwise.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or
4596  * 2MB page mappings.
4597  */
4598 static __inline pv_entry_t
4599 pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
4600 {
4601         pv_entry_t pv;
4602
4603         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
4604                 if (pmap == PV_PMAP(pv) && va == pv->pv_va) {
4605                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
4606                         pvh->pv_gen++;
4607                         break;
4608                 }
4609         }
4610         return (pv);
4611 }
4612
4613 /*
4614  * After demotion from a 2MB page mapping to 512 4KB page mappings,
4615  * destroy the pv entry for the 2MB page mapping and reinstantiate the pv
4616  * entries for each of the 4KB page mappings.
4617  */
4618 static void
4619 pmap_pv_demote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
4620     struct rwlock **lockp)
4621 {
4622         struct md_page *pvh;
4623         struct pv_chunk *pc;
4624         pv_entry_t pv;
4625         vm_offset_t va_last;
4626         vm_page_t m;
4627         int bit, field;
4628
4629         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4630         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
4631             ("pmap_pv_demote_pde: pa is not 2mpage aligned"));
4632         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
4633
4634         /*
4635          * Transfer the 2mpage's pv entry for this mapping to the first
4636          * page's pv list.  Once this transfer begins, the pv list lock
4637          * must not be released until the last pv entry is reinstantiated.
4638          */
4639         pvh = pa_to_pvh(pa);
4640         va = trunc_2mpage(va);
4641         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
4642         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_demote_pde: pv not found"));
4643         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
4644         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4645         m->md.pv_gen++;
4646         /* Instantiate the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
4647         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, NPTEPG - 1));
4648         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
4649         for (;;) {
4650                 pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
4651                 KASSERT(pc->pc_map[0] != 0 || pc->pc_map[1] != 0 ||
4652                     pc->pc_map[2] != 0, ("pmap_pv_demote_pde: missing spare"));
4653                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
4654                         while (pc->pc_map[field]) {
4655                                 bit = bsfq(pc->pc_map[field]);
4656                                 pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
4657                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
4658                                 va += PAGE_SIZE;
4659                                 pv->pv_va = va;
4660                                 m++;
4661                                 KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4662                             ("pmap_pv_demote_pde: page %p is not managed", m));
4663                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4664                                 m->md.pv_gen++;
4665                                 if (va == va_last)
4666                                         goto out;
4667                         }
4668                 }
4669                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4670                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4671         }
4672 out:
4673         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 && pc->pc_map[2] == 0) {
4674                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4675                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4676         }
4677         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, NPTEPG - 1));
4678         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, NPTEPG - 1));
4679 }
4680
4681 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
4682 /*
4683  * After promotion from 512 4KB page mappings to a single 2MB page mapping,
4684  * replace the many pv entries for the 4KB page mappings by a single pv entry
4685  * for the 2MB page mapping.
4686  */
4687 static void
4688 pmap_pv_promote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
4689     struct rwlock **lockp)
4690 {
4691         struct md_page *pvh;
4692         pv_entry_t pv;
4693         vm_offset_t va_last;
4694         vm_page_t m;
4695
4696         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
4697             ("pmap_pv_promote_pde: pa is not 2mpage aligned"));
4698         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
4699
4700         /*
4701          * Transfer the first page's pv entry for this mapping to the 2mpage's
4702          * pv list.  Aside from avoiding the cost of a call to get_pv_entry(),
4703          * a transfer avoids the possibility that get_pv_entry() calls
4704          * reclaim_pv_chunk() and that reclaim_pv_chunk() removes one of the
4705          * mappings that is being promoted.
4706          */
4707         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
4708         va = trunc_2mpage(va);
4709         pv = pmap_pvh_remove(&m->md, pmap, va);
4710         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_promote_pde: pv not found"));
4711         pvh = pa_to_pvh(pa);
4712         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
4713         pvh->pv_gen++;
4714         /* Free the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
4715         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
4716         do {
4717                 m++;
4718                 va += PAGE_SIZE;
4719                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
4720         } while (va < va_last);
4721 }
4722 #endif /* VM_NRESERVLEVEL > 0 */
4723
4724 /*
4725  * First find and then destroy the pv entry for the specified pmap and virtual
4726  * address.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or 2MB
4727  * page mappings.
4728  */
4729 static void
4730 pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
4731 {
4732         pv_entry_t pv;
4733
4734         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
4735         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pvh_free: pv not found"));
4736         free_pv_entry(pmap, pv);
4737 }
4738
4739 /*
4740  * Conditionally create the PV entry for a 4KB page mapping if the required
4741  * memory can be allocated without resorting to reclamation.
4742  */
4743 static boolean_t
4744 pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
4745     struct rwlock **lockp)
4746 {
4747         pv_entry_t pv;
4748
4749         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4750         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
4751         if ((pv = get_pv_entry(pmap, NULL)) != NULL) {
4752                 pv->pv_va = va;
4753                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
4754                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4755                 m->md.pv_gen++;
4756                 return (TRUE);
4757         } else
4758                 return (FALSE);
4759 }
4760
4761 /*
4762  * Create the PV entry for a 2MB page mapping.  Always returns true unless the
4763  * flag PMAP_ENTER_NORECLAIM is specified.  If that flag is specified, returns
4764  * false if the PV entry cannot be allocated without resorting to reclamation.
4765  */
4766 static bool
4767 pmap_pv_insert_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde, u_int flags,
4768     struct rwlock **lockp)
4769 {
4770         struct md_page *pvh;
4771         pv_entry_t pv;
4772         vm_paddr_t pa;
4773
4774         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4775         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
4776         if ((pv = get_pv_entry(pmap, (flags & PMAP_ENTER_NORECLAIM) != 0 ?
4777             NULL : lockp)) == NULL)
4778                 return (false);
4779         pv->pv_va = va;
4780         pa = pde & PG_PS_FRAME;
4781         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
4782         pvh = pa_to_pvh(pa);
4783         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
4784         pvh->pv_gen++;
4785         return (true);
4786 }
4787
4788 /*
4789  * Fills a page table page with mappings to consecutive physical pages.
4790  */
4791 static void
4792 pmap_fill_ptp(pt_entry_t *firstpte, pt_entry_t newpte)
4793 {
4794         pt_entry_t *pte;
4795
4796         for (pte = firstpte; pte < firstpte + NPTEPG; pte++) {
4797                 *pte = newpte;
4798                 newpte += PAGE_SIZE;
4799         }
4800 }
4801
4802 /*
4803  * Tries to demote a 2MB page mapping.  If demotion fails, the 2MB page
4804  * mapping is invalidated.
4805  */
4806 static boolean_t
4807 pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
4808 {
4809         struct rwlock *lock;
4810         boolean_t rv;
4811
4812         lock = NULL;
4813         rv = pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
4814         if (lock != NULL)
4815                 rw_wunlock(lock);
4816         return (rv);
4817 }
4818
4819 static void
4820 pmap_demote_pde_check(pt_entry_t *firstpte __unused, pt_entry_t newpte __unused)
4821 {
4822 #ifdef INVARIANTS
4823 #ifdef DIAGNOSTIC
4824         pt_entry_t *xpte, *ypte;
4825
4826         for (xpte = firstpte; xpte < firstpte + NPTEPG;
4827             xpte++, newpte += PAGE_SIZE) {
4828                 if ((*xpte & PG_FRAME) != (newpte & PG_FRAME)) {
4829                         printf("pmap_demote_pde: xpte %zd and newpte map "
4830                             "different pages: found %#lx, expected %#lx\n",
4831                             xpte - firstpte, *xpte, newpte);
4832                         printf("page table dump\n");
4833                         for (ypte = firstpte; ypte < firstpte + NPTEPG; ypte++)
4834                                 printf("%zd %#lx\n", ypte - firstpte, *ypte);
4835                         panic("firstpte");
4836                 }
4837         }
4838 #else
4839         KASSERT((*firstpte & PG_FRAME) == (newpte & PG_FRAME),
4840             ("pmap_demote_pde: firstpte and newpte map different physical"
4841             " addresses"));
4842 #endif
4843 #endif
4844 }
4845
4846 static void
4847 pmap_demote_pde_abort(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
4848     pd_entry_t oldpde, struct rwlock **lockp)
4849 {
4850         struct spglist free;
4851         vm_offset_t sva;
4852
4853         SLIST_INIT(&free);
4854         sva = trunc_2mpage(va);
4855         pmap_remove_pde(pmap, pde, sva, &free, lockp);
4856         if ((oldpde & pmap_global_bit(pmap)) == 0)
4857                 pmap_invalidate_pde_page(pmap, sva, oldpde);
4858         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
4859         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: failure for va %#lx in pmap %p",
4860             va, pmap);
4861 }
4862
4863 static boolean_t
4864 pmap_demote_pde_locked(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
4865     struct rwlock **lockp)
4866 {
4867         pd_entry_t newpde, oldpde;
4868         pt_entry_t *firstpte, newpte;
4869         pt_entry_t PG_A, PG_G, PG_M, PG_PKU_MASK, PG_RW, PG_V;
4870         vm_paddr_t mptepa;
4871         vm_page_t mpte;
4872         int PG_PTE_CACHE;
4873         bool in_kernel;
4874
4875         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
4876         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
4877         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4878         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4879         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4880         PG_PTE_CACHE = pmap_cache_mask(pmap, 0);
4881         PG_PKU_MASK = pmap_pku_mask_bit(pmap);
4882
4883         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4884         in_kernel = va >= VM_MAXUSER_ADDRESS;
4885         oldpde = *pde;
4886         KASSERT((oldpde & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V),
4887             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_PS and/or PG_V"));
4888
4889         /*
4890          * Invalidate the 2MB page mapping and return "failure" if the
4891          * mapping was never accessed.
4892          */
4893         if ((oldpde & PG_A) == 0) {
4894                 KASSERT((oldpde & PG_W) == 0,
4895                     ("pmap_demote_pde: a wired mapping is missing PG_A"));
4896                 pmap_demote_pde_abort(pmap, va, pde, oldpde, lockp);
4897                 return (FALSE);
4898         }
4899
4900         mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, va);
4901         if (mpte == NULL) {
4902                 KASSERT((oldpde & PG_W) == 0,
4903                     ("pmap_demote_pde: page table page for a wired mapping"
4904                     " is missing"));
4905
4906                 /*
4907                  * If the page table page is missing and the mapping
4908                  * is for a kernel address, the mapping must belong to
4909                  * the direct map.  Page table pages are preallocated
4910                  * for every other part of the kernel address space,
4911                  * so the direct map region is the only part of the
4912                  * kernel address space that must be handled here.
4913                  */
4914                 KASSERT(!in_kernel || (va >= DMAP_MIN_ADDRESS &&
4915                     va < DMAP_MAX_ADDRESS),
4916                     ("pmap_demote_pde: No saved mpte for va %#lx", va));
4917
4918                 /*
4919                  * If the 2MB page mapping belongs to the direct map
4920                  * region of the kernel's address space, then the page
4921                  * allocation request specifies the highest possible
4922                  * priority (VM_ALLOC_INTERRUPT).  Otherwise, the
4923                  * priority is normal.
4924                  */
4925                 mpte = vm_page_alloc(NULL, pmap_pde_pindex(va),
4926                     (in_kernel ? VM_ALLOC_INTERRUPT : VM_ALLOC_NORMAL) |
4927                     VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED);
4928
4929                 /*
4930                  * If the allocation of the new page table page fails,
4931                  * invalidate the 2MB page mapping and return "failure".
4932                  */
4933                 if (mpte == NULL) {
4934                         pmap_demote_pde_abort(pmap, va, pde, oldpde, lockp);
4935                         return (FALSE);
4936                 }
4937
4938                 if (!in_kernel) {
4939                         mpte->ref_count = NPTEPG;
4940                         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
4941                 }
4942         }
4943         mptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpte);
4944         firstpte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mptepa);
4945         newpde = mptepa | PG_M | PG_A | (oldpde & PG_U) | PG_RW | PG_V;
4946         KASSERT((oldpde & (PG_M | PG_RW)) != PG_RW,
4947             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_M"));
4948         newpte = oldpde & ~PG_PS;
4949         newpte = pmap_swap_pat(pmap, newpte);
4950
4951         /*
4952          * If the page table page is not leftover from an earlier promotion,
4953          * initialize it.
4954          */
4955         if (mpte->valid == 0)
4956                 pmap_fill_ptp(firstpte, newpte);
4957
4958         pmap_demote_pde_check(firstpte, newpte);
4959
4960         /*
4961          * If the mapping has changed attributes, update the page table
4962          * entries.
4963          */
4964         if ((*firstpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpte & PG_PTE_PROMOTE))
4965                 pmap_fill_ptp(firstpte, newpte);
4966
4967         /*
4968          * The spare PV entries must be reserved prior to demoting the
4969          * mapping, that is, prior to changing the PDE.  Otherwise, the state
4970          * of the PDE and the PV lists will be inconsistent, which can result
4971          * in reclaim_pv_chunk() attempting to remove a PV entry from the
4972          * wrong PV list and pmap_pv_demote_pde() failing to find the expected
4973          * PV entry for the 2MB page mapping that is being demoted.
4974          */
4975         if ((oldpde & PG_MANAGED) != 0)
4976                 reserve_pv_entries(pmap, NPTEPG - 1, lockp);
4977
4978         /*
4979          * Demote the mapping.  This pmap is locked.  The old PDE has
4980          * PG_A set.  If the old PDE has PG_RW set, it also has PG_M
4981          * set.  Thus, there is no danger of a race with another
4982          * processor changing the setting of PG_A and/or PG_M between
4983          * the read above and the store below. 
4984          */
4985         if (workaround_erratum383)
4986                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, newpde);
4987         else
4988                 pde_store(pde, newpde);
4989
4990         /*
4991          * Invalidate a stale recursive mapping of the page table page.
4992          */
4993         if (in_kernel)
4994                 pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopte(va));
4995
4996         /*
4997          * Demote the PV entry.
4998          */
4999         if ((oldpde & PG_MANAGED) != 0)
5000                 pmap_pv_demote_pde(pmap, va, oldpde & PG_PS_FRAME, lockp);
5001
5002         atomic_add_long(&pmap_pde_demotions, 1);
5003         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: success for va %#lx in pmap %p",
5004             va, pmap);
5005         return (TRUE);
5006 }
5007
5008 /*
5009  * pmap_remove_kernel_pde: Remove a kernel superpage mapping.
5010  */
5011 static void
5012 pmap_remove_kernel_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
5013 {
5014         pd_entry_t newpde;
5015         vm_paddr_t mptepa;
5016         vm_page_t mpte;
5017
5018         KASSERT(pmap == kernel_pmap, ("pmap %p is not kernel_pmap", pmap));
5019         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5020         mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, va);
5021         if (mpte == NULL)
5022                 panic("pmap_remove_kernel_pde: Missing pt page.");
5023
5024         mptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpte);
5025         newpde = mptepa | X86_PG_M | X86_PG_A | X86_PG_RW | X86_PG_V;
5026
5027         /*
5028          * If this page table page was unmapped by a promotion, then it
5029          * contains valid mappings.  Zero it to invalidate those mappings.
5030          */
5031         if (mpte->valid != 0)
5032                 pagezero((void *)PHYS_TO_DMAP(mptepa));
5033
5034         /*
5035          * Demote the mapping.
5036          */
5037         if (workaround_erratum383)
5038                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, newpde);
5039         else
5040                 pde_store(pde, newpde);
5041
5042         /*
5043          * Invalidate a stale recursive mapping of the page table page.
5044          */
5045         pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopte(va));
5046 }
5047
5048 /*
5049  * pmap_remove_pde: do the things to unmap a superpage in a process
5050  */
5051 static int
5052 pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
5053     struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
5054 {
5055         struct md_page *pvh;
5056         pd_entry_t oldpde;
5057         vm_offset_t eva, va;
5058         vm_page_t m, mpte;
5059         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW;
5060
5061         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5062         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5063         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5064         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5065
5066         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5067         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
5068             ("pmap_remove_pde: sva is not 2mpage aligned"));
5069         oldpde = pte_load_clear(pdq);
5070         if (oldpde & PG_W)
5071                 pmap->pm_stats.wired_count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
5072         if ((oldpde & PG_G) != 0)
5073                 pmap_invalidate_pde_page(kernel_pmap, sva, oldpde);
5074         pmap_resident_count_dec(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
5075         if (oldpde & PG_MANAGED) {
5076                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, oldpde & PG_PS_FRAME);
5077                 pvh = pa_to_pvh(oldpde & PG_PS_FRAME);
5078                 pmap_pvh_free(pvh, pmap, sva);
5079                 eva = sva + NBPDR;
5080                 for (va = sva, m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
5081                     va < eva; va += PAGE_SIZE, m++) {
5082                         if ((oldpde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
5083                                 vm_page_dirty(m);
5084                         if (oldpde & PG_A)
5085                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
5086                         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
5087                             TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
5088                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
5089                         pmap_delayed_invl_page(m);
5090                 }
5091         }
5092         if (pmap == kernel_pmap) {
5093                 pmap_remove_kernel_pde(pmap, pdq, sva);
5094         } else {
5095                 mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, sva);
5096                 if (mpte != NULL) {
5097                         KASSERT(mpte->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
5098                             ("pmap_remove_pde: pte page not promoted"));
5099                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
5100                         KASSERT(mpte->ref_count == NPTEPG,
5101                             ("pmap_remove_pde: pte page ref count error"));
5102                         mpte->ref_count = 0;
5103                         pmap_add_delayed_free_list(mpte, free, FALSE);
5104                 }
5105         }
5106         return (pmap_unuse_pt(pmap, sva, *pmap_pdpe(pmap, sva), free));
5107 }
5108
5109 /*
5110  * pmap_remove_pte: do the things to unmap a page in a process
5111  */
5112 static int
5113 pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t va, 
5114     pd_entry_t ptepde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
5115 {
5116         struct md_page *pvh;
5117         pt_entry_t oldpte, PG_A, PG_M, PG_RW;
5118         vm_page_t m;
5119
5120         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5121         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5122         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5123
5124         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5125         oldpte = pte_load_clear(ptq);
5126         if (oldpte & PG_W)
5127                 pmap->pm_stats.wired_count -= 1;
5128         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
5129         if (oldpte & PG_MANAGED) {
5130                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpte & PG_FRAME);
5131                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
5132                         vm_page_dirty(m);
5133                 if (oldpte & PG_A)
5134                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
5135                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
5136                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
5137                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
5138                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5139                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5140                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
5141                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
5142                 }
5143                 pmap_delayed_invl_page(m);
5144         }
5145         return (pmap_unuse_pt(pmap, va, ptepde, free));
5146 }
5147
5148 /*
5149  * Remove a single page from a process address space
5150  */
5151 static void
5152 pmap_remove_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
5153     struct spglist *free)
5154 {
5155         struct rwlock *lock;
5156         pt_entry_t *pte, PG_V;
5157
5158         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5159         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5160         if ((*pde & PG_V) == 0)
5161                 return;
5162         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
5163         if ((*pte & PG_V) == 0)
5164                 return;
5165         lock = NULL;
5166         pmap_remove_pte(pmap, pte, va, *pde, free, &lock);
5167         if (lock != NULL)
5168                 rw_wunlock(lock);
5169         pmap_invalidate_page(pmap, va);
5170 }
5171
5172 /*
5173  * Removes the specified range of addresses from the page table page.
5174  */
5175 static bool
5176 pmap_remove_ptes(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
5177     pd_entry_t *pde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
5178 {
5179         pt_entry_t PG_G, *pte;
5180         vm_offset_t va;
5181         bool anyvalid;
5182
5183         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5184         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5185         anyvalid = false;
5186         va = eva;
5187         for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != eva; pte++,
5188             sva += PAGE_SIZE) {
5189                 if (*pte == 0) {
5190                         if (va != eva) {
5191                                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
5192                                 va = eva;
5193                         }
5194                         continue;
5195                 }
5196                 if ((*pte & PG_G) == 0)
5197                         anyvalid = true;
5198                 else if (va == eva)
5199                         va = sva;
5200                 if (pmap_remove_pte(pmap, pte, sva, *pde, free, lockp)) {
5201                         sva += PAGE_SIZE;
5202                         break;
5203                 }
5204         }
5205         if (va != eva)
5206                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
5207         return (anyvalid);
5208 }
5209
5210 /*
5211  *      Remove the given range of addresses from the specified map.
5212  *
5213  *      It is assumed that the start and end are properly
5214  *      rounded to the page size.
5215  */
5216 void
5217 pmap_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
5218 {
5219         struct rwlock *lock;
5220         vm_offset_t va_next;
5221         pml4_entry_t *pml4e;
5222         pdp_entry_t *pdpe;
5223         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
5224         pt_entry_t PG_G, PG_V;
5225         struct spglist free;
5226         int anyvalid;
5227
5228         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5229         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5230
5231         /*
5232          * Perform an unsynchronized read.  This is, however, safe.
5233          */
5234         if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
5235                 return;
5236
5237         anyvalid = 0;
5238         SLIST_INIT(&free);
5239
5240         pmap_delayed_invl_start();
5241         PMAP_LOCK(pmap);
5242         pmap_pkru_on_remove(pmap, sva, eva);
5243
5244         /*
5245          * special handling of removing one page.  a very
5246          * common operation and easy to short circuit some
5247          * code.
5248          */
5249         if (sva + PAGE_SIZE == eva) {
5250                 pde = pmap_pde(pmap, sva);
5251                 if (pde && (*pde & PG_PS) == 0) {
5252                         pmap_remove_page(pmap, sva, pde, &free);
5253                         goto out;
5254                 }
5255         }
5256
5257         lock = NULL;
5258         for (; sva < eva; sva = va_next) {
5259
5260                 if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
5261                         break;
5262
5263                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
5264                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
5265                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
5266                         if (va_next < sva)
5267                                 va_next = eva;
5268                         continue;
5269                 }
5270
5271                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
5272                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
5273                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
5274                         if (va_next < sva)
5275                                 va_next = eva;
5276                         continue;
5277                 }
5278
5279                 /*
5280                  * Calculate index for next page table.
5281                  */
5282                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
5283                 if (va_next < sva)
5284                         va_next = eva;
5285
5286                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
5287                 ptpaddr = *pde;
5288
5289                 /*
5290                  * Weed out invalid mappings.
5291                  */
5292                 if (ptpaddr == 0)
5293                         continue;
5294
5295                 /*
5296                  * Check for large page.
5297                  */
5298                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
5299                         /*
5300                          * Are we removing the entire large page?  If not,
5301                          * demote the mapping and fall through.
5302                          */
5303                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
5304                                 /*
5305                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
5306                                  * invalidated by pmap_remove_pde().
5307                                  */
5308                                 if ((ptpaddr & PG_G) == 0)
5309                                         anyvalid = 1;
5310                                 pmap_remove_pde(pmap, pde, sva, &free, &lock);
5311                                 continue;
5312                         } else if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, sva,
5313                             &lock)) {
5314                                 /* The large page mapping was destroyed. */
5315                                 continue;
5316                         } else
5317                                 ptpaddr = *pde;
5318                 }
5319
5320                 /*
5321                  * Limit our scan to either the end of the va represented
5322                  * by the current page table page, or to the end of the
5323                  * range being removed.
5324                  */
5325                 if (va_next > eva)
5326                         va_next = eva;
5327
5328                 if (pmap_remove_ptes(pmap, sva, va_next, pde, &free, &lock))
5329                         anyvalid = 1;
5330         }
5331         if (lock != NULL)
5332                 rw_wunlock(lock);
5333 out:
5334         if (anyvalid)
5335                 pmap_invalidate_all(pmap);
5336         PMAP_UNLOCK(pmap);
5337         pmap_delayed_invl_finish();
5338         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
5339 }
5340
5341 /*
5342  *      Routine:        pmap_remove_all
5343  *      Function:
5344  *              Removes this physical page from
5345  *              all physical maps in which it resides.
5346  *              Reflects back modify bits to the pager.
5347  *
5348  *      Notes:
5349  *              Original versions of this routine were very
5350  *              inefficient because they iteratively called
5351  *              pmap_remove (slow...)
5352  */
5353
5354 void
5355 pmap_remove_all(vm_page_t m)
5356 {
5357         struct md_page *pvh;
5358         pv_entry_t pv;
5359         pmap_t pmap;
5360         struct rwlock *lock;
5361         pt_entry_t *pte, tpte, PG_A, PG_M, PG_RW;
5362         pd_entry_t *pde;
5363         vm_offset_t va;
5364         struct spglist free;
5365         int pvh_gen, md_gen;
5366
5367         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5368             ("pmap_remove_all: page %p is not managed", m));
5369         SLIST_INIT(&free);
5370         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5371         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
5372             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5373 retry:
5374         rw_wlock(lock);
5375         while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != NULL) {
5376                 pmap = PV_PMAP(pv);
5377                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5378                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5379                         rw_wunlock(lock);
5380                         PMAP_LOCK(pmap);
5381                         rw_wlock(lock);
5382                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
5383                                 rw_wunlock(lock);
5384                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5385                                 goto retry;
5386                         }
5387                 }
5388                 va = pv->pv_va;
5389                 pde = pmap_pde(pmap, va);
5390                 (void)pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
5391                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5392         }
5393         while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
5394                 pmap = PV_PMAP(pv);
5395                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5396                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5397                         md_gen = m->md.pv_gen;
5398                         rw_wunlock(lock);
5399                         PMAP_LOCK(pmap);
5400                         rw_wlock(lock);
5401                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
5402                                 rw_wunlock(lock);
5403                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5404                                 goto retry;
5405                         }
5406                 }
5407                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5408                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5409                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5410                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
5411                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
5412                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_remove_all: found"
5413                     " a 2mpage in page %p's pv list", m));
5414                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
5415                 tpte = pte_load_clear(pte);
5416                 if (tpte & PG_W)
5417                         pmap->pm_stats.wired_count--;
5418                 if (tpte & PG_A)
5419                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
5420
5421                 /*
5422                  * Update the vm_page_t clean and reference bits.
