]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/amd64/amd64/pmap.c
zfs: merge openzfs/zfs@af88d47f1 (zfs-2.1-release) into stable/13
[FreeBSD/FreeBSD.git] / sys / amd64 / amd64 / pmap.c
1 /*-
2  * SPDX-License-Identifier: BSD-4-Clause
3  *
4  * Copyright (c) 1991 Regents of the University of California.
5  * All rights reserved.
6  * Copyright (c) 1994 John S. Dyson
7  * All rights reserved.
8  * Copyright (c) 1994 David Greenman
9  * All rights reserved.
10  * Copyright (c) 2003 Peter Wemm
11  * All rights reserved.
12  * Copyright (c) 2005-2010 Alan L. Cox <alc@cs.rice.edu>
13  * All rights reserved.
14  *
15  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
16  * the Systems Programming Group of the University of Utah Computer
17  * Science Department and William Jolitz of UUNET Technologies Inc.
18  *
19  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
20  * modification, are permitted provided that the following conditions
21  * are met:
22  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
23  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
24  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
25  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
26  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
27  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
28  *    must display the following acknowledgement:
29  *      This product includes software developed by the University of
30  *      California, Berkeley and its contributors.
31  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
32  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
33  *    without specific prior written permission.
34  *
35  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
36  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
37  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
38  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
39  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
40  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
41  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
42  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
43  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
44  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
45  * SUCH DAMAGE.
46  *
47  *      from:   @(#)pmap.c      7.7 (Berkeley)  5/12/91
48  */
49 /*-
50  * Copyright (c) 2003 Networks Associates Technology, Inc.
51  * Copyright (c) 2014-2020 The FreeBSD Foundation
52  * All rights reserved.
53  *
54  * This software was developed for the FreeBSD Project by Jake Burkholder,
55  * Safeport Network Services, and Network Associates Laboratories, the
56  * Security Research Division of Network Associates, Inc. under
57  * DARPA/SPAWAR contract N66001-01-C-8035 ("CBOSS"), as part of the DARPA
58  * CHATS research program.
59  *
60  * Portions of this software were developed by
61  * Konstantin Belousov <kib@FreeBSD.org> under sponsorship from
62  * the FreeBSD Foundation.
63  *
64  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
65  * modification, are permitted provided that the following conditions
66  * are met:
67  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
68  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
69  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
70  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
71  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
72  *
73  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
74  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
75  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
76  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
77  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
78  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
79  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
80  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
81  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
82  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
83  * SUCH DAMAGE.
84  */
85
86 #define AMD64_NPT_AWARE
87
88 #include <sys/cdefs.h>
89 __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/asan.h>
116 #include <sys/bitstring.h>
117 #include <sys/bus.h>
118 #include <sys/systm.h>
119 #include <sys/counter.h>
120 #include <sys/kernel.h>
121 #include <sys/ktr.h>
122 #include <sys/lock.h>
123 #include <sys/malloc.h>
124 #include <sys/mman.h>
125 #include <sys/mutex.h>
126 #include <sys/proc.h>
127 #include <sys/rangeset.h>
128 #include <sys/rwlock.h>
129 #include <sys/sbuf.h>
130 #include <sys/smr.h>
131 #include <sys/sx.h>
132 #include <sys/turnstile.h>
133 #include <sys/vmem.h>
134 #include <sys/vmmeter.h>
135 #include <sys/sched.h>
136 #include <sys/sysctl.h>
137 #include <sys/smp.h>
138 #ifdef DDB
139 #include <sys/kdb.h>
140 #include <ddb/ddb.h>
141 #endif
142
143 #include <vm/vm.h>
144 #include <vm/vm_param.h>
145 #include <vm/vm_kern.h>
146 #include <vm/vm_page.h>
147 #include <vm/vm_map.h>
148 #include <vm/vm_object.h>
149 #include <vm/vm_extern.h>
150 #include <vm/vm_pageout.h>
151 #include <vm/vm_pager.h>
152 #include <vm/vm_phys.h>
153 #include <vm/vm_radix.h>
154 #include <vm/vm_reserv.h>
155 #include <vm/vm_dumpset.h>
156 #include <vm/uma.h>
157
158 #include <machine/asan.h>
159 #include <machine/intr_machdep.h>
160 #include <x86/apicvar.h>
161 #include <x86/ifunc.h>
162 #include <machine/cpu.h>
163 #include <machine/cputypes.h>
164 #include <machine/intr_machdep.h>
165 #include <machine/md_var.h>
166 #include <machine/pcb.h>
167 #include <machine/specialreg.h>
168 #ifdef SMP
169 #include <machine/smp.h>
170 #endif
171 #include <machine/sysarch.h>
172 #include <machine/tss.h>
173
174 #ifdef NUMA
175 #define PMAP_MEMDOM     MAXMEMDOM
176 #else
177 #define PMAP_MEMDOM     1
178 #endif
179
180 static __inline boolean_t
181 pmap_type_guest(pmap_t pmap)
182 {
183
184         return ((pmap->pm_type == PT_EPT) || (pmap->pm_type == PT_RVI));
185 }
186
187 static __inline boolean_t
188 pmap_emulate_ad_bits(pmap_t pmap)
189 {
190
191         return ((pmap->pm_flags & PMAP_EMULATE_AD_BITS) != 0);
192 }
193
194 static __inline pt_entry_t
195 pmap_valid_bit(pmap_t pmap)
196 {
197         pt_entry_t mask;
198
199         switch (pmap->pm_type) {
200         case PT_X86:
201         case PT_RVI:
202                 mask = X86_PG_V;
203                 break;
204         case PT_EPT:
205                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
206                         mask = EPT_PG_EMUL_V;
207                 else
208                         mask = EPT_PG_READ;
209                 break;
210         default:
211                 panic("pmap_valid_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
212         }
213
214         return (mask);
215 }
216
217 static __inline pt_entry_t
218 pmap_rw_bit(pmap_t pmap)
219 {
220         pt_entry_t mask;
221
222         switch (pmap->pm_type) {
223         case PT_X86:
224         case PT_RVI:
225                 mask = X86_PG_RW;
226                 break;
227         case PT_EPT:
228                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
229                         mask = EPT_PG_EMUL_RW;
230                 else
231                         mask = EPT_PG_WRITE;
232                 break;
233         default:
234                 panic("pmap_rw_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
235         }
236
237         return (mask);
238 }
239
240 static pt_entry_t pg_g;
241
242 static __inline pt_entry_t
243 pmap_global_bit(pmap_t pmap)
244 {
245         pt_entry_t mask;
246
247         switch (pmap->pm_type) {
248         case PT_X86:
249                 mask = pg_g;
250                 break;
251         case PT_RVI:
252         case PT_EPT:
253                 mask = 0;
254                 break;
255         default:
256                 panic("pmap_global_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
257         }
258
259         return (mask);
260 }
261
262 static __inline pt_entry_t
263 pmap_accessed_bit(pmap_t pmap)
264 {
265         pt_entry_t mask;
266
267         switch (pmap->pm_type) {
268         case PT_X86:
269         case PT_RVI:
270                 mask = X86_PG_A;
271                 break;
272         case PT_EPT:
273                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
274                         mask = EPT_PG_READ;
275                 else
276                         mask = EPT_PG_A;
277                 break;
278         default:
279                 panic("pmap_accessed_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
280         }
281
282         return (mask);
283 }
284
285 static __inline pt_entry_t
286 pmap_modified_bit(pmap_t pmap)
287 {
288         pt_entry_t mask;
289
290         switch (pmap->pm_type) {
291         case PT_X86:
292         case PT_RVI:
293                 mask = X86_PG_M;
294                 break;
295         case PT_EPT:
296                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
297                         mask = EPT_PG_WRITE;
298                 else
299                         mask = EPT_PG_M;
300                 break;
301         default:
302                 panic("pmap_modified_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
303         }
304
305         return (mask);
306 }
307
308 static __inline pt_entry_t
309 pmap_pku_mask_bit(pmap_t pmap)
310 {
311
312         return (pmap->pm_type == PT_X86 ? X86_PG_PKU_MASK : 0);
313 }
314
315 #if !defined(DIAGNOSTIC)
316 #ifdef __GNUC_GNU_INLINE__
317 #define PMAP_INLINE     __attribute__((__gnu_inline__)) inline
318 #else
319 #define PMAP_INLINE     extern inline
320 #endif
321 #else
322 #define PMAP_INLINE
323 #endif
324
325 #ifdef PV_STATS
326 #define PV_STAT(x)      do { x ; } while (0)
327 #else
328 #define PV_STAT(x)      do { } while (0)
329 #endif
330
331 #undef pa_index
332 #ifdef NUMA
333 #define pa_index(pa)    ({                                      \
334         KASSERT((pa) <= vm_phys_segs[vm_phys_nsegs - 1].end,    \
335             ("address %lx beyond the last segment", (pa)));     \
336         (pa) >> PDRSHIFT;                                       \
337 })
338 #define pa_to_pmdp(pa)  (&pv_table[pa_index(pa)])
339 #define pa_to_pvh(pa)   (&(pa_to_pmdp(pa)->pv_page))
340 #define PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa)        ({                      \
341         struct rwlock *_lock;                                   \
342         if (__predict_false((pa) > pmap_last_pa))               \
343                 _lock = &pv_dummy_large.pv_lock;                \
344         else                                                    \
345                 _lock = &(pa_to_pmdp(pa)->pv_lock);             \
346         _lock;                                                  \
347 })
348 #else
349 #define pa_index(pa)    ((pa) >> PDRSHIFT)
350 #define pa_to_pvh(pa)   (&pv_table[pa_index(pa)])
351
352 #define NPV_LIST_LOCKS  MAXCPU
353
354 #define PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa)        \
355                         (&pv_list_locks[pa_index(pa) % NPV_LIST_LOCKS])
356 #endif
357
358 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa)  do {    \
359         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
360         struct rwlock *_new_lock;                       \
361                                                         \
362         _new_lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);           \
363         if (_new_lock != *_lockp) {                     \
364                 if (*_lockp != NULL)                    \
365                         rw_wunlock(*_lockp);            \
366                 *_lockp = _new_lock;                    \
367                 rw_wlock(*_lockp);                      \
368         }                                               \
369 } while (0)
370
371 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m)        \
372                         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, VM_PAGE_TO_PHYS(m))
373
374 #define RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp)             do {    \
375         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
376                                                         \
377         if (*_lockp != NULL) {                          \
378                 rw_wunlock(*_lockp);                    \
379                 *_lockp = NULL;                         \
380         }                                               \
381 } while (0)
382
383 #define VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m)      \
384                         PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(VM_PAGE_TO_PHYS(m))
385
386 struct pmap kernel_pmap_store;
387
388 vm_offset_t virtual_avail;      /* VA of first avail page (after kernel bss) */
389 vm_offset_t virtual_end;        /* VA of last avail page (end of kernel AS) */
390
391 int nkpt;
392 SYSCTL_INT(_machdep, OID_AUTO, nkpt, CTLFLAG_RD, &nkpt, 0,
393     "Number of kernel page table pages allocated on bootup");
394
395 static int ndmpdp;
396 vm_paddr_t dmaplimit;
397 vm_offset_t kernel_vm_end = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
398 pt_entry_t pg_nx;
399
400 static SYSCTL_NODE(_vm, OID_AUTO, pmap, CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
401     "VM/pmap parameters");
402
403 static int pg_ps_enabled = 1;
404 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pg_ps_enabled, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
405     &pg_ps_enabled, 0, "Are large page mappings enabled?");
406
407 int __read_frequently la57 = 0;
408 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, la57, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
409     &la57, 0,
410     "5-level paging for host is enabled");
411
412 static bool
413 pmap_is_la57(pmap_t pmap)
414 {
415         if (pmap->pm_type == PT_X86)
416                 return (la57);
417         return (false);         /* XXXKIB handle EPT */
418 }
419
420 #define PAT_INDEX_SIZE  8
421 static int pat_index[PAT_INDEX_SIZE];   /* cache mode to PAT index conversion */
422
423 static u_int64_t        KPTphys;        /* phys addr of kernel level 1 */
424 static u_int64_t        KPDphys;        /* phys addr of kernel level 2 */
425 static u_int64_t        KPDPphys;       /* phys addr of kernel level 3 */
426 u_int64_t               KPML4phys;      /* phys addr of kernel level 4 */
427 u_int64_t               KPML5phys;      /* phys addr of kernel level 5,
428                                            if supported */
429
430 #ifdef KASAN
431 static uint64_t         KASANPDPphys;
432 #endif
433
434 static pml4_entry_t     *kernel_pml4;
435 static u_int64_t        DMPDphys;       /* phys addr of direct mapped level 2 */
436 static u_int64_t        DMPDPphys;      /* phys addr of direct mapped level 3 */
437 static int              ndmpdpphys;     /* number of DMPDPphys pages */
438
439 vm_paddr_t              kernphys;       /* phys addr of start of bootstrap data */
440 vm_paddr_t              KERNend;        /* and the end */
441
442 /*
443  * pmap_mapdev support pre initialization (i.e. console)
444  */
445 #define PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT      8
446 static struct pmap_preinit_mapping {
447         vm_paddr_t      pa;
448         vm_offset_t     va;
449         vm_size_t       sz;
450         int             mode;
451 } pmap_preinit_mapping[PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT];
452 static int pmap_initialized;
453
454 /*
455  * Data for the pv entry allocation mechanism.
456  * Updates to pv_invl_gen are protected by the pv list lock but reads are not.