5423                  */
5424                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
5425                         vm_page_dirty(m);
5426                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, *pde, &free);
5427                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
5428                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5429                 m->md.pv_gen++;
5430                 free_pv_entry(pmap, pv);
5431                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5432         }
5433         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
5434         rw_wunlock(lock);
5435         pmap_delayed_invl_wait(m);
5436         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
5437 }
5438
5439 /*
5440  * pmap_protect_pde: do the things to protect a 2mpage in a process
5441  */
5442 static boolean_t
5443 pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva, vm_prot_t prot)
5444 {
5445         pd_entry_t newpde, oldpde;
5446         vm_page_t m, mt;
5447         boolean_t anychanged;
5448         pt_entry_t PG_G, PG_M, PG_RW;
5449
5450         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5451         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5452         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5453
5454         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5455         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
5456             ("pmap_protect_pde: sva is not 2mpage aligned"));
5457         anychanged = FALSE;
5458 retry:
5459         oldpde = newpde = *pde;
5460         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
5461                 if ((oldpde & (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) ==
5462                     (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) {
5463                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
5464                         for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
5465                                 vm_page_dirty(mt);
5466                 }
5467                 newpde &= ~(PG_RW | PG_M);
5468         }
5469         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
5470                 newpde |= pg_nx;
5471         if (newpde != oldpde) {
5472                 /*
5473                  * As an optimization to future operations on this PDE, clear
5474                  * PG_PROMOTED.  The impending invalidation will remove any
5475                  * lingering 4KB page mappings from the TLB.
5476                  */
5477                 if (!atomic_cmpset_long(pde, oldpde, newpde & ~PG_PROMOTED))
5478                         goto retry;
5479                 if ((oldpde & PG_G) != 0)
5480                         pmap_invalidate_pde_page(kernel_pmap, sva, oldpde);
5481                 else
5482                         anychanged = TRUE;
5483         }
5484         return (anychanged);
5485 }
5486
5487 /*
5488  *      Set the physical protection on the
5489  *      specified range of this map as requested.
5490  */
5491 void
5492 pmap_protect(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, vm_prot_t prot)
5493 {
5494         vm_offset_t va_next;
5495         pml4_entry_t *pml4e;
5496         pdp_entry_t *pdpe;
5497         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
5498         pt_entry_t *pte, PG_G, PG_M, PG_RW, PG_V;
5499         boolean_t anychanged;
5500
5501         KASSERT((prot & ~VM_PROT_ALL) == 0, ("invalid prot %x", prot));
5502         if (prot == VM_PROT_NONE) {
5503                 pmap_remove(pmap, sva, eva);
5504                 return;
5505         }
5506
5507         if ((prot & (VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE)) ==
5508             (VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE))
5509                 return;
5510
5511         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5512         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5513         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5514         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5515         anychanged = FALSE;
5516
5517         /*
5518          * Although this function delays and batches the invalidation
5519          * of stale TLB entries, it does not need to call
5520          * pmap_delayed_invl_start() and
5521          * pmap_delayed_invl_finish(), because it does not
5522          * ordinarily destroy mappings.  Stale TLB entries from
5523          * protection-only changes need only be invalidated before the
5524          * pmap lock is released, because protection-only changes do
5525          * not destroy PV entries.  Even operations that iterate over
5526          * a physical page's PV list of mappings, like
5527          * pmap_remove_write(), acquire the pmap lock for each
5528          * mapping.  Consequently, for protection-only changes, the
5529          * pmap lock suffices to synchronize both page table and TLB
5530          * updates.
5531          *
5532          * This function only destroys a mapping if pmap_demote_pde()
5533          * fails.  In that case, stale TLB entries are immediately
5534          * invalidated.
5535          */
5536         
5537         PMAP_LOCK(pmap);
5538         for (; sva < eva; sva = va_next) {
5539
5540                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
5541                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
5542                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
5543                         if (va_next < sva)
5544                                 va_next = eva;
5545                         continue;
5546                 }
5547
5548                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
5549                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
5550                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
5551                         if (va_next < sva)
5552                                 va_next = eva;
5553                         continue;
5554                 }
5555
5556                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
5557                 if (va_next < sva)
5558                         va_next = eva;
5559
5560                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
5561                 ptpaddr = *pde;
5562
5563                 /*
5564                  * Weed out invalid mappings.
5565                  */
5566                 if (ptpaddr == 0)
5567                         continue;
5568
5569                 /*
5570                  * Check for large page.
5571                  */
5572                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
5573                         /*
5574                          * Are we protecting the entire large page?  If not,
5575                          * demote the mapping and fall through.
5576                          */
5577                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
5578                                 /*
5579                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
5580                                  * invalidated by pmap_protect_pde().
5581                                  */
5582                                 if (pmap_protect_pde(pmap, pde, sva, prot))
5583                                         anychanged = TRUE;
5584                                 continue;
5585                         } else if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, sva)) {
5586                                 /*
5587                                  * The large page mapping was destroyed.
5588                                  */
5589                                 continue;
5590                         }
5591                 }
5592
5593                 if (va_next > eva)
5594                         va_next = eva;
5595
5596                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
5597                     sva += PAGE_SIZE) {
5598                         pt_entry_t obits, pbits;
5599                         vm_page_t m;
5600
5601 retry:
5602                         obits = pbits = *pte;
5603                         if ((pbits & PG_V) == 0)
5604                                 continue;
5605
5606                         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
5607                                 if ((pbits & (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) ==
5608                                     (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) {
5609                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pbits & PG_FRAME);
5610                                         vm_page_dirty(m);
5611                                 }
5612                                 pbits &= ~(PG_RW | PG_M);
5613                         }
5614                         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
5615                                 pbits |= pg_nx;
5616
5617                         if (pbits != obits) {
5618                                 if (!atomic_cmpset_long(pte, obits, pbits))
5619                                         goto retry;
5620                                 if (obits & PG_G)
5621                                         pmap_invalidate_page(pmap, sva);
5622                                 else
5623                                         anychanged = TRUE;
5624                         }
5625                 }
5626         }
5627         if (anychanged)
5628                 pmap_invalidate_all(pmap);
5629         PMAP_UNLOCK(pmap);
5630 }
5631
5632 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
5633 /*
5634  * Tries to promote the 512, contiguous 4KB page mappings that are within a
5635  * single page table page (PTP) to a single 2MB page mapping.  For promotion
5636  * to occur, two conditions must be met: (1) the 4KB page mappings must map
5637  * aligned, contiguous physical memory and (2) the 4KB page mappings must have
5638  * identical characteristics. 
5639  */
5640 static void
5641 pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
5642     struct rwlock **lockp)
5643 {
5644         pd_entry_t newpde;
5645         pt_entry_t *firstpte, oldpte, pa, *pte;
5646         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V, PG_PKU_MASK;
5647         vm_page_t mpte;
5648         int PG_PTE_CACHE;
5649
5650         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5651         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5652         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5653         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5654         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5655         PG_PKU_MASK = pmap_pku_mask_bit(pmap);
5656         PG_PTE_CACHE = pmap_cache_mask(pmap, 0);
5657
5658         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5659
5660         /*
5661          * Examine the first PTE in the specified PTP.  Abort if this PTE is
5662          * either invalid, unused, or does not map the first 4KB physical page
5663          * within a 2MB page. 
5664          */
5665         firstpte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pde & PG_FRAME);
5666 setpde:
5667         newpde = *firstpte;
5668         if ((newpde & ((PG_FRAME & PDRMASK) | PG_A | PG_V)) != (PG_A | PG_V)) {
5669                 atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
5670                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
5671                     " in pmap %p", va, pmap);
5672                 return;
5673         }
5674         if ((newpde & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
5675                 /*
5676                  * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared without
5677                  * a TLB invalidation.
5678                  */
5679                 if (!atomic_cmpset_long(firstpte, newpde, newpde & ~PG_RW))
5680                         goto setpde;
5681                 newpde &= ~PG_RW;
5682         }
5683
5684         /*
5685          * Examine each of the other PTEs in the specified PTP.  Abort if this
5686          * PTE maps an unexpected 4KB physical page or does not have identical
5687          * characteristics to the first PTE.
5688          */
5689         pa = (newpde & (PG_PS_FRAME | PG_A | PG_V)) + NBPDR - PAGE_SIZE;
5690         for (pte = firstpte + NPTEPG - 1; pte > firstpte; pte--) {
5691 setpte:
5692                 oldpte = *pte;
5693                 if ((oldpte & (PG_FRAME | PG_A | PG_V)) != pa) {
5694                         atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
5695                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
5696                             " in pmap %p", va, pmap);
5697                         return;
5698                 }
5699                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
5700                         /*
5701                          * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared
5702                          * without a TLB invalidation.
5703                          */
5704                         if (!atomic_cmpset_long(pte, oldpte, oldpte & ~PG_RW))
5705                                 goto setpte;
5706                         oldpte &= ~PG_RW;
5707                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: protect for va %#lx"
5708                             " in pmap %p", (oldpte & PG_FRAME & PDRMASK) |
5709                             (va & ~PDRMASK), pmap);
5710                 }
5711                 if ((oldpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpde & PG_PTE_PROMOTE)) {
5712                         atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
5713                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
5714                             " in pmap %p", va, pmap);
5715                         return;
5716                 }
5717                 pa -= PAGE_SIZE;
5718         }
5719
5720         /*
5721          * Save the page table page in its current state until the PDE
5722          * mapping the superpage is demoted by pmap_demote_pde() or
5723          * destroyed by pmap_remove_pde(). 
5724          */
5725         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
5726         KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
5727             mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
5728             ("pmap_promote_pde: page table page is out of range"));
5729         KASSERT(mpte->pindex == pmap_pde_pindex(va),
5730             ("pmap_promote_pde: page table page's pindex is wrong"));
5731         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mpte, true)) {
5732                 atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
5733                 CTR2(KTR_PMAP,
5734                     "pmap_promote_pde: failure for va %#lx in pmap %p", va,
5735                     pmap);
5736                 return;
5737         }
5738
5739         /*
5740          * Promote the pv entries.
5741          */
5742         if ((newpde & PG_MANAGED) != 0)
5743                 pmap_pv_promote_pde(pmap, va, newpde & PG_PS_FRAME, lockp);
5744
5745         /*
5746          * Propagate the PAT index to its proper position.
5747          */
5748         newpde = pmap_swap_pat(pmap, newpde);
5749
5750         /*
5751          * Map the superpage.
5752          */
5753         if (workaround_erratum383)
5754                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, PG_PS | newpde);
5755         else
5756                 pde_store(pde, PG_PROMOTED | PG_PS | newpde);
5757
5758         atomic_add_long(&pmap_pde_promotions, 1);
5759         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: success for va %#lx"
5760             " in pmap %p", va, pmap);
5761 }
5762 #endif /* VM_NRESERVLEVEL > 0 */
5763
5764 /*
5765  *      Insert the given physical page (p) at
5766  *      the specified virtual address (v) in the
5767  *      target physical map with the protection requested.
5768  *
5769  *      If specified, the page will be wired down, meaning
5770  *      that the related pte can not be reclaimed.
5771  *
5772  *      NB:  This is the only routine which MAY NOT lazy-evaluate
5773  *      or lose information.  That is, this routine must actually
5774  *      insert this page into the given map NOW.
5775  *
5776  *      When destroying both a page table and PV entry, this function
5777  *      performs the TLB invalidation before releasing the PV list
5778  *      lock, so we do not need pmap_delayed_invl_page() calls here.
5779  */
5780 int
5781 pmap_enter(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
5782     u_int flags, int8_t psind)
5783 {
5784         struct rwlock *lock;
5785         pd_entry_t *pde;
5786         pt_entry_t *pte, PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
5787         pt_entry_t newpte, origpte;
5788         pv_entry_t pv;
5789         vm_paddr_t opa, pa;
5790         vm_page_t mpte, om;
5791         int rv;
5792         boolean_t nosleep;
5793
5794         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5795         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5796         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5797         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5798         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5799
5800         va = trunc_page(va);
5801         KASSERT(va <= VM_MAX_KERNEL_ADDRESS, ("pmap_enter: toobig"));
5802         KASSERT(va < UPT_MIN_ADDRESS || va >= UPT_MAX_ADDRESS,
5803             ("pmap_enter: invalid to pmap_enter page table pages (va: 0x%lx)",
5804             va));
5805         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0 || va < kmi.clean_sva ||
5806             va >= kmi.clean_eva,
5807             ("pmap_enter: managed mapping within the clean submap"));
5808         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
5809                 VM_PAGE_OBJECT_BUSY_ASSERT(m);
5810         KASSERT((flags & PMAP_ENTER_RESERVED) == 0,
5811             ("pmap_enter: flags %u has reserved bits set", flags));
5812         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
5813         newpte = (pt_entry_t)(pa | PG_A | PG_V);
5814         if ((flags & VM_PROT_WRITE) != 0)
5815                 newpte |= PG_M;
5816         if ((prot & VM_PROT_WRITE) != 0)
5817                 newpte |= PG_RW;
5818         KASSERT((newpte & (PG_M | PG_RW)) != PG_M,
5819             ("pmap_enter: flags includes VM_PROT_WRITE but prot doesn't"));
5820         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
5821                 newpte |= pg_nx;
5822         if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) != 0)
5823                 newpte |= PG_W;
5824         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
5825                 newpte |= PG_U;
5826         if (pmap == kernel_pmap)
5827                 newpte |= PG_G;
5828         newpte |= pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, psind > 0);
5829
5830         /*
5831          * Set modified bit gratuitously for writeable mappings if
5832          * the page is unmanaged. We do not want to take a fault
5833          * to do the dirty bit accounting for these mappings.
5834          */
5835         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0) {
5836                 if ((newpte & PG_RW) != 0)
5837                         newpte |= PG_M;
5838         } else
5839                 newpte |= PG_MANAGED;
5840
5841         lock = NULL;
5842         PMAP_LOCK(pmap);
5843         if (psind == 1) {
5844                 /* Assert the required virtual and physical alignment. */ 
5845                 KASSERT((va & PDRMASK) == 0, ("pmap_enter: va unaligned"));
5846                 KASSERT(m->psind > 0, ("pmap_enter: m->psind < psind"));
5847                 rv = pmap_enter_pde(pmap, va, newpte | PG_PS, flags, m, &lock);
5848                 goto out;
5849         }
5850         mpte = NULL;
5851
5852         /*
5853          * In the case that a page table page is not
5854          * resident, we are creating it here.
5855          */
5856 retry:
5857         pde = pmap_pde(pmap, va);
5858         if (pde != NULL && (*pde & PG_V) != 0 && ((*pde & PG_PS) == 0 ||
5859             pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock))) {
5860                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
5861                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS && mpte == NULL) {
5862                         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
5863                         mpte->ref_count++;
5864                 }
5865         } else if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
5866                 /*
5867                  * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been
5868                  * deallocated.
5869                  */
5870                 nosleep = (flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0;
5871                 mpte = _pmap_allocpte(pmap, pmap_pde_pindex(va),
5872                     nosleep ? NULL : &lock);
5873                 if (mpte == NULL && nosleep) {
5874                         rv = KERN_RESOURCE_SHORTAGE;
5875                         goto out;
5876                 }
5877                 goto retry;
5878         } else
5879                 panic("pmap_enter: invalid page directory va=%#lx", va);
5880
5881         origpte = *pte;
5882         pv = NULL;
5883         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS && pmap->pm_type == PT_X86)
5884                 newpte |= pmap_pkru_get(pmap, va);
5885
5886         /*
5887          * Is the specified virtual address already mapped?
5888          */
5889         if ((origpte & PG_V) != 0) {
5890                 /*
5891                  * Wiring change, just update stats. We don't worry about
5892                  * wiring PT pages as they remain resident as long as there
5893                  * are valid mappings in them. Hence, if a user page is wired,
5894                  * the PT page will be also.
5895                  */
5896                 if ((newpte & PG_W) != 0 && (origpte & PG_W) == 0)
5897                         pmap->pm_stats.wired_count++;
5898                 else if ((newpte & PG_W) == 0 && (origpte & PG_W) != 0)
5899                         pmap->pm_stats.wired_count--;
5900
5901                 /*
5902                  * Remove the extra PT page reference.
5903                  */
5904                 if (mpte != NULL) {
5905                         mpte->ref_count--;
5906                         KASSERT(mpte->ref_count > 0,
5907                             ("pmap_enter: missing reference to page table page,"
5908                              " va: 0x%lx", va));
5909                 }
5910
5911                 /*
5912                  * Has the physical page changed?
5913                  */
5914                 opa = origpte & PG_FRAME;
5915                 if (opa == pa) {
5916                         /*
5917                          * No, might be a protection or wiring change.
5918                          */
5919                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0 &&
5920                             (newpte & PG_RW) != 0)
5921                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
5922                         if (((origpte ^ newpte) & ~(PG_M | PG_A)) == 0)
5923                                 goto unchanged;
5924                         goto validate;
5925                 }
5926
5927                 /*
5928                  * The physical page has changed.  Temporarily invalidate
5929                  * the mapping.  This ensures that all threads sharing the
5930                  * pmap keep a consistent view of the mapping, which is
5931                  * necessary for the correct handling of COW faults.  It
5932                  * also permits reuse of the old mapping's PV entry,
5933                  * avoiding an allocation.
5934                  *
5935                  * For consistency, handle unmanaged mappings the same way.
5936                  */
5937                 origpte = pte_load_clear(pte);
5938                 KASSERT((origpte & PG_FRAME) == opa,
5939                     ("pmap_enter: unexpected pa update for %#lx", va));
5940                 if ((origpte & PG_MANAGED) != 0) {
5941                         om = PHYS_TO_VM_PAGE(opa);
5942
5943                         /*
5944                          * The pmap lock is sufficient to synchronize with
5945                          * concurrent calls to pmap_page_test_mappings() and
5946                          * pmap_ts_referenced().
5947                          */
5948                         if ((origpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
5949                                 vm_page_dirty(om);
5950                         if ((origpte & PG_A) != 0)
5951                                 vm_page_aflag_set(om, PGA_REFERENCED);
5952                         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, opa);
5953                         pv = pmap_pvh_remove(&om->md, pmap, va);
5954                         KASSERT(pv != NULL,
5955                             ("pmap_enter: no PV entry for %#lx", va));
5956                         if ((newpte & PG_MANAGED) == 0)
5957                                 free_pv_entry(pmap, pv);
5958                         if ((om->aflags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
5959                             TAILQ_EMPTY(&om->md.pv_list) &&
5960                             ((om->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
5961                             TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(opa)->pv_list)))
5962                                 vm_page_aflag_clear(om, PGA_WRITEABLE);
5963                 }
5964                 if ((origpte & PG_A) != 0)
5965                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
5966                 origpte = 0;
5967         } else {
5968                 /*
5969                  * Increment the counters.
5970                  */
5971                 if ((newpte & PG_W) != 0)
5972                         pmap->pm_stats.wired_count++;
5973                 pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
5974         }
5975
5976         /*
5977          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
5978          */
5979         if ((newpte & PG_MANAGED) != 0) {
5980                 if (pv == NULL) {
5981                         pv = get_pv_entry(pmap, &lock);
5982                         pv->pv_va = va;
5983                 }
5984                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, pa);
5985                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5986                 m->md.pv_gen++;
5987                 if ((newpte & PG_RW) != 0)
5988                         vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
5989         }
5990
5991         /*
5992          * Update the PTE.
5993          */
5994         if ((origpte & PG_V) != 0) {
5995 validate:
5996                 origpte = pte_load_store(pte, newpte);
5997                 KASSERT((origpte & PG_FRAME) == pa,
5998                     ("pmap_enter: unexpected pa update for %#lx", va));
5999                 if ((newpte & PG_M) == 0 && (origpte & (PG_M | PG_RW)) ==
6000                     (PG_M | PG_RW)) {
6001                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0)
6002                                 vm_page_dirty(m);
6003
6004                         /*
6005                          * Although the PTE may still have PG_RW set, TLB
6006                          * invalidation may nonetheless be required because
6007                          * the PTE no longer has PG_M set.
6008                          */
6009                 } else if ((origpte & PG_NX) != 0 || (newpte & PG_NX) == 0) {
6010                         /*
6011                          * This PTE change does not require TLB invalidation.
6012                          */
6013                         goto unchanged;
6014                 }
6015                 if ((origpte & PG_A) != 0)
6016                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
6017         } else
6018                 pte_store(pte, newpte);
6019
6020 unchanged:
6021
6022 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
6023         /*
6024          * If both the page table page and the reservation are fully
6025          * populated, then attempt promotion.
6026          */
6027         if ((mpte == NULL || mpte->ref_count == NPTEPG) &&
6028             pmap_ps_enabled(pmap) &&
6029             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
6030             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0)
6031                 pmap_promote_pde(pmap, pde, va, &lock);
6032 #endif
6033
6034         rv = KERN_SUCCESS;
6035 out:
6036         if (lock != NULL)
6037                 rw_wunlock(lock);
6038         PMAP_UNLOCK(pmap);
6039         return (rv);
6040 }
6041
6042 /*
6043  * Tries to create a read- and/or execute-only 2MB page mapping.  Returns true
6044  * if successful.  Returns false if (1) a page table page cannot be allocated
6045  * without sleeping, (2) a mapping already exists at the specified virtual
6046  * address, or (3) a PV entry cannot be allocated without reclaiming another
6047  * PV entry.
6048  */
6049 static bool
6050 pmap_enter_2mpage(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
6051     struct rwlock **lockp)
6052 {
6053         pd_entry_t newpde;
6054         pt_entry_t PG_V;
6055
6056         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6057         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6058         newpde = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, 1) |
6059             PG_PS | PG_V;
6060         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
6061                 newpde |= PG_MANAGED;
6062         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
6063                 newpde |= pg_nx;
6064         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
6065                 newpde |= PG_U;
6066         return (pmap_enter_pde(pmap, va, newpde, PMAP_ENTER_NOSLEEP |
6067             PMAP_ENTER_NOREPLACE | PMAP_ENTER_NORECLAIM, NULL, lockp) ==
6068             KERN_SUCCESS);
6069 }
6070
6071 /*
6072  * Tries to create the specified 2MB page mapping.  Returns KERN_SUCCESS if
6073  * the mapping was created, and either KERN_FAILURE or KERN_RESOURCE_SHORTAGE
6074  * otherwise.  Returns KERN_FAILURE if PMAP_ENTER_NOREPLACE was specified and
6075  * a mapping already exists at the specified virtual address.  Returns
6076  * KERN_RESOURCE_SHORTAGE if PMAP_ENTER_NOSLEEP was specified and a page table
6077  * page allocation failed.  Returns KERN_RESOURCE_SHORTAGE if
6078  * PMAP_ENTER_NORECLAIM was specified and a PV entry allocation failed.
6079  *
6080  * The parameter "m" is only used when creating a managed, writeable mapping.
6081  */
6082 static int
6083 pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t newpde, u_int flags,
6084     vm_page_t m, struct rwlock **lockp)
6085 {
6086         struct spglist free;
6087         pd_entry_t oldpde, *pde;
6088         pt_entry_t PG_G, PG_RW, PG_V;
6089         vm_page_t mt, pdpg;
6090
6091         KASSERT(pmap == kernel_pmap || (newpde & PG_W) == 0,
6092             ("pmap_enter_pde: cannot create wired user mapping"));
6093         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
6094         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6095         KASSERT((newpde & (pmap_modified_bit(pmap) | PG_RW)) != PG_RW,
6096             ("pmap_enter_pde: newpde is missing PG_M"));
6097         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6098         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6099
6100         if ((pdpg = pmap_allocpde(pmap, va, (flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0 ?
6101             NULL : lockp)) == NULL) {
6102                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
6103                     " in pmap %p", va, pmap);
6104                 return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
6105         }
6106
6107         /*
6108          * If pkru is not same for the whole pde range, return failure
6109          * and let vm_fault() cope.  Check after pde allocation, since
6110          * it could sleep.
6111          */
6112         if (!pmap_pkru_same(pmap, va, va + NBPDR)) {
6113                 SLIST_INIT(&free);
6114                 if (pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdpg, &free)) {
6115                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
6116                         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
6117                 }
6118                 return (KERN_FAILURE);
6119         }
6120         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS && pmap->pm_type == PT_X86) {
6121                 newpde &= ~X86_PG_PKU_MASK;
6122                 newpde |= pmap_pkru_get(pmap, va);
6123         }
6124
6125         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pdpg));
6126         pde = &pde[pmap_pde_index(va)];
6127         oldpde = *pde;
6128         if ((oldpde & PG_V) != 0) {
6129                 KASSERT(pdpg->ref_count > 1,
6130                     ("pmap_enter_pde: pdpg's reference count is too low"));
6131                 if ((flags & PMAP_ENTER_NOREPLACE) != 0) {
6132                         pdpg->ref_count--;
6133                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
6134                             " in pmap %p", va, pmap);
6135                         return (KERN_FAILURE);
6136                 }
6137                 /* Break the existing mapping(s). */
6138                 SLIST_INIT(&free);
6139                 if ((oldpde & PG_PS) != 0) {
6140                         /*
6141                          * The reference to the PD page that was acquired by
6142                          * pmap_allocpde() ensures that it won't be freed.
6143                          * However, if the PDE resulted from a promotion, then
6144                          * a reserved PT page could be freed.