457  */
458 #ifdef NUMA
459 static __inline int
460 pc_to_domain(struct pv_chunk *pc)
461 {
462
463         return (vm_phys_domain(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc)));
464 }
465 #else
466 static __inline int
467 pc_to_domain(struct pv_chunk *pc __unused)
468 {
469
470         return (0);
471 }
472 #endif
473
474 struct pv_chunks_list {
475         struct mtx pvc_lock;
476         TAILQ_HEAD(pch, pv_chunk) pvc_list;
477         int active_reclaims;
478 } __aligned(CACHE_LINE_SIZE);
479
480 struct pv_chunks_list __exclusive_cache_line pv_chunks[PMAP_MEMDOM];
481
482 #ifdef  NUMA
483 struct pmap_large_md_page {
484         struct rwlock   pv_lock;
485         struct md_page  pv_page;
486         u_long pv_invl_gen;
487 };
488 __exclusive_cache_line static struct pmap_large_md_page pv_dummy_large;
489 #define pv_dummy pv_dummy_large.pv_page
490 __read_mostly static struct pmap_large_md_page *pv_table;
491 __read_mostly vm_paddr_t pmap_last_pa;
492 #else
493 static struct rwlock __exclusive_cache_line pv_list_locks[NPV_LIST_LOCKS];
494 static u_long pv_invl_gen[NPV_LIST_LOCKS];
495 static struct md_page *pv_table;
496 static struct md_page pv_dummy;
497 #endif
498
499 /*
500  * All those kernel PT submaps that BSD is so fond of
501  */
502 pt_entry_t *CMAP1 = NULL;
503 caddr_t CADDR1 = 0;
504 static vm_offset_t qframe = 0;
505 static struct mtx qframe_mtx;
506
507 static int pmap_flags = PMAP_PDE_SUPERPAGE;     /* flags for x86 pmaps */
508
509 static vmem_t *large_vmem;
510 static u_int lm_ents;
511 #define PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(va)    ((va) >= LARGEMAP_MIN_ADDRESS && \
512         (va) < LARGEMAP_MIN_ADDRESS + NBPML4 * (u_long)lm_ents)
513
514 int pmap_pcid_enabled = 1;
515 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pcid_enabled, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
516     &pmap_pcid_enabled, 0, "Is TLB Context ID enabled ?");
517 int invpcid_works = 0;
518 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, invpcid_works, CTLFLAG_RD, &invpcid_works, 0,
519     "Is the invpcid instruction available ?");
520
521 int __read_frequently pti = 0;
522 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pti, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
523     &pti, 0,
524     "Page Table Isolation enabled");
525 static vm_object_t pti_obj;
526 static pml4_entry_t *pti_pml4;
527 static vm_pindex_t pti_pg_idx;
528 static bool pti_finalized;
529
530 struct pmap_pkru_range {
531         struct rs_el    pkru_rs_el;
532         u_int           pkru_keyidx;
533         int             pkru_flags;
534 };
535
536 static uma_zone_t pmap_pkru_ranges_zone;
537 static bool pmap_pkru_same(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva);
538 static pt_entry_t pmap_pkru_get(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
539 static void pmap_pkru_on_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva);
540 static void *pkru_dup_range(void *ctx, void *data);
541 static void pkru_free_range(void *ctx, void *node);
542 static int pmap_pkru_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap);
543 static int pmap_pkru_deassign(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva);
544 static void pmap_pkru_deassign_all(pmap_t pmap);
545
546 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(pcid_save_cnt);
547 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_pmap, OID_AUTO, pcid_save_cnt, CTLFLAG_RD,
548     &pcid_save_cnt, "Count of saved TLB context on switch");
549
550 static LIST_HEAD(, pmap_invl_gen) pmap_invl_gen_tracker =
551     LIST_HEAD_INITIALIZER(&pmap_invl_gen_tracker);
552 static struct mtx invl_gen_mtx;
553 /* Fake lock object to satisfy turnstiles interface. */
554 static struct lock_object invl_gen_ts = {
555         .lo_name = "invlts",
556 };
557 static struct pmap_invl_gen pmap_invl_gen_head = {
558         .gen = 1,
559         .next = NULL,
560 };
561 static u_long pmap_invl_gen = 1;
562 static int pmap_invl_waiters;
563 static struct callout pmap_invl_callout;
564 static bool pmap_invl_callout_inited;
565
566 #define PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI() \
567     KASSERT(pmap_not_in_di(), ("DI already started"))
568
569 static bool
570 pmap_di_locked(void)
571 {
572         int tun;
573
574         if ((cpu_feature2 & CPUID2_CX16) == 0)
575                 return (true);
576         tun = 0;
577         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.di_locked", &tun);
578         return (tun != 0);
579 }
580
581 static int
582 sysctl_pmap_di_locked(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
583 {
584         int locked;
585
586         locked = pmap_di_locked();
587         return (sysctl_handle_int(oidp, &locked, 0, req));
588 }
589 SYSCTL_PROC(_vm_pmap, OID_AUTO, di_locked, CTLTYPE_INT | CTLFLAG_RDTUN |
590     CTLFLAG_MPSAFE, 0, 0, sysctl_pmap_di_locked, "",
591     "Locked delayed invalidation");
592
593 static bool pmap_not_in_di_l(void);
594 static bool pmap_not_in_di_u(void);
595 DEFINE_IFUNC(, bool, pmap_not_in_di, (void))
596 {
597
598         return (pmap_di_locked() ? pmap_not_in_di_l : pmap_not_in_di_u);
599 }
600
601 static bool
602 pmap_not_in_di_l(void)
603 {
604         struct pmap_invl_gen *invl_gen;
605
606         invl_gen = &curthread->td_md.md_invl_gen;
607         return (invl_gen->gen == 0);
608 }
609
610 static void
611 pmap_thread_init_invl_gen_l(struct thread *td)
612 {
613         struct pmap_invl_gen *invl_gen;
614
615         invl_gen = &td->td_md.md_invl_gen;
616         invl_gen->gen = 0;
617 }
618
619 static void
620 pmap_delayed_invl_wait_block(u_long *m_gen, u_long *invl_gen)
621 {
622         struct turnstile *ts;
623
624         ts = turnstile_trywait(&invl_gen_ts);
625         if (*m_gen > atomic_load_long(invl_gen))
626                 turnstile_wait(ts, NULL, TS_SHARED_QUEUE);
627         else
628                 turnstile_cancel(ts);
629 }
630
631 static void
632 pmap_delayed_invl_finish_unblock(u_long new_gen)
633 {
634         struct turnstile *ts;
635
636         turnstile_chain_lock(&invl_gen_ts);
637         ts = turnstile_lookup(&invl_gen_ts);
638         if (new_gen != 0)
639                 pmap_invl_gen = new_gen;
640         if (ts != NULL) {
641                 turnstile_broadcast(ts, TS_SHARED_QUEUE);
642                 turnstile_unpend(ts);
643         }
644         turnstile_chain_unlock(&invl_gen_ts);
645 }
646
647 /*
648  * Start a new Delayed Invalidation (DI) block of code, executed by
649  * the current thread.  Within a DI block, the current thread may
650  * destroy both the page table and PV list entries for a mapping and
651  * then release the corresponding PV list lock before ensuring that
652  * the mapping is flushed from the TLBs of any processors with the
653  * pmap active.
654  */
655 static void
656 pmap_delayed_invl_start_l(void)
657 {
658         struct pmap_invl_gen *invl_gen;
659         u_long currgen;
660
661         invl_gen = &curthread->td_md.md_invl_gen;
662         PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI();
663         mtx_lock(&invl_gen_mtx);
664         if (LIST_EMPTY(&pmap_invl_gen_tracker))
665                 currgen = pmap_invl_gen;
666         else
667                 currgen = LIST_FIRST(&pmap_invl_gen_tracker)->gen;
668         invl_gen->gen = currgen + 1;
669         LIST_INSERT_HEAD(&pmap_invl_gen_tracker, invl_gen, link);
670         mtx_unlock(&invl_gen_mtx);
671 }
672
673 /*
674  * Finish the DI block, previously started by the current thread.  All
675  * required TLB flushes for the pages marked by
676  * pmap_delayed_invl_page() must be finished before this function is
677  * called.
678  *
679  * This function works by bumping the global DI generation number to
680  * the generation number of the current thread's DI, unless there is a
681  * pending DI that started earlier.  In the latter case, bumping the
682  * global DI generation number would incorrectly signal that the
683  * earlier DI had finished.  Instead, this function bumps the earlier
684  * DI's generation number to match the generation number of the
685  * current thread's DI.
686  */
687 static void
688 pmap_delayed_invl_finish_l(void)
689 {
690         struct pmap_invl_gen *invl_gen, *next;
691
692         invl_gen = &curthread->td_md.md_invl_gen;
693         KASSERT(invl_gen->gen != 0, ("missed invl_start"));
694         mtx_lock(&invl_gen_mtx);
695         next = LIST_NEXT(invl_gen, link);
696         if (next == NULL)
697                 pmap_delayed_invl_finish_unblock(invl_gen->gen);
698         else
699                 next->gen = invl_gen->gen;
700         LIST_REMOVE(invl_gen, link);
701         mtx_unlock(&invl_gen_mtx);
702         invl_gen->gen = 0;
703 }
704
705 static bool
706 pmap_not_in_di_u(void)
707 {
708         struct pmap_invl_gen *invl_gen;
709
710         invl_gen = &curthread->td_md.md_invl_gen;
711         return (((uintptr_t)invl_gen->next & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) != 0);
712 }
713
714 static void
715 pmap_thread_init_invl_gen_u(struct thread *td)
716 {
717         struct pmap_invl_gen *invl_gen;
718
719         invl_gen = &td->td_md.md_invl_gen;
720         invl_gen->gen = 0;
721         invl_gen->next = (void *)PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID;
722 }
723
724 static bool
725 pmap_di_load_invl(struct pmap_invl_gen *ptr, struct pmap_invl_gen *out)
726 {
727         uint64_t new_high, new_low, old_high, old_low;
728         char res;
729
730         old_low = new_low = 0;
731         old_high = new_high = (uintptr_t)0;
732
733         __asm volatile("lock;cmpxchg16b\t%1"
734             : "=@cce" (res), "+m" (*ptr), "+a" (old_low), "+d" (old_high)
735             : "b"(new_low), "c" (new_high)
736             : "memory", "cc");
737         if (res == 0) {
738                 if ((old_high & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) != 0)
739                         return (false);
740                 out->gen = old_low;
741                 out->next = (void *)old_high;
742         } else {
743                 out->gen = new_low;
744                 out->next = (void *)new_high;
745         }
746         return (true);
747 }
748
749 static bool
750 pmap_di_store_invl(struct pmap_invl_gen *ptr, struct pmap_invl_gen *old_val,
751     struct pmap_invl_gen *new_val)
752 {
753         uint64_t new_high, new_low, old_high, old_low;
754         char res;
755
756         new_low = new_val->gen;
757         new_high = (uintptr_t)new_val->next;
758         old_low = old_val->gen;
759         old_high = (uintptr_t)old_val->next;
760
761         __asm volatile("lock;cmpxchg16b\t%1"
762             : "=@cce" (res), "+m" (*ptr), "+a" (old_low), "+d" (old_high)
763             : "b"(new_low), "c" (new_high)
764             : "memory", "cc");
765         return (res);
766 }
767
768 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(pv_page_count);
769 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_page_count, CTLFLAG_RD,
770     &pv_page_count, "Current number of allocated pv pages");
771
772 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(user_pt_page_count);
773 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_pmap, OID_AUTO, user_pt_page_count, CTLFLAG_RD,
774     &user_pt_page_count,
775     "Current number of allocated page table pages for userspace");
776
777 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(kernel_pt_page_count);
778 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_pmap, OID_AUTO, kernel_pt_page_count, CTLFLAG_RD,
779     &kernel_pt_page_count,
780     "Current number of allocated page table pages for the kernel");
781
782 #ifdef PV_STATS
783
784 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(invl_start_restart);
785 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_pmap, OID_AUTO, invl_start_restart,
786     CTLFLAG_RD, &invl_start_restart,
787     "Number of delayed TLB invalidation request restarts");
788
789 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(invl_finish_restart);
790 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_pmap, OID_AUTO, invl_finish_restart, CTLFLAG_RD,
791     &invl_finish_restart,
792     "Number of delayed TLB invalidation completion restarts");
793
794 static int invl_max_qlen;
795 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, invl_max_qlen, CTLFLAG_RD,
796     &invl_max_qlen, 0,
797     "Maximum delayed TLB invalidation request queue length");
798 #endif
799
800 #define di_delay        locks_delay
801
802 static void
803 pmap_delayed_invl_start_u(void)
804 {
805         struct pmap_invl_gen *invl_gen, *p, prev, new_prev;
806         struct thread *td;
807         struct lock_delay_arg lda;
808         uintptr_t prevl;
809         u_char pri;
810 #ifdef PV_STATS
811         int i, ii;
812 #endif
813
814         td = curthread;
815         invl_gen = &td->td_md.md_invl_gen;
816         PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI();
817         lock_delay_arg_init(&lda, &di_delay);
818         invl_gen->saved_pri = 0;
819         pri = td->td_base_pri;
820         if (pri > PVM) {
821                 thread_lock(td);
822                 pri = td->td_base_pri;
823                 if (pri > PVM) {
824                         invl_gen->saved_pri = pri;
825                         sched_prio(td, PVM);
826                 }
827                 thread_unlock(td);
828         }
829 again:
830         PV_STAT(i = 0);
831         for (p = &pmap_invl_gen_head;; p = prev.next) {
832                 PV_STAT(i++);
833                 prevl = (uintptr_t)atomic_load_ptr(&p->next);
834                 if ((prevl & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) != 0) {
835                         PV_STAT(counter_u64_add(invl_start_restart, 1));
836                         lock_delay(&lda);
837                         goto again;
838                 }
839                 if (prevl == 0)
840                         break;
841                 prev.next = (void *)prevl;
842         }
843 #ifdef PV_STATS
844         if ((ii = invl_max_qlen) < i)
845                 atomic_cmpset_int(&invl_max_qlen, ii, i);
846 #endif
847
848         if (!pmap_di_load_invl(p, &prev) || prev.next != NULL) {
849                 PV_STAT(counter_u64_add(invl_start_restart, 1));
850                 lock_delay(&lda);
851                 goto again;
852         }
853
854         new_prev.gen = prev.gen;
855         new_prev.next = invl_gen;
856         invl_gen->gen = prev.gen + 1;
857
858         /* Formal fence between store to invl->gen and updating *p. */
859         atomic_thread_fence_rel();
860
861         /*
862          * After inserting an invl_gen element with invalid bit set,
863          * this thread blocks any other thread trying to enter the
864          * delayed invalidation block.  Do not allow to remove us from
865          * the CPU, because it causes starvation for other threads.
866          */
867         critical_enter();
868
869         /*
870          * ABA for *p is not possible there, since p->gen can only
871          * increase.  So if the *p thread finished its di, then
872          * started a new one and got inserted into the list at the
873          * same place, its gen will appear greater than the previously
874          * read gen.
875          */
876         if (!pmap_di_store_invl(p, &prev, &new_prev)) {
877                 critical_exit();
878                 PV_STAT(counter_u64_add(invl_start_restart, 1));
879                 lock_delay(&lda);
880                 goto again;
881         }
882
883         /*
884          * There we clear PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID in
885          * invl_gen->next, allowing other threads to iterate past us.
886          * pmap_di_store_invl() provides fence between the generation
887          * write and the update of next.
888          */
889         invl_gen->next = NULL;
890         critical_exit();
891 }
892
893 static bool
894 pmap_delayed_invl_finish_u_crit(struct pmap_invl_gen *invl_gen,
895     struct pmap_invl_gen *p)
896 {
897         struct pmap_invl_gen prev, new_prev;
898         u_long mygen;
899
900         /*
901          * Load invl_gen->gen after setting invl_gen->next
902          * PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID.  This prevents larger
903          * generations to propagate to our invl_gen->gen.  Lock prefix
904          * in atomic_set_ptr() worked as seq_cst fence.
905          */
906         mygen = atomic_load_long(&invl_gen->gen);
907
908         if (!pmap_di_load_invl(p, &prev) || prev.next != invl_gen)
909                 return (false);
910
911         KASSERT(prev.gen < mygen,
912             ("invalid di gen sequence %lu %lu", prev.gen, mygen));
913         new_prev.gen = mygen;
914         new_prev.next = (void *)((uintptr_t)invl_gen->next &
915             ~PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID);
916
917         /* Formal fence between load of prev and storing update to it. */
918         atomic_thread_fence_rel();
919
920         return (pmap_di_store_invl(p, &prev, &new_prev));
921 }
922
923 static void
924 pmap_delayed_invl_finish_u(void)
925 {
926         struct pmap_invl_gen *invl_gen, *p;
927         struct thread *td;
928         struct lock_delay_arg lda;
929         uintptr_t prevl;
930
931         td = curthread;
932         invl_gen = &td->td_md.md_invl_gen;
933         KASSERT(invl_gen->gen != 0, ("missed invl_start: gen 0"));
934         KASSERT(((uintptr_t)invl_gen->next & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) == 0,
935             ("missed invl_start: INVALID"));
936         lock_delay_arg_init(&lda, &di_delay);
937
938 again:
939         for (p = &pmap_invl_gen_head; p != NULL; p = (void *)prevl) {
940                 prevl = (uintptr_t)atomic_load_ptr(&p->next);
941                 if ((prevl & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) != 0) {
942                         PV_STAT(counter_u64_add(invl_finish_restart, 1));
943                         lock_delay(&lda);
944                         goto again;
945                 }
946                 if ((void *)prevl == invl_gen)
947                         break;
948         }
949
950         /*
951          * It is legitimate to not find ourself on the list if a
952          * thread before us finished its DI and started it again.
953          */
954         if (__predict_false(p == NULL)) {
955                 PV_STAT(counter_u64_add(invl_finish_restart, 1));
956                 lock_delay(&lda);
957                 goto again;
958         }
959
960         critical_enter();
961         atomic_set_ptr((uintptr_t *)&invl_gen->next,
962             PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID);
963         if (!pmap_delayed_invl_finish_u_crit(invl_gen, p)) {
964                 atomic_clear_ptr((uintptr_t *)&invl_gen->next,
965                     PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID);
966                 critical_exit();
967                 PV_STAT(counter_u64_add(invl_finish_restart, 1));
968                 lock_delay(&lda);
969                 goto again;
970         }
971         critical_exit();
972         if (atomic_load_int(&pmap_invl_waiters) > 0)
973                 pmap_delayed_invl_finish_unblock(0);
974         if (invl_gen->saved_pri != 0) {
975                 thread_lock(td);
976                 sched_prio(td, invl_gen->saved_pri);
977                 thread_unlock(td);
978         }
979 }
980
981 #ifdef DDB
982 DB_SHOW_COMMAND(di_queue, pmap_di_queue)
983 {
984         struct pmap_invl_gen *p, *pn;
985         struct thread *td;
986         uintptr_t nextl;
987         bool first;
988
989         for (p = &pmap_invl_gen_head, first = true; p != NULL; p = pn,
990             first = false) {
991                 nextl = (uintptr_t)atomic_load_ptr(&p->next);
992                 pn = (void *)(nextl & ~PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID);
993                 td = first ? NULL : __containerof(p, struct thread,
994                     td_md.md_invl_gen);
995                 db_printf("gen %lu inv %d td %p tid %d\n", p->gen,
996                     (nextl & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) != 0, td,
997                     td != NULL ? td->td_tid : -1);
998         }
999 }
1000 #endif
1001
1002 #ifdef PV_STATS
1003 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(invl_wait);
1004 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_pmap, OID_AUTO, invl_wait,
1005     CTLFLAG_RD, &invl_wait,
1006     "Number of times DI invalidation blocked pmap_remove_all/write");
1007
1008 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(invl_wait_slow);
1009 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_pmap, OID_AUTO, invl_wait_slow, CTLFLAG_RD,
1010      &invl_wait_slow, "Number of slow invalidation waits for lockless DI");
1011
1012 #endif
1013
1014 #ifdef NUMA
1015 static u_long *
1016 pmap_delayed_invl_genp(vm_page_t m)
1017 {
1018         vm_paddr_t pa;
1019         u_long *gen;
1020
1021         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
1022         if (__predict_false((pa) > pmap_last_pa))
1023                 gen = &pv_dummy_large.pv_invl_gen;
1024         else
1025                 gen = &(pa_to_pmdp(pa)->pv_invl_gen);
1026
1027         return (gen);
1028 }
1029 #else
1030 static u_long *
1031 pmap_delayed_invl_genp(vm_page_t m)
1032 {
1033
1034         return (&pv_invl_gen[pa_index(VM_PAGE_TO_PHYS(m)) % NPV_LIST_LOCKS]);
1035 }
1036 #endif
1037
1038 static void
1039 pmap_delayed_invl_callout_func(void *arg __unused)
1040 {
1041
1042         if (atomic_load_int(&pmap_invl_waiters) == 0)
1043                 return;
1044         pmap_delayed_invl_finish_unblock(0);
1045 }
1046
1047 static void
1048 pmap_delayed_invl_callout_init(void *arg __unused)
1049 {
1050
1051         if (pmap_di_locked())
1052                 return;
1053         callout_init(&pmap_invl_callout, 1);
1054         pmap_invl_callout_inited = true;
1055 }
1056 SYSINIT(pmap_di_callout, SI_SUB_CPU + 1, SI_ORDER_ANY,
1057     pmap_delayed_invl_callout_init, NULL);
1058
1059 /*
1060  * Ensure that all currently executing DI blocks, that need to flush
1061  * TLB for the given page m, actually flushed the TLB at the time the
1062  * function returned.  If the page m has an empty PV list and we call
1063  * pmap_delayed_invl_wait(), upon its return we know that no CPU has a
1064  * valid mapping for the page m in either its page table or TLB.
1065  *
1066  * This function works by blocking until the global DI generation
1067  * number catches up with the generation number associated with the
1068  * given page m and its PV list.  Since this function's callers
1069  * typically own an object lock and sometimes own a page lock, it
1070  * cannot sleep.  Instead, it blocks on a turnstile to relinquish the
1071  * processor.
1072  */
1073 static void
1074 pmap_delayed_invl_wait_l(vm_page_t m)
1075 {
1076         u_long *m_gen;
1077 #ifdef PV_STATS
1078         bool accounted = false;
1079 #endif
1080
1081         m_gen = pmap_delayed_invl_genp(m);
1082         while (*m_gen > pmap_invl_gen) {
1083 #ifdef PV_STATS
1084                 if (!accounted) {
1085                         counter_u64_add(invl_wait, 1);
1086                         accounted = true;
1087                 }
1088 #endif
1089                 pmap_delayed_invl_wait_block(m_gen, &pmap_invl_gen);
1090         }
1091 }
1092
1093 static void
1094 pmap_delayed_invl_wait_u(vm_page_t m)
1095 {
1096         u_long *m_gen;
1097         struct lock_delay_arg lda;
1098         bool fast;
1099
1100         fast = true;
1101         m_gen = pmap_delayed_invl_genp(m);
1102         lock_delay_arg_init(&lda, &di_delay);
1103         while (*m_gen > atomic_load_long(&pmap_invl_gen_head.gen)) {
1104                 if (fast || !pmap_invl_callout_inited) {
1105                         PV_STAT(counter_u64_add(invl_wait, 1));
1106                         lock_delay(&lda);
1107                         fast = false;
1108                 } else {
1109                         /*
1110                          * The page's invalidation generation number
1111                          * is still below the current thread's number.
1112                          * Prepare to block so that we do not waste
1113                          * CPU cycles or worse, suffer livelock.
1114                          *
1115                          * Since it is impossible to block without
1116                          * racing with pmap_delayed_invl_finish_u(),
1117                          * prepare for the race by incrementing
1118                          * pmap_invl_waiters and arming a 1-tick
1119                          * callout which will unblock us if we lose
1120                          * the race.
1121                          */
1122                         atomic_add_int(&pmap_invl_waiters, 1);
1123
1124                         /*
1125                          * Re-check the current thread's invalidation
1126                          * generation after incrementing
1127                          * pmap_invl_waiters, so that there is no race
1128                          * with pmap_delayed_invl_finish_u() setting
1129                          * the page generation and checking
1130                          * pmap_invl_waiters.  The only race allowed
1131                          * is for a missed unblock, which is handled
1132                          * by the callout.
1133                          */
1134                         if (*m_gen >
1135                             atomic_load_long(&pmap_invl_gen_head.gen)) {
1136                                 callout_reset(&pmap_invl_callout, 1,
1137                                     pmap_delayed_invl_callout_func, NULL);
1138                                 PV_STAT(counter_u64_add(invl_wait_slow, 1));
1139                                 pmap_delayed_invl_wait_block(m_gen,
1140                                     &pmap_invl_gen_head.gen);
1141                         }
1142                         atomic_add_int(&pmap_invl_waiters, -1);
1143                 }
1144         }
1145 }
1146
1147 DEFINE_IFUNC(, void, pmap_thread_init_invl_gen, (struct thread *))
1148 {
1149
1150         return (pmap_di_locked() ? pmap_thread_init_invl_gen_l :
1151             pmap_thread_init_invl_gen_u);
1152 }
1153
1154 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_delayed_invl_start, (void))
1155 {
1156
1157         return (pmap_di_locked() ? pmap_delayed_invl_start_l :
1158             pmap_delayed_invl_start_u);
1159 }
1160
1161 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_delayed_invl_finish, (void))
1162 {
1163
1164         return (pmap_di_locked() ? pmap_delayed_invl_finish_l :
1165             pmap_delayed_invl_finish_u);
1166 }
1167
1168 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_delayed_invl_wait, (vm_page_t))
1169 {
1170
1171         return (pmap_di_locked() ? pmap_delayed_invl_wait_l :
1172             pmap_delayed_invl_wait_u);
1173 }
1174
1175 /*
1176  * Mark the page m's PV list as participating in the current thread's
1177  * DI block.  Any threads concurrently using m's PV list to remove or
1178  * restrict all mappings to m will wait for the current thread's DI
1179  * block to complete before proceeding.
1180  *
1181  * The function works by setting the DI generation number for m's PV
1182  * list to at least the DI generation number of the current thread.
1183  * This forces a caller of pmap_delayed_invl_wait() to block until
1184  * current thread calls pmap_delayed_invl_finish().
1185  */
1186 static void
1187 pmap_delayed_invl_page(vm_page_t m)
1188 {
1189         u_long gen, *m_gen;
1190
1191         rw_assert(VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), RA_WLOCKED);
1192         gen = curthread->td_md.md_invl_gen.gen;
1193         if (gen == 0)
1194                 return;
1195         m_gen = pmap_delayed_invl_genp(m);
1196         if (*m_gen < gen)
1197                 *m_gen = gen;
1198 }
1199
1200 /*
1201  * Crashdump maps.
1202  */
1203 static caddr_t crashdumpmap;
1204
1205 /*
1206  * Internal flags for pmap_enter()'s helper functions.
1207  */
1208 #define PMAP_ENTER_NORECLAIM    0x1000000       /* Don't reclaim PV entries. */
1209 #define PMAP_ENTER_NOREPLACE    0x2000000       /* Don't replace mappings. */
1210
1211 /*
1212  * Internal flags for pmap_mapdev_internal() and
1213  * pmap_change_props_locked().