6145                          */
6146                         (void)pmap_remove_pde(pmap, pde, va, &free, lockp);
6147                         if ((oldpde & PG_G) == 0)
6148                                 pmap_invalidate_pde_page(pmap, va, oldpde);
6149                 } else {
6150                         pmap_delayed_invl_start();
6151                         if (pmap_remove_ptes(pmap, va, va + NBPDR, pde, &free,
6152                             lockp))
6153                                pmap_invalidate_all(pmap);
6154                         pmap_delayed_invl_finish();
6155                 }
6156                 vm_page_free_pages_toq(&free, true);
6157                 if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS) {
6158                         /*
6159                          * Both pmap_remove_pde() and pmap_remove_ptes() will
6160                          * leave the kernel page table page zero filled.
6161                          */
6162                         mt = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
6163                         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mt, false))
6164                                 panic("pmap_enter_pde: trie insert failed");
6165                 } else
6166                         KASSERT(*pde == 0, ("pmap_enter_pde: non-zero pde %p",
6167                             pde));
6168         }
6169         if ((newpde & PG_MANAGED) != 0) {
6170                 /*
6171                  * Abort this mapping if its PV entry could not be created.
6172                  */
6173                 if (!pmap_pv_insert_pde(pmap, va, newpde, flags, lockp)) {
6174                         SLIST_INIT(&free);
6175                         if (pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdpg, &free)) {
6176                                 /*
6177                                  * Although "va" is not mapped, paging-
6178                                  * structure caches could nonetheless have
6179                                  * entries that refer to the freed page table
6180                                  * pages.  Invalidate those entries.
6181                                  */
6182                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
6183                                 vm_page_free_pages_toq(&free, true);
6184                         }
6185                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
6186                             " in pmap %p", va, pmap);
6187                         return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
6188                 }
6189                 if ((newpde & PG_RW) != 0) {
6190                         for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
6191                                 vm_page_aflag_set(mt, PGA_WRITEABLE);
6192                 }
6193         }
6194
6195         /*
6196          * Increment counters.
6197          */
6198         if ((newpde & PG_W) != 0)
6199                 pmap->pm_stats.wired_count += NBPDR / PAGE_SIZE;
6200         pmap_resident_count_inc(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
6201
6202         /*
6203          * Map the superpage.  (This is not a promoted mapping; there will not
6204          * be any lingering 4KB page mappings in the TLB.)
6205          */
6206         pde_store(pde, newpde);
6207
6208         atomic_add_long(&pmap_pde_mappings, 1);
6209         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: success for va %#lx"
6210             " in pmap %p", va, pmap);
6211         return (KERN_SUCCESS);
6212 }
6213
6214 /*
6215  * Maps a sequence of resident pages belonging to the same object.
6216  * The sequence begins with the given page m_start.  This page is
6217  * mapped at the given virtual address start.  Each subsequent page is
6218  * mapped at a virtual address that is offset from start by the same
6219  * amount as the page is offset from m_start within the object.  The
6220  * last page in the sequence is the page with the largest offset from
6221  * m_start that can be mapped at a virtual address less than the given
6222  * virtual address end.  Not every virtual page between start and end
6223  * is mapped; only those for which a resident page exists with the
6224  * corresponding offset from m_start are mapped.
6225  */
6226 void
6227 pmap_enter_object(pmap_t pmap, vm_offset_t start, vm_offset_t end,
6228     vm_page_t m_start, vm_prot_t prot)
6229 {
6230         struct rwlock *lock;
6231         vm_offset_t va;
6232         vm_page_t m, mpte;
6233         vm_pindex_t diff, psize;
6234
6235         VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m_start->object);
6236
6237         psize = atop(end - start);
6238         mpte = NULL;
6239         m = m_start;
6240         lock = NULL;
6241         PMAP_LOCK(pmap);
6242         while (m != NULL && (diff = m->pindex - m_start->pindex) < psize) {
6243                 va = start + ptoa(diff);
6244                 if ((va & PDRMASK) == 0 && va + NBPDR <= end &&
6245                     m->psind == 1 && pmap_ps_enabled(pmap) &&
6246                     pmap_enter_2mpage(pmap, va, m, prot, &lock))
6247                         m = &m[NBPDR / PAGE_SIZE - 1];
6248                 else
6249                         mpte = pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot,
6250                             mpte, &lock);
6251                 m = TAILQ_NEXT(m, listq);
6252         }
6253         if (lock != NULL)
6254                 rw_wunlock(lock);
6255         PMAP_UNLOCK(pmap);
6256 }
6257
6258 /*
6259  * this code makes some *MAJOR* assumptions:
6260  * 1. Current pmap & pmap exists.
6261  * 2. Not wired.
6262  * 3. Read access.
6263  * 4. No page table pages.
6264  * but is *MUCH* faster than pmap_enter...
6265  */
6266
6267 void
6268 pmap_enter_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot)
6269 {
6270         struct rwlock *lock;
6271
6272         lock = NULL;
6273         PMAP_LOCK(pmap);
6274         (void)pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot, NULL, &lock);
6275         if (lock != NULL)
6276                 rw_wunlock(lock);
6277         PMAP_UNLOCK(pmap);
6278 }
6279
6280 static vm_page_t
6281 pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
6282     vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp)
6283 {
6284         struct spglist free;
6285         pt_entry_t newpte, *pte, PG_V;
6286
6287         KASSERT(va < kmi.clean_sva || va >= kmi.clean_eva ||
6288             (m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0,
6289             ("pmap_enter_quick_locked: managed mapping within the clean submap"));
6290         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6291         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6292
6293         /*
6294          * In the case that a page table page is not
6295          * resident, we are creating it here.
6296          */
6297         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
6298                 vm_pindex_t ptepindex;
6299                 pd_entry_t *ptepa;
6300
6301                 /*
6302                  * Calculate pagetable page index
6303                  */
6304                 ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
6305                 if (mpte && (mpte->pindex == ptepindex)) {
6306                         mpte->ref_count++;
6307                 } else {
6308                         /*
6309                          * Get the page directory entry
6310                          */
6311                         ptepa = pmap_pde(pmap, va);
6312
6313                         /*
6314                          * If the page table page is mapped, we just increment
6315                          * the hold count, and activate it.  Otherwise, we
6316                          * attempt to allocate a page table page.  If this
6317                          * attempt fails, we don't retry.  Instead, we give up.
6318                          */
6319                         if (ptepa && (*ptepa & PG_V) != 0) {
6320                                 if (*ptepa & PG_PS)
6321                                         return (NULL);
6322                                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*ptepa & PG_FRAME);
6323                                 mpte->ref_count++;
6324                         } else {
6325                                 /*
6326                                  * Pass NULL instead of the PV list lock
6327                                  * pointer, because we don't intend to sleep.
6328                                  */
6329                                 mpte = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex, NULL);
6330                                 if (mpte == NULL)
6331                                         return (mpte);
6332                         }
6333                 }
6334                 pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mpte));
6335                 pte = &pte[pmap_pte_index(va)];
6336         } else {
6337                 mpte = NULL;
6338                 pte = vtopte(va);
6339         }
6340         if (*pte) {
6341                 if (mpte != NULL) {
6342                         mpte->ref_count--;
6343                         mpte = NULL;
6344                 }
6345                 return (mpte);
6346         }
6347
6348         /*
6349          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
6350          */
6351         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 &&
6352             !pmap_try_insert_pv_entry(pmap, va, m, lockp)) {
6353                 if (mpte != NULL) {
6354                         SLIST_INIT(&free);
6355                         if (pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpte, &free)) {
6356                                 /*
6357                                  * Although "va" is not mapped, paging-
6358                                  * structure caches could nonetheless have
6359                                  * entries that refer to the freed page table
6360                                  * pages.  Invalidate those entries.
6361                                  */
6362                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
6363                                 vm_page_free_pages_toq(&free, true);
6364                         }
6365                         mpte = NULL;
6366                 }
6367                 return (mpte);
6368         }
6369
6370         /*
6371          * Increment counters
6372          */
6373         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
6374
6375         newpte = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_V |
6376             pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, 0);
6377         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
6378                 newpte |= PG_MANAGED;
6379         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
6380                 newpte |= pg_nx;
6381         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
6382                 newpte |= PG_U | pmap_pkru_get(pmap, va);
6383         pte_store(pte, newpte);
6384         return (mpte);
6385 }
6386
6387 /*
6388  * Make a temporary mapping for a physical address.  This is only intended
6389  * to be used for panic dumps.
6390  */
6391 void *
6392 pmap_kenter_temporary(vm_paddr_t pa, int i)
6393 {
6394         vm_offset_t va;
6395
6396         va = (vm_offset_t)crashdumpmap + (i * PAGE_SIZE);
6397         pmap_kenter(va, pa);
6398         invlpg(va);
6399         return ((void *)crashdumpmap);
6400 }
6401
6402 /*
6403  * This code maps large physical mmap regions into the
6404  * processor address space.  Note that some shortcuts
6405  * are taken, but the code works.
6406  */
6407 void
6408 pmap_object_init_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_object_t object,
6409     vm_pindex_t pindex, vm_size_t size)
6410 {
6411         pd_entry_t *pde;
6412         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
6413         vm_paddr_t pa, ptepa;
6414         vm_page_t p, pdpg;
6415         int pat_mode;
6416
6417         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6418         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6419         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6420         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6421
6422         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
6423         KASSERT(object->type == OBJT_DEVICE || object->type == OBJT_SG,
6424             ("pmap_object_init_pt: non-device object"));
6425         if ((addr & (NBPDR - 1)) == 0 && (size & (NBPDR - 1)) == 0) {
6426                 if (!pmap_ps_enabled(pmap))
6427                         return;
6428                 if (!vm_object_populate(object, pindex, pindex + atop(size)))
6429                         return;
6430                 p = vm_page_lookup(object, pindex);
6431                 KASSERT(p->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
6432                     ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
6433                 pat_mode = p->md.pat_mode;
6434
6435                 /*
6436                  * Abort the mapping if the first page is not physically
6437                  * aligned to a 2MB page boundary.
6438                  */
6439                 ptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(p);
6440                 if (ptepa & (NBPDR - 1))
6441                         return;
6442
6443                 /*
6444                  * Skip the first page.  Abort the mapping if the rest of
6445                  * the pages are not physically contiguous or have differing
6446                  * memory attributes.
6447                  */
6448                 p = TAILQ_NEXT(p, listq);
6449                 for (pa = ptepa + PAGE_SIZE; pa < ptepa + size;
6450                     pa += PAGE_SIZE) {
6451                         KASSERT(p->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
6452                             ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
6453                         if (pa != VM_PAGE_TO_PHYS(p) ||
6454                             pat_mode != p->md.pat_mode)
6455                                 return;
6456                         p = TAILQ_NEXT(p, listq);
6457                 }
6458
6459                 /*
6460                  * Map using 2MB pages.  Since "ptepa" is 2M aligned and
6461                  * "size" is a multiple of 2M, adding the PAT setting to "pa"
6462                  * will not affect the termination of this loop.
6463                  */ 
6464                 PMAP_LOCK(pmap);
6465                 for (pa = ptepa | pmap_cache_bits(pmap, pat_mode, 1);
6466                     pa < ptepa + size; pa += NBPDR) {
6467                         pdpg = pmap_allocpde(pmap, addr, NULL);
6468                         if (pdpg == NULL) {
6469                                 /*
6470                                  * The creation of mappings below is only an
6471                                  * optimization.  If a page directory page
6472                                  * cannot be allocated without blocking,
6473                                  * continue on to the next mapping rather than
6474                                  * blocking.
6475                                  */
6476                                 addr += NBPDR;
6477                                 continue;
6478                         }
6479                         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pdpg));
6480                         pde = &pde[pmap_pde_index(addr)];
6481                         if ((*pde & PG_V) == 0) {
6482                                 pde_store(pde, pa | PG_PS | PG_M | PG_A |
6483                                     PG_U | PG_RW | PG_V);
6484                                 pmap_resident_count_inc(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
6485                                 atomic_add_long(&pmap_pde_mappings, 1);
6486                         } else {
6487                                 /* Continue on if the PDE is already valid. */
6488                                 pdpg->ref_count--;
6489                                 KASSERT(pdpg->ref_count > 0,
6490                                     ("pmap_object_init_pt: missing reference "
6491                                     "to page directory page, va: 0x%lx", addr));
6492                         }
6493                         addr += NBPDR;
6494                 }
6495                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6496         }
6497 }
6498
6499 /*
6500  *      Clear the wired attribute from the mappings for the specified range of
6501  *      addresses in the given pmap.  Every valid mapping within that range
6502  *      must have the wired attribute set.  In contrast, invalid mappings
6503  *      cannot have the wired attribute set, so they are ignored.
6504  *
6505  *      The wired attribute of the page table entry is not a hardware
6506  *      feature, so there is no need to invalidate any TLB entries.
6507  *      Since pmap_demote_pde() for the wired entry must never fail,
6508  *      pmap_delayed_invl_start()/finish() calls around the
6509  *      function are not needed.
6510  */
6511 void
6512 pmap_unwire(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
6513 {
6514         vm_offset_t va_next;
6515         pml4_entry_t *pml4e;
6516         pdp_entry_t *pdpe;
6517         pd_entry_t *pde;
6518         pt_entry_t *pte, PG_V;
6519
6520         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6521         PMAP_LOCK(pmap);
6522         for (; sva < eva; sva = va_next) {
6523                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
6524                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
6525                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
6526                         if (va_next < sva)
6527                                 va_next = eva;
6528                         continue;
6529                 }
6530                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
6531                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
6532                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
6533                         if (va_next < sva)
6534                                 va_next = eva;
6535                         continue;
6536                 }
6537                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
6538                 if (va_next < sva)
6539                         va_next = eva;
6540                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
6541                 if ((*pde & PG_V) == 0)
6542                         continue;
6543                 if ((*pde & PG_PS) != 0) {
6544                         if ((*pde & PG_W) == 0)
6545                                 panic("pmap_unwire: pde %#jx is missing PG_W",
6546                                     (uintmax_t)*pde);
6547
6548                         /*
6549                          * Are we unwiring the entire large page?  If not,
6550                          * demote the mapping and fall through.
6551                          */
6552                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
6553                                 atomic_clear_long(pde, PG_W);
6554                                 pmap->pm_stats.wired_count -= NBPDR /
6555                                     PAGE_SIZE;
6556                                 continue;
6557                         } else if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, sva))
6558                                 panic("pmap_unwire: demotion failed");
6559                 }
6560                 if (va_next > eva)
6561                         va_next = eva;
6562                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
6563                     sva += PAGE_SIZE) {
6564                         if ((*pte & PG_V) == 0)
6565                                 continue;
6566                         if ((*pte & PG_W) == 0)
6567                                 panic("pmap_unwire: pte %#jx is missing PG_W",
6568                                     (uintmax_t)*pte);
6569
6570                         /*
6571                          * PG_W must be cleared atomically.  Although the pmap
6572                          * lock synchronizes access to PG_W, another processor
6573                          * could be setting PG_M and/or PG_A concurrently.
6574                          */
6575                         atomic_clear_long(pte, PG_W);
6576                         pmap->pm_stats.wired_count--;
6577                 }
6578         }
6579         PMAP_UNLOCK(pmap);
6580 }
6581
6582 /*
6583  *      Copy the range specified by src_addr/len
6584  *      from the source map to the range dst_addr/len
6585  *      in the destination map.
6586  *
6587  *      This routine is only advisory and need not do anything.
6588  */
6589 void
6590 pmap_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap, vm_offset_t dst_addr, vm_size_t len,
6591     vm_offset_t src_addr)
6592 {
6593         struct rwlock *lock;
6594         struct spglist free;
6595         pml4_entry_t *pml4e;
6596         pdp_entry_t *pdpe;
6597         pd_entry_t *pde, srcptepaddr;
6598         pt_entry_t *dst_pte, PG_A, PG_M, PG_V, ptetemp, *src_pte;
6599         vm_offset_t addr, end_addr, va_next;
6600         vm_page_t dst_pdpg, dstmpte, srcmpte;
6601
6602         if (dst_addr != src_addr)
6603                 return;
6604
6605         if (dst_pmap->pm_type != src_pmap->pm_type)
6606                 return;
6607
6608         /*
6609          * EPT page table entries that require emulation of A/D bits are
6610          * sensitive to clearing the PG_A bit (aka EPT_PG_READ). Although
6611          * we clear PG_M (aka EPT_PG_WRITE) concomitantly, the PG_U bit
6612          * (aka EPT_PG_EXECUTE) could still be set. Since some EPT
6613          * implementations flag an EPT misconfiguration for exec-only
6614          * mappings we skip this function entirely for emulated pmaps.
6615          */
6616         if (pmap_emulate_ad_bits(dst_pmap))
6617                 return;
6618
6619         end_addr = src_addr + len;
6620         lock = NULL;
6621         if (dst_pmap < src_pmap) {
6622                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
6623                 PMAP_LOCK(src_pmap);
6624         } else {
6625                 PMAP_LOCK(src_pmap);
6626                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
6627         }
6628
6629         PG_A = pmap_accessed_bit(dst_pmap);
6630         PG_M = pmap_modified_bit(dst_pmap);
6631         PG_V = pmap_valid_bit(dst_pmap);
6632
6633         for (addr = src_addr; addr < end_addr; addr = va_next) {
6634                 KASSERT(addr < UPT_MIN_ADDRESS,
6635                     ("pmap_copy: invalid to pmap_copy page tables"));
6636
6637                 pml4e = pmap_pml4e(src_pmap, addr);
6638                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
6639                         va_next = (addr + NBPML4) & ~PML4MASK;
6640                         if (va_next < addr)
6641                                 va_next = end_addr;
6642                         continue;
6643                 }
6644
6645                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, addr);
6646                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
6647                         va_next = (addr + NBPDP) & ~PDPMASK;
6648                         if (va_next < addr)
6649                                 va_next = end_addr;
6650                         continue;
6651                 }
6652
6653                 va_next = (addr + NBPDR) & ~PDRMASK;
6654                 if (va_next < addr)
6655                         va_next = end_addr;
6656
6657                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, addr);
6658                 srcptepaddr = *pde;
6659                 if (srcptepaddr == 0)
6660                         continue;
6661                         
6662                 if (srcptepaddr & PG_PS) {
6663                         if ((addr & PDRMASK) != 0 || addr + NBPDR > end_addr)
6664                                 continue;
6665                         dst_pdpg = pmap_allocpde(dst_pmap, addr, NULL);
6666                         if (dst_pdpg == NULL)
6667                                 break;
6668                         pde = (pd_entry_t *)
6669                             PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(dst_pdpg));
6670                         pde = &pde[pmap_pde_index(addr)];
6671                         if (*pde == 0 && ((srcptepaddr & PG_MANAGED) == 0 ||
6672                             pmap_pv_insert_pde(dst_pmap, addr, srcptepaddr,
6673                             PMAP_ENTER_NORECLAIM, &lock))) {
6674                                 *pde = srcptepaddr & ~PG_W;
6675                                 pmap_resident_count_inc(dst_pmap, NBPDR /
6676                                     PAGE_SIZE);
6677                                 atomic_add_long(&pmap_pde_mappings, 1);
6678                         } else
6679                                 dst_pdpg->ref_count--;
6680                         continue;
6681                 }
6682
6683                 srcptepaddr &= PG_FRAME;
6684                 srcmpte = PHYS_TO_VM_PAGE(srcptepaddr);
6685                 KASSERT(srcmpte->ref_count > 0,
6686                     ("pmap_copy: source page table page is unused"));
6687
6688                 if (va_next > end_addr)
6689                         va_next = end_addr;
6690
6691                 src_pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(srcptepaddr);
6692                 src_pte = &src_pte[pmap_pte_index(addr)];
6693                 dstmpte = NULL;
6694                 for (; addr < va_next; addr += PAGE_SIZE, src_pte++) {
6695                         ptetemp = *src_pte;
6696
6697                         /*
6698                          * We only virtual copy managed pages.
6699                          */
6700                         if ((ptetemp & PG_MANAGED) == 0)
6701                                 continue;
6702
6703                         if (dstmpte != NULL) {
6704                                 KASSERT(dstmpte->pindex ==
6705                                     pmap_pde_pindex(addr),
6706                                     ("dstmpte pindex/addr mismatch"));
6707                                 dstmpte->ref_count++;
6708                         } else if ((dstmpte = pmap_allocpte(dst_pmap, addr,
6709                             NULL)) == NULL)
6710                                 goto out;
6711                         dst_pte = (pt_entry_t *)
6712                             PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(dstmpte));
6713                         dst_pte = &dst_pte[pmap_pte_index(addr)];
6714                         if (*dst_pte == 0 &&
6715                             pmap_try_insert_pv_entry(dst_pmap, addr,
6716                             PHYS_TO_VM_PAGE(ptetemp & PG_FRAME), &lock)) {
6717                                 /*
6718                                  * Clear the wired, modified, and accessed
6719                                  * (referenced) bits during the copy.
6720                                  */
6721                                 *dst_pte = ptetemp & ~(PG_W | PG_M | PG_A);
6722                                 pmap_resident_count_inc(dst_pmap, 1);
6723                         } else {
6724                                 SLIST_INIT(&free);
6725                                 if (pmap_unwire_ptp(dst_pmap, addr, dstmpte,
6726                                     &free)) {
6727                                         /*
6728                                          * Although "addr" is not mapped,
6729                                          * paging-structure caches could
6730                                          * nonetheless have entries that refer
6731                                          * to the freed page table pages.
6732                                          * Invalidate those entries.
6733                                          */
6734                                         pmap_invalidate_page(dst_pmap, addr);
6735                                         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
6736                                 }
6737                                 goto out;
6738                         }
6739                         /* Have we copied all of the valid mappings? */ 
6740                         if (dstmpte->ref_count >= srcmpte->ref_count)
6741                                 break;
6742                 }
6743         }
6744 out:
6745         if (lock != NULL)
6746                 rw_wunlock(lock);
6747         PMAP_UNLOCK(src_pmap);
6748         PMAP_UNLOCK(dst_pmap);
6749 }
6750
6751 int
6752 pmap_vmspace_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap)
6753 {
6754         int error;
6755
6756         if (dst_pmap->pm_type != src_pmap->pm_type ||
6757             dst_pmap->pm_type != PT_X86 ||
6758             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) == 0)
6759                 return (0);
6760         for (;;) {
6761                 if (dst_pmap < src_pmap) {
6762                         PMAP_LOCK(dst_pmap);
6763                         PMAP_LOCK(src_pmap);
6764                 } else {
6765                         PMAP_LOCK(src_pmap);
6766                         PMAP_LOCK(dst_pmap);
6767                 }
6768                 error = pmap_pkru_copy(dst_pmap, src_pmap);
6769                 /* Clean up partial copy on failure due to no memory. */
6770                 if (error == ENOMEM)
6771                         pmap_pkru_deassign_all(dst_pmap);
6772                 PMAP_UNLOCK(src_pmap);
6773                 PMAP_UNLOCK(dst_pmap);
6774                 if (error != ENOMEM)
6775                         break;
6776                 vm_wait(NULL);
6777         }
6778         return (error);
6779 }
6780
6781 /*
6782  * Zero the specified hardware page.
6783  */
6784 void
6785 pmap_zero_page(vm_page_t m)
6786 {
6787         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
6788
6789         pagezero((void *)va);
6790 }
6791
6792 /*
6793  * Zero an an area within a single hardware page.  off and size must not
6794  * cover an area beyond a single hardware page.
6795  */
6796 void
6797 pmap_zero_page_area(vm_page_t m, int off, int size)
6798 {
6799         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
6800
6801         if (off == 0 && size == PAGE_SIZE)
6802                 pagezero((void *)va);
6803         else
6804                 bzero((char *)va + off, size);
6805 }
6806
6807 /*
6808  * Copy 1 specified hardware page to another.
6809  */
6810 void
6811 pmap_copy_page(vm_page_t msrc, vm_page_t mdst)
6812 {
6813         vm_offset_t src = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(msrc));
6814         vm_offset_t dst = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mdst));
6815
6816         pagecopy((void *)src, (void *)dst);
6817 }
6818
6819 int unmapped_buf_allowed = 1;
6820
6821 void
6822 pmap_copy_pages(vm_page_t ma[], vm_offset_t a_offset, vm_page_t mb[],
6823     vm_offset_t b_offset, int xfersize)
6824 {
6825         void *a_cp, *b_cp;
6826         vm_page_t pages[2];
6827         vm_offset_t vaddr[2], a_pg_offset, b_pg_offset;
6828         int cnt;
6829         boolean_t mapped;
6830
6831         while (xfersize > 0) {
6832                 a_pg_offset = a_offset & PAGE_MASK;
6833                 pages[0] = ma[a_offset >> PAGE_SHIFT];
6834                 b_pg_offset = b_offset & PAGE_MASK;
6835                 pages[1] = mb[b_offset >> PAGE_SHIFT];
6836                 cnt = min(xfersize, PAGE_SIZE - a_pg_offset);
6837                 cnt = min(cnt, PAGE_SIZE - b_pg_offset);
6838                 mapped = pmap_map_io_transient(pages, vaddr, 2, FALSE);
6839                 a_cp = (char *)vaddr[0] + a_pg_offset;
6840                 b_cp = (char *)vaddr[1] + b_pg_offset;
6841                 bcopy(a_cp, b_cp, cnt);
6842                 if (__predict_false(mapped))
6843                         pmap_unmap_io_transient(pages, vaddr, 2, FALSE);
6844                 a_offset += cnt;
6845                 b_offset += cnt;
6846                 xfersize -= cnt;
6847         }
6848 }
6849
6850 /*
6851  * Returns true if the pmap's pv is one of the first
6852  * 16 pvs linked to from this page.  This count may
6853  * be changed upwards or downwards in the future; it
6854  * is only necessary that true be returned for a small
6855  * subset of pmaps for proper page aging.