1214  */
1215 #define MAPDEV_FLUSHCACHE       0x00000001      /* Flush cache after mapping. */
1216 #define MAPDEV_SETATTR          0x00000002      /* Modify existing attrs. */
1217 #define MAPDEV_ASSERTVALID      0x00000004      /* Assert mapping validity. */
1218
1219 TAILQ_HEAD(pv_chunklist, pv_chunk);
1220
1221 static void     free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc);
1222 static void     free_pv_chunk_batch(struct pv_chunklist *batch);
1223 static void     free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv);
1224 static pv_entry_t get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp);
1225 static int      popcnt_pc_map_pq(uint64_t *map);
1226 static vm_page_t reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp);
1227 static void     reserve_pv_entries(pmap_t pmap, int needed,
1228                     struct rwlock **lockp);
1229 static void     pmap_pv_demote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
1230                     struct rwlock **lockp);
1231 static bool     pmap_pv_insert_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde,
1232                     u_int flags, struct rwlock **lockp);
1233 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
1234 static void     pmap_pv_promote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
1235                     struct rwlock **lockp);
1236 #endif
1237 static void     pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va);
1238 static pv_entry_t pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap,
1239                     vm_offset_t va);
1240
1241 static void     pmap_abort_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t mpte);
1242 static int pmap_change_props_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size,
1243     vm_prot_t prot, int mode, int flags);
1244 static boolean_t pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va);
1245 static boolean_t pmap_demote_pde_locked(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde,
1246     vm_offset_t va, struct rwlock **lockp);
1247 static boolean_t pmap_demote_pdpe(pmap_t pmap, pdp_entry_t *pdpe,
1248     vm_offset_t va);
1249 static bool     pmap_enter_2mpage(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
1250                     vm_prot_t prot, struct rwlock **lockp);
1251 static int      pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t newpde,
1252                     u_int flags, vm_page_t m, struct rwlock **lockp);
1253 static vm_page_t pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
1254     vm_page_t m, vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp);
1255 static void pmap_fill_ptp(pt_entry_t *firstpte, pt_entry_t newpte);
1256 static int pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte, bool promoted);
1257 static void pmap_invalidate_cache_range_selfsnoop(vm_offset_t sva,
1258     vm_offset_t eva);
1259 static void pmap_invalidate_cache_range_all(vm_offset_t sva,
1260     vm_offset_t eva);
1261 static void pmap_invalidate_pde_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
1262                     pd_entry_t pde);
1263 static void pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode);
1264 static vm_page_t pmap_large_map_getptp_unlocked(void);
1265 static vm_paddr_t pmap_large_map_kextract(vm_offset_t va);
1266 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
1267 static void pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
1268     struct rwlock **lockp);
1269 #endif
1270 static boolean_t pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva,
1271     vm_prot_t prot);
1272 static void pmap_pte_props(pt_entry_t *pte, u_long bits, u_long mask);
1273 static void pmap_pti_add_kva_locked(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
1274     bool exec);
1275 static pdp_entry_t *pmap_pti_pdpe(vm_offset_t va);
1276 static pd_entry_t *pmap_pti_pde(vm_offset_t va);
1277 static void pmap_pti_wire_pte(void *pte);
1278 static int pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
1279     struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
1280 static int pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t sva,
1281     pd_entry_t ptepde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
1282 static vm_page_t pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
1283 static void pmap_remove_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
1284     struct spglist *free);
1285 static bool     pmap_remove_ptes(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
1286                     pd_entry_t *pde, struct spglist *free,
1287                     struct rwlock **lockp);
1288 static boolean_t pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
1289     vm_page_t m, struct rwlock **lockp);
1290 static void pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
1291     pd_entry_t newpde);
1292 static void pmap_update_pde_invalidate(pmap_t, vm_offset_t va, pd_entry_t pde);
1293
1294 static pd_entry_t *pmap_alloc_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t *pdpgp,
1295                 struct rwlock **lockp);
1296 static vm_page_t pmap_allocpte_alloc(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex,
1297                 struct rwlock **lockp, vm_offset_t va);
1298 static vm_page_t pmap_allocpte_nosleep(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex,
1299                 struct rwlock **lockp, vm_offset_t va);
1300 static vm_page_t pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
1301                 struct rwlock **lockp);
1302
1303 static void _pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
1304     struct spglist *free);
1305 static int pmap_unuse_pt(pmap_t, vm_offset_t, pd_entry_t, struct spglist *);
1306
1307 static vm_page_t pmap_alloc_pt_page(pmap_t, vm_pindex_t, int);
1308 static void pmap_free_pt_page(pmap_t, vm_page_t, bool);
1309
1310 /********************/
1311 /* Inline functions */
1312 /********************/
1313
1314 /*
1315  * Return a non-clipped indexes for a given VA, which are page table
1316  * pages indexes at the corresponding level.
1317  */
1318 static __inline vm_pindex_t
1319 pmap_pde_pindex(vm_offset_t va)
1320 {
1321         return (va >> PDRSHIFT);
1322 }
1323
1324 static __inline vm_pindex_t
1325 pmap_pdpe_pindex(vm_offset_t va)
1326 {
1327         return (NUPDE + (va >> PDPSHIFT));
1328 }
1329
1330 static __inline vm_pindex_t
1331 pmap_pml4e_pindex(vm_offset_t va)
1332 {
1333         return (NUPDE + NUPDPE + (va >> PML4SHIFT));
1334 }
1335
1336 static __inline vm_pindex_t
1337 pmap_pml5e_pindex(vm_offset_t va)
1338 {
1339         return (NUPDE + NUPDPE + NUPML4E + (va >> PML5SHIFT));
1340 }
1341
1342 static __inline pml4_entry_t *
1343 pmap_pml5e(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1344 {
1345
1346         MPASS(pmap_is_la57(pmap));
1347         return (&pmap->pm_pmltop[pmap_pml5e_index(va)]);
1348 }
1349
1350 static __inline pml4_entry_t *
1351 pmap_pml5e_u(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1352 {
1353
1354         MPASS(pmap_is_la57(pmap));
1355         return (&pmap->pm_pmltopu[pmap_pml5e_index(va)]);
1356 }
1357
1358 static __inline pml4_entry_t *
1359 pmap_pml5e_to_pml4e(pml5_entry_t *pml5e, vm_offset_t va)
1360 {
1361         pml4_entry_t *pml4e;
1362
1363         /* XXX MPASS(pmap_is_la57(pmap); */
1364         pml4e = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml5e & PG_FRAME);
1365         return (&pml4e[pmap_pml4e_index(va)]);
1366 }
1367
1368 /* Return a pointer to the PML4 slot that corresponds to a VA */
1369 static __inline pml4_entry_t *
1370 pmap_pml4e(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1371 {
1372         pml5_entry_t *pml5e;
1373         pml4_entry_t *pml4e;
1374         pt_entry_t PG_V;
1375
1376         if (pmap_is_la57(pmap)) {
1377                 pml5e = pmap_pml5e(pmap, va);
1378                 PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
1379                 if ((*pml5e & PG_V) == 0)
1380                         return (NULL);
1381                 pml4e = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml5e & PG_FRAME);
1382         } else {
1383                 pml4e = pmap->pm_pmltop;
1384         }
1385         return (&pml4e[pmap_pml4e_index(va)]);
1386 }
1387
1388 static __inline pml4_entry_t *
1389 pmap_pml4e_u(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1390 {
1391         MPASS(!pmap_is_la57(pmap));
1392         return (&pmap->pm_pmltopu[pmap_pml4e_index(va)]);
1393 }
1394
1395 /* Return a pointer to the PDP slot that corresponds to a VA */
1396 static __inline pdp_entry_t *
1397 pmap_pml4e_to_pdpe(pml4_entry_t *pml4e, vm_offset_t va)
1398 {
1399         pdp_entry_t *pdpe;
1400
1401         pdpe = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4e & PG_FRAME);
1402         return (&pdpe[pmap_pdpe_index(va)]);
1403 }
1404
1405 /* Return a pointer to the PDP slot that corresponds to a VA */
1406 static __inline pdp_entry_t *
1407 pmap_pdpe(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1408 {
1409         pml4_entry_t *pml4e;
1410         pt_entry_t PG_V;
1411
1412         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
1413         pml4e = pmap_pml4e(pmap, va);
1414         if (pml4e == NULL || (*pml4e & PG_V) == 0)
1415                 return (NULL);
1416         return (pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, va));
1417 }
1418
1419 /* Return a pointer to the PD slot that corresponds to a VA */
1420 static __inline pd_entry_t *
1421 pmap_pdpe_to_pde(pdp_entry_t *pdpe, vm_offset_t va)
1422 {
1423         pd_entry_t *pde;
1424
1425         KASSERT((*pdpe & PG_PS) == 0,
1426             ("%s: pdpe %#lx is a leaf", __func__, *pdpe));
1427         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdpe & PG_FRAME);
1428         return (&pde[pmap_pde_index(va)]);
1429 }
1430
1431 /* Return a pointer to the PD slot that corresponds to a VA */
1432 static __inline pd_entry_t *
1433 pmap_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1434 {
1435         pdp_entry_t *pdpe;
1436         pt_entry_t PG_V;
1437
1438         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
1439         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
1440         if (pdpe == NULL || (*pdpe & PG_V) == 0)
1441                 return (NULL);
1442         KASSERT((*pdpe & PG_PS) == 0,
1443             ("pmap_pde for 1G page, pmap %p va %#lx", pmap, va));
1444         return (pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va));
1445 }
1446
1447 /* Return a pointer to the PT slot that corresponds to a VA */
1448 static __inline pt_entry_t *
1449 pmap_pde_to_pte(pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
1450 {
1451         pt_entry_t *pte;
1452
1453         KASSERT((*pde & PG_PS) == 0,
1454             ("%s: pde %#lx is a leaf", __func__, *pde));
1455         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pde & PG_FRAME);
1456         return (&pte[pmap_pte_index(va)]);
1457 }
1458
1459 /* Return a pointer to the PT slot that corresponds to a VA */
1460 static __inline pt_entry_t *
1461 pmap_pte(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1462 {
1463         pd_entry_t *pde;
1464         pt_entry_t PG_V;
1465
1466         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
1467         pde = pmap_pde(pmap, va);
1468         if (pde == NULL || (*pde & PG_V) == 0)
1469                 return (NULL);
1470         if ((*pde & PG_PS) != 0)        /* compat with i386 pmap_pte() */
1471                 return ((pt_entry_t *)pde);
1472         return (pmap_pde_to_pte(pde, va));
1473 }
1474
1475 static __inline void
1476 pmap_resident_count_adj(pmap_t pmap, int count)
1477 {
1478
1479         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1480         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count + count >= 0,
1481             ("pmap %p resident count underflow %ld %d", pmap,
1482             pmap->pm_stats.resident_count, count));
1483         pmap->pm_stats.resident_count += count;
1484 }
1485
1486 static __inline void
1487 pmap_pt_page_count_pinit(pmap_t pmap, int count)
1488 {
1489         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count + count >= 0,
1490             ("pmap %p resident count underflow %ld %d", pmap,
1491             pmap->pm_stats.resident_count, count));
1492         pmap->pm_stats.resident_count += count;
1493 }
1494
1495 static __inline void
1496 pmap_pt_page_count_adj(pmap_t pmap, int count)
1497 {
1498         if (pmap == kernel_pmap)
1499                 counter_u64_add(kernel_pt_page_count, count);
1500         else {
1501                 if (pmap != NULL)
1502                         pmap_resident_count_adj(pmap, count);
1503                 counter_u64_add(user_pt_page_count, count);
1504         }
1505 }
1506
1507 PMAP_INLINE pt_entry_t *
1508 vtopte(vm_offset_t va)
1509 {
1510         u_int64_t mask;
1511
1512         KASSERT(va >= VM_MAXUSER_ADDRESS, ("vtopte on a uva/gpa 0x%0lx", va));
1513
1514         if (la57) {
1515                 mask = ((1ul << (NPTEPGSHIFT + NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT +
1516                     NPML4EPGSHIFT + NPML5EPGSHIFT)) - 1);
1517                 return (P5Tmap + ((va >> PAGE_SHIFT) & mask));
1518         } else {
1519                 mask = ((1ul << (NPTEPGSHIFT + NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT +
1520                     NPML4EPGSHIFT)) - 1);
1521                 return (P4Tmap + ((va >> PAGE_SHIFT) & mask));
1522         }
1523 }
1524
1525 static __inline pd_entry_t *
1526 vtopde(vm_offset_t va)
1527 {
1528         u_int64_t mask;
1529
1530         KASSERT(va >= VM_MAXUSER_ADDRESS, ("vtopde on a uva/gpa 0x%0lx", va));
1531
1532         if (la57) {
1533                 mask = ((1ul << (NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT +
1534                     NPML4EPGSHIFT + NPML5EPGSHIFT)) - 1);
1535                 return (P5Dmap + ((va >> PDRSHIFT) & mask));
1536         } else {
1537                 mask = ((1ul << (NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT +
1538                     NPML4EPGSHIFT)) - 1);
1539                 return (P4Dmap + ((va >> PDRSHIFT) & mask));
1540         }
1541 }
1542
1543 static u_int64_t
1544 allocpages(vm_paddr_t *firstaddr, int n)
1545 {
1546         u_int64_t ret;
1547
1548         ret = *firstaddr;
1549         bzero((void *)ret, n * PAGE_SIZE);
1550         *firstaddr += n * PAGE_SIZE;
1551         return (ret);
1552 }
1553
1554 CTASSERT(powerof2(NDMPML4E));
1555
1556 /* number of kernel PDP slots */
1557 #define NKPDPE(ptpgs)           howmany(ptpgs, NPDEPG)
1558
1559 static void
1560 nkpt_init(vm_paddr_t addr)
1561 {
1562         int pt_pages;
1563
1564 #ifdef NKPT
1565         pt_pages = NKPT;
1566 #else
1567         pt_pages = howmany(addr - kernphys, NBPDR) + 1; /* +1 for 2M hole @0 */
1568         pt_pages += NKPDPE(pt_pages);
1569
1570         /*
1571          * Add some slop beyond the bare minimum required for bootstrapping
1572          * the kernel.
1573          *
1574          * This is quite important when allocating KVA for kernel modules.
1575          * The modules are required to be linked in the negative 2GB of
1576          * the address space.  If we run out of KVA in this region then
1577          * pmap_growkernel() will need to allocate page table pages to map
1578          * the entire 512GB of KVA space which is an unnecessary tax on
1579          * physical memory.
1580          *
1581          * Secondly, device memory mapped as part of setting up the low-
1582          * level console(s) is taken from KVA, starting at virtual_avail.
1583          * This is because cninit() is called after pmap_bootstrap() but
1584          * before vm_init() and pmap_init(). 20MB for a frame buffer is
1585          * not uncommon.
1586          */
1587         pt_pages += 32;         /* 64MB additional slop. */
1588 #endif
1589         nkpt = pt_pages;
1590 }
1591
1592 /*
1593  * Returns the proper write/execute permission for a physical page that is
1594  * part of the initial boot allocations.
1595  *
1596  * If the page has kernel text, it is marked as read-only. If the page has
1597  * kernel read-only data, it is marked as read-only/not-executable. If the
1598  * page has only read-write data, it is marked as read-write/not-executable.
1599  * If the page is below/above the kernel range, it is marked as read-write.
1600  *
1601  * This function operates on 2M pages, since we map the kernel space that
1602  * way.
1603  */
1604 static inline pt_entry_t
1605 bootaddr_rwx(vm_paddr_t pa)
1606 {
1607         /*
1608          * The kernel is loaded at a 2MB-aligned address, and memory below that
1609          * need not be executable.  The .bss section is padded to a 2MB
1610          * boundary, so memory following the kernel need not be executable
1611          * either.  Preloaded kernel modules have their mapping permissions
1612          * fixed up by the linker.