6856  */
6857 boolean_t
6858 pmap_page_exists_quick(pmap_t pmap, vm_page_t m)
6859 {
6860         struct md_page *pvh;
6861         struct rwlock *lock;
6862         pv_entry_t pv;
6863         int loops = 0;
6864         boolean_t rv;
6865
6866         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
6867             ("pmap_page_exists_quick: page %p is not managed", m));
6868         rv = FALSE;
6869         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
6870         rw_rlock(lock);
6871         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
6872                 if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
6873                         rv = TRUE;
6874                         break;
6875                 }
6876                 loops++;
6877                 if (loops >= 16)
6878                         break;
6879         }
6880         if (!rv && loops < 16 && (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
6881                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
6882                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
6883                         if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
6884                                 rv = TRUE;
6885                                 break;
6886                         }
6887                         loops++;
6888                         if (loops >= 16)
6889                                 break;
6890                 }
6891         }
6892         rw_runlock(lock);
6893         return (rv);
6894 }
6895
6896 /*
6897  *      pmap_page_wired_mappings:
6898  *
6899  *      Return the number of managed mappings to the given physical page
6900  *      that are wired.
6901  */
6902 int
6903 pmap_page_wired_mappings(vm_page_t m)
6904 {
6905         struct rwlock *lock;
6906         struct md_page *pvh;
6907         pmap_t pmap;
6908         pt_entry_t *pte;
6909         pv_entry_t pv;
6910         int count, md_gen, pvh_gen;
6911
6912         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
6913                 return (0);
6914         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
6915         rw_rlock(lock);
6916 restart:
6917         count = 0;
6918         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
6919                 pmap = PV_PMAP(pv);
6920                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6921                         md_gen = m->md.pv_gen;
6922                         rw_runlock(lock);
6923                         PMAP_LOCK(pmap);
6924                         rw_rlock(lock);
6925                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
6926                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6927                                 goto restart;
6928                         }
6929                 }
6930                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va);
6931                 if ((*pte & PG_W) != 0)
6932                         count++;
6933                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6934         }
6935         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
6936                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
6937                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
6938                         pmap = PV_PMAP(pv);
6939                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6940                                 md_gen = m->md.pv_gen;
6941                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
6942                                 rw_runlock(lock);
6943                                 PMAP_LOCK(pmap);
6944                                 rw_rlock(lock);
6945                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
6946                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
6947                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
6948                                         goto restart;
6949                                 }
6950                         }
6951                         pte = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
6952                         if ((*pte & PG_W) != 0)
6953                                 count++;
6954                         PMAP_UNLOCK(pmap);
6955                 }
6956         }
6957         rw_runlock(lock);
6958         return (count);
6959 }
6960
6961 /*
6962  * Returns TRUE if the given page is mapped individually or as part of
6963  * a 2mpage.  Otherwise, returns FALSE.
6964  */
6965 boolean_t
6966 pmap_page_is_mapped(vm_page_t m)
6967 {
6968         struct rwlock *lock;
6969         boolean_t rv;
6970
6971         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
6972                 return (FALSE);
6973         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
6974         rw_rlock(lock);
6975         rv = !TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) ||
6976             ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
6977             !TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m))->pv_list));
6978         rw_runlock(lock);
6979         return (rv);
6980 }
6981
6982 /*
6983  * Destroy all managed, non-wired mappings in the given user-space
6984  * pmap.  This pmap cannot be active on any processor besides the
6985  * caller.
6986  *
6987  * This function cannot be applied to the kernel pmap.  Moreover, it
6988  * is not intended for general use.  It is only to be used during
6989  * process termination.  Consequently, it can be implemented in ways
6990  * that make it faster than pmap_remove().  First, it can more quickly
6991  * destroy mappings by iterating over the pmap's collection of PV
6992  * entries, rather than searching the page table.  Second, it doesn't
6993  * have to test and clear the page table entries atomically, because
6994  * no processor is currently accessing the user address space.  In
6995  * particular, a page table entry's dirty bit won't change state once
6996  * this function starts.
6997  *
6998  * Although this function destroys all of the pmap's managed,
6999  * non-wired mappings, it can delay and batch the invalidation of TLB
7000  * entries without calling pmap_delayed_invl_start() and
7001  * pmap_delayed_invl_finish().  Because the pmap is not active on
7002  * any other processor, none of these TLB entries will ever be used
7003  * before their eventual invalidation.  Consequently, there is no need
7004  * for either pmap_remove_all() or pmap_remove_write() to wait for
7005  * that eventual TLB invalidation.
7006  */
7007 void
7008 pmap_remove_pages(pmap_t pmap)
7009 {
7010         pd_entry_t ptepde;
7011         pt_entry_t *pte, tpte;
7012         pt_entry_t PG_M, PG_RW, PG_V;
7013         struct spglist free;
7014         struct pv_chunklist free_chunks;
7015         vm_page_t m, mpte, mt;
7016         pv_entry_t pv;
7017         struct md_page *pvh;
7018         struct pv_chunk *pc, *npc;
7019         struct rwlock *lock;
7020         int64_t bit;
7021         uint64_t inuse, bitmask;
7022         int allfree, field, freed, idx;
7023         boolean_t superpage;
7024         vm_paddr_t pa;
7025
7026         /*
7027          * Assert that the given pmap is only active on the current
7028          * CPU.  Unfortunately, we cannot block another CPU from
7029          * activating the pmap while this function is executing.
7030          */
7031         KASSERT(pmap == PCPU_GET(curpmap), ("non-current pmap %p", pmap));
7032 #ifdef INVARIANTS
7033         {
7034                 cpuset_t other_cpus;
7035
7036                 other_cpus = all_cpus;
7037                 critical_enter();
7038                 CPU_CLR(PCPU_GET(cpuid), &other_cpus);
7039                 CPU_AND(&other_cpus, &pmap->pm_active);
7040                 critical_exit();
7041                 KASSERT(CPU_EMPTY(&other_cpus), ("pmap active %p", pmap));
7042         }
7043 #endif
7044
7045         lock = NULL;
7046         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7047         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7048         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7049
7050         TAILQ_INIT(&free_chunks);
7051         SLIST_INIT(&free);
7052         PMAP_LOCK(pmap);
7053         TAILQ_FOREACH_SAFE(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list, npc) {
7054                 allfree = 1;
7055                 freed = 0;
7056                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
7057                         inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
7058                         while (inuse != 0) {
7059                                 bit = bsfq(inuse);
7060                                 bitmask = 1UL << bit;
7061                                 idx = field * 64 + bit;
7062                                 pv = &pc->pc_pventry[idx];
7063                                 inuse &= ~bitmask;
7064
7065                                 pte = pmap_pdpe(pmap, pv->pv_va);
7066                                 ptepde = *pte;
7067                                 pte = pmap_pdpe_to_pde(pte, pv->pv_va);
7068                                 tpte = *pte;
7069                                 if ((tpte & (PG_PS | PG_V)) == PG_V) {
7070                                         superpage = FALSE;
7071                                         ptepde = tpte;
7072                                         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(tpte &
7073                                             PG_FRAME);
7074                                         pte = &pte[pmap_pte_index(pv->pv_va)];
7075                                         tpte = *pte;
7076                                 } else {
7077                                         /*
7078                                          * Keep track whether 'tpte' is a
7079                                          * superpage explicitly instead of
7080                                          * relying on PG_PS being set.
7081                                          *
7082                                          * This is because PG_PS is numerically
7083                                          * identical to PG_PTE_PAT and thus a
7084                                          * regular page could be mistaken for
7085                                          * a superpage.
7086                                          */
7087                                         superpage = TRUE;
7088                                 }
7089
7090                                 if ((tpte & PG_V) == 0) {
7091                                         panic("bad pte va %lx pte %lx",
7092                                             pv->pv_va, tpte);
7093                                 }
7094
7095 /*
7096  * We cannot remove wired pages from a process' mapping at this time
7097  */
7098                                 if (tpte & PG_W) {
7099                                         allfree = 0;
7100                                         continue;
7101                                 }
7102
7103                                 if (superpage)
7104                                         pa = tpte & PG_PS_FRAME;
7105                                 else
7106                                         pa = tpte & PG_FRAME;
7107
7108                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
7109                                 KASSERT(m->phys_addr == pa,
7110                                     ("vm_page_t %p phys_addr mismatch %016jx %016jx",
7111                                     m, (uintmax_t)m->phys_addr,
7112                                     (uintmax_t)tpte));
7113
7114                                 KASSERT((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
7115                                     m < &vm_page_array[vm_page_array_size],
7116                                     ("pmap_remove_pages: bad tpte %#jx",
7117                                     (uintmax_t)tpte));
7118
7119                                 pte_clear(pte);
7120
7121                                 /*
7122                                  * Update the vm_page_t clean/reference bits.
7123                                  */
7124                                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
7125                                         if (superpage) {
7126                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
7127                                                         vm_page_dirty(mt);
7128                                         } else
7129                                                 vm_page_dirty(m);
7130                                 }
7131
7132                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(&lock, m);
7133
7134                                 /* Mark free */
7135                                 pc->pc_map[field] |= bitmask;
7136                                 if (superpage) {
7137                                         pmap_resident_count_dec(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
7138                                         pvh = pa_to_pvh(tpte & PG_PS_FRAME);
7139                                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
7140                                         pvh->pv_gen++;
7141                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
7142                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
7143                                                         if ((mt->aflags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
7144                                                             TAILQ_EMPTY(&mt->md.pv_list))
7145                                                                 vm_page_aflag_clear(mt, PGA_WRITEABLE);
7146                                         }
7147                                         mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, pv->pv_va);
7148                                         if (mpte != NULL) {
7149                                                 KASSERT(mpte->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
7150                                                     ("pmap_remove_pages: pte page not promoted"));
7151                                                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
7152                                                 KASSERT(mpte->ref_count == NPTEPG,
7153                                                     ("pmap_remove_pages: pte page reference count error"));
7154                                                 mpte->ref_count = 0;
7155                                                 pmap_add_delayed_free_list(mpte, &free, FALSE);
7156                                         }
7157                                 } else {
7158                                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
7159                                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
7160                                         m->md.pv_gen++;
7161                                         if ((m->aflags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
7162                                             TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
7163                                             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
7164                                                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
7165                                                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
7166                                                         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
7167                                         }
7168                                 }
7169                                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, ptepde, &free);
7170                                 freed++;
7171                         }
7172                 }
7173                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
7174                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
7175                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
7176                 if (allfree) {
7177                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
7178                         TAILQ_INSERT_TAIL(&free_chunks, pc, pc_list);
7179                 }
7180         }
7181         if (lock != NULL)
7182                 rw_wunlock(lock);
7183         pmap_invalidate_all(pmap);
7184         pmap_pkru_deassign_all(pmap);
7185         free_pv_chunk_batch(&free_chunks);
7186         PMAP_UNLOCK(pmap);
7187         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
7188 }
7189
7190 static boolean_t
7191 pmap_page_test_mappings(vm_page_t m, boolean_t accessed, boolean_t modified)
7192 {
7193         struct rwlock *lock;
7194         pv_entry_t pv;
7195         struct md_page *pvh;
7196         pt_entry_t *pte, mask;
7197         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
7198         pmap_t pmap;
7199         int md_gen, pvh_gen;
7200         boolean_t rv;
7201
7202         rv = FALSE;
7203         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
7204         rw_rlock(lock);
7205 restart:
7206         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
7207                 pmap = PV_PMAP(pv);
7208                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
7209                         md_gen = m->md.pv_gen;
7210                         rw_runlock(lock);
7211                         PMAP_LOCK(pmap);
7212                         rw_rlock(lock);
7213                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
7214                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7215                                 goto restart;
7216                         }
7217                 }
7218                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va);
7219                 mask = 0;
7220                 if (modified) {
7221                         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7222                         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7223                         mask |= PG_RW | PG_M;
7224                 }
7225                 if (accessed) {
7226                         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
7227                         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7228                         mask |= PG_V | PG_A;
7229                 }
7230                 rv = (*pte & mask) == mask;
7231                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7232                 if (rv)
7233                         goto out;
7234         }
7235         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
7236                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
7237                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
7238                         pmap = PV_PMAP(pv);
7239                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
7240                                 md_gen = m->md.pv_gen;
7241                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
7242                                 rw_runlock(lock);
7243                                 PMAP_LOCK(pmap);
7244                                 rw_rlock(lock);
7245                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
7246                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
7247                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
7248                                         goto restart;
7249                                 }
7250                         }
7251                         pte = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
7252                         mask = 0;
7253                         if (modified) {
7254                                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7255                                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7256                                 mask |= PG_RW | PG_M;
7257                         }
7258                         if (accessed) {
7259                                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
7260                                 PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7261                                 mask |= PG_V | PG_A;
7262                         }
7263                         rv = (*pte & mask) == mask;
7264                         PMAP_UNLOCK(pmap);
7265                         if (rv)
7266                                 goto out;
7267                 }
7268         }
7269 out:
7270         rw_runlock(lock);
7271         return (rv);
7272 }
7273
7274 /*
7275  *      pmap_is_modified:
7276  *
7277  *      Return whether or not the specified physical page was modified
7278  *      in any physical maps.
7279  */
7280 boolean_t
7281 pmap_is_modified(vm_page_t m)
7282 {
7283
7284         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
7285             ("pmap_is_modified: page %p is not managed", m));
7286
7287         /*
7288          * If the page is not exclusive busied, then PGA_WRITEABLE cannot be
7289          * concurrently set while the object is locked.  Thus, if PGA_WRITEABLE
7290          * is clear, no PTEs can have PG_M set.
7291          */
7292         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
7293         if (!vm_page_xbusied(m) && (m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
7294                 return (FALSE);
7295         return (pmap_page_test_mappings(m, FALSE, TRUE));
7296 }
7297
7298 /*
7299  *      pmap_is_prefaultable:
7300  *
7301  *      Return whether or not the specified virtual address is eligible
7302  *      for prefault.
7303  */
7304 boolean_t
7305 pmap_is_prefaultable(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
7306 {
7307         pd_entry_t *pde;
7308         pt_entry_t *pte, PG_V;
7309         boolean_t rv;
7310
7311         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7312         rv = FALSE;
7313         PMAP_LOCK(pmap);
7314         pde = pmap_pde(pmap, addr);
7315         if (pde != NULL && (*pde & (PG_PS | PG_V)) == PG_V) {
7316                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, addr);
7317                 rv = (*pte & PG_V) == 0;
7318         }
7319         PMAP_UNLOCK(pmap);
7320         return (rv);
7321 }
7322
7323 /*
7324  *      pmap_is_referenced:
7325  *
7326  *      Return whether or not the specified physical page was referenced
7327  *      in any physical maps.
7328  */
7329 boolean_t
7330 pmap_is_referenced(vm_page_t m)
7331 {
7332
7333         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
7334             ("pmap_is_referenced: page %p is not managed", m));
7335         return (pmap_page_test_mappings(m, TRUE, FALSE));
7336 }
7337
7338 /*
7339  * Clear the write and modified bits in each of the given page's mappings.
7340  */
7341 void
7342 pmap_remove_write(vm_page_t m)
7343 {
7344         struct md_page *pvh;
7345         pmap_t pmap;
7346         struct rwlock *lock;
7347         pv_entry_t next_pv, pv;
7348         pd_entry_t *pde;
7349         pt_entry_t oldpte, *pte, PG_M, PG_RW;
7350         vm_offset_t va;
7351         int pvh_gen, md_gen;
7352
7353         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
7354             ("pmap_remove_write: page %p is not managed", m));
7355
7356         /*
7357          * If the page is not exclusive busied, then PGA_WRITEABLE cannot be
7358          * set by another thread while the object is locked.  Thus,
7359          * if PGA_WRITEABLE is clear, no page table entries need updating.
7360          */
7361         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
7362         if (!vm_page_xbusied(m) && (m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
7363                 return;
7364         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
7365         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
7366             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
7367 retry_pv_loop:
7368         rw_wlock(lock);
7369         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
7370                 pmap = PV_PMAP(pv);
7371                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
7372                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
7373                         rw_wunlock(lock);
7374                         PMAP_LOCK(pmap);
7375                         rw_wlock(lock);
7376                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
7377                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7378                                 rw_wunlock(lock);
7379                                 goto retry_pv_loop;
7380                         }
7381                 }
7382                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7383                 va = pv->pv_va;
7384                 pde = pmap_pde(pmap, va);
7385                 if ((*pde & PG_RW) != 0)
7386                         (void)pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
7387                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
7388                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
7389                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
7390                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7391         }
7392         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
7393                 pmap = PV_PMAP(pv);
7394                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
7395                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
7396                         md_gen = m->md.pv_gen;
7397                         rw_wunlock(lock);
7398                         PMAP_LOCK(pmap);
7399                         rw_wlock(lock);
7400                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen ||
7401                             md_gen != m->md.pv_gen) {
7402                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7403                                 rw_wunlock(lock);
7404                                 goto retry_pv_loop;
7405                         }
7406                 }
7407                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7408                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7409                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
7410                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0,
7411                     ("pmap_remove_write: found a 2mpage in page %p's pv list",
7412                     m));
7413                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
7414 retry:
7415                 oldpte = *pte;
7416                 if (oldpte & PG_RW) {
7417                         if (!atomic_cmpset_long(pte, oldpte, oldpte &
7418                             ~(PG_RW | PG_M)))
7419                                 goto retry;
7420                         if ((oldpte & PG_M) != 0)
7421                                 vm_page_dirty(m);
7422                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
7423                 }
7424                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7425         }
7426         rw_wunlock(lock);
7427         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
7428         pmap_delayed_invl_wait(m);
7429 }
7430
7431 static __inline boolean_t
7432 safe_to_clear_referenced(pmap_t pmap, pt_entry_t pte)
7433 {
7434
7435         if (!pmap_emulate_ad_bits(pmap))
7436                 return (TRUE);
7437
7438         KASSERT(pmap->pm_type == PT_EPT, ("invalid pm_type %d", pmap->pm_type));
7439
7440         /*
7441          * XWR = 010 or 110 will cause an unconditional EPT misconfiguration
7442          * so we don't let the referenced (aka EPT_PG_READ) bit to be cleared
7443          * if the EPT_PG_WRITE bit is set.
7444          */
7445         if ((pte & EPT_PG_WRITE) != 0)
7446                 return (FALSE);
7447
7448         /*
7449          * XWR = 100 is allowed only if the PMAP_SUPPORTS_EXEC_ONLY is set.
7450          */
7451         if ((pte & EPT_PG_EXECUTE) == 0 ||
7452             ((pmap->pm_flags & PMAP_SUPPORTS_EXEC_ONLY) != 0))
7453                 return (TRUE);
7454         else
7455                 return (FALSE);
7456 }
7457
7458 /*
7459  *      pmap_ts_referenced:
7460  *
7461  *      Return a count of reference bits for a page, clearing those bits.
7462  *      It is not necessary for every reference bit to be cleared, but it
7463  *      is necessary that 0 only be returned when there are truly no
7464  *      reference bits set.
7465  *
7466  *      As an optimization, update the page's dirty field if a modified bit is
7467  *      found while counting reference bits.  This opportunistic update can be
7468  *      performed at low cost and can eliminate the need for some future calls
7469  *      to pmap_is_modified().  However, since this function stops after
7470  *      finding PMAP_TS_REFERENCED_MAX reference bits, it may not detect some
7471  *      dirty pages.  Those dirty pages will only be detected by a future call
7472  *      to pmap_is_modified().
7473  *
7474  *      A DI block is not needed within this function, because
7475  *      invalidations are performed before the PV list lock is
7476  *      released.
7477  */
7478 int
7479 pmap_ts_referenced(vm_page_t m)
7480 {
7481         struct md_page *pvh;
7482         pv_entry_t pv, pvf;
7483         pmap_t pmap;
7484         struct rwlock *lock;
7485         pd_entry_t oldpde, *pde;
7486         pt_entry_t *pte, PG_A, PG_M, PG_RW;
7487         vm_offset_t va;
7488         vm_paddr_t pa;
7489         int cleared, md_gen, not_cleared, pvh_gen;
7490         struct spglist free;
7491         boolean_t demoted;
7492
7493         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
7494             ("pmap_ts_referenced: page %p is not managed", m));
7495         SLIST_INIT(&free);
7496         cleared = 0;
7497         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
7498         lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);
7499         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy : pa_to_pvh(pa);
7500         rw_wlock(lock);
7501 retry:
7502         not_cleared = 0;
7503         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) == NULL)
7504                 goto small_mappings;
7505         pv = pvf;
7506         do {
7507                 if (pvf == NULL)
7508                         pvf = pv;
7509                 pmap = PV_PMAP(pv);
7510                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
7511                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
7512                         rw_wunlock(lock);
7513                         PMAP_LOCK(pmap);
7514                         rw_wlock(lock);
7515                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
7516                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7517                                 goto retry;
7518                         }
7519                 }
7520                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
7521                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7522                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7523                 va = pv->pv_va;
7524                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
7525                 oldpde = *pde;
7526                 if ((oldpde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
7527                         /*
7528                          * Although "oldpde" is mapping a 2MB page, because
7529                          * this function is called at a 4KB page granularity,
7530                          * we only update the 4KB page under test.
7531                          */
7532                         vm_page_dirty(m);
7533                 }
7534                 if ((oldpde & PG_A) != 0) {
7535                         /*
7536                          * Since this reference bit is shared by 512 4KB
7537                          * pages, it should not be cleared every time it is
7538                          * tested.  Apply a simple "hash" function on the
7539                          * physical page number, the virtual superpage number,
7540                          * and the pmap address to select one 4KB page out of
7541                          * the 512 on which testing the reference bit will
7542                          * result in clearing that reference bit.  This
7543                          * function is designed to avoid the selection of the
7544                          * same 4KB page for every 2MB page mapping.
7545                          *
7546                          * On demotion, a mapping that hasn't been referenced
7547                          * is simply destroyed.  To avoid the possibility of a
7548                          * subsequent page fault on a demoted wired mapping,
7549                          * always leave its reference bit set.  Moreover,
7550                          * since the superpage is wired, the current state of
7551                          * its reference bit won't affect page replacement.
7552                          */
7553                         if ((((pa >> PAGE_SHIFT) ^ (pv->pv_va >> PDRSHIFT) ^
7554                             (uintptr_t)pmap) & (NPTEPG - 1)) == 0 &&
7555                             (oldpde & PG_W) == 0) {
7556                                 if (safe_to_clear_referenced(pmap, oldpde)) {
7557                                         atomic_clear_long(pde, PG_A);
7558                                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
7559                                         demoted = FALSE;
7560                                 } else if (pmap_demote_pde_locked(pmap, pde,
7561                                     pv->pv_va, &lock)) {
7562                                         /*
7563                                          * Remove the mapping to a single page
7564                                          * so that a subsequent access may
7565                                          * repromote.  Since the underlying
7566                                          * page table page is fully populated,
7567                                          * this removal never frees a page
7568                                          * table page.
7569                                          */
7570                                         demoted = TRUE;
7571                                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde &
7572                                             PG_PS_FRAME);
7573                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
7574                                         pmap_remove_pte(pmap, pte, va, *pde,
7575                                             NULL, &lock);
7576                                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
7577                                 } else
7578                                         demoted = TRUE;
7579
7580                                 if (demoted) {
7581                                         /*
7582                                          * The superpage mapping was removed
7583                                          * entirely and therefore 'pv' is no
7584                                          * longer valid.
7585                                          */
7586                                         if (pvf == pv)
7587                                                 pvf = NULL;
7588                                         pv = NULL;
7589                                 }
7590                                 cleared++;
7591                                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
7592                                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
7593                                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
7594                         } else
7595                                 not_cleared++;
7596                 }
7597                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7598                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
7599                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
7600                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
7601                         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
7602                         pvh->pv_gen++;
7603                 }
7604                 if (cleared + not_cleared >= PMAP_TS_REFERENCED_MAX)
7605                         goto out;
7606         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != pvf);
7607 small_mappings:
7608         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) == NULL)
7609                 goto out;
7610         pv = pvf;
7611         do {
7612                 if (pvf == NULL)
7613                         pvf = pv;
7614                 pmap = PV_PMAP(pv);
7615                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
7616                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
7617                         md_gen = m->md.pv_gen;
7618                         rw_wunlock(lock);
7619                         PMAP_LOCK(pmap);
7620                         rw_wlock(lock);
7621                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
7622                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7623                                 goto retry;
7624                         }
7625                 }
7626                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
7627                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7628                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7629                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
7630                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0,
7631                     ("pmap_ts_referenced: found a 2mpage in page %p's pv list",
7632                     m));
7633                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
7634                 if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
7635                         vm_page_dirty(m);
7636                 if ((*pte & PG_A) != 0) {
7637                         if (safe_to_clear_referenced(pmap, *pte)) {
7638                                 atomic_clear_long(pte, PG_A);
7639                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
7640                                 cleared++;
7641                         } else if ((*pte & PG_W) == 0) {
7642                                 /*
7643                                  * Wired pages cannot be paged out so
7644                                  * doing accessed bit emulation for
7645                                  * them is wasted effort. We do the
7646                                  * hard work for unwired pages only.
7647                                  */
7648                                 pmap_remove_pte(pmap, pte, pv->pv_va,
7649                                     *pde, &free, &lock);
7650                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
7651                                 cleared++;
7652                                 if (pvf == pv)
7653                                         pvf = NULL;
7654                                 pv = NULL;
7655                                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
7656                                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
7657                                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
7658                         } else
7659                                 not_cleared++;
7660                 }
7661                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7662                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
7663                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
7664                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
7665                         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
7666                         m->md.pv_gen++;
7667                 }
7668         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != pvf && cleared +
7669             not_cleared < PMAP_TS_REFERENCED_MAX);
7670 out:
7671         rw_wunlock(lock);
7672         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
7673         return (cleared + not_cleared);
7674 }
7675
7676 /*
7677  *      Apply the given advice to the specified range of addresses within the
7678  *      given pmap.  Depending on the advice, clear the referenced and/or
7679  *      modified flags in each mapping and set the mapped page's dirty field.