1613          */
1614         if (pa < trunc_2mpage(kernphys + btext - KERNSTART) ||
1615             pa >= trunc_2mpage(kernphys + _end - KERNSTART))
1616                 return (X86_PG_RW | pg_nx);
1617
1618         /*
1619          * The linker should ensure that the read-only and read-write
1620          * portions don't share the same 2M page, so this shouldn't
1621          * impact read-only data. However, in any case, any page with
1622          * read-write data needs to be read-write.
1623          */
1624         if (pa >= trunc_2mpage(kernphys + brwsection - KERNSTART))
1625                 return (X86_PG_RW | pg_nx);
1626
1627         /*
1628          * Mark any 2M page containing kernel text as read-only. Mark
1629          * other pages with read-only data as read-only and not executable.
1630          * (It is likely a small portion of the read-only data section will
1631          * be marked as read-only, but executable. This should be acceptable
1632          * since the read-only protection will keep the data from changing.)
1633          * Note that fixups to the .text section will still work until we
1634          * set CR0.WP.
1635          */
1636         if (pa < round_2mpage(kernphys + etext - KERNSTART))
1637                 return (0);
1638         return (pg_nx);
1639 }
1640
1641 static void
1642 create_pagetables(vm_paddr_t *firstaddr)
1643 {
1644         pd_entry_t *pd_p;
1645         pdp_entry_t *pdp_p;
1646         pml4_entry_t *p4_p;
1647         uint64_t DMPDkernphys;
1648         vm_paddr_t pax;
1649 #ifdef KASAN
1650         pt_entry_t *pt_p;
1651         uint64_t KASANPDphys, KASANPTphys, KASANphys;
1652         vm_offset_t kasankernbase;
1653         int kasankpdpi, kasankpdi, nkasanpte;
1654 #endif
1655         int i, j, ndm1g, nkpdpe, nkdmpde;
1656
1657         /* Allocate page table pages for the direct map */
1658         ndmpdp = howmany(ptoa(Maxmem), NBPDP);
1659         if (ndmpdp < 4)         /* Minimum 4GB of dirmap */
1660                 ndmpdp = 4;
1661         ndmpdpphys = howmany(ndmpdp, NPDPEPG);
1662         if (ndmpdpphys > NDMPML4E) {
1663                 /*
1664                  * Each NDMPML4E allows 512 GB, so limit to that,
1665                  * and then readjust ndmpdp and ndmpdpphys.
1666                  */
1667                 printf("NDMPML4E limits system to %d GB\n", NDMPML4E * 512);
1668                 Maxmem = atop(NDMPML4E * NBPML4);
1669                 ndmpdpphys = NDMPML4E;
1670                 ndmpdp = NDMPML4E * NPDEPG;
1671         }
1672         DMPDPphys = allocpages(firstaddr, ndmpdpphys);
1673         ndm1g = 0;
1674         if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0) {
1675                 /*
1676                  * Calculate the number of 1G pages that will fully fit in
1677                  * Maxmem.
1678                  */
1679                 ndm1g = ptoa(Maxmem) >> PDPSHIFT;
1680
1681                 /*
1682                  * Allocate 2M pages for the kernel. These will be used in
1683                  * place of the one or more 1G pages from ndm1g that maps
1684                  * kernel memory into DMAP.
1685                  */
1686                 nkdmpde = howmany((vm_offset_t)brwsection - KERNSTART +
1687                     kernphys - rounddown2(kernphys, NBPDP), NBPDP);
1688                 DMPDkernphys = allocpages(firstaddr, nkdmpde);
1689         }
1690         if (ndm1g < ndmpdp)
1691                 DMPDphys = allocpages(firstaddr, ndmpdp - ndm1g);
1692         dmaplimit = (vm_paddr_t)ndmpdp << PDPSHIFT;
1693
1694         /* Allocate pages */
1695         KPML4phys = allocpages(firstaddr, 1);
1696         KPDPphys = allocpages(firstaddr, NKPML4E);
1697 #ifdef KASAN
1698         KASANPDPphys = allocpages(firstaddr, NKASANPML4E);
1699         KASANPDphys = allocpages(firstaddr, 1);
1700 #endif
1701
1702         /*
1703          * Allocate the initial number of kernel page table pages required to
1704          * bootstrap.  We defer this until after all memory-size dependent
1705          * allocations are done (e.g. direct map), so that we don't have to
1706          * build in too much slop in our estimate.
1707          *
1708          * Note that when NKPML4E > 1, we have an empty page underneath
1709          * all but the KPML4I'th one, so we need NKPML4E-1 extra (zeroed)
1710          * pages.  (pmap_enter requires a PD page to exist for each KPML4E.)
1711          */
1712         nkpt_init(*firstaddr);
1713         nkpdpe = NKPDPE(nkpt);
1714
1715         KPTphys = allocpages(firstaddr, nkpt);
1716         KPDphys = allocpages(firstaddr, nkpdpe);
1717
1718 #ifdef KASAN
1719         nkasanpte = howmany(nkpt, KASAN_SHADOW_SCALE);
1720         KASANPTphys = allocpages(firstaddr, nkasanpte);
1721         KASANphys = allocpages(firstaddr, nkasanpte * NPTEPG);
1722 #endif
1723
1724         /*
1725          * Connect the zero-filled PT pages to their PD entries.  This
1726          * implicitly maps the PT pages at their correct locations within
1727          * the PTmap.
1728          */
1729         pd_p = (pd_entry_t *)KPDphys;
1730         for (i = 0; i < nkpt; i++)
1731                 pd_p[i] = (KPTphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW | X86_PG_V;
1732
1733         /*
1734          * Map from start of the kernel in physical memory (staging
1735          * area) to the end of loader preallocated memory using 2MB
1736          * pages.  This replaces some of the PD entries created above.
1737          * For compatibility, identity map 2M at the start.
1738          */
1739         pd_p[0] = X86_PG_V | PG_PS | pg_g | X86_PG_M | X86_PG_A |
1740             X86_PG_RW | pg_nx;
1741         for (i = 1, pax = kernphys; pax < KERNend; i++, pax += NBPDR) {
1742                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
1743                 pd_p[i] = pax | X86_PG_V | PG_PS | pg_g | X86_PG_M |
1744                     X86_PG_A | bootaddr_rwx(pax);
1745         }
1746
1747         /*
1748          * Because we map the physical blocks in 2M pages, adjust firstaddr
1749          * to record the physical blocks we've actually mapped into kernel
1750          * virtual address space.
1751          */
1752         if (*firstaddr < round_2mpage(KERNend))
1753                 *firstaddr = round_2mpage(KERNend);
1754
1755         /* And connect up the PD to the PDP (leaving room for L4 pages) */
1756         pdp_p = (pdp_entry_t *)(KPDPphys + ptoa(KPML4I - KPML4BASE));
1757         for (i = 0; i < nkpdpe; i++)
1758                 pdp_p[i + KPDPI] = (KPDphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW | X86_PG_V;
1759
1760 #ifdef KASAN
1761         kasankernbase = kasan_md_addr_to_shad(KERNBASE);
1762         kasankpdpi = pmap_pdpe_index(kasankernbase);
1763         kasankpdi = pmap_pde_index(kasankernbase);
1764
1765         pdp_p = (pdp_entry_t *)KASANPDPphys;
1766         pdp_p[kasankpdpi] = (KASANPDphys | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx);
1767
1768         pd_p = (pd_entry_t *)KASANPDphys;
1769         for (i = 0; i < nkasanpte; i++)
1770                 pd_p[i + kasankpdi] = (KASANPTphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW |
1771                     X86_PG_V | pg_nx;
1772
1773         pt_p = (pt_entry_t *)KASANPTphys;
1774         for (i = 0; i < nkasanpte * NPTEPG; i++)
1775                 pt_p[i] = (KASANphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW | X86_PG_V |
1776                     X86_PG_M | X86_PG_A | pg_nx;
1777 #endif
1778
1779         /*
1780          * Now, set up the direct map region using 2MB and/or 1GB pages.  If
1781          * the end of physical memory is not aligned to a 1GB page boundary,
1782          * then the residual physical memory is mapped with 2MB pages.  Later,
1783          * if pmap_mapdev{_attr}() uses the direct map for non-write-back
1784          * memory, pmap_change_attr() will demote any 2MB or 1GB page mappings
1785          * that are partially used. 
1786          */
1787         pd_p = (pd_entry_t *)DMPDphys;
1788         for (i = NPDEPG * ndm1g, j = 0; i < NPDEPG * ndmpdp; i++, j++) {
1789                 pd_p[j] = (vm_paddr_t)i << PDRSHIFT;
1790                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
1791                 pd_p[j] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_PS | pg_g |
1792                     X86_PG_M | X86_PG_A | pg_nx;
1793         }
1794         pdp_p = (pdp_entry_t *)DMPDPphys;
1795         for (i = 0; i < ndm1g; i++) {
1796                 pdp_p[i] = (vm_paddr_t)i << PDPSHIFT;
1797                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
1798                 pdp_p[i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_PS | pg_g |
1799                     X86_PG_M | X86_PG_A | pg_nx;
1800         }
1801         for (j = 0; i < ndmpdp; i++, j++) {
1802                 pdp_p[i] = DMPDphys + ptoa(j);
1803                 pdp_p[i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
1804         }
1805
1806         /*
1807          * Instead of using a 1G page for the memory containing the kernel,
1808          * use 2M pages with read-only and no-execute permissions.  (If using 1G
1809          * pages, this will partially overwrite the PDPEs above.)
1810          */
1811         if (ndm1g > 0) {
1812                 pd_p = (pd_entry_t *)DMPDkernphys;
1813                 for (i = 0, pax = rounddown2(kernphys, NBPDP);
1814                     i < NPDEPG * nkdmpde; i++, pax += NBPDR) {
1815                         pd_p[i] = pax | X86_PG_V | PG_PS | pg_g | X86_PG_M |
1816                             X86_PG_A | pg_nx | bootaddr_rwx(pax);
1817                 }
1818                 j = rounddown2(kernphys, NBPDP) >> PDPSHIFT;
1819                 for (i = 0; i < nkdmpde; i++) {
1820                         pdp_p[i + j] = (DMPDkernphys + ptoa(i)) |
1821                             X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
1822                 }
1823         }
1824
1825         /* And recursively map PML4 to itself in order to get PTmap */
1826         p4_p = (pml4_entry_t *)KPML4phys;
1827         p4_p[PML4PML4I] = KPML4phys;
1828         p4_p[PML4PML4I] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
1829
1830 #ifdef KASAN
1831         /* Connect the KASAN shadow map slots up to the PML4. */
1832         for (i = 0; i < NKASANPML4E; i++) {
1833                 p4_p[KASANPML4I + i] = KASANPDPphys + ptoa(i);
1834                 p4_p[KASANPML4I + i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
1835         }
1836 #endif
1837
1838         /* Connect the Direct Map slots up to the PML4. */
1839         for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++) {
1840                 p4_p[DMPML4I + i] = DMPDPphys + ptoa(i);
1841                 p4_p[DMPML4I + i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
1842         }
1843
1844         /* Connect the KVA slots up to the PML4 */
1845         for (i = 0; i < NKPML4E; i++) {
1846                 p4_p[KPML4BASE + i] = KPDPphys + ptoa(i);
1847                 p4_p[KPML4BASE + i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V;
1848         }
1849
1850         kernel_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(KPML4phys);
1851 }
1852
1853 /*
1854  *      Bootstrap the system enough to run with virtual memory.
1855  *
1856  *      On amd64 this is called after mapping has already been enabled
1857  *      and just syncs the pmap module with what has already been done.
1858  *      [We can't call it easily with mapping off since the kernel is not
1859  *      mapped with PA == VA, hence we would have to relocate every address
1860  *      from the linked base (virtual) address "KERNBASE" to the actual
1861  *      (physical) address starting relative to 0]
1862  */
1863 void
1864 pmap_bootstrap(vm_paddr_t *firstaddr)
1865 {
1866         vm_offset_t va;
1867         pt_entry_t *pte, *pcpu_pte;
1868         struct region_descriptor r_gdt;
1869         uint64_t cr4, pcpu_phys;
1870         u_long res;
1871         int i;
1872
1873         KERNend = *firstaddr;
1874         res = atop(KERNend - (vm_paddr_t)kernphys);
1875
1876         if (!pti)
1877                 pg_g = X86_PG_G;
1878
1879         /*
1880          * Create an initial set of page tables to run the kernel in.
1881          */
1882         create_pagetables(firstaddr);
1883
1884         pcpu_phys = allocpages(firstaddr, MAXCPU);
1885
1886         /*
1887          * Add a physical memory segment (vm_phys_seg) corresponding to the
1888          * preallocated kernel page table pages so that vm_page structures
1889          * representing these pages will be created.  The vm_page structures
1890          * are required for promotion of the corresponding kernel virtual
1891          * addresses to superpage mappings.
1892          */
1893         vm_phys_early_add_seg(KPTphys, KPTphys + ptoa(nkpt));
1894
1895         /*
1896          * Account for the virtual addresses mapped by create_pagetables().
1897          */
1898         virtual_avail = (vm_offset_t)KERNSTART + round_2mpage(KERNend -
1899             (vm_paddr_t)kernphys);
1900         virtual_end = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS;
1901
1902         /*
1903          * Enable PG_G global pages, then switch to the kernel page
1904          * table from the bootstrap page table.  After the switch, it
1905          * is possible to enable SMEP and SMAP since PG_U bits are
1906          * correct now.
1907          */
1908         cr4 = rcr4();
1909         cr4 |= CR4_PGE;
1910         load_cr4(cr4);
1911         load_cr3(KPML4phys);
1912         if (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_SMEP)
1913                 cr4 |= CR4_SMEP;
1914         if (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_SMAP)
1915                 cr4 |= CR4_SMAP;
1916         load_cr4(cr4);
1917
1918         /*
1919          * Initialize the kernel pmap (which is statically allocated).
1920          * Count bootstrap data as being resident in case any of this data is
1921          * later unmapped (using pmap_remove()) and freed.