7680  */
7681 void
7682 pmap_advise(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, int advice)
7683 {
7684         struct rwlock *lock;
7685         pml4_entry_t *pml4e;
7686         pdp_entry_t *pdpe;
7687         pd_entry_t oldpde, *pde;
7688         pt_entry_t *pte, PG_A, PG_G, PG_M, PG_RW, PG_V;
7689         vm_offset_t va, va_next;
7690         vm_page_t m;
7691         bool anychanged;
7692
7693         if (advice != MADV_DONTNEED && advice != MADV_FREE)
7694                 return;
7695
7696         /*
7697          * A/D bit emulation requires an alternate code path when clearing
7698          * the modified and accessed bits below. Since this function is
7699          * advisory in nature we skip it entirely for pmaps that require
7700          * A/D bit emulation.
7701          */
7702         if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
7703                 return;
7704
7705         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
7706         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
7707         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7708         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7709         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7710         anychanged = false;
7711         pmap_delayed_invl_start();
7712         PMAP_LOCK(pmap);
7713         for (; sva < eva; sva = va_next) {
7714                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
7715                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
7716                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
7717                         if (va_next < sva)
7718                                 va_next = eva;
7719                         continue;
7720                 }
7721                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
7722                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
7723                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
7724                         if (va_next < sva)
7725                                 va_next = eva;
7726                         continue;
7727                 }
7728                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
7729                 if (va_next < sva)
7730                         va_next = eva;
7731                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
7732                 oldpde = *pde;
7733                 if ((oldpde & PG_V) == 0)
7734                         continue;
7735                 else if ((oldpde & PG_PS) != 0) {
7736                         if ((oldpde & PG_MANAGED) == 0)
7737                                 continue;
7738                         lock = NULL;
7739                         if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, sva, &lock)) {
7740                                 if (lock != NULL)
7741                                         rw_wunlock(lock);
7742
7743                                 /*
7744                                  * The large page mapping was destroyed.
7745                                  */
7746                                 continue;
7747                         }
7748
7749                         /*
7750                          * Unless the page mappings are wired, remove the
7751                          * mapping to a single page so that a subsequent
7752                          * access may repromote.  Choosing the last page
7753                          * within the address range [sva, min(va_next, eva))
7754                          * generally results in more repromotions.  Since the
7755                          * underlying page table page is fully populated, this
7756                          * removal never frees a page table page.
7757                          */
7758                         if ((oldpde & PG_W) == 0) {
7759                                 va = eva;
7760                                 if (va > va_next)
7761                                         va = va_next;
7762                                 va -= PAGE_SIZE;
7763                                 KASSERT(va >= sva,
7764                                     ("pmap_advise: no address gap"));
7765                                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
7766                                 KASSERT((*pte & PG_V) != 0,
7767                                     ("pmap_advise: invalid PTE"));
7768                                 pmap_remove_pte(pmap, pte, va, *pde, NULL,
7769                                     &lock);
7770                                 anychanged = true;
7771                         }
7772                         if (lock != NULL)
7773                                 rw_wunlock(lock);
7774                 }
7775                 if (va_next > eva)
7776                         va_next = eva;
7777                 va = va_next;
7778                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
7779                     sva += PAGE_SIZE) {
7780                         if ((*pte & (PG_MANAGED | PG_V)) != (PG_MANAGED | PG_V))
7781                                 goto maybe_invlrng;
7782                         else if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
7783                                 if (advice == MADV_DONTNEED) {
7784                                         /*
7785                                          * Future calls to pmap_is_modified()
7786                                          * can be avoided by making the page
7787                                          * dirty now.
7788                                          */
7789                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pte & PG_FRAME);
7790                                         vm_page_dirty(m);
7791                                 }
7792                                 atomic_clear_long(pte, PG_M | PG_A);
7793                         } else if ((*pte & PG_A) != 0)
7794                                 atomic_clear_long(pte, PG_A);
7795                         else
7796                                 goto maybe_invlrng;
7797
7798                         if ((*pte & PG_G) != 0) {
7799                                 if (va == va_next)
7800                                         va = sva;
7801                         } else
7802                                 anychanged = true;
7803                         continue;
7804 maybe_invlrng:
7805                         if (va != va_next) {
7806                                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
7807                                 va = va_next;
7808                         }
7809                 }
7810                 if (va != va_next)
7811                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
7812         }
7813         if (anychanged)
7814                 pmap_invalidate_all(pmap);
7815         PMAP_UNLOCK(pmap);
7816         pmap_delayed_invl_finish();
7817 }
7818
7819 /*
7820  *      Clear the modify bits on the specified physical page.
7821  */
7822 void
7823 pmap_clear_modify(vm_page_t m)
7824 {
7825         struct md_page *pvh;
7826         pmap_t pmap;
7827         pv_entry_t next_pv, pv;
7828         pd_entry_t oldpde, *pde;
7829         pt_entry_t *pte, PG_M, PG_RW;
7830         struct rwlock *lock;
7831         vm_offset_t va;
7832         int md_gen, pvh_gen;
7833
7834         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
7835             ("pmap_clear_modify: page %p is not managed", m));
7836         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
7837         KASSERT(!vm_page_xbusied(m),
7838             ("pmap_clear_modify: page %p is exclusive busied", m));
7839
7840         /*
7841          * If the page is not PGA_WRITEABLE, then no PTEs can have PG_M set.
7842          * If the object containing the page is locked and the page is not
7843          * exclusive busied, then PGA_WRITEABLE cannot be concurrently set.
7844          */
7845         if ((m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
7846                 return;
7847         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
7848             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
7849         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
7850         rw_wlock(lock);
7851 restart:
7852         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
7853                 pmap = PV_PMAP(pv);
7854                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
7855                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
7856                         rw_wunlock(lock);
7857                         PMAP_LOCK(pmap);
7858                         rw_wlock(lock);
7859                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
7860                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7861                                 goto restart;
7862                         }
7863                 }
7864                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7865                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7866                 va = pv->pv_va;
7867                 pde = pmap_pde(pmap, va);
7868                 oldpde = *pde;
7869                 /* If oldpde has PG_RW set, then it also has PG_M set. */
7870                 if ((oldpde & PG_RW) != 0 &&
7871                     pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock) &&
7872                     (oldpde & PG_W) == 0) {
7873                         /*
7874                          * Write protect the mapping to a single page so that
7875                          * a subsequent write access may repromote.
7876                          */
7877                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde & PG_PS_FRAME);
7878                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
7879                         atomic_clear_long(pte, PG_M | PG_RW);
7880                         vm_page_dirty(m);
7881                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
7882                 }
7883                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7884         }
7885         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
7886                 pmap = PV_PMAP(pv);
7887                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
7888                         md_gen = m->md.pv_gen;
7889                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
7890                         rw_wunlock(lock);
7891                         PMAP_LOCK(pmap);
7892                         rw_wlock(lock);
7893                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
7894                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7895                                 goto restart;
7896                         }
7897                 }
7898                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7899                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7900                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
7901                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_clear_modify: found"
7902                     " a 2mpage in page %p's pv list", m));
7903                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
7904                 if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
7905                         atomic_clear_long(pte, PG_M);
7906                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
7907                 }
7908                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7909         }
7910         rw_wunlock(lock);
7911 }
7912
7913 /*
7914  * Miscellaneous support routines follow
7915  */
7916
7917 /* Adjust the cache mode for a 4KB page mapped via a PTE. */
7918 static __inline void
7919 pmap_pte_attr(pt_entry_t *pte, int cache_bits, int mask)
7920 {
7921         u_int opte, npte;
7922
7923         /*
7924          * The cache mode bits are all in the low 32-bits of the
7925          * PTE, so we can just spin on updating the low 32-bits.
7926          */
7927         do {
7928                 opte = *(u_int *)pte;
7929                 npte = opte & ~mask;
7930                 npte |= cache_bits;
7931         } while (npte != opte && !atomic_cmpset_int((u_int *)pte, opte, npte));
7932 }
7933
7934 /* Adjust the cache mode for a 2MB page mapped via a PDE. */
7935 static __inline void
7936 pmap_pde_attr(pd_entry_t *pde, int cache_bits, int mask)
7937 {
7938         u_int opde, npde;
7939
7940         /*
7941          * The cache mode bits are all in the low 32-bits of the
7942          * PDE, so we can just spin on updating the low 32-bits.
7943          */
7944         do {
7945                 opde = *(u_int *)pde;
7946                 npde = opde & ~mask;
7947                 npde |= cache_bits;
7948         } while (npde != opde && !atomic_cmpset_int((u_int *)pde, opde, npde));
7949 }
7950
7951 /*
7952  * Map a set of physical memory pages into the kernel virtual
7953  * address space. Return a pointer to where it is mapped. This
7954  * routine is intended to be used for mapping device memory,
7955  * NOT real memory.
7956  */
7957 static void *
7958 pmap_mapdev_internal(vm_paddr_t pa, vm_size_t size, int mode, int flags)
7959 {
7960         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
7961         vm_offset_t va, offset;
7962         vm_size_t tmpsize;
7963         int i;
7964
7965         offset = pa & PAGE_MASK;
7966         size = round_page(offset + size);
7967         pa = trunc_page(pa);
7968
7969         if (!pmap_initialized) {
7970                 va = 0;
7971                 for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
7972                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
7973                         if (ppim->va == 0) {
7974                                 ppim->pa = pa;
7975                                 ppim->sz = size;
7976                                 ppim->mode = mode;
7977                                 ppim->va = virtual_avail;
7978                                 virtual_avail += size;
7979                                 va = ppim->va;
7980                                 break;
7981                         }
7982                 }
7983                 if (va == 0)
7984                         panic("%s: too many preinit mappings", __func__);
7985         } else {
7986                 /*
7987                  * If we have a preinit mapping, re-use it.
7988                  */
7989                 for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
7990                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
7991                         if (ppim->pa == pa && ppim->sz == size &&
7992                             (ppim->mode == mode ||
7993                             (flags & MAPDEV_SETATTR) == 0))
7994                                 return ((void *)(ppim->va + offset));
7995                 }
7996                 /*
7997                  * If the specified range of physical addresses fits within
7998                  * the direct map window, use the direct map.
7999                  */
8000                 if (pa < dmaplimit && pa + size <= dmaplimit) {
8001                         va = PHYS_TO_DMAP(pa);
8002                         if ((flags & MAPDEV_SETATTR) != 0) {
8003                                 PMAP_LOCK(kernel_pmap);
8004                                 i = pmap_change_attr_locked(va, size, mode, flags);
8005                                 PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
8006                         } else
8007                                 i = 0;
8008                         if (!i)
8009                                 return ((void *)(va + offset));
8010                 }
8011                 va = kva_alloc(size);
8012                 if (va == 0)
8013                         panic("%s: Couldn't allocate KVA", __func__);
8014         }
8015         for (tmpsize = 0; tmpsize < size; tmpsize += PAGE_SIZE)
8016                 pmap_kenter_attr(va + tmpsize, pa + tmpsize, mode);
8017         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, va, va + tmpsize);
8018         if ((flags & MAPDEV_FLUSHCACHE) != 0)
8019                 pmap_invalidate_cache_range(va, va + tmpsize);
8020         return ((void *)(va + offset));
8021 }
8022
8023 void *
8024 pmap_mapdev_attr(vm_paddr_t pa, vm_size_t size, int mode)
8025 {
8026
8027         return (pmap_mapdev_internal(pa, size, mode, MAPDEV_FLUSHCACHE |
8028             MAPDEV_SETATTR));
8029 }
8030
8031 void *
8032 pmap_mapdev(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
8033 {
8034
8035         return (pmap_mapdev_attr(pa, size, PAT_UNCACHEABLE));
8036 }
8037
8038 void *
8039 pmap_mapdev_pciecfg(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
8040 {
8041
8042         return (pmap_mapdev_internal(pa, size, PAT_UNCACHEABLE,
8043             MAPDEV_SETATTR));
8044 }
8045
8046 void *
8047 pmap_mapbios(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
8048 {
8049
8050         return (pmap_mapdev_internal(pa, size, PAT_WRITE_BACK,
8051             MAPDEV_FLUSHCACHE));
8052 }
8053
8054 void
8055 pmap_unmapdev(vm_offset_t va, vm_size_t size)
8056 {
8057         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
8058         vm_offset_t offset;
8059         int i;
8060
8061         /* If we gave a direct map region in pmap_mapdev, do nothing */
8062         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS)
8063                 return;
8064         offset = va & PAGE_MASK;
8065         size = round_page(offset + size);
8066         va = trunc_page(va);
8067         for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
8068                 ppim = pmap_preinit_mapping + i;
8069                 if (ppim->va == va && ppim->sz == size) {
8070                         if (pmap_initialized)
8071                                 return;
8072                         ppim->pa = 0;
8073                         ppim->va = 0;
8074                         ppim->sz = 0;
8075                         ppim->mode = 0;
8076                         if (va + size == virtual_avail)
8077                                 virtual_avail = va;
8078                         return;
8079                 }
8080         }
8081         if (pmap_initialized)
8082                 kva_free(va, size);
8083 }
8084
8085 /*
8086  * Tries to demote a 1GB page mapping.
8087  */
8088 static boolean_t
8089 pmap_demote_pdpe(pmap_t pmap, pdp_entry_t *pdpe, vm_offset_t va)
8090 {
8091         pdp_entry_t newpdpe, oldpdpe;
8092         pd_entry_t *firstpde, newpde, *pde;
8093         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
8094         vm_paddr_t pdpgpa;
8095         vm_page_t pdpg;
8096
8097         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
8098         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
8099         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
8100         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8101
8102         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
8103         oldpdpe = *pdpe;
8104         KASSERT((oldpdpe & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V),
8105             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_PS and/or PG_V"));
8106         if ((pdpg = vm_page_alloc(NULL, va >> PDPSHIFT, VM_ALLOC_INTERRUPT |
8107             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED)) == NULL) {
8108                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pdpe: failure for va %#lx"
8109                     " in pmap %p", va, pmap);
8110                 return (FALSE);
8111         }
8112         pdpgpa = VM_PAGE_TO_PHYS(pdpg);
8113         firstpde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pdpgpa);
8114         newpdpe = pdpgpa | PG_M | PG_A | (oldpdpe & PG_U) | PG_RW | PG_V;
8115         KASSERT((oldpdpe & PG_A) != 0,
8116             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_A"));
8117         KASSERT((oldpdpe & (PG_M | PG_RW)) != PG_RW,
8118             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_M"));
8119         newpde = oldpdpe;
8120
8121         /*
8122          * Initialize the page directory page.
8123          */
8124         for (pde = firstpde; pde < firstpde + NPDEPG; pde++) {
8125                 *pde = newpde;
8126                 newpde += NBPDR;
8127         }
8128
8129         /*
8130          * Demote the mapping.
8131          */
8132         *pdpe = newpdpe;
8133
8134         /*
8135          * Invalidate a stale recursive mapping of the page directory page.
8136          */
8137         pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopde(va));
8138
8139         pmap_pdpe_demotions++;
8140         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pdpe: success for va %#lx"
8141             " in pmap %p", va, pmap);
8142         return (TRUE);
8143 }
8144
8145 /*
8146  * Sets the memory attribute for the specified page.
8147  */
8148 void
8149 pmap_page_set_memattr(vm_page_t m, vm_memattr_t ma)
8150 {
8151
8152         m->md.pat_mode = ma;
8153
8154         /*
8155          * If "m" is a normal page, update its direct mapping.  This update
8156          * can be relied upon to perform any cache operations that are
8157          * required for data coherence.
8158          */
8159         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
8160             pmap_change_attr(PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m)), PAGE_SIZE,
8161             m->md.pat_mode))
8162                 panic("memory attribute change on the direct map failed");
8163 }
8164
8165 /*
8166  * Changes the specified virtual address range's memory type to that given by
8167  * the parameter "mode".  The specified virtual address range must be
8168  * completely contained within either the direct map or the kernel map.  If
8169  * the virtual address range is contained within the kernel map, then the
8170  * memory type for each of the corresponding ranges of the direct map is also
8171  * changed.  (The corresponding ranges of the direct map are those ranges that
8172  * map the same physical pages as the specified virtual address range.)  These
8173  * changes to the direct map are necessary because Intel describes the
8174  * behavior of their processors as "undefined" if two or more mappings to the
8175  * same physical page have different memory types.
8176  *
8177  * Returns zero if the change completed successfully, and either EINVAL or
8178  * ENOMEM if the change failed.  Specifically, EINVAL is returned if some part
8179  * of the virtual address range was not mapped, and ENOMEM is returned if
8180  * there was insufficient memory available to complete the change.  In the
8181  * latter case, the memory type may have been changed on some part of the
8182  * virtual address range or the direct map.
8183  */
8184 int
8185 pmap_change_attr(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
8186 {
8187         int error;
8188
8189         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
8190         error = pmap_change_attr_locked(va, size, mode, MAPDEV_FLUSHCACHE);
8191         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
8192         return (error);
8193 }
8194
8195 static int
8196 pmap_change_attr_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode, int flags)
8197 {
8198         vm_offset_t base, offset, tmpva;
8199         vm_paddr_t pa_start, pa_end, pa_end1;
8200         pdp_entry_t *pdpe;
8201         pd_entry_t *pde;
8202         pt_entry_t *pte;
8203         int cache_bits_pte, cache_bits_pde, error;
8204         boolean_t changed;
8205
8206         PMAP_LOCK_ASSERT(kernel_pmap, MA_OWNED);
8207         base = trunc_page(va);
8208         offset = va & PAGE_MASK;
8209         size = round_page(offset + size);
8210
8211         /*
8212          * Only supported on kernel virtual addresses, including the direct
8213          * map but excluding the recursive map.
8214          */
8215         if (base < DMAP_MIN_ADDRESS)
8216                 return (EINVAL);
8217
8218         cache_bits_pde = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, 1);
8219         cache_bits_pte = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, 0);
8220         changed = FALSE;
8221
8222         /*
8223          * Pages that aren't mapped aren't supported.  Also break down 2MB pages
8224          * into 4KB pages if required.
8225          */
8226         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
8227                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, tmpva);
8228                 if (pdpe == NULL || *pdpe == 0)
8229                         return (EINVAL);
8230                 if (*pdpe & PG_PS) {
8231                         /*
8232                          * If the current 1GB page already has the required
8233                          * memory type, then we need not demote this page. Just
8234                          * increment tmpva to the next 1GB page frame.
8235                          */
8236                         if ((*pdpe & X86_PG_PDE_CACHE) == cache_bits_pde) {
8237                                 tmpva = trunc_1gpage(tmpva) + NBPDP;
8238                                 continue;
8239                         }
8240
8241                         /*
8242                          * If the current offset aligns with a 1GB page frame
8243                          * and there is at least 1GB left within the range, then
8244                          * we need not break down this page into 2MB pages.
8245                          */
8246                         if ((tmpva & PDPMASK) == 0 &&
8247                             tmpva + PDPMASK < base + size) {
8248                                 tmpva += NBPDP;
8249                                 continue;
8250                         }
8251                         if (!pmap_demote_pdpe(kernel_pmap, pdpe, tmpva))
8252                                 return (ENOMEM);
8253                 }
8254                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, tmpva);
8255                 if (*pde == 0)
8256                         return (EINVAL);
8257                 if (*pde & PG_PS) {
8258                         /*
8259                          * If the current 2MB page already has the required
8260                          * memory type, then we need not demote this page. Just
8261                          * increment tmpva to the next 2MB page frame.
8262                          */
8263                         if ((*pde & X86_PG_PDE_CACHE) == cache_bits_pde) {
8264                                 tmpva = trunc_2mpage(tmpva) + NBPDR;
8265                                 continue;
8266                         }
8267
8268                         /*
8269                          * If the current offset aligns with a 2MB page frame
8270                          * and there is at least 2MB left within the range, then
8271                          * we need not break down this page into 4KB pages.
8272                          */
8273                         if ((tmpva & PDRMASK) == 0 &&
8274                             tmpva + PDRMASK < base + size) {
8275                                 tmpva += NBPDR;
8276                                 continue;
8277                         }
8278                         if (!pmap_demote_pde(kernel_pmap, pde, tmpva))
8279                                 return (ENOMEM);
8280                 }
8281                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, tmpva);
8282                 if (*pte == 0)
8283                         return (EINVAL);
8284                 tmpva += PAGE_SIZE;
8285         }
8286         error = 0;
8287
8288         /*
8289          * Ok, all the pages exist, so run through them updating their
8290          * cache mode if required.
8291          */
8292         pa_start = pa_end = 0;
8293         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
8294                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, tmpva);
8295                 if (*pdpe & PG_PS) {
8296                         if ((*pdpe & X86_PG_PDE_CACHE) != cache_bits_pde) {
8297                                 pmap_pde_attr(pdpe, cache_bits_pde,
8298                                     X86_PG_PDE_CACHE);
8299                                 changed = TRUE;
8300                         }
8301                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS &&
8302                             (*pdpe & PG_PS_FRAME) < dmaplimit) {
8303                                 if (pa_start == pa_end) {
8304                                         /* Start physical address run. */
8305                                         pa_start = *pdpe & PG_PS_FRAME;
8306                                         pa_end = pa_start + NBPDP;
8307                                 } else if (pa_end == (*pdpe & PG_PS_FRAME))
8308                                         pa_end += NBPDP;
8309                                 else {
8310                                         /* Run ended, update direct map. */
8311                                         error = pmap_change_attr_locked(
8312                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
8313                                             pa_end - pa_start, mode, flags);
8314                                         if (error != 0)
8315                                                 break;
8316                                         /* Start physical address run. */
8317                                         pa_start = *pdpe & PG_PS_FRAME;
8318                                         pa_end = pa_start + NBPDP;
8319                                 }
8320                         }
8321                         tmpva = trunc_1gpage(tmpva) + NBPDP;
8322                         continue;
8323                 }
8324                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, tmpva);
8325                 if (*pde & PG_PS) {
8326                         if ((*pde & X86_PG_PDE_CACHE) != cache_bits_pde) {
8327                                 pmap_pde_attr(pde, cache_bits_pde,
8328                                     X86_PG_PDE_CACHE);
8329                                 changed = TRUE;
8330                         }
8331                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS &&
8332                             (*pde & PG_PS_FRAME) < dmaplimit) {
8333                                 if (pa_start == pa_end) {
8334                                         /* Start physical address run. */
8335                                         pa_start = *pde & PG_PS_FRAME;
8336                                         pa_end = pa_start + NBPDR;
8337                                 } else if (pa_end == (*pde & PG_PS_FRAME))
8338                                         pa_end += NBPDR;
8339                                 else {
8340                                         /* Run ended, update direct map. */
8341                                         error = pmap_change_attr_locked(
8342                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
8343                                             pa_end - pa_start, mode, flags);
8344                                         if (error != 0)
8345                                                 break;
8346                                         /* Start physical address run. */
8347                                         pa_start = *pde & PG_PS_FRAME;
8348                                         pa_end = pa_start + NBPDR;
8349                                 }
8350                         }
8351                         tmpva = trunc_2mpage(tmpva) + NBPDR;
8352                 } else {
8353                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, tmpva);
8354                         if ((*pte & X86_PG_PTE_CACHE) != cache_bits_pte) {
8355                                 pmap_pte_attr(pte, cache_bits_pte,
8356                                     X86_PG_PTE_CACHE);
8357                                 changed = TRUE;
8358                         }
8359                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS &&
8360                             (*pte & PG_FRAME) < dmaplimit) {
8361                                 if (pa_start == pa_end) {
8362                                         /* Start physical address run. */
8363                                         pa_start = *pte & PG_FRAME;
8364                                         pa_end = pa_start + PAGE_SIZE;
8365                                 } else if (pa_end == (*pte & PG_FRAME))
8366                                         pa_end += PAGE_SIZE;
8367                                 else {
8368                                         /* Run ended, update direct map. */
8369                                         error = pmap_change_attr_locked(
8370                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
8371                                             pa_end - pa_start, mode, flags);
8372                                         if (error != 0)
8373                                                 break;
8374                                         /* Start physical address run. */
8375                                         pa_start = *pte & PG_FRAME;
8376                                         pa_end = pa_start + PAGE_SIZE;
8377                                 }
8378                         }
8379                         tmpva += PAGE_SIZE;
8380                 }
8381         }
8382         if (error == 0 && pa_start != pa_end && pa_start < dmaplimit) {
8383                 pa_end1 = MIN(pa_end, dmaplimit);
8384                 if (pa_start != pa_end1)
8385                         error = pmap_change_attr_locked(PHYS_TO_DMAP(pa_start),
8386                             pa_end1 - pa_start, mode, flags);
8387         }
8388
8389         /*
8390          * Flush CPU caches if required to make sure any data isn't cached that
8391          * shouldn't be, etc.
8392          */
8393         if (changed) {
8394                 pmap_invalidate_range(kernel_pmap, base, tmpva);
8395                 if ((flags & MAPDEV_FLUSHCACHE) != 0)
8396                         pmap_invalidate_cache_range(base, tmpva);
8397         }
8398         return (error);
8399 }
8400
8401 /*
8402  * Demotes any mapping within the direct map region that covers more than the
8403  * specified range of physical addresses.  This range's size must be a power
8404  * of two and its starting address must be a multiple of its size.  Since the
8405  * demotion does not change any attributes of the mapping, a TLB invalidation
8406  * is not mandatory.  The caller may, however, request a TLB invalidation.