1922          */
1923         PMAP_LOCK_INIT(kernel_pmap);
1924         kernel_pmap->pm_pmltop = kernel_pml4;
1925         kernel_pmap->pm_cr3 = KPML4phys;
1926         kernel_pmap->pm_ucr3 = PMAP_NO_CR3;
1927         TAILQ_INIT(&kernel_pmap->pm_pvchunk);
1928         kernel_pmap->pm_stats.resident_count = res;
1929         kernel_pmap->pm_flags = pmap_flags;
1930
1931         /*
1932          * The kernel pmap is always active on all CPUs.  Once CPUs are
1933          * enumerated, the mask will be set equal to all_cpus.
1934          */
1935         CPU_FILL(&kernel_pmap->pm_active);
1936
1937         /*
1938          * Initialize the TLB invalidations generation number lock.
1939          */
1940         mtx_init(&invl_gen_mtx, "invlgn", NULL, MTX_DEF);
1941
1942         /*
1943          * Reserve some special page table entries/VA space for temporary
1944          * mapping of pages.
1945          */
1946 #define SYSMAP(c, p, v, n)      \
1947         v = (c)va; va += ((n)*PAGE_SIZE); p = pte; pte += (n);
1948
1949         va = virtual_avail;
1950         pte = vtopte(va);
1951
1952         /*
1953          * Crashdump maps.  The first page is reused as CMAP1 for the
1954          * memory test.
1955          */
1956         SYSMAP(caddr_t, CMAP1, crashdumpmap, MAXDUMPPGS)
1957         CADDR1 = crashdumpmap;
1958
1959         SYSMAP(struct pcpu *, pcpu_pte, __pcpu, MAXCPU);
1960         virtual_avail = va;
1961
1962         for (i = 0; i < MAXCPU; i++) {
1963                 pcpu_pte[i] = (pcpu_phys + ptoa(i)) | X86_PG_V | X86_PG_RW |
1964                     pg_g | pg_nx | X86_PG_M | X86_PG_A;
1965         }
1966
1967         /*
1968          * Re-initialize PCPU area for BSP after switching.
1969          * Make hardware use gdt and common_tss from the new PCPU.
1970          */
1971         STAILQ_INIT(&cpuhead);
1972         wrmsr(MSR_GSBASE, (uint64_t)&__pcpu[0]);
1973         pcpu_init(&__pcpu[0], 0, sizeof(struct pcpu));
1974         amd64_bsp_pcpu_init1(&__pcpu[0]);
1975         amd64_bsp_ist_init(&__pcpu[0]);
1976         __pcpu[0].pc_common_tss.tss_iobase = sizeof(struct amd64tss) +
1977             IOPERM_BITMAP_SIZE;
1978         memcpy(__pcpu[0].pc_gdt, temp_bsp_pcpu.pc_gdt, NGDT *
1979             sizeof(struct user_segment_descriptor));
1980         gdt_segs[GPROC0_SEL].ssd_base = (uintptr_t)&__pcpu[0].pc_common_tss;
1981         ssdtosyssd(&gdt_segs[GPROC0_SEL],
1982             (struct system_segment_descriptor *)&__pcpu[0].pc_gdt[GPROC0_SEL]);
1983         r_gdt.rd_limit = NGDT * sizeof(struct user_segment_descriptor) - 1;
1984         r_gdt.rd_base = (long)__pcpu[0].pc_gdt;
1985         lgdt(&r_gdt);
1986         wrmsr(MSR_GSBASE, (uint64_t)&__pcpu[0]);
1987         ltr(GSEL(GPROC0_SEL, SEL_KPL));
1988         __pcpu[0].pc_dynamic = temp_bsp_pcpu.pc_dynamic;
1989         __pcpu[0].pc_acpi_id = temp_bsp_pcpu.pc_acpi_id;
1990
1991         /*
1992          * Initialize the PAT MSR.
1993          * pmap_init_pat() clears and sets CR4_PGE, which, as a
1994          * side-effect, invalidates stale PG_G TLB entries that might
1995          * have been created in our pre-boot environment.
1996          */
1997         pmap_init_pat();
1998
1999         /* Initialize TLB Context Id. */
2000         if (pmap_pcid_enabled) {
2001                 for (i = 0; i < MAXCPU; i++) {
2002                         kernel_pmap->pm_pcids[i].pm_pcid = PMAP_PCID_KERN;
2003                         kernel_pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 1;
2004                 }
2005
2006                 /*
2007                  * PMAP_PCID_KERN + 1 is used for initialization of
2008                  * proc0 pmap.  The pmap' pcid state might be used by
2009                  * EFIRT entry before first context switch, so it
2010                  * needs to be valid.
2011                  */
2012                 PCPU_SET(pcid_next, PMAP_PCID_KERN + 2);
2013                 PCPU_SET(pcid_gen, 1);
2014
2015                 /*
2016                  * pcpu area for APs is zeroed during AP startup.
2017                  * pc_pcid_next and pc_pcid_gen are initialized by AP
2018                  * during pcpu setup.
2019                  */
2020                 load_cr4(rcr4() | CR4_PCIDE);
2021         }
2022 }
2023
2024 /*
2025  * Setup the PAT MSR.
2026  */
2027 void
2028 pmap_init_pat(void)
2029 {
2030         uint64_t pat_msr;
2031         u_long cr0, cr4;
2032         int i;
2033
2034         /* Bail if this CPU doesn't implement PAT. */
2035         if ((cpu_feature & CPUID_PAT) == 0)
2036                 panic("no PAT??");
2037
2038         /* Set default PAT index table. */
2039         for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
2040                 pat_index[i] = -1;
2041         pat_index[PAT_WRITE_BACK] = 0;
2042         pat_index[PAT_WRITE_THROUGH] = 1;
2043         pat_index[PAT_UNCACHEABLE] = 3;
2044         pat_index[PAT_WRITE_COMBINING] = 6;
2045         pat_index[PAT_WRITE_PROTECTED] = 5;
2046         pat_index[PAT_UNCACHED] = 2;
2047
2048         /*
2049          * Initialize default PAT entries.
2050          * Leave the indices 0-3 at the default of WB, WT, UC-, and UC.
2051          * Program 5 and 6 as WP and WC.
2052          *
2053          * Leave 4 and 7 as WB and UC.  Note that a recursive page table
2054          * mapping for a 2M page uses a PAT value with the bit 3 set due
2055          * to its overload with PG_PS.
2056          */
2057         pat_msr = PAT_VALUE(0, PAT_WRITE_BACK) |
2058             PAT_VALUE(1, PAT_WRITE_THROUGH) |
2059             PAT_VALUE(2, PAT_UNCACHED) |
2060             PAT_VALUE(3, PAT_UNCACHEABLE) |
2061             PAT_VALUE(4, PAT_WRITE_BACK) |
2062             PAT_VALUE(5, PAT_WRITE_PROTECTED) |
2063             PAT_VALUE(6, PAT_WRITE_COMBINING) |
2064             PAT_VALUE(7, PAT_UNCACHEABLE);
2065
2066         /* Disable PGE. */
2067         cr4 = rcr4();
2068         load_cr4(cr4 & ~CR4_PGE);
2069
2070         /* Disable caches (CD = 1, NW = 0). */
2071         cr0 = rcr0();
2072         load_cr0((cr0 & ~CR0_NW) | CR0_CD);
2073
2074         /* Flushes caches and TLBs. */
2075         wbinvd();
2076         invltlb();
2077
2078         /* Update PAT and index table. */
2079         wrmsr(MSR_PAT, pat_msr);
2080
2081         /* Flush caches and TLBs again. */
2082         wbinvd();
2083         invltlb();
2084
2085         /* Restore caches and PGE. */
2086         load_cr0(cr0);
2087         load_cr4(cr4);
2088 }
2089
2090 vm_page_t
2091 pmap_page_alloc_below_4g(bool zeroed)
2092 {
2093         return (vm_page_alloc_noobj_contig((zeroed ? VM_ALLOC_ZERO : 0),
2094             1, 0, (1ULL << 32), PAGE_SIZE, 0, VM_MEMATTR_DEFAULT));
2095 }
2096
2097 extern const char la57_trampoline[], la57_trampoline_gdt_desc[],
2098     la57_trampoline_gdt[], la57_trampoline_end[];
2099
2100 static void
2101 pmap_bootstrap_la57(void *arg __unused)
2102 {
2103         char *v_code;
2104         pml5_entry_t *v_pml5;
2105         pml4_entry_t *v_pml4;
2106         pdp_entry_t *v_pdp;
2107         pd_entry_t *v_pd;
2108         pt_entry_t *v_pt;
2109         vm_page_t m_code, m_pml4, m_pdp, m_pd, m_pt, m_pml5;
2110         void (*la57_tramp)(uint64_t pml5);
2111         struct region_descriptor r_gdt;
2112
2113         if ((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_LA57) == 0)
2114                 return;
2115         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.la57", &la57);
2116         if (!la57)
2117                 return;
2118
2119         r_gdt.rd_limit = NGDT * sizeof(struct user_segment_descriptor) - 1;
2120         r_gdt.rd_base = (long)__pcpu[0].pc_gdt;
2121
2122         m_code = pmap_page_alloc_below_4g(true);
2123         v_code = (char *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m_code));
2124         m_pml5 = pmap_page_alloc_below_4g(true);
2125         KPML5phys = VM_PAGE_TO_PHYS(m_pml5);
2126         v_pml5 = (pml5_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(KPML5phys);
2127         m_pml4 = pmap_page_alloc_below_4g(true);
2128         v_pml4 = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m_pml4));
2129         m_pdp = pmap_page_alloc_below_4g(true);
2130         v_pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m_pdp));
2131         m_pd = pmap_page_alloc_below_4g(true);
2132         v_pd = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m_pd));
2133         m_pt = pmap_page_alloc_below_4g(true);
2134         v_pt = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m_pt));
2135
2136         /*
2137          * Map m_code 1:1, it appears below 4G in KVA due to physical
2138          * address being below 4G.  Since kernel KVA is in upper half,
2139          * the pml4e should be zero and free for temporary use.
2140          */
2141         kernel_pmap->pm_pmltop[pmap_pml4e_index(VM_PAGE_TO_PHYS(m_code))] =
2142             VM_PAGE_TO_PHYS(m_pdp) | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A |
2143             X86_PG_M;
2144         v_pdp[pmap_pdpe_index(VM_PAGE_TO_PHYS(m_code))] =
2145             VM_PAGE_TO_PHYS(m_pd) | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A |
2146             X86_PG_M;
2147         v_pd[pmap_pde_index(VM_PAGE_TO_PHYS(m_code))] =
2148             VM_PAGE_TO_PHYS(m_pt) | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A |
2149             X86_PG_M;
2150         v_pt[pmap_pte_index(VM_PAGE_TO_PHYS(m_code))] =
2151             VM_PAGE_TO_PHYS(m_code) | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A |
2152             X86_PG_M;
2153
2154         /*
2155          * Add pml5 entry at top of KVA pointing to existing pml4 table,
2156          * entering all existing kernel mappings into level 5 table.
2157          */
2158         v_pml5[pmap_pml5e_index(UPT_MAX_ADDRESS)] = KPML4phys | X86_PG_V |
2159             X86_PG_RW | X86_PG_A | X86_PG_M | pg_g;
2160
2161         /*
2162          * Add pml5 entry for 1:1 trampoline mapping after LA57 is turned on.
2163          */
2164         v_pml5[pmap_pml5e_index(VM_PAGE_TO_PHYS(m_code))] =
2165             VM_PAGE_TO_PHYS(m_pml4) | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A |
2166             X86_PG_M;
2167         v_pml4[pmap_pml4e_index(VM_PAGE_TO_PHYS(m_code))] =
2168             VM_PAGE_TO_PHYS(m_pdp) | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A |
2169             X86_PG_M;
2170
2171         /*
2172          * Copy and call the 48->57 trampoline, hope we return there, alive.
2173          */
2174         bcopy(la57_trampoline, v_code, la57_trampoline_end - la57_trampoline);
2175         *(u_long *)(v_code + 2 + (la57_trampoline_gdt_desc - la57_trampoline)) =
2176             la57_trampoline_gdt - la57_trampoline + VM_PAGE_TO_PHYS(m_code);
2177         la57_tramp = (void (*)(uint64_t))VM_PAGE_TO_PHYS(m_code);
2178         invlpg((vm_offset_t)la57_tramp);
2179         la57_tramp(KPML5phys);
2180
2181         /*
2182          * gdt was necessary reset, switch back to our gdt.
2183          */
2184         lgdt(&r_gdt);
2185         wrmsr(MSR_GSBASE, (uint64_t)&__pcpu[0]);
2186         load_ds(_udatasel);
2187         load_es(_udatasel);
2188         load_fs(_ufssel);
2189         ssdtosyssd(&gdt_segs[GPROC0_SEL],
2190             (struct system_segment_descriptor *)&__pcpu[0].pc_gdt[GPROC0_SEL]);
2191         ltr(GSEL(GPROC0_SEL, SEL_KPL));
2192
2193         /*
2194          * Now unmap the trampoline, and free the pages.
2195          * Clear pml5 entry used for 1:1 trampoline mapping.
2196          */
2197         pte_clear(&v_pml5[pmap_pml5e_index(VM_PAGE_TO_PHYS(m_code))]);
2198         invlpg((vm_offset_t)v_code);
2199         vm_page_free(m_code);
2200         vm_page_free(m_pdp);
2201         vm_page_free(m_pd);
2202         vm_page_free(m_pt);
2203
2204         /* 
2205          * Recursively map PML5 to itself in order to get PTmap and
2206          * PDmap.
2207          */
2208         v_pml5[PML5PML5I] = KPML5phys | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
2209
2210         kernel_pmap->pm_cr3 = KPML5phys;
2211         kernel_pmap->pm_pmltop = v_pml5;
2212         pmap_pt_page_count_adj(kernel_pmap, 1);
2213 }
2214 SYSINIT(la57, SI_SUB_KMEM, SI_ORDER_ANY, pmap_bootstrap_la57, NULL);
2215
2216 /*
2217  *      Initialize a vm_page's machine-dependent fields.