8407  */
8408 void
8409 pmap_demote_DMAP(vm_paddr_t base, vm_size_t len, boolean_t invalidate)
8410 {
8411         pdp_entry_t *pdpe;
8412         pd_entry_t *pde;
8413         vm_offset_t va;
8414         boolean_t changed;
8415
8416         if (len == 0)
8417                 return;
8418         KASSERT(powerof2(len), ("pmap_demote_DMAP: len is not a power of 2"));
8419         KASSERT((base & (len - 1)) == 0,
8420             ("pmap_demote_DMAP: base is not a multiple of len"));
8421         if (len < NBPDP && base < dmaplimit) {
8422                 va = PHYS_TO_DMAP(base);
8423                 changed = FALSE;
8424                 PMAP_LOCK(kernel_pmap);
8425                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, va);
8426                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0)
8427                         panic("pmap_demote_DMAP: invalid PDPE");
8428                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0) {
8429                         if (!pmap_demote_pdpe(kernel_pmap, pdpe, va))
8430                                 panic("pmap_demote_DMAP: PDPE failed");
8431                         changed = TRUE;
8432                 }
8433                 if (len < NBPDR) {
8434                         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
8435                         if ((*pde & X86_PG_V) == 0)
8436                                 panic("pmap_demote_DMAP: invalid PDE");
8437                         if ((*pde & PG_PS) != 0) {
8438                                 if (!pmap_demote_pde(kernel_pmap, pde, va))
8439                                         panic("pmap_demote_DMAP: PDE failed");
8440                                 changed = TRUE;
8441                         }
8442                 }
8443                 if (changed && invalidate)
8444                         pmap_invalidate_page(kernel_pmap, va);
8445                 PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
8446         }
8447 }
8448
8449 /*
8450  * perform the pmap work for mincore
8451  */
8452 int
8453 pmap_mincore(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_paddr_t *locked_pa)
8454 {
8455         pd_entry_t *pdep;
8456         pt_entry_t pte, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
8457         vm_paddr_t pa;
8458         int val;
8459
8460         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
8461         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
8462         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
8463         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8464
8465         PMAP_LOCK(pmap);
8466 retry:
8467         pdep = pmap_pde(pmap, addr);
8468         if (pdep != NULL && (*pdep & PG_V)) {
8469                 if (*pdep & PG_PS) {
8470                         pte = *pdep;
8471                         /* Compute the physical address of the 4KB page. */
8472                         pa = ((*pdep & PG_PS_FRAME) | (addr & PDRMASK)) &
8473                             PG_FRAME;
8474                         val = MINCORE_SUPER;
8475                 } else {
8476                         pte = *pmap_pde_to_pte(pdep, addr);
8477                         pa = pte & PG_FRAME;
8478                         val = 0;
8479                 }
8480         } else {
8481                 pte = 0;
8482                 pa = 0;
8483                 val = 0;
8484         }
8485         if ((pte & PG_V) != 0) {
8486                 val |= MINCORE_INCORE;
8487                 if ((pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
8488                         val |= MINCORE_MODIFIED | MINCORE_MODIFIED_OTHER;
8489                 if ((pte & PG_A) != 0)
8490                         val |= MINCORE_REFERENCED | MINCORE_REFERENCED_OTHER;
8491         }
8492         if ((val & (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER)) !=
8493             (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER) &&
8494             (pte & (PG_MANAGED | PG_V)) == (PG_MANAGED | PG_V)) {
8495                 /* Ensure that "PHYS_TO_VM_PAGE(pa)->object" doesn't change. */
8496                 if (vm_page_pa_tryrelock(pmap, pa, locked_pa))
8497                         goto retry;
8498         } else
8499                 PA_UNLOCK_COND(*locked_pa);
8500         PMAP_UNLOCK(pmap);
8501         return (val);
8502 }
8503
8504 static uint64_t
8505 pmap_pcid_alloc(pmap_t pmap, u_int cpuid)
8506 {
8507         uint32_t gen, new_gen, pcid_next;
8508
8509         CRITICAL_ASSERT(curthread);
8510         gen = PCPU_GET(pcid_gen);
8511         if (pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid == PMAP_PCID_KERN)
8512                 return (pti ? 0 : CR3_PCID_SAVE);
8513         if (pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen == gen)
8514                 return (CR3_PCID_SAVE);
8515         pcid_next = PCPU_GET(pcid_next);
8516         KASSERT((!pti && pcid_next <= PMAP_PCID_OVERMAX) ||
8517             (pti && pcid_next <= PMAP_PCID_OVERMAX_KERN),
8518             ("cpu %d pcid_next %#x", cpuid, pcid_next));
8519         if ((!pti && pcid_next == PMAP_PCID_OVERMAX) ||
8520             (pti && pcid_next == PMAP_PCID_OVERMAX_KERN)) {
8521                 new_gen = gen + 1;
8522                 if (new_gen == 0)
8523                         new_gen = 1;
8524                 PCPU_SET(pcid_gen, new_gen);
8525                 pcid_next = PMAP_PCID_KERN + 1;
8526         } else {
8527                 new_gen = gen;
8528         }
8529         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid = pcid_next;
8530         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = new_gen;
8531         PCPU_SET(pcid_next, pcid_next + 1);
8532         return (0);
8533 }
8534
8535 static uint64_t
8536 pmap_pcid_alloc_checked(pmap_t pmap, u_int cpuid)
8537 {
8538         uint64_t cached;
8539
8540         cached = pmap_pcid_alloc(pmap, cpuid);
8541         KASSERT(pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid < PMAP_PCID_OVERMAX,
8542             ("pmap %p cpu %d pcid %#x", pmap, cpuid,
8543             pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid));
8544         KASSERT(pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid != PMAP_PCID_KERN ||
8545             pmap == kernel_pmap,
8546             ("non-kernel pmap pmap %p cpu %d pcid %#x",
8547             pmap, cpuid, pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid));
8548         return (cached);
8549 }
8550
8551 static void
8552 pmap_activate_sw_pti_post(struct thread *td, pmap_t pmap)
8553 {
8554
8555         PCPU_GET(tssp)->tss_rsp0 = pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3 ?
8556             PCPU_GET(pti_rsp0) : (uintptr_t)td->td_pcb;
8557 }
8558
8559 static void inline
8560 pmap_activate_sw_pcid_pti(pmap_t pmap, u_int cpuid, const bool invpcid_works1)
8561 {
8562         struct invpcid_descr d;
8563         uint64_t cached, cr3, kcr3, ucr3;
8564
8565         cached = pmap_pcid_alloc_checked(pmap, cpuid);
8566         cr3 = rcr3();
8567         if ((cr3 & ~CR3_PCID_MASK) != pmap->pm_cr3)
8568                 load_cr3(pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid);
8569         PCPU_SET(curpmap, pmap);
8570         kcr3 = pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
8571         ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid |
8572             PMAP_PCID_USER_PT;
8573
8574         if (!cached && pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
8575                 /*
8576                  * Explicitly invalidate translations cached from the
8577                  * user page table.  They are not automatically
8578                  * flushed by reload of cr3 with the kernel page table
8579                  * pointer above.
8580                  *
8581                  * Note that the if() condition is resolved statically
8582                  * by using the function argument instead of
8583                  * runtime-evaluated invpcid_works value.
8584                  */
8585                 if (invpcid_works1) {
8586                         d.pcid = PMAP_PCID_USER_PT |
8587                             pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
8588                         d.pad = 0;
8589                         d.addr = 0;
8590                         invpcid(&d, INVPCID_CTX);
8591                 } else {
8592                         pmap_pti_pcid_invalidate(ucr3, kcr3);
8593                 }
8594         }
8595
8596         PCPU_SET(kcr3, kcr3 | CR3_PCID_SAVE);
8597         PCPU_SET(ucr3, ucr3 | CR3_PCID_SAVE);
8598         if (cached)
8599                 PCPU_INC(pm_save_cnt);
8600 }
8601
8602 static void
8603 pmap_activate_sw_pcid_invpcid_pti(struct thread *td, pmap_t pmap, u_int cpuid)
8604 {
8605
8606         pmap_activate_sw_pcid_pti(pmap, cpuid, true);
8607         pmap_activate_sw_pti_post(td, pmap);
8608 }
8609
8610 static void
8611 pmap_activate_sw_pcid_noinvpcid_pti(struct thread *td, pmap_t pmap,
8612     u_int cpuid)
8613 {
8614         register_t rflags;
8615
8616         /*
8617          * If the INVPCID instruction is not available,
8618          * invltlb_pcid_handler() is used to handle an invalidate_all
8619          * IPI, which checks for curpmap == smp_tlb_pmap.  The below
8620          * sequence of operations has a window where %CR3 is loaded
8621          * with the new pmap's PML4 address, but the curpmap value has
8622          * not yet been updated.  This causes the invltlb IPI handler,
8623          * which is called between the updates, to execute as a NOP,
8624          * which leaves stale TLB entries.
8625          *
8626          * Note that the most typical use of pmap_activate_sw(), from
8627          * the context switch, is immune to this race, because
8628          * interrupts are disabled (while the thread lock is owned),
8629          * and the IPI happens after curpmap is updated.  Protect
8630          * other callers in a similar way, by disabling interrupts
8631          * around the %cr3 register reload and curpmap assignment.
8632          */
8633         rflags = intr_disable();
8634         pmap_activate_sw_pcid_pti(pmap, cpuid, false);
8635         intr_restore(rflags);
8636         pmap_activate_sw_pti_post(td, pmap);
8637 }
8638
8639 static void
8640 pmap_activate_sw_pcid_nopti(struct thread *td __unused, pmap_t pmap,
8641     u_int cpuid)
8642 {
8643         uint64_t cached, cr3;
8644
8645         cached = pmap_pcid_alloc_checked(pmap, cpuid);
8646         cr3 = rcr3();
8647         if (!cached || (cr3 & ~CR3_PCID_MASK) != pmap->pm_cr3)
8648                 load_cr3(pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid |
8649                     cached);
8650         PCPU_SET(curpmap, pmap);
8651         if (cached)
8652                 PCPU_INC(pm_save_cnt);
8653 }
8654
8655 static void
8656 pmap_activate_sw_pcid_noinvpcid_nopti(struct thread *td __unused, pmap_t pmap,
8657     u_int cpuid)
8658 {
8659         register_t rflags;
8660
8661         rflags = intr_disable();
8662         pmap_activate_sw_pcid_nopti(td, pmap, cpuid);
8663         intr_restore(rflags);
8664 }
8665
8666 static void
8667 pmap_activate_sw_nopcid_nopti(struct thread *td __unused, pmap_t pmap,
8668     u_int cpuid __unused)
8669 {
8670
8671         load_cr3(pmap->pm_cr3);
8672         PCPU_SET(curpmap, pmap);
8673 }
8674
8675 static void
8676 pmap_activate_sw_nopcid_pti(struct thread *td, pmap_t pmap,
8677     u_int cpuid __unused)
8678 {
8679
8680         pmap_activate_sw_nopcid_nopti(td, pmap, cpuid);
8681         PCPU_SET(kcr3, pmap->pm_cr3);
8682         PCPU_SET(ucr3, pmap->pm_ucr3);
8683         pmap_activate_sw_pti_post(td, pmap);
8684 }
8685
8686 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_activate_sw_mode, (struct thread *, pmap_t,
8687     u_int))
8688 {
8689
8690         if (pmap_pcid_enabled && pti && invpcid_works)
8691                 return (pmap_activate_sw_pcid_invpcid_pti);
8692         else if (pmap_pcid_enabled && pti && !invpcid_works)
8693                 return (pmap_activate_sw_pcid_noinvpcid_pti);
8694         else if (pmap_pcid_enabled && !pti && invpcid_works)
8695                 return (pmap_activate_sw_pcid_nopti);
8696         else if (pmap_pcid_enabled && !pti && !invpcid_works)
8697                 return (pmap_activate_sw_pcid_noinvpcid_nopti);
8698         else if (!pmap_pcid_enabled && pti)
8699                 return (pmap_activate_sw_nopcid_pti);
8700         else /* if (!pmap_pcid_enabled && !pti) */
8701                 return (pmap_activate_sw_nopcid_nopti);
8702 }
8703
8704 void
8705 pmap_activate_sw(struct thread *td)
8706 {
8707         pmap_t oldpmap, pmap;
8708         u_int cpuid;
8709
8710         oldpmap = PCPU_GET(curpmap);
8711         pmap = vmspace_pmap(td->td_proc->p_vmspace);
8712         if (oldpmap == pmap)
8713                 return;
8714         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
8715 #ifdef SMP
8716         CPU_SET_ATOMIC(cpuid, &pmap->pm_active);
8717 #else
8718         CPU_SET(cpuid, &pmap->pm_active);
8719 #endif
8720         pmap_activate_sw_mode(td, pmap, cpuid);
8721 #ifdef SMP
8722         CPU_CLR_ATOMIC(cpuid, &oldpmap->pm_active);
8723 #else
8724         CPU_CLR(cpuid, &oldpmap->pm_active);
8725 #endif
8726 }
8727
8728 void
8729 pmap_activate(struct thread *td)
8730 {
8731
8732         critical_enter();
8733         pmap_activate_sw(td);
8734         critical_exit();
8735 }
8736
8737 void
8738 pmap_activate_boot(pmap_t pmap)
8739 {
8740         uint64_t kcr3;
8741         u_int cpuid;
8742
8743         /*
8744          * kernel_pmap must be never deactivated, and we ensure that
8745          * by never activating it at all.
8746          */
8747         MPASS(pmap != kernel_pmap);
8748
8749         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
8750 #ifdef SMP
8751         CPU_SET_ATOMIC(cpuid, &pmap->pm_active);
8752 #else
8753         CPU_SET(cpuid, &pmap->pm_active);
8754 #endif
8755         PCPU_SET(curpmap, pmap);
8756         if (pti) {
8757                 kcr3 = pmap->pm_cr3;
8758                 if (pmap_pcid_enabled)
8759                         kcr3 |= pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid | CR3_PCID_SAVE;
8760         } else {
8761                 kcr3 = PMAP_NO_CR3;
8762         }
8763         PCPU_SET(kcr3, kcr3);
8764         PCPU_SET(ucr3, PMAP_NO_CR3);
8765 }
8766
8767 void
8768 pmap_sync_icache(pmap_t pm, vm_offset_t va, vm_size_t sz)
8769 {
8770 }
8771
8772 /*
8773  *      Increase the starting virtual address of the given mapping if a
8774  *      different alignment might result in more superpage mappings.
8775  */
8776 void
8777 pmap_align_superpage(vm_object_t object, vm_ooffset_t offset,
8778     vm_offset_t *addr, vm_size_t size)
8779 {
8780         vm_offset_t superpage_offset;
8781
8782         if (size < NBPDR)
8783                 return;
8784         if (object != NULL && (object->flags & OBJ_COLORED) != 0)
8785                 offset += ptoa(object->pg_color);
8786         superpage_offset = offset & PDRMASK;
8787         if (size - ((NBPDR - superpage_offset) & PDRMASK) < NBPDR ||
8788             (*addr & PDRMASK) == superpage_offset)
8789                 return;
8790         if ((*addr & PDRMASK) < superpage_offset)
8791                 *addr = (*addr & ~PDRMASK) + superpage_offset;
8792         else
8793                 *addr = ((*addr + PDRMASK) & ~PDRMASK) + superpage_offset;
8794 }
8795
8796 #ifdef INVARIANTS
8797 static unsigned long num_dirty_emulations;
8798 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_dirty_emulations, CTLFLAG_RW,
8799              &num_dirty_emulations, 0, NULL);
8800
8801 static unsigned long num_accessed_emulations;
8802 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_accessed_emulations, CTLFLAG_RW,
8803              &num_accessed_emulations, 0, NULL);
8804
8805 static unsigned long num_superpage_accessed_emulations;
8806 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_superpage_accessed_emulations, CTLFLAG_RW,
8807              &num_superpage_accessed_emulations, 0, NULL);
8808
8809 static unsigned long ad_emulation_superpage_promotions;
8810 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, ad_emulation_superpage_promotions, CTLFLAG_RW,
8811              &ad_emulation_superpage_promotions, 0, NULL);
8812 #endif  /* INVARIANTS */
8813
8814 int
8815 pmap_emulate_accessed_dirty(pmap_t pmap, vm_offset_t va, int ftype)
8816 {
8817         int rv;
8818         struct rwlock *lock;
8819 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
8820         vm_page_t m, mpte;
8821 #endif
8822         pd_entry_t *pde;
8823         pt_entry_t *pte, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
8824
8825         KASSERT(ftype == VM_PROT_READ || ftype == VM_PROT_WRITE,
8826             ("pmap_emulate_accessed_dirty: invalid fault type %d", ftype));
8827
8828         if (!pmap_emulate_ad_bits(pmap))
8829                 return (-1);
8830
8831         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
8832         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
8833         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
8834         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8835
8836         rv = -1;
8837         lock = NULL;
8838         PMAP_LOCK(pmap);
8839
8840         pde = pmap_pde(pmap, va);
8841         if (pde == NULL || (*pde & PG_V) == 0)
8842                 goto done;
8843
8844         if ((*pde & PG_PS) != 0) {
8845                 if (ftype == VM_PROT_READ) {
8846 #ifdef INVARIANTS
8847                         atomic_add_long(&num_superpage_accessed_emulations, 1);
8848 #endif
8849                         *pde |= PG_A;
8850                         rv = 0;
8851                 }
8852                 goto done;
8853         }
8854
8855         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
8856         if ((*pte & PG_V) == 0)
8857                 goto done;
8858
8859         if (ftype == VM_PROT_WRITE) {
8860                 if ((*pte & PG_RW) == 0)
8861                         goto done;
8862                 /*
8863                  * Set the modified and accessed bits simultaneously.
8864                  *
8865                  * Intel EPT PTEs that do software emulation of A/D bits map
8866                  * PG_A and PG_M to EPT_PG_READ and EPT_PG_WRITE respectively.
8867                  * An EPT misconfiguration is triggered if the PTE is writable
8868                  * but not readable (WR=10). This is avoided by setting PG_A
8869                  * and PG_M simultaneously.
8870                  */
8871                 *pte |= PG_M | PG_A;
8872         } else {
8873                 *pte |= PG_A;
8874         }
8875
8876 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
8877         /* try to promote the mapping */
8878         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
8879                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
8880         else
8881                 mpte = NULL;
8882
8883         m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pte & PG_FRAME);
8884
8885         if ((mpte == NULL || mpte->ref_count == NPTEPG) &&
8886             pmap_ps_enabled(pmap) &&
8887             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
8888             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0) {
8889                 pmap_promote_pde(pmap, pde, va, &lock);
8890 #ifdef INVARIANTS
8891                 atomic_add_long(&ad_emulation_superpage_promotions, 1);
8892 #endif
8893         }
8894 #endif
8895
8896 #ifdef INVARIANTS
8897         if (ftype == VM_PROT_WRITE)
8898                 atomic_add_long(&num_dirty_emulations, 1);
8899         else
8900                 atomic_add_long(&num_accessed_emulations, 1);
8901 #endif
8902         rv = 0;         /* success */
8903 done:
8904         if (lock != NULL)
8905                 rw_wunlock(lock);
8906         PMAP_UNLOCK(pmap);
8907         return (rv);
8908 }
8909
8910 void
8911 pmap_get_mapping(pmap_t pmap, vm_offset_t va, uint64_t *ptr, int *num)
8912 {
8913         pml4_entry_t *pml4;
8914         pdp_entry_t *pdp;
8915         pd_entry_t *pde;
8916         pt_entry_t *pte, PG_V;
8917         int idx;
8918
8919         idx = 0;
8920         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
8921         PMAP_LOCK(pmap);
8922
8923         pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
8924         ptr[idx++] = *pml4;
8925         if ((*pml4 & PG_V) == 0)
8926                 goto done;
8927
8928         pdp = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4, va);
8929         ptr[idx++] = *pdp;
8930         if ((*pdp & PG_V) == 0 || (*pdp & PG_PS) != 0)
8931                 goto done;
8932
8933         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdp, va);
8934         ptr[idx++] = *pde;
8935         if ((*pde & PG_V) == 0 || (*pde & PG_PS) != 0)
8936                 goto done;
8937
8938         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
8939         ptr[idx++] = *pte;
8940
8941 done:
8942         PMAP_UNLOCK(pmap);
8943         *num = idx;
8944 }
8945
8946 /**
8947  * Get the kernel virtual address of a set of physical pages. If there are
8948  * physical addresses not covered by the DMAP perform a transient mapping
8949  * that will be removed when calling pmap_unmap_io_transient.
8950  *
8951  * \param page        The pages the caller wishes to obtain the virtual
8952  *                    address on the kernel memory map.
8953  * \param vaddr       On return contains the kernel virtual memory address
8954  *                    of the pages passed in the page parameter.
8955  * \param count       Number of pages passed in.
8956  * \param can_fault   TRUE if the thread using the mapped pages can take
8957  *                    page faults, FALSE otherwise.
8958  *
8959  * \returns TRUE if the caller must call pmap_unmap_io_transient when
8960  *          finished or FALSE otherwise.
8961  *
8962  */
8963 boolean_t
8964 pmap_map_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
8965     boolean_t can_fault)
8966 {
8967         vm_paddr_t paddr;
8968         boolean_t needs_mapping;
8969         pt_entry_t *pte;
8970         int cache_bits, error __unused, i;
8971
8972         /*
8973          * Allocate any KVA space that we need, this is done in a separate
8974          * loop to prevent calling vmem_alloc while pinned.
8975          */
8976         needs_mapping = FALSE;
8977         for (i = 0; i < count; i++) {
8978                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
8979                 if (__predict_false(paddr >= dmaplimit)) {
8980                         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE,
8981                             M_BESTFIT | M_WAITOK, &vaddr[i]);
8982                         KASSERT(error == 0, ("vmem_alloc failed: %d", error));
8983                         needs_mapping = TRUE;
8984                 } else {
8985                         vaddr[i] = PHYS_TO_DMAP(paddr);
8986                 }
8987         }
8988
8989         /* Exit early if everything is covered by the DMAP */
8990         if (!needs_mapping)
8991                 return (FALSE);
8992
8993         /*
8994          * NB:  The sequence of updating a page table followed by accesses
8995          * to the corresponding pages used in the !DMAP case is subject to
8996          * the situation described in the "AMD64 Architecture Programmer's
8997          * Manual Volume 2: System Programming" rev. 3.23, "7.3.1 Special
8998          * Coherency Considerations".  Therefore, issuing the INVLPG right
8999          * after modifying the PTE bits is crucial.
9000          */
9001         if (!can_fault)
9002                 sched_pin();
9003         for (i = 0; i < count; i++) {
9004                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
9005                 if (paddr >= dmaplimit) {
9006                         if (can_fault) {
9007                                 /*
9008                                  * Slow path, since we can get page faults
9009                                  * while mappings are active don't pin the
9010                                  * thread to the CPU and instead add a global
9011                                  * mapping visible to all CPUs.
9012                                  */
9013                                 pmap_qenter(vaddr[i], &page[i], 1);
9014                         } else {
9015                                 pte = vtopte(vaddr[i]);
9016                                 cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap,
9017                                     page[i]->md.pat_mode, 0);
9018                                 pte_store(pte, paddr | X86_PG_RW | X86_PG_V |
9019                                     cache_bits);
9020                                 invlpg(vaddr[i]);
9021                         }
9022                 }
9023         }
9024
9025         return (needs_mapping);
9026 }
9027
9028 void
9029 pmap_unmap_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
9030     boolean_t can_fault)
9031 {
9032         vm_paddr_t paddr;
9033         int i;
9034
9035         if (!can_fault)
9036                 sched_unpin();
9037         for (i = 0; i < count; i++) {
9038                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
9039                 if (paddr >= dmaplimit) {
9040                         if (can_fault)
9041                                 pmap_qremove(vaddr[i], 1);
9042                         vmem_free(kernel_arena, vaddr[i], PAGE_SIZE);
9043                 }
9044         }
9045 }
9046
9047 vm_offset_t
9048 pmap_quick_enter_page(vm_page_t m)
9049 {
9050         vm_paddr_t paddr;
9051
9052         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
9053         if (paddr < dmaplimit)
9054                 return (PHYS_TO_DMAP(paddr));
9055         mtx_lock_spin(&qframe_mtx);
9056         KASSERT(*vtopte(qframe) == 0, ("qframe busy"));
9057         pte_store(vtopte(qframe), paddr | X86_PG_RW | X86_PG_V | X86_PG_A |
9058             X86_PG_M | pmap_cache_bits(kernel_pmap, m->md.pat_mode, 0));
9059         return (qframe);
9060 }
9061
9062 void
9063 pmap_quick_remove_page(vm_offset_t addr)
9064 {
9065
9066         if (addr != qframe)
9067                 return;
9068         pte_store(vtopte(qframe), 0);
9069         invlpg(qframe);
9070         mtx_unlock_spin(&qframe_mtx);
9071 }
9072
9073 /*
9074  * Pdp pages from the large map are managed differently from either
9075  * kernel or user page table pages.  They are permanently allocated at
9076  * initialization time, and their reference count is permanently set to
9077  * zero.  The pml4 entries pointing to those pages are copied into
9078  * each allocated pmap.
9079  *
9080  * In contrast, pd and pt pages are managed like user page table
9081  * pages.  They are dynamically allocated, and their reference count
9082  * represents the number of valid entries within the page.
9083  */
9084 static vm_page_t
9085 pmap_large_map_getptp_unlocked(void)
9086 {
9087         vm_page_t m;
9088
9089         m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
9090             VM_ALLOC_ZERO);
9091         if (m != NULL && (m->flags & PG_ZERO) == 0)
9092                 pmap_zero_page(m);
9093         return (m);
9094 }
9095
9096 static vm_page_t
9097 pmap_large_map_getptp(void)
9098 {
9099         vm_page_t m;
9100
9101         PMAP_LOCK_ASSERT(kernel_pmap, MA_OWNED);
9102         m = pmap_large_map_getptp_unlocked();
9103         if (m == NULL) {
9104                 PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
9105                 vm_wait(NULL);
9106                 PMAP_LOCK(kernel_pmap);
9107                 /* Callers retry. */
9108         }
9109         return (m);
9110 }
9111
9112 static pdp_entry_t *
9113 pmap_large_map_pdpe(vm_offset_t va)
9114 {
9115         vm_pindex_t pml4_idx;
9116         vm_paddr_t mphys;
9117
9118         pml4_idx = pmap_pml4e_index(va);
9119         KASSERT(LMSPML4I <= pml4_idx && pml4_idx < LMSPML4I + lm_ents,
9120             ("pmap_large_map_pdpe: va %#jx out of range idx %#jx LMSPML4I "
9121             "%#jx lm_ents %d",
9122             (uintmax_t)va, (uintmax_t)pml4_idx, LMSPML4I, lm_ents));
9123         KASSERT((kernel_pmap->pm_pml4[pml4_idx] & X86_PG_V) != 0,
9124             ("pmap_large_map_pdpe: invalid pml4 for va %#jx idx %#jx "
9125             "LMSPML4I %#jx lm_ents %d",
9126             (uintmax_t)va, (uintmax_t)pml4_idx, LMSPML4I, lm_ents));
9127         mphys = kernel_pmap->pm_pml4[pml4_idx] & PG_FRAME;
9128         return ((pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys) + pmap_pdpe_index(va));
9129 }
9130
9131 static pd_entry_t *
9132 pmap_large_map_pde(vm_offset_t va)
9133 {
9134         pdp_entry_t *pdpe;
9135         vm_page_t m;
9136         vm_paddr_t mphys;
9137
9138 retry:
9139         pdpe = pmap_large_map_pdpe(va);
9140         if (*pdpe == 0) {
9141                 m = pmap_large_map_getptp();
9142                 if (m == NULL)
9143                         goto retry;
9144                 mphys = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
9145                 *pdpe = mphys | X86_PG_A | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
9146         } else {
9147                 MPASS((*pdpe & X86_PG_PS) == 0);
9148                 mphys = *pdpe & PG_FRAME;
9149         }
9150         return ((pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys) + pmap_pde_index(va));
9151 }
9152
9153 static pt_entry_t *
9154 pmap_large_map_pte(vm_offset_t va)
9155 {
9156         pd_entry_t *pde;
9157         vm_page_t m;
9158         vm_paddr_t mphys;
9159
9160 retry:
9161         pde = pmap_large_map_pde(va);
9162         if (*pde == 0) {
9163                 m = pmap_large_map_getptp();
9164                 if (m == NULL)
9165                         goto retry;
9166                 mphys = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
9167                 *pde = mphys | X86_PG_A | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
9168                 PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pde))->ref_count++;
9169         } else {
9170                 MPASS((*pde & X86_PG_PS) == 0);
9171                 mphys = *pde & PG_FRAME;
9172         }
9173         return ((pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys) + pmap_pte_index(va));
9174 }
9175
9176 static vm_paddr_t
9177 pmap_large_map_kextract(vm_offset_t va)
9178 {
9179         pdp_entry_t *pdpe, pdp;
9180         pd_entry_t *pde, pd;
9181         pt_entry_t *pte, pt;
9182
9183         KASSERT(PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(va),
9184             ("not largemap range %#lx", (u_long)va));
9185         pdpe = pmap_large_map_pdpe(va);
9186         pdp = *pdpe;
9187         KASSERT((pdp & X86_PG_V) != 0,
9188             ("invalid pdp va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
9189             (u_long)pdpe, pdp));
9190         if ((pdp & X86_PG_PS) != 0) {
9191                 KASSERT((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0,
9192                     ("no 1G pages, va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
9193                     (u_long)pdpe, pdp));
9194                 return ((pdp & PG_PS_PDP_FRAME) | (va & PDPMASK));
9195         }
9196         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
9197         pd = *pde;
9198         KASSERT((pd & X86_PG_V) != 0,
9199             ("invalid pd va %#lx pde %#lx pd %#lx", va, (u_long)pde, pd));
9200         if ((pd & X86_PG_PS) != 0)
9201                 return ((pd & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK));
9202         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
9203         pt = *pte;
9204         KASSERT((pt & X86_PG_V) != 0,
9205             ("invalid pte va %#lx pte %#lx pt %#lx", va, (u_long)pte, pt));
9206         return ((pt & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK));
9207 }
9208
9209 static int
9210 pmap_large_map_getva(vm_size_t len, vm_offset_t align, vm_offset_t phase,
9211     vmem_addr_t *vmem_res)
9212 {
9213
9214         /*
9215          * Large mappings are all but static.  Consequently, there
9216          * is no point in waiting for an earlier allocation to be
9217          * freed.
9218          */
9219         return (vmem_xalloc(large_vmem, len, align, phase, 0, VMEM_ADDR_MIN,
9220             VMEM_ADDR_MAX, M_NOWAIT | M_BESTFIT, vmem_res));
9221 }
9222
9223 int
9224 pmap_large_map(vm_paddr_t spa, vm_size_t len, void **addr,
9225     vm_memattr_t mattr)
9226 {
9227         pdp_entry_t *pdpe;
9228         pd_entry_t *pde;
9229         pt_entry_t *pte;
9230         vm_offset_t va, inc;
9231         vmem_addr_t vmem_res;
9232         vm_paddr_t pa;
9233         int error;
9234
9235         if (len == 0 || spa + len < spa)
9236                 return (EINVAL);
9237
9238         /* See if DMAP can serve. */
9239         if (spa + len <= dmaplimit) {
9240                 va = PHYS_TO_DMAP(spa);
9241                 *addr = (void *)va;
9242                 return (pmap_change_attr(va, len, mattr));
9243         }
9244
9245         /*
9246          * No, allocate KVA.  Fit the address with best possible
9247          * alignment for superpages.  Fall back to worse align if
9248          * failed.
9249          */
9250         error = ENOMEM;
9251         if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0 && rounddown2(spa + len,
9252             NBPDP) >= roundup2(spa, NBPDP) + NBPDP)
9253                 error = pmap_large_map_getva(len, NBPDP, spa & PDPMASK,
9254                     &vmem_res);
9255         if (error != 0 && rounddown2(spa + len, NBPDR) >= roundup2(spa,
9256             NBPDR) + NBPDR)
9257                 error = pmap_large_map_getva(len, NBPDR, spa & PDRMASK,
9258                     &vmem_res);
9259         if (error != 0)
9260                 error = pmap_large_map_getva(len, PAGE_SIZE, 0, &vmem_res);
9261         if (error != 0)
9262                 return (error);
9263
9264         /*
9265          * Fill pagetable.  PG_M is not pre-set, we scan modified bits
9266          * in the pagetable to minimize flushing.  No need to
9267          * invalidate TLB, since we only update invalid entries.
9268          */
9269         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
9270         for (pa = spa, va = vmem_res; len > 0; pa += inc, va += inc,
9271             len -= inc) {
9272                 if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0 && len >= NBPDP &&
9273                     (pa & PDPMASK) == 0 && (va & PDPMASK) == 0) {
9274                         pdpe = pmap_large_map_pdpe(va);
9275                         MPASS(*pdpe == 0);
9276                         *pdpe = pa | pg_g | X86_PG_PS | X86_PG_RW |
9277                             X86_PG_V | X86_PG_A | pg_nx |
9278                             pmap_cache_bits(kernel_pmap, mattr, TRUE);
9279                         inc = NBPDP;
9280                 } else if (len >= NBPDR && (pa & PDRMASK) == 0 &&
9281                     (va & PDRMASK) == 0) {
9282                         pde = pmap_large_map_pde(va);
9283                         MPASS(*pde == 0);
9284                         *pde = pa | pg_g | X86_PG_PS | X86_PG_RW |
9285                             X86_PG_V | X86_PG_A | pg_nx |
9286                             pmap_cache_bits(kernel_pmap, mattr, TRUE);
9287                         PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pde))->
9288                             ref_count++;
9289                         inc = NBPDR;
9290                 } else {
9291                         pte = pmap_large_map_pte(va);
9292                         MPASS(*pte == 0);
9293                         *pte = pa | pg_g | X86_PG_RW | X86_PG_V |
9294                             X86_PG_A | pg_nx | pmap_cache_bits(kernel_pmap,
9295                             mattr, FALSE);
9296                         PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pte))->
9297                             ref_count++;
9298                         inc = PAGE_SIZE;
9299                 }
9300         }
9301         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
9302         MPASS(len == 0);
9303
9304         *addr = (void *)vmem_res;
9305         return (0);
9306 }
9307
9308 void
9309 pmap_large_unmap(void *svaa, vm_size_t len)
9310 {
9311         vm_offset_t sva, va;
9312         vm_size_t inc;
9313         pdp_entry_t *pdpe, pdp;
9314         pd_entry_t *pde, pd;
9315         pt_entry_t *pte;
9316         vm_page_t m;
9317         struct spglist spgf;
9318
9319         sva = (vm_offset_t)svaa;
9320         if (len == 0 || sva + len < sva || (sva >= DMAP_MIN_ADDRESS &&
9321             sva + len <= DMAP_MIN_ADDRESS + dmaplimit))
9322                 return;
9323
9324         SLIST_INIT(&spgf);
9325         KASSERT(PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(sva) &&
9326             PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(sva + len - 1),
9327             ("not largemap range %#lx %#lx", (u_long)svaa, (u_long)svaa + len));
9328         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
9329         for (va = sva; va < sva + len; va += inc) {
9330                 pdpe = pmap_large_map_pdpe(va);
9331                 pdp = *pdpe;
9332                 KASSERT((pdp & X86_PG_V) != 0,
9333                     ("invalid pdp va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
9334                     (u_long)pdpe, pdp));
9335                 if ((pdp & X86_PG_PS) != 0) {
9336                         KASSERT((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0,
9337                             ("no 1G pages, va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
9338                             (u_long)pdpe, pdp));
9339                         KASSERT((va & PDPMASK) == 0,
9340                             ("PDPMASK bit set, va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
9341                             (u_long)pdpe, pdp));
9342                         KASSERT(va + NBPDP <= sva + len,
9343                             ("unmap covers partial 1GB page, sva %#lx va %#lx "
9344                             "pdpe %#lx pdp %#lx len %#lx", sva, va,
9345                             (u_long)pdpe, pdp, len));
9346                         *pdpe = 0;
9347                         inc = NBPDP;
9348                         continue;
9349                 }
9350                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
9351                 pd = *pde;
9352                 KASSERT((pd & X86_PG_V) != 0,
9353                     ("invalid pd va %#lx pde %#lx pd %#lx", va,
9354                     (u_long)pde, pd));
9355                 if ((pd & X86_PG_PS) != 0) {
9356                         KASSERT((va & PDRMASK) == 0,
9357                             ("PDRMASK bit set, va %#lx pde %#lx pd %#lx", va,
9358                             (u_long)pde, pd));
9359                         KASSERT(va + NBPDR <= sva + len,
9360                             ("unmap covers partial 2MB page, sva %#lx va %#lx "
9361                             "pde %#lx pd %#lx len %#lx", sva, va, (u_long)pde,
9362                             pd, len));
9363                         pde_store(pde, 0);
9364                         inc = NBPDR;
9365                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pde));
9366                         m->ref_count--;
9367                         if (m->ref_count == 0) {
9368                                 *pdpe = 0;
9369                                 SLIST_INSERT_HEAD(&spgf, m, plinks.s.ss);
9370                         }
9371                         continue;
9372                 }
9373                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
9374                 KASSERT((*pte & X86_PG_V) != 0,
9375                     ("invalid pte va %#lx pte %#lx pt %#lx", va,
9376                     (u_long)pte, *pte));
9377                 pte_clear(pte);
9378                 inc = PAGE_SIZE;
9379                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pte));
9380                 m->ref_count--;
9381                 if (m->ref_count == 0) {
9382                         *pde = 0;
9383                         SLIST_INSERT_HEAD(&spgf, m, plinks.s.ss);
9384                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pde));
9385                         m->ref_count--;
9386                         if (m->ref_count == 0) {
9387                                 *pdpe = 0;
9388                                 SLIST_INSERT_HEAD(&spgf, m, plinks.s.ss);
9389                         }
9390                 }
9391         }
9392         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, sva + len);
9393         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
9394         vm_page_free_pages_toq(&spgf, false);
9395         vmem_free(large_vmem, sva, len);
9396 }
9397
9398 static void
9399 pmap_large_map_wb_fence_mfence(void)
9400 {
9401
9402         mfence();
9403 }
9404
9405 static void
9406 pmap_large_map_wb_fence_sfence(void)
9407 {
9408
9409         sfence();
9410 }
9411
9412 static void
9413 pmap_large_map_wb_fence_nop(void)
9414 {
9415 }
9416
9417 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_large_map_wb_fence, (void))
9418 {
9419
9420         if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
9421                 return (pmap_large_map_wb_fence_mfence);
9422         else if ((cpu_stdext_feature & (CPUID_STDEXT_CLWB |
9423             CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT)) == 0)
9424                 return (pmap_large_map_wb_fence_sfence);
9425         else
9426                 /* clflush is strongly enough ordered */
9427                 return (pmap_large_map_wb_fence_nop);
9428 }
9429
9430 static void
9431 pmap_large_map_flush_range_clwb(vm_offset_t va, vm_size_t len)
9432 {
9433
9434         for (; len > 0; len -= cpu_clflush_line_size,
9435             va += cpu_clflush_line_size)
9436                 clwb(va);
9437 }
9438
9439 static void
9440 pmap_large_map_flush_range_clflushopt(vm_offset_t va, vm_size_t len)
9441 {
9442
9443         for (; len > 0; len -= cpu_clflush_line_size,
9444             va += cpu_clflush_line_size)
9445                 clflushopt(va);
9446 }
9447
9448 static void
9449 pmap_large_map_flush_range_clflush(vm_offset_t va, vm_size_t len)
9450 {
9451
9452         for (; len > 0; len -= cpu_clflush_line_size,
9453             va += cpu_clflush_line_size)
9454                 clflush(va);
9455 }
9456
9457 static void
9458 pmap_large_map_flush_range_nop(vm_offset_t sva __unused, vm_size_t len __unused)
9459 {
9460 }
9461
9462 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_large_map_flush_range, (vm_offset_t, vm_size_t))
9463 {
9464
9465         if ((cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLWB) != 0)
9466                 return (pmap_large_map_flush_range_clwb);
9467         else if ((cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT) != 0)
9468                 return (pmap_large_map_flush_range_clflushopt);
9469         else if ((cpu_feature & CPUID_CLFSH) != 0)
9470                 return (pmap_large_map_flush_range_clflush);
9471         else
9472                 return (pmap_large_map_flush_range_nop);
9473 }
9474
9475 static void
9476 pmap_large_map_wb_large(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
9477 {
9478         volatile u_long *pe;
9479         u_long p;
9480         vm_offset_t va;
9481         vm_size_t inc;
9482         bool seen_other;
9483
9484         for (va = sva; va < eva; va += inc) {
9485                 inc = 0;
9486                 if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0) {
9487                         pe = (volatile u_long *)pmap_large_map_pdpe(va);
9488                         p = *pe;
9489                         if ((p & X86_PG_PS) != 0)
9490                                 inc = NBPDP;
9491                 }
9492                 if (inc == 0) {
9493                         pe = (volatile u_long *)pmap_large_map_pde(va);
9494                         p = *pe;
9495                         if ((p & X86_PG_PS) != 0)
9496                                 inc = NBPDR;
9497                 }
9498                 if (inc == 0) {
9499                         pe = (volatile u_long *)pmap_large_map_pte(va);
9500                         p = *pe;
9501                         inc = PAGE_SIZE;
9502                 }
9503                 seen_other = false;
9504                 for (;;) {
9505                         if ((p & X86_PG_AVAIL1) != 0) {
9506                                 /*
9507                                  * Spin-wait for the end of a parallel
9508                                  * write-back.
9509                                  */
9510                                 cpu_spinwait();
9511                                 p = *pe;
9512
9513                                 /*
9514                                  * If we saw other write-back
9515                                  * occuring, we cannot rely on PG_M to
9516                                  * indicate state of the cache.  The
9517                                  * PG_M bit is cleared before the
9518                                  * flush to avoid ignoring new writes,
9519                                  * and writes which are relevant for
9520                                  * us might happen after.
9521                                  */
9522                                 seen_other = true;
9523                                 continue;
9524                         }
9525
9526                         if ((p & X86_PG_M) != 0 || seen_other) {
9527                                 if (!atomic_fcmpset_long(pe, &p,
9528                                     (p & ~X86_PG_M) | X86_PG_AVAIL1))
9529                                         /*
9530                                          * If we saw PG_M without
9531                                          * PG_AVAIL1, and then on the
9532                                          * next attempt we do not
9533                                          * observe either PG_M or
9534                                          * PG_AVAIL1, the other
9535                                          * write-back started after us
9536                                          * and finished before us.  We
9537                                          * can rely on it doing our
9538                                          * work.
9539                                          */
9540                                         continue;
9541                                 pmap_large_map_flush_range(va, inc);
9542                                 atomic_clear_long(pe, X86_PG_AVAIL1);
9543                         }
9544                         break;
9545                 }
9546                 maybe_yield();
9547         }
9548 }
9549
9550 /*
9551  * Write-back cache lines for the given address range.
9552  *
9553  * Must be called only on the range or sub-range returned from
9554  * pmap_large_map().  Must not be called on the coalesced ranges.
9555  *
9556  * Does nothing on CPUs without CLWB, CLFLUSHOPT, or CLFLUSH
9557  * instructions support.
9558  */
9559 void
9560 pmap_large_map_wb(void *svap, vm_size_t len)
9561 {
9562         vm_offset_t eva, sva;
9563
9564         sva = (vm_offset_t)svap;
9565         eva = sva + len;
9566         pmap_large_map_wb_fence();
9567         if (sva >= DMAP_MIN_ADDRESS && eva <= DMAP_MIN_ADDRESS + dmaplimit) {
9568                 pmap_large_map_flush_range(sva, len);
9569         } else {
9570                 KASSERT(sva >= LARGEMAP_MIN_ADDRESS &&
9571                     eva <= LARGEMAP_MIN_ADDRESS + lm_ents * NBPML4,
9572                     ("pmap_large_map_wb: not largemap %#lx %#lx", sva, len));
9573                 pmap_large_map_wb_large(sva, eva);
9574         }
9575         pmap_large_map_wb_fence();
9576 }
9577
9578 static vm_page_t
9579 pmap_pti_alloc_page(void)
9580 {
9581         vm_page_t m;
9582
9583         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
9584         m = vm_page_grab(pti_obj, pti_pg_idx++, VM_ALLOC_NOBUSY |
9585             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
9586         return (m);
9587 }
9588
9589 static bool
9590 pmap_pti_free_page(vm_page_t m)
9591 {
9592
9593         KASSERT(m->ref_count > 0, ("page %p not referenced", m));
9594         if (!vm_page_unwire_noq(m))
9595                 return (false);
9596         vm_page_free_zero(m);
9597         return (true);
9598 }
9599
9600 static void
9601 pmap_pti_init(void)
9602 {
9603         vm_page_t pml4_pg;
9604         pdp_entry_t *pdpe;
9605         vm_offset_t va;
9606         int i;
9607
9608         if (!pti)
9609                 return;
9610         pti_obj = vm_pager_allocate(OBJT_PHYS, NULL, 0, VM_PROT_ALL, 0, NULL);
9611         VM_OBJECT_WLOCK(pti_obj);
9612         pml4_pg = pmap_pti_alloc_page();
9613         pti_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml4_pg));
9614         for (va = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS; va <= VM_MAX_KERNEL_ADDRESS &&
9615             va >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS && va > NBPML4; va += NBPML4) {
9616                 pdpe = pmap_pti_pdpe(va);
9617                 pmap_pti_wire_pte(pdpe);
9618         }
9619         pmap_pti_add_kva_locked((vm_offset_t)&__pcpu[0],
9620             (vm_offset_t)&__pcpu[0] + sizeof(__pcpu[0]) * MAXCPU, false);
9621         pmap_pti_add_kva_locked((vm_offset_t)gdt, (vm_offset_t)gdt +
9622             sizeof(struct user_segment_descriptor) * NGDT * MAXCPU, false);
9623         pmap_pti_add_kva_locked((vm_offset_t)idt, (vm_offset_t)idt +
9624             sizeof(struct gate_descriptor) * NIDT, false);
9625         pmap_pti_add_kva_locked((vm_offset_t)common_tss,
9626             (vm_offset_t)common_tss + sizeof(struct amd64tss) * MAXCPU, false);
9627         CPU_FOREACH(i) {
9628                 /* Doublefault stack IST 1 */
9629                 va = common_tss[i].tss_ist1;
9630                 pmap_pti_add_kva_locked(va - PAGE_SIZE, va, false);
9631                 /* NMI stack IST 2 */
9632                 va = common_tss[i].tss_ist2 + sizeof(struct nmi_pcpu);
9633                 pmap_pti_add_kva_locked(va - PAGE_SIZE, va, false);
9634                 /* MC# stack IST 3 */
9635                 va = common_tss[i].tss_ist3 + sizeof(struct nmi_pcpu);
9636                 pmap_pti_add_kva_locked(va - PAGE_SIZE, va, false);
9637                 /* DB# stack IST 4 */
9638                 va = common_tss[i].tss_ist4 + sizeof(struct nmi_pcpu);
9639                 pmap_pti_add_kva_locked(va - PAGE_SIZE, va, false);
9640         }
9641         pmap_pti_add_kva_locked((vm_offset_t)kernphys + KERNBASE,
9642             (vm_offset_t)etext, true);
9643         pti_finalized = true;
9644         VM_OBJECT_WUNLOCK(pti_obj);
9645 }
9646 SYSINIT(pmap_pti, SI_SUB_CPU + 1, SI_ORDER_ANY, pmap_pti_init, NULL);
9647
9648 static pdp_entry_t *
9649 pmap_pti_pdpe(vm_offset_t va)
9650 {
9651         pml4_entry_t *pml4e;
9652         pdp_entry_t *pdpe;
9653         vm_page_t m;
9654         vm_pindex_t pml4_idx;
9655         vm_paddr_t mphys;
9656
9657         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
9658
9659         pml4_idx = pmap_pml4e_index(va);
9660         pml4e = &pti_pml4[pml4_idx];
9661         m = NULL;
9662         if (*pml4e == 0) {
9663                 if (pti_finalized)
9664                         panic("pml4 alloc after finalization\n");
9665                 m = pmap_pti_alloc_page();
9666                 if (*pml4e != 0) {
9667                         pmap_pti_free_page(m);
9668                         mphys = *pml4e & ~PAGE_MASK;
9669                 } else {
9670                         mphys = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
9671                         *pml4e = mphys | X86_PG_RW | X86_PG_V;
9672                 }
9673         } else {
9674                 mphys = *pml4e & ~PAGE_MASK;
9675         }
9676         pdpe = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys) + pmap_pdpe_index(va);
9677         return (pdpe);
9678 }
9679
9680 static void
9681 pmap_pti_wire_pte(void *pte)
9682 {
9683         vm_page_t m;
9684
9685         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
9686         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pte));
9687         m->ref_count++;
9688 }
9689
9690 static void
9691 pmap_pti_unwire_pde(void *pde, bool only_ref)
9692 {
9693         vm_page_t m;
9694
9695         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
9696         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pde));
9697         MPASS(m->ref_count > 0);
9698         MPASS(only_ref || m->ref_count > 1);
9699         pmap_pti_free_page(m);
9700 }
9701
9702 static void
9703 pmap_pti_unwire_pte(void *pte, vm_offset_t va)
9704 {
9705         vm_page_t m;
9706         pd_entry_t *pde;
9707
9708         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
9709         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pte));
9710         MPASS(m->ref_count > 0);
9711         if (pmap_pti_free_page(m)) {
9712                 pde = pmap_pti_pde(va);
9713                 MPASS((*pde & (X86_PG_PS | X86_PG_V)) == X86_PG_V);
9714                 *pde = 0;
9715                 pmap_pti_unwire_pde(pde, false);
9716         }
9717 }
9718
9719 static pd_entry_t *
9720 pmap_pti_pde(vm_offset_t va)
9721 {
9722         pdp_entry_t *pdpe;
9723         pd_entry_t *pde;
9724         vm_page_t m;
9725         vm_pindex_t pd_idx;
9726         vm_paddr_t mphys;
9727
9728         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
9729
9730         pdpe = pmap_pti_pdpe(va);
9731         if (*pdpe == 0) {
9732                 m = pmap_pti_alloc_page();
9733                 if (*pdpe != 0) {
9734                         pmap_pti_free_page(m);
9735                         MPASS((*pdpe & X86_PG_PS) == 0);
9736                         mphys = *pdpe & ~PAGE_MASK;
9737                 } else {
9738                         mphys =  VM_PAGE_TO_PHYS(m);
9739                         *pdpe = mphys | X86_PG_RW | X86_PG_V;
9740                 }
9741         } else {
9742                 MPASS((*pdpe & X86_PG_PS) == 0);
9743                 mphys = *pdpe & ~PAGE_MASK;
9744         }
9745
9746         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys);
9747         pd_idx = pmap_pde_index(va);
9748         pde += pd_idx;
9749         return (pde);
9750 }
9751
9752 static pt_entry_t *
9753 pmap_pti_pte(vm_offset_t va, bool *unwire_pde)
9754 {
9755         pd_entry_t *pde;
9756         pt_entry_t *pte;
9757         vm_page_t m;
9758         vm_paddr_t mphys;
9759
9760         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
9761
9762         pde = pmap_pti_pde(va);
9763         if (unwire_pde != NULL) {
9764                 *unwire_pde = true;
9765                 pmap_pti_wire_pte(pde);
9766         }
9767         if (*pde == 0) {