2218  */
2219 void
2220 pmap_page_init(vm_page_t m)
2221 {
2222
2223         TAILQ_INIT(&m->md.pv_list);
2224         m->md.pat_mode = PAT_WRITE_BACK;
2225 }
2226
2227 static int pmap_allow_2m_x_ept;
2228 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, allow_2m_x_ept, CTLFLAG_RWTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
2229     &pmap_allow_2m_x_ept, 0,
2230     "Allow executable superpage mappings in EPT");
2231
2232 void
2233 pmap_allow_2m_x_ept_recalculate(void)
2234 {
2235         /*
2236          * SKL002, SKL012S.  Since the EPT format is only used by
2237          * Intel CPUs, the vendor check is merely a formality.
2238          */
2239         if (!(cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL ||
2240             (cpu_ia32_arch_caps & IA32_ARCH_CAP_IF_PSCHANGE_MC_NO) != 0 ||
2241             (CPUID_TO_FAMILY(cpu_id) == 0x6 &&
2242             (CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x26 ||  /* Atoms */
2243             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x27 ||
2244             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x35 ||
2245             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x36 ||
2246             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x37 ||
2247             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x86 ||
2248             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x1c ||
2249             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x4a ||
2250             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x4c ||
2251             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x4d ||
2252             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x5a ||
2253             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x5c ||
2254             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x5d ||
2255             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x5f ||
2256             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x6e ||
2257             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x7a ||
2258             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x57 ||   /* Knights */
2259             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x85))))
2260                 pmap_allow_2m_x_ept = 1;
2261         TUNABLE_INT_FETCH("hw.allow_2m_x_ept", &pmap_allow_2m_x_ept);
2262 }
2263
2264 static bool
2265 pmap_allow_2m_x_page(pmap_t pmap, bool executable)
2266 {
2267
2268         return (pmap->pm_type != PT_EPT || !executable ||
2269             !pmap_allow_2m_x_ept);
2270 }
2271
2272 #ifdef NUMA
2273 static void
2274 pmap_init_pv_table(void)
2275 {
2276         struct pmap_large_md_page *pvd;
2277         vm_size_t s;
2278         long start, end, highest, pv_npg;
2279         int domain, i, j, pages;
2280
2281         /*
2282          * We strongly depend on the size being a power of two, so the assert
2283          * is overzealous. However, should the struct be resized to a
2284          * different power of two, the code below needs to be revisited.
2285          */
2286         CTASSERT((sizeof(*pvd) == 64));
2287
2288         /*
2289          * Calculate the size of the array.
2290          */
2291         pmap_last_pa = vm_phys_segs[vm_phys_nsegs - 1].end;
2292         pv_npg = howmany(pmap_last_pa, NBPDR);
2293         s = (vm_size_t)pv_npg * sizeof(struct pmap_large_md_page);
2294         s = round_page(s);
2295         pv_table = (struct pmap_large_md_page *)kva_alloc(s);
2296         if (pv_table == NULL)
2297                 panic("%s: kva_alloc failed\n", __func__);
2298
2299         /*
2300          * Iterate physical segments to allocate space for respective pages.
2301          */
2302         highest = -1;
2303         s = 0;
2304         for (i = 0; i < vm_phys_nsegs; i++) {
2305                 end = vm_phys_segs[i].end / NBPDR;
2306                 domain = vm_phys_segs[i].domain;
2307
2308                 if (highest >= end)
2309                         continue;
2310
2311                 start = highest + 1;
2312                 pvd = &pv_table[start];
2313
2314                 pages = end - start + 1;
2315                 s = round_page(pages * sizeof(*pvd));
2316                 highest = start + (s / sizeof(*pvd)) - 1;
2317
2318                 for (j = 0; j < s; j += PAGE_SIZE) {
2319                         vm_page_t m = vm_page_alloc_noobj_domain(domain, 0);
2320                         if (m == NULL)
2321                                 panic("failed to allocate PV table page");
2322                         pmap_qenter((vm_offset_t)pvd + j, &m, 1);
2323                 }
2324
2325                 for (j = 0; j < s / sizeof(*pvd); j++) {
2326                         rw_init_flags(&pvd->pv_lock, "pmap pv list", RW_NEW);
2327                         TAILQ_INIT(&pvd->pv_page.pv_list);
2328                         pvd->pv_page.pv_gen = 0;
2329                         pvd->pv_page.pat_mode = 0;
2330                         pvd->pv_invl_gen = 0;
2331                         pvd++;
2332                 }
2333         }
2334         pvd = &pv_dummy_large;
2335         rw_init_flags(&pvd->pv_lock, "pmap pv list dummy", RW_NEW);
2336         TAILQ_INIT(&pvd->pv_page.pv_list);
2337         pvd->pv_page.pv_gen = 0;
2338         pvd->pv_page.pat_mode = 0;
2339         pvd->pv_invl_gen = 0;
2340 }
2341 #else
2342 static void
2343 pmap_init_pv_table(void)
2344 {
2345         vm_size_t s;
2346         long i, pv_npg;
2347
2348         /*
2349          * Initialize the pool of pv list locks.
2350          */
2351         for (i = 0; i < NPV_LIST_LOCKS; i++)
2352                 rw_init(&pv_list_locks[i], "pmap pv list");
2353
2354         /*
2355          * Calculate the size of the pv head table for superpages.
2356          */
2357         pv_npg = howmany(vm_phys_segs[vm_phys_nsegs - 1].end, NBPDR);
2358
2359         /*
2360          * Allocate memory for the pv head table for superpages.
2361          */
2362         s = (vm_size_t)pv_npg * sizeof(struct md_page);
2363         s = round_page(s);
2364         pv_table = (struct md_page *)kmem_malloc(s, M_WAITOK | M_ZERO);
2365         for (i = 0; i < pv_npg; i++)
2366                 TAILQ_INIT(&pv_table[i].pv_list);
2367         TAILQ_INIT(&pv_dummy.pv_list);
2368 }
2369 #endif
2370
2371 /*
2372  *      Initialize the pmap module.
2373  *      Called by vm_init, to initialize any structures that the pmap
2374  *      system needs to map virtual memory.
2375  */
2376 void
2377 pmap_init(void)
2378 {
2379         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
2380         vm_page_t m, mpte;
2381         int error, i, ret, skz63;
2382
2383         /* L1TF, reserve page @0 unconditionally */
2384         vm_page_blacklist_add(0, bootverbose);
2385
2386         /* Detect bare-metal Skylake Server and Skylake-X. */
2387         if (vm_guest == VM_GUEST_NO && cpu_vendor_id == CPU_VENDOR_INTEL &&
2388             CPUID_TO_FAMILY(cpu_id) == 0x6 && CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x55) {
2389                 /*
2390                  * Skylake-X errata SKZ63. Processor May Hang When
2391                  * Executing Code In an HLE Transaction Region between
2392                  * 40000000H and 403FFFFFH.
2393                  *
2394                  * Mark the pages in the range as preallocated.  It
2395                  * seems to be impossible to distinguish between
2396                  * Skylake Server and Skylake X.
2397                  */
2398                 skz63 = 1;
2399                 TUNABLE_INT_FETCH("hw.skz63_enable", &skz63);
2400                 if (skz63 != 0) {
2401                         if (bootverbose)
2402                                 printf("SKZ63: skipping 4M RAM starting "
2403                                     "at physical 1G\n");
2404                         for (i = 0; i < atop(0x400000); i++) {
2405                                 ret = vm_page_blacklist_add(0x40000000 +
2406                                     ptoa(i), FALSE);
2407                                 if (!ret && bootverbose)
2408                                         printf("page at %#lx already used\n",
2409                                             0x40000000 + ptoa(i));
2410                         }
2411                 }
2412         }
2413
2414         /* IFU */
2415         pmap_allow_2m_x_ept_recalculate();
2416
2417         /*
2418          * Initialize the vm page array entries for the kernel pmap's
2419          * page table pages.
2420          */ 
2421         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
2422         for (i = 0; i < nkpt; i++) {
2423                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(KPTphys + (i << PAGE_SHIFT));
2424                 KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
2425                     mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
2426                     ("pmap_init: page table page is out of range"));
2427                 mpte->pindex = pmap_pde_pindex(KERNBASE) + i;
2428                 mpte->phys_addr = KPTphys + (i << PAGE_SHIFT);
2429                 mpte->ref_count = 1;
2430
2431                 /*
2432                  * Collect the page table pages that were replaced by a 2MB
2433                  * page in create_pagetables().  They are zero filled.
2434                  */
2435                 if ((i == 0 ||
2436                     kernphys + ((vm_paddr_t)(i - 1) << PDRSHIFT) < KERNend) &&
2437                     pmap_insert_pt_page(kernel_pmap, mpte, false))
2438                         panic("pmap_init: pmap_insert_pt_page failed");
2439         }
2440         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
2441         vm_wire_add(nkpt);
2442
2443         /*
2444          * If the kernel is running on a virtual machine, then it must assume
2445          * that MCA is enabled by the hypervisor.  Moreover, the kernel must
2446          * be prepared for the hypervisor changing the vendor and family that
2447          * are reported by CPUID.  Consequently, the workaround for AMD Family
2448          * 10h Erratum 383 is enabled if the processor's feature set does not
2449          * include at least one feature that is only supported by older Intel
2450          * or newer AMD processors.
2451          */
2452         if (vm_guest != VM_GUEST_NO && (cpu_feature & CPUID_SS) == 0 &&
2453             (cpu_feature2 & (CPUID2_SSSE3 | CPUID2_SSE41 | CPUID2_AESNI |
2454             CPUID2_AVX | CPUID2_XSAVE)) == 0 && (amd_feature2 & (AMDID2_XOP |
2455             AMDID2_FMA4)) == 0)
2456                 workaround_erratum383 = 1;
2457
2458         /*
2459          * Are large page mappings enabled?
2460          */
2461         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.pg_ps_enabled", &pg_ps_enabled);
2462         if (pg_ps_enabled) {
2463                 KASSERT(MAXPAGESIZES > 1 && pagesizes[1] == 0,
2464                     ("pmap_init: can't assign to pagesizes[1]"));
2465                 pagesizes[1] = NBPDR;
2466                 if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0) {
2467                         KASSERT(MAXPAGESIZES > 2 && pagesizes[2] == 0,
2468                             ("pmap_init: can't assign to pagesizes[2]"));
2469                         pagesizes[2] = NBPDP;
2470                 }
2471         }
2472
2473         /*
2474          * Initialize pv chunk lists.
2475          */
2476         for (i = 0; i < PMAP_MEMDOM; i++) {
2477                 mtx_init(&pv_chunks[i].pvc_lock, "pmap pv chunk list", NULL, MTX_DEF);
2478                 TAILQ_INIT(&pv_chunks[i].pvc_list);
2479         }
2480         pmap_init_pv_table();
2481
2482         pmap_initialized = 1;
2483         for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
2484                 ppim = pmap_preinit_mapping + i;
2485                 if (ppim->va == 0)
2486                         continue;
2487                 /* Make the direct map consistent */
2488                 if (ppim->pa < dmaplimit && ppim->pa + ppim->sz <= dmaplimit) {
2489                         (void)pmap_change_attr(PHYS_TO_DMAP(ppim->pa),
2490                             ppim->sz, ppim->mode);
2491                 }
2492                 if (!bootverbose)
2493                         continue;
2494                 printf("PPIM %u: PA=%#lx, VA=%#lx, size=%#lx, mode=%#x\n", i,
2495                     ppim->pa, ppim->va, ppim->sz, ppim->mode);
2496         }
2497
2498         mtx_init(&qframe_mtx, "qfrmlk", NULL, MTX_SPIN);
2499         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE, M_BESTFIT | M_WAITOK,
2500             (vmem_addr_t *)&qframe);
2501         if (error != 0)
2502                 panic("qframe allocation failed");
2503
2504         lm_ents = 8;
2505         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.large_map_pml4_entries", &lm_ents);
2506         if (lm_ents > LMEPML4I - LMSPML4I + 1)
2507                 lm_ents = LMEPML4I - LMSPML4I + 1;
2508         if (bootverbose)
2509                 printf("pmap: large map %u PML4 slots (%lu GB)\n",
2510                     lm_ents, (u_long)lm_ents * (NBPML4 / 1024 / 1024 / 1024));
2511         if (lm_ents != 0) {
2512                 large_vmem = vmem_create("large", LARGEMAP_MIN_ADDRESS,
2513                     (vmem_size_t)lm_ents * NBPML4, PAGE_SIZE, 0, M_WAITOK);
2514                 if (large_vmem == NULL) {
2515                         printf("pmap: cannot create large map\n");
2516                         lm_ents = 0;
2517                 }
2518                 for (i = 0; i < lm_ents; i++) {
2519                         m = pmap_large_map_getptp_unlocked();
2520                         /* XXXKIB la57 */
2521                         kernel_pml4[LMSPML4I + i] = X86_PG_V |
2522                             X86_PG_RW | X86_PG_A | X86_PG_M | pg_nx |
2523                             VM_PAGE_TO_PHYS(m);
2524                 }
2525         }
2526 }
2527
2528 SYSCTL_UINT(_vm_pmap, OID_AUTO, large_map_pml4_entries,
2529     CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH, &lm_ents, 0,
2530     "Maximum number of PML4 entries for use by large map (tunable).  "
2531     "Each entry corresponds to 512GB of address space.");
2532
2533 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, pde, CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
2534     "2MB page mapping counters");
2535
2536 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(pmap_pde_demotions);
2537 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, demotions,
2538     CTLFLAG_RD, &pmap_pde_demotions, "2MB page demotions");
2539
2540 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(pmap_pde_mappings);
2541 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, mappings, CTLFLAG_RD,
2542     &pmap_pde_mappings, "2MB page mappings");
2543
2544 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(pmap_pde_p_failures);
2545 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, p_failures, CTLFLAG_RD,
2546     &pmap_pde_p_failures, "2MB page promotion failures");
2547
2548 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(pmap_pde_promotions);
2549 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, promotions, CTLFLAG_RD,
2550     &pmap_pde_promotions, "2MB page promotions");
2551
2552 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, pdpe, CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
2553     "1GB page mapping counters");
2554
2555 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(pmap_pdpe_demotions);
2556 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_pmap_pdpe, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
2557     &pmap_pdpe_demotions, "1GB page demotions");
2558
2559 /***************************************************
2560  * Low level helper routines.....