9768                 m = pmap_pti_alloc_page();
9769                 if (*pde != 0) {
9770                         pmap_pti_free_page(m);
9771                         MPASS((*pde & X86_PG_PS) == 0);
9772                         mphys = *pde & ~(PAGE_MASK | pg_nx);
9773                 } else {
9774                         mphys = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
9775                         *pde = mphys | X86_PG_RW | X86_PG_V;
9776                         if (unwire_pde != NULL)
9777                                 *unwire_pde = false;
9778                 }
9779         } else {
9780                 MPASS((*pde & X86_PG_PS) == 0);
9781                 mphys = *pde & ~(PAGE_MASK | pg_nx);
9782         }
9783
9784         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys);
9785         pte += pmap_pte_index(va);
9786
9787         return (pte);
9788 }
9789
9790 static void
9791 pmap_pti_add_kva_locked(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, bool exec)
9792 {
9793         vm_paddr_t pa;
9794         pd_entry_t *pde;
9795         pt_entry_t *pte, ptev;
9796         bool unwire_pde;
9797
9798         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
9799
9800         sva = trunc_page(sva);
9801         MPASS(sva > VM_MAXUSER_ADDRESS);
9802         eva = round_page(eva);
9803         MPASS(sva < eva);
9804         for (; sva < eva; sva += PAGE_SIZE) {
9805                 pte = pmap_pti_pte(sva, &unwire_pde);
9806                 pa = pmap_kextract(sva);
9807                 ptev = pa | X86_PG_RW | X86_PG_V | X86_PG_A | X86_PG_G |
9808                     (exec ? 0 : pg_nx) | pmap_cache_bits(kernel_pmap,
9809                     VM_MEMATTR_DEFAULT, FALSE);
9810                 if (*pte == 0) {
9811                         pte_store(pte, ptev);
9812                         pmap_pti_wire_pte(pte);
9813                 } else {
9814                         KASSERT(!pti_finalized,
9815                             ("pti overlap after fin %#lx %#lx %#lx",
9816                             sva, *pte, ptev));
9817                         KASSERT(*pte == ptev,
9818                             ("pti non-identical pte after fin %#lx %#lx %#lx",
9819                             sva, *pte, ptev));
9820                 }
9821                 if (unwire_pde) {
9822                         pde = pmap_pti_pde(sva);
9823                         pmap_pti_unwire_pde(pde, true);
9824                 }
9825         }
9826 }
9827
9828 void
9829 pmap_pti_add_kva(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, bool exec)
9830 {
9831
9832         if (!pti)
9833                 return;
9834         VM_OBJECT_WLOCK(pti_obj);
9835         pmap_pti_add_kva_locked(sva, eva, exec);
9836         VM_OBJECT_WUNLOCK(pti_obj);
9837 }
9838
9839 void
9840 pmap_pti_remove_kva(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
9841 {
9842         pt_entry_t *pte;
9843         vm_offset_t va;
9844
9845         if (!pti)
9846                 return;
9847         sva = rounddown2(sva, PAGE_SIZE);
9848         MPASS(sva > VM_MAXUSER_ADDRESS);
9849         eva = roundup2(eva, PAGE_SIZE);
9850         MPASS(sva < eva);
9851         VM_OBJECT_WLOCK(pti_obj);
9852         for (va = sva; va < eva; va += PAGE_SIZE) {
9853                 pte = pmap_pti_pte(va, NULL);
9854                 KASSERT((*pte & X86_PG_V) != 0,
9855                     ("invalid pte va %#lx pte %#lx pt %#lx", va,
9856                     (u_long)pte, *pte));
9857                 pte_clear(pte);
9858                 pmap_pti_unwire_pte(pte, va);
9859         }
9860         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, eva);
9861         VM_OBJECT_WUNLOCK(pti_obj);
9862 }
9863
9864 static void *
9865 pkru_dup_range(void *ctx __unused, void *data)
9866 {
9867         struct pmap_pkru_range *node, *new_node;
9868
9869         new_node = uma_zalloc(pmap_pkru_ranges_zone, M_NOWAIT);
9870         if (new_node == NULL)
9871                 return (NULL);
9872         node = data;
9873         memcpy(new_node, node, sizeof(*node));
9874         return (new_node);
9875 }
9876
9877 static void
9878 pkru_free_range(void *ctx __unused, void *node)
9879 {
9880
9881         uma_zfree(pmap_pkru_ranges_zone, node);
9882 }
9883
9884 static int
9885 pmap_pkru_assign(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, u_int keyidx,
9886     int flags)
9887 {
9888         struct pmap_pkru_range *ppr;
9889         int error;
9890
9891         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
9892         MPASS(pmap->pm_type == PT_X86);
9893         MPASS((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0);
9894         if ((flags & AMD64_PKRU_EXCL) != 0 &&
9895             !rangeset_check_empty(&pmap->pm_pkru, sva, eva))
9896                 return (EBUSY);
9897         ppr = uma_zalloc(pmap_pkru_ranges_zone, M_NOWAIT);
9898         if (ppr == NULL)
9899                 return (ENOMEM);
9900         ppr->pkru_keyidx = keyidx;
9901         ppr->pkru_flags = flags & AMD64_PKRU_PERSIST;
9902         error = rangeset_insert(&pmap->pm_pkru, sva, eva, ppr);
9903         if (error != 0)
9904                 uma_zfree(pmap_pkru_ranges_zone, ppr);
9905         return (error);
9906 }
9907
9908 static int
9909 pmap_pkru_deassign(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
9910 {
9911
9912         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
9913         MPASS(pmap->pm_type == PT_X86);
9914         MPASS((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0);
9915         return (rangeset_remove(&pmap->pm_pkru, sva, eva));
9916 }
9917
9918 static void
9919 pmap_pkru_deassign_all(pmap_t pmap)
9920 {
9921
9922         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
9923         if (pmap->pm_type == PT_X86 &&
9924             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0)
9925                 rangeset_remove_all(&pmap->pm_pkru);
9926 }
9927
9928 static bool
9929 pmap_pkru_same(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
9930 {
9931         struct pmap_pkru_range *ppr, *prev_ppr;
9932         vm_offset_t va;
9933
9934         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
9935         if (pmap->pm_type != PT_X86 ||
9936             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) == 0 ||
9937             sva >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
9938                 return (true);
9939         MPASS(eva <= VM_MAXUSER_ADDRESS);
9940         for (va = sva, prev_ppr = NULL; va < eva;) {
9941                 ppr = rangeset_lookup(&pmap->pm_pkru, va);
9942                 if ((ppr == NULL) ^ (prev_ppr == NULL))
9943                         return (false);
9944                 if (ppr == NULL) {
9945                         va += PAGE_SIZE;
9946                         continue;
9947                 }
9948                 if (prev_ppr->pkru_keyidx != ppr->pkru_keyidx)
9949                         return (false);
9950                 va = ppr->pkru_rs_el.re_end;
9951         }
9952         return (true);
9953 }
9954
9955 static pt_entry_t
9956 pmap_pkru_get(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
9957 {
9958         struct pmap_pkru_range *ppr;
9959
9960         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
9961         if (pmap->pm_type != PT_X86 ||
9962             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) == 0 ||
9963             va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
9964                 return (0);
9965         ppr = rangeset_lookup(&pmap->pm_pkru, va);
9966         if (ppr != NULL)
9967                 return (X86_PG_PKU(ppr->pkru_keyidx));
9968         return (0);
9969 }
9970
9971 static bool
9972 pred_pkru_on_remove(void *ctx __unused, void *r)
9973 {
9974         struct pmap_pkru_range *ppr;
9975
9976         ppr = r;
9977         return ((ppr->pkru_flags & AMD64_PKRU_PERSIST) == 0);
9978 }
9979
9980 static void
9981 pmap_pkru_on_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
9982 {
9983
9984         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
9985         if (pmap->pm_type == PT_X86 &&
9986             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0) {
9987                 rangeset_remove_pred(&pmap->pm_pkru, sva, eva,
9988                     pred_pkru_on_remove);
9989         }
9990 }
9991
9992 static int
9993 pmap_pkru_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap)
9994 {
9995
9996         PMAP_LOCK_ASSERT(dst_pmap, MA_OWNED);
9997         PMAP_LOCK_ASSERT(src_pmap, MA_OWNED);
9998         MPASS(dst_pmap->pm_type == PT_X86);
9999         MPASS(src_pmap->pm_type == PT_X86);
10000         MPASS((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0);
10001         if (src_pmap->pm_pkru.rs_data_ctx == NULL)
10002                 return (0);
10003         return (rangeset_copy(&dst_pmap->pm_pkru, &src_pmap->pm_pkru));
10004 }
10005
10006 static void
10007 pmap_pkru_update_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
10008     u_int keyidx)
10009 {
10010         pml4_entry_t *pml4e;
10011         pdp_entry_t *pdpe;
10012         pd_entry_t newpde, ptpaddr, *pde;
10013         pt_entry_t newpte, *ptep, pte;
10014         vm_offset_t va, va_next;
10015         bool changed;
10016
10017         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
10018         MPASS(pmap->pm_type == PT_X86);
10019         MPASS(keyidx <= PMAP_MAX_PKRU_IDX);
10020
10021         for (changed = false, va = sva; va < eva; va = va_next) {
10022                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, va);
10023                 if ((*pml4e & X86_PG_V) == 0) {
10024                         va_next = (va + NBPML4) & ~PML4MASK;
10025                         if (va_next < va)
10026                                 va_next = eva;
10027                         continue;
10028                 }
10029
10030                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, va);
10031                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0) {
10032                         va_next = (va + NBPDP) & ~PDPMASK;
10033                         if (va_next < va)
10034                                 va_next = eva;
10035                         continue;
10036                 }
10037
10038                 va_next = (va + NBPDR) & ~PDRMASK;
10039                 if (va_next < va)
10040                         va_next = eva;
10041
10042                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
10043                 ptpaddr = *pde;
10044                 if (ptpaddr == 0)
10045                         continue;
10046
10047                 MPASS((ptpaddr & X86_PG_V) != 0);
10048                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
10049                         if (va + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
10050                                 newpde = (ptpaddr & ~X86_PG_PKU_MASK) |
10051                                     X86_PG_PKU(keyidx);
10052                                 if (newpde != ptpaddr) {
10053                                         *pde = newpde;
10054                                         changed = true;
10055                                 }
10056                                 continue;
10057                         } else if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, va)) {
10058                                 continue;
10059                         }
10060                 }
10061
10062                 if (va_next > eva)
10063                         va_next = eva;
10064
10065                 for (ptep = pmap_pde_to_pte(pde, va); va != va_next;
10066                     ptep++, va += PAGE_SIZE) {
10067                         pte = *ptep;
10068                         if ((pte & X86_PG_V) == 0)
10069                                 continue;
10070                         newpte = (pte & ~X86_PG_PKU_MASK) | X86_PG_PKU(keyidx);
10071                         if (newpte != pte) {
10072                                 *ptep = newpte;
10073                                 changed = true;
10074                         }
10075                 }
10076         }
10077         if (changed)
10078                 pmap_invalidate_range(pmap, sva, eva);
10079 }
10080
10081 static int
10082 pmap_pkru_check_uargs(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
10083     u_int keyidx, int flags)
10084 {
10085
10086         if (pmap->pm_type != PT_X86 || keyidx > PMAP_MAX_PKRU_IDX ||
10087             (flags & ~(AMD64_PKRU_PERSIST | AMD64_PKRU_EXCL)) != 0)
10088                 return (EINVAL);
10089         if (eva <= sva || eva > VM_MAXUSER_ADDRESS)
10090                 return (EFAULT);
10091         if ((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) == 0)
10092                 return (ENOTSUP);
10093         return (0);
10094 }
10095
10096 int
10097 pmap_pkru_set(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, u_int keyidx,
10098     int flags)
10099 {
10100         int error;
10101
10102         sva = trunc_page(sva);
10103         eva = round_page(eva);
10104         error = pmap_pkru_check_uargs(pmap, sva, eva, keyidx, flags);
10105         if (error != 0)
10106                 return (error);
10107         for (;;) {
10108                 PMAP_LOCK(pmap);
10109                 error = pmap_pkru_assign(pmap, sva, eva, keyidx, flags);
10110                 if (error == 0)
10111                         pmap_pkru_update_range(pmap, sva, eva, keyidx);
10112                 PMAP_UNLOCK(pmap);
10113                 if (error != ENOMEM)
10114                         break;
10115                 vm_wait(NULL);
10116         }
10117         return (error);
10118 }
10119
10120 int
10121 pmap_pkru_clear(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
10122 {
10123         int error;
10124
10125         sva = trunc_page(sva);
10126         eva = round_page(eva);
10127         error = pmap_pkru_check_uargs(pmap, sva, eva, 0, 0);
10128         if (error != 0)
10129                 return (error);
10130         for (;;) {
10131                 PMAP_LOCK(pmap);
10132                 error = pmap_pkru_deassign(pmap, sva, eva);
10133                 if (error == 0)
10134                         pmap_pkru_update_range(pmap, sva, eva, 0);
10135                 PMAP_UNLOCK(pmap);
10136                 if (error != ENOMEM)
10137                         break;
10138                 vm_wait(NULL);
10139         }
10140         return (error);
10141 }
10142
10143 /*
10144  * Track a range of the kernel's virtual address space that is contiguous
10145  * in various mapping attributes.
10146  */
10147 struct pmap_kernel_map_range {
10148         vm_offset_t sva;
10149         pt_entry_t attrs;
10150         int ptes;
10151         int pdes;
10152         int pdpes;
10153 };
10154
10155 static void
10156 sysctl_kmaps_dump(struct sbuf *sb, struct pmap_kernel_map_range *range,
10157     vm_offset_t eva)
10158 {
10159         const char *mode;
10160         int i, pat_idx;
10161
10162         if (eva <= range->sva)
10163                 return;
10164
10165         pat_idx = pmap_pat_index(kernel_pmap, range->attrs, true);
10166         for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
10167                 if (pat_index[i] == pat_idx)
10168                         break;
10169
10170         switch (i) {
10171         case PAT_WRITE_BACK:
10172                 mode = "WB";
10173                 break;
10174         case PAT_WRITE_THROUGH:
10175                 mode = "WT";
10176                 break;
10177         case PAT_UNCACHEABLE:
10178                 mode = "UC";
10179                 break;
10180         case PAT_UNCACHED:
10181                 mode = "U-";
10182                 break;
10183         case PAT_WRITE_PROTECTED:
10184                 mode = "WP";
10185                 break;
10186         case PAT_WRITE_COMBINING:
10187                 mode = "WC";
10188                 break;
10189         default:
10190                 printf("%s: unknown PAT mode %#x for range 0x%016lx-0x%016lx\n",
10191                     __func__, pat_idx, range->sva, eva);
10192                 mode = "??";
10193                 break;
10194         }
10195
10196         sbuf_printf(sb, "0x%016lx-0x%016lx r%c%c%c%c %s %d %d %d\n",
10197             range->sva, eva,
10198             (range->attrs & X86_PG_RW) != 0 ? 'w' : '-',
10199             (range->attrs & pg_nx) != 0 ? '-' : 'x',
10200             (range->attrs & X86_PG_U) != 0 ? 'u' : 's',
10201             (range->attrs & X86_PG_G) != 0 ? 'g' : '-',
10202             mode, range->pdpes, range->pdes, range->ptes);
10203
10204         /* Reset to sentinel value. */
10205         range->sva = KVADDR(NPML4EPG - 1, NPDPEPG - 1, NPDEPG - 1, NPTEPG - 1);
10206 }
10207
10208 /*
10209  * Determine whether the attributes specified by a page table entry match those
10210  * being tracked by the current range.  This is not quite as simple as a direct
10211  * flag comparison since some PAT modes have multiple representations.
10212  */
10213 static bool
10214 sysctl_kmaps_match(struct pmap_kernel_map_range *range, pt_entry_t attrs)
10215 {
10216         pt_entry_t diff, mask;
10217
10218         mask = X86_PG_G | X86_PG_RW | X86_PG_U | X86_PG_PDE_CACHE | pg_nx;
10219         diff = (range->attrs ^ attrs) & mask;
10220         if (diff == 0)
10221                 return (true);
10222         if ((diff & ~X86_PG_PDE_PAT) == 0 &&
10223             pmap_pat_index(kernel_pmap, range->attrs, true) ==
10224             pmap_pat_index(kernel_pmap, attrs, true))
10225                 return (true);
10226         return (false);
10227 }
10228
10229 static void
10230 sysctl_kmaps_reinit(struct pmap_kernel_map_range *range, vm_offset_t va,
10231     pt_entry_t attrs)
10232 {
10233
10234         memset(range, 0, sizeof(*range));
10235         range->sva = va;
10236         range->attrs = attrs;
10237 }
10238
10239 /*
10240  * Given a leaf PTE, derive the mapping's attributes.  If they do not match
10241  * those of the current run, dump the address range and its attributes, and
10242  * begin a new run.
10243  */
10244 static void
10245 sysctl_kmaps_check(struct sbuf *sb, struct pmap_kernel_map_range *range,
10246     vm_offset_t va, pml4_entry_t pml4e, pdp_entry_t pdpe, pd_entry_t pde,
10247     pt_entry_t pte)
10248 {
10249         pt_entry_t attrs;
10250
10251         attrs = pml4e & (X86_PG_RW | X86_PG_U | pg_nx);
10252
10253         attrs |= pdpe & pg_nx;
10254         attrs &= pg_nx | (pdpe & (X86_PG_RW | X86_PG_U));
10255         if ((pdpe & PG_PS) != 0) {
10256                 attrs |= pdpe & (X86_PG_G | X86_PG_PDE_CACHE);
10257         } else if (pde != 0) {
10258                 attrs |= pde & pg_nx;
10259                 attrs &= pg_nx | (pde & (X86_PG_RW | X86_PG_U));
10260         }
10261         if ((pde & PG_PS) != 0) {
10262                 attrs |= pde & (X86_PG_G | X86_PG_PDE_CACHE);
10263         } else if (pte != 0) {
10264                 attrs |= pte & pg_nx;
10265                 attrs &= pg_nx | (pte & (X86_PG_RW | X86_PG_U));
10266                 attrs |= pte & (X86_PG_G | X86_PG_PTE_CACHE);
10267
10268                 /* Canonicalize by always using the PDE PAT bit. */
10269                 if ((attrs & X86_PG_PTE_PAT) != 0)
10270                         attrs ^= X86_PG_PDE_PAT | X86_PG_PTE_PAT;
10271         }
10272
10273         if (range->sva > va || !sysctl_kmaps_match(range, attrs)) {
10274                 sysctl_kmaps_dump(sb, range, va);
10275                 sysctl_kmaps_reinit(range, va, attrs);
10276         }
10277 }
10278
10279 static int
10280 sysctl_kmaps(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
10281 {
10282         struct pmap_kernel_map_range range;
10283         struct sbuf sbuf, *sb;
10284         pml4_entry_t pml4e;
10285         pdp_entry_t *pdp, pdpe;
10286         pd_entry_t *pd, pde;
10287         pt_entry_t *pt, pte;
10288         vm_offset_t sva;
10289         vm_paddr_t pa;
10290         int error, i, j, k, l;
10291
10292         error = sysctl_wire_old_buffer(req, 0);
10293         if (error != 0)
10294                 return (error);
10295         sb = &sbuf;
10296         sbuf_new_for_sysctl(sb, NULL, PAGE_SIZE, req);
10297
10298         /* Sentinel value. */
10299         range.sva = KVADDR(NPML4EPG - 1, NPDPEPG - 1, NPDEPG - 1, NPTEPG - 1);
10300
10301         /*
10302          * Iterate over the kernel page tables without holding the kernel pmap
10303          * lock.  Outside of the large map, kernel page table pages are never
10304          * freed, so at worst we will observe inconsistencies in the output.
10305          * Within the large map, ensure that PDP and PD page addresses are
10306          * valid before descending.
10307          */
10308         for (sva = 0, i = pmap_pml4e_index(sva); i < NPML4EPG; i++) {
10309                 switch (i) {
10310                 case PML4PML4I:
10311                         sbuf_printf(sb, "\nRecursive map:\n");
10312                         break;
10313                 case DMPML4I:
10314                         sbuf_printf(sb, "\nDirect map:\n");
10315                         break;
10316                 case KPML4BASE:
10317                         sbuf_printf(sb, "\nKernel map:\n");
10318                         break;
10319                 case LMSPML4I:
10320                         sbuf_printf(sb, "\nLarge map:\n");
10321                         break;
10322                 }
10323
10324                 /* Convert to canonical form. */
10325                 if (sva == 1ul << 47)
10326                         sva |= -1ul << 48;
10327
10328 restart:
10329                 pml4e = kernel_pmap->pm_pml4[i];
10330                 if ((pml4e & X86_PG_V) == 0) {
10331                         sva = rounddown2(sva, NBPML4);
10332                         sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
10333                         sva += NBPML4;
10334                         continue;
10335                 }
10336                 pa = pml4e & PG_FRAME;
10337                 pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
10338
10339                 for (j = pmap_pdpe_index(sva); j < NPDPEPG; j++) {
10340                         pdpe = pdp[j];
10341                         if ((pdpe & X86_PG_V) == 0) {
10342                                 sva = rounddown2(sva, NBPDP);
10343                                 sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
10344                                 sva += NBPDP;
10345                                 continue;
10346                         }
10347                         pa = pdpe & PG_FRAME;
10348                         if (PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(sva) &&
10349                             vm_phys_paddr_to_vm_page(pa) == NULL)
10350                                 goto restart;
10351                         if ((pdpe & PG_PS) != 0) {
10352                                 sva = rounddown2(sva, NBPDP);
10353                                 sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva, pml4e, pdpe,
10354                                     0, 0);
10355                                 range.pdpes++;
10356                                 sva += NBPDP;
10357                                 continue;
10358                         }
10359                         pd = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
10360
10361                         for (k = pmap_pde_index(sva); k < NPDEPG; k++) {
10362                                 pde = pd[k];
10363                                 if ((pde & X86_PG_V) == 0) {
10364                                         sva = rounddown2(sva, NBPDR);
10365                                         sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
10366                                         sva += NBPDR;
10367                                         continue;
10368                                 }
10369                                 pa = pde & PG_FRAME;
10370                                 if (PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(sva) &&
10371                                     vm_phys_paddr_to_vm_page(pa) == NULL)
10372                                         goto restart;
10373                                 if ((pde & PG_PS) != 0) {
10374                                         sva = rounddown2(sva, NBPDR);
10375                                         sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva,
10376                                             pml4e, pdpe, pde, 0);
10377                                         range.pdes++;
10378                                         sva += NBPDR;
10379                                         continue;
10380                                 }
10381                                 pt = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
10382
10383                                 for (l = pmap_pte_index(sva); l < NPTEPG; l++,
10384                                     sva += PAGE_SIZE) {
10385                                         pte = pt[l];
10386                                         if ((pte & X86_PG_V) == 0) {
10387                                                 sysctl_kmaps_dump(sb, &range,
10388                                                     sva);
10389                                                 continue;
10390                                         }
10391                                         sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva,
10392                                             pml4e, pdpe, pde, pte);
10393                                         range.ptes++;
10394                                 }
10395                         }
10396                 }
10397         }
10398
10399         error = sbuf_finish(sb);
10400         sbuf_delete(sb);
10401         return (error);
10402 }
10403 SYSCTL_OID(_vm_pmap, OID_AUTO, kernel_maps,
10404     CTLTYPE_STRING | CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE,
10405     NULL, 0, sysctl_kmaps, "A",
10406     "Dump kernel address layout");
10407
10408 #ifdef DDB
10409 DB_SHOW_COMMAND(pte, pmap_print_pte)
10410 {
10411         pmap_t pmap;
10412         pml4_entry_t *pml4;
10413         pdp_entry_t *pdp;
10414         pd_entry_t *pde;
10415         pt_entry_t *pte, PG_V;
10416         vm_offset_t va;
10417
10418         if (!have_addr) {
10419                 db_printf("show pte addr\n");
10420                 return;
10421         }
10422         va = (vm_offset_t)addr;
10423
10424         if (kdb_thread != NULL)
10425                 pmap = vmspace_pmap(kdb_thread->td_proc->p_vmspace);
10426         else
10427                 pmap = PCPU_GET(curpmap);
10428
10429         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
10430         pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
10431         db_printf("VA 0x%016lx pml4e 0x%016lx", va, *pml4);
10432         if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
10433                 db_printf("\n");
10434                 return;
10435         }
10436         pdp = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4, va);
10437         db_printf(" pdpe 0x%016lx", *pdp);
10438         if ((*pdp & PG_V) == 0 || (*pdp & PG_PS) != 0) {
10439                 db_printf("\n");
10440                 return;
10441         }
10442         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdp, va);
10443         db_printf(" pde 0x%016lx", *pde);
10444         if ((*pde & PG_V) == 0 || (*pde & PG_PS) != 0) {
10445                 db_printf("\n");
10446                 return;
10447         }
10448         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
10449         db_printf(" pte 0x%016lx\n", *pte);
10450 }
10451
10452 DB_SHOW_COMMAND(phys2dmap, pmap_phys2dmap)
10453 {
10454         vm_paddr_t a;
10455
10456         if (have_addr) {
10457                 a = (vm_paddr_t)addr;
10458                 db_printf("0x%jx\n", (uintmax_t)PHYS_TO_DMAP(a));
10459         } else {
10460                 db_printf("show phys2dmap addr\n");
10461         }
10462 }
10463 #endif