2561  ***************************************************/
2562
2563 static pt_entry_t
2564 pmap_swap_pat(pmap_t pmap, pt_entry_t entry)
2565 {
2566         int x86_pat_bits = X86_PG_PTE_PAT | X86_PG_PDE_PAT;
2567
2568         switch (pmap->pm_type) {
2569         case PT_X86:
2570         case PT_RVI:
2571                 /* Verify that both PAT bits are not set at the same time */
2572                 KASSERT((entry & x86_pat_bits) != x86_pat_bits,
2573                     ("Invalid PAT bits in entry %#lx", entry));
2574
2575                 /* Swap the PAT bits if one of them is set */
2576                 if ((entry & x86_pat_bits) != 0)
2577                         entry ^= x86_pat_bits;
2578                 break;
2579         case PT_EPT:
2580                 /*
2581                  * Nothing to do - the memory attributes are represented
2582                  * the same way for regular pages and superpages.
2583                  */
2584                 break;
2585         default:
2586                 panic("pmap_switch_pat_bits: bad pm_type %d", pmap->pm_type);
2587         }
2588
2589         return (entry);
2590 }
2591
2592 boolean_t
2593 pmap_is_valid_memattr(pmap_t pmap __unused, vm_memattr_t mode)
2594 {
2595
2596         return (mode >= 0 && mode < PAT_INDEX_SIZE &&
2597             pat_index[(int)mode] >= 0);
2598 }
2599
2600 /*
2601  * Determine the appropriate bits to set in a PTE or PDE for a specified
2602  * caching mode.
2603  */
2604 int
2605 pmap_cache_bits(pmap_t pmap, int mode, boolean_t is_pde)
2606 {
2607         int cache_bits, pat_flag, pat_idx;
2608
2609         if (!pmap_is_valid_memattr(pmap, mode))
2610                 panic("Unknown caching mode %d\n", mode);
2611
2612         switch (pmap->pm_type) {
2613         case PT_X86:
2614         case PT_RVI:
2615                 /* The PAT bit is different for PTE's and PDE's. */
2616                 pat_flag = is_pde ? X86_PG_PDE_PAT : X86_PG_PTE_PAT;
2617
2618                 /* Map the caching mode to a PAT index. */
2619                 pat_idx = pat_index[mode];
2620
2621                 /* Map the 3-bit index value into the PAT, PCD, and PWT bits. */
2622                 cache_bits = 0;
2623                 if (pat_idx & 0x4)
2624                         cache_bits |= pat_flag;
2625                 if (pat_idx & 0x2)
2626                         cache_bits |= PG_NC_PCD;
2627                 if (pat_idx & 0x1)
2628                         cache_bits |= PG_NC_PWT;
2629                 break;
2630
2631         case PT_EPT:
2632                 cache_bits = EPT_PG_IGNORE_PAT | EPT_PG_MEMORY_TYPE(mode);
2633                 break;
2634
2635         default:
2636                 panic("unsupported pmap type %d", pmap->pm_type);
2637         }
2638
2639         return (cache_bits);
2640 }
2641
2642 static int
2643 pmap_cache_mask(pmap_t pmap, boolean_t is_pde)
2644 {
2645         int mask;
2646
2647         switch (pmap->pm_type) {
2648         case PT_X86:
2649         case PT_RVI:
2650                 mask = is_pde ? X86_PG_PDE_CACHE : X86_PG_PTE_CACHE;
2651                 break;
2652         case PT_EPT:
2653                 mask = EPT_PG_IGNORE_PAT | EPT_PG_MEMORY_TYPE(0x7);
2654                 break;
2655         default:
2656                 panic("pmap_cache_mask: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
2657         }
2658
2659         return (mask);
2660 }
2661
2662 static int
2663 pmap_pat_index(pmap_t pmap, pt_entry_t pte, bool is_pde)
2664 {
2665         int pat_flag, pat_idx;
2666
2667         pat_idx = 0;
2668         switch (pmap->pm_type) {
2669         case PT_X86:
2670         case PT_RVI:
2671                 /* The PAT bit is different for PTE's and PDE's. */
2672                 pat_flag = is_pde ? X86_PG_PDE_PAT : X86_PG_PTE_PAT;
2673
2674                 if ((pte & pat_flag) != 0)
2675                         pat_idx |= 0x4;
2676                 if ((pte & PG_NC_PCD) != 0)
2677                         pat_idx |= 0x2;
2678                 if ((pte & PG_NC_PWT) != 0)
2679                         pat_idx |= 0x1;
2680                 break;
2681         case PT_EPT:
2682                 if ((pte & EPT_PG_IGNORE_PAT) != 0)
2683                         panic("EPT PTE %#lx has no PAT memory type", pte);
2684                 pat_idx = (pte & EPT_PG_MEMORY_TYPE(0x7)) >> 3;
2685                 break;
2686         }
2687
2688         /* See pmap_init_pat(). */
2689         if (pat_idx == 4)
2690                 pat_idx = 0;
2691         if (pat_idx == 7)
2692                 pat_idx = 3;
2693
2694         return (pat_idx);
2695 }
2696
2697 bool
2698 pmap_ps_enabled(pmap_t pmap)
2699 {
2700
2701         return (pg_ps_enabled && (pmap->pm_flags & PMAP_PDE_SUPERPAGE) != 0);
2702 }
2703
2704 static void
2705 pmap_update_pde_store(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
2706 {
2707
2708         switch (pmap->pm_type) {
2709         case PT_X86:
2710                 break;
2711         case PT_RVI:
2712         case PT_EPT:
2713                 /*
2714                  * XXX
2715                  * This is a little bogus since the generation number is
2716                  * supposed to be bumped up when a region of the address
2717                  * space is invalidated in the page tables.
2718                  *
2719                  * In this case the old PDE entry is valid but yet we want
2720                  * to make sure that any mappings using the old entry are
2721                  * invalidated in the TLB.
2722                  *
2723                  * The reason this works as expected is because we rendezvous
2724                  * "all" host cpus and force any vcpu context to exit as a
2725                  * side-effect.
2726                  */
2727                 atomic_add_long(&pmap->pm_eptgen, 1);
2728                 break;
2729         default:
2730                 panic("pmap_update_pde_store: bad pm_type %d", pmap->pm_type);
2731         }
2732         pde_store(pde, newpde);
2733 }
2734
2735 /*
2736  * After changing the page size for the specified virtual address in the page
2737  * table, flush the corresponding entries from the processor's TLB.  Only the
2738  * calling processor's TLB is affected.
2739  *
2740  * The calling thread must be pinned to a processor.
2741  */
2742 static void
2743 pmap_update_pde_invalidate(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t newpde)
2744 {
2745         pt_entry_t PG_G;
2746
2747         if (pmap_type_guest(pmap))
2748                 return;
2749
2750         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
2751             ("pmap_update_pde_invalidate: invalid type %d", pmap->pm_type));
2752
2753         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
2754
2755         if ((newpde & PG_PS) == 0)
2756                 /* Demotion: flush a specific 2MB page mapping. */
2757                 invlpg(va);
2758         else if ((newpde & PG_G) == 0)
2759                 /*
2760                  * Promotion: flush every 4KB page mapping from the TLB
2761                  * because there are too many to flush individually.
2762                  */
2763                 invltlb();
2764         else {
2765                 /*
2766                  * Promotion: flush every 4KB page mapping from the TLB,
2767                  * including any global (PG_G) mappings.
2768                  */
2769                 invltlb_glob();
2770         }
2771 }
2772
2773 /*
2774  * The amd64 pmap uses different approaches to TLB invalidation
2775  * depending on the kernel configuration, available hardware features,
2776  * and known hardware errata.  The kernel configuration option that
2777  * has the greatest operational impact on TLB invalidation is PTI,
2778  * which is enabled automatically on affected Intel CPUs.  The most
2779  * impactful hardware features are first PCID, and then INVPCID
2780  * instruction presence.  PCID usage is quite different for PTI
2781  * vs. non-PTI.
2782  *
2783  * * Kernel Page Table Isolation (PTI or KPTI) is used to mitigate
2784  *   the Meltdown bug in some Intel CPUs.  Under PTI, each user address
2785  *   space is served by two page tables, user and kernel.  The user
2786  *   page table only maps user space and a kernel trampoline.  The
2787  *   kernel trampoline includes the entirety of the kernel text but
2788  *   only the kernel data that is needed to switch from user to kernel
2789  *   mode.  The kernel page table maps the user and kernel address
2790  *   spaces in their entirety.  It is identical to the per-process
2791  *   page table used in non-PTI mode.
2792  *
2793  *   User page tables are only used when the CPU is in user mode.
2794  *   Consequently, some TLB invalidations can be postponed until the
2795  *   switch from kernel to user mode.  In contrast, the user
2796  *   space part of the kernel page table is used for copyout(9), so
2797  *   TLB invalidations on this page table cannot be similarly postponed.
2798  *
2799  *   The existence of a user mode page table for the given pmap is
2800  *   indicated by a pm_ucr3 value that differs from PMAP_NO_CR3, in
2801  *   which case pm_ucr3 contains the %cr3 register value for the user
2802  *   mode page table's root.
2803  *
2804  * * The pm_active bitmask indicates which CPUs currently have the
2805  *   pmap active.  A CPU's bit is set on context switch to the pmap, and
2806  *   cleared on switching off this CPU.  For the kernel page table,
2807  *   the pm_active field is immutable and contains all CPUs.  The
2808  *   kernel page table is always logically active on every processor,
2809  *   but not necessarily in use by the hardware, e.g., in PTI mode.
2810  *
2811  *   When requesting invalidation of virtual addresses with
2812  *   pmap_invalidate_XXX() functions, the pmap sends shootdown IPIs to
2813  *   all CPUs recorded as active in pm_active.  Updates to and reads
2814  *   from pm_active are not synchronized, and so they may race with
2815  *   each other.  Shootdown handlers are prepared to handle the race.
2816  *
2817  * * PCID is an optional feature of the long mode x86 MMU where TLB
2818  *   entries are tagged with the 'Process ID' of the address space
2819  *   they belong to.  This feature provides a limited namespace for
2820  *   process identifiers, 12 bits, supporting 4095 simultaneous IDs
2821  *   total.
2822  *
2823  *   Allocation of a PCID to a pmap is done by an algorithm described
2824  *   in section 15.12, "Other TLB Consistency Algorithms", of
2825  *   Vahalia's book "Unix Internals".  A PCID cannot be allocated for
2826  *   the whole lifetime of a pmap in pmap_pinit() due to the limited
2827  *   namespace.  Instead, a per-CPU, per-pmap PCID is assigned when
2828  *   the CPU is about to start caching TLB entries from a pmap,
2829  *   i.e., on the context switch that activates the pmap on the CPU.
2830  *
2831  *   The PCID allocator maintains a per-CPU, per-pmap generation
2832  *   count, pm_gen, which is incremented each time a new PCID is
2833  *   allocated.  On TLB invalidation, the generation counters for the
2834  *   pmap are zeroed, which signals the context switch code that the
2835  *   previously allocated PCID is no longer valid.  Effectively,
2836  *   zeroing any of these counters triggers a TLB shootdown for the
2837  *   given CPU/address space, due to the allocation of a new PCID.
2838  *
2839  *   Zeroing can be performed remotely.  Consequently, if a pmap is
2840  *   inactive on a CPU, then a TLB shootdown for that pmap and CPU can
2841  *   be initiated by an ordinary memory access to reset the target
2842  *   CPU's generation count within the pmap.  The CPU initiating the
2843  *   TLB shootdown does not need to send an IPI to the target CPU.
2844  *
2845  * * PTI + PCID.  The available PCIDs are divided into two sets: PCIDs
2846  *   for complete (kernel) page tables, and PCIDs for user mode page
2847  *   tables.  A user PCID value is obtained from the kernel PCID value
2848  *   by setting the highest bit, 11, to 1 (0x800 == PMAP_PCID_USER_PT).
2849  *
2850  *   User space page tables are activated on return to user mode, by
2851  *   loading pm_ucr3 into %cr3.  If the PCPU(ucr3_load_mask) requests
2852  *   clearing bit 63 of the loaded ucr3, this effectively causes
2853  *   complete invalidation of the user mode TLB entries for the
2854  *   current pmap.  In which case, local invalidations of individual
2855  *   pages in the user page table are skipped.
2856  *
2857  * * Local invalidation, all modes.  If the requested invalidation is
2858  *   for a specific address or the total invalidation of a currently
2859  *   active pmap, then the TLB is flushed using INVLPG for a kernel
2860  *   page table, and INVPCID(INVPCID_CTXGLOB)/invltlb_glob() for a
2861  *   user space page table(s).
2862  *
2863  *   If the INVPCID instruction is available, it is used to flush entries
2864  *   from the kernel page table.
2865  *
2866  * * mode: PTI disabled, PCID present.  The kernel reserves PCID 0 for its
2867  *   address space, all other 4095 PCIDs are used for user mode spaces
2868  *   as described above.  A context switch allocates a new PCID if
2869  *   the recorded PCID is zero or the recorded generation does not match
2870  *   the CPU's generation, effectively flushing the TLB for this address space.
2871  *   Total remote invalidation is performed by zeroing pm_gen for all CPUs.
2872  *      local user page: INVLPG
2873  *      local kernel page: INVLPG
2874  *      local user total: INVPCID(CTX)
2875  *      local kernel total: INVPCID(CTXGLOB) or invltlb_glob()
2876  *      remote user page, inactive pmap: zero pm_gen
2877  *      remote user page, active pmap: zero pm_gen + IPI:INVLPG
2878  *      (Both actions are required to handle the aforementioned pm_active races.)
2879  *      remote kernel page: IPI:INVLPG
2880  *      remote user total, inactive pmap: zero pm_gen
2881  *      remote user total, active pmap: zero pm_gen + IPI:(INVPCID(CTX) or
2882  *          reload %cr3)
2883  *      (See note above about pm_active races.)
2884  *      remote kernel total: IPI:(INVPCID(CTXGLOB) or invltlb_glob())
2885  *
2886  * PTI enabled, PCID present.
2887  *      local user page: INVLPG for kpt, INVPCID(ADDR) or (INVLPG for ucr3)
2888  *          for upt
2889  *      local kernel page: INVLPG
2890  *      local user total: INVPCID(CTX) or reload %cr3 for kpt, clear PCID_SAVE
2891  *          on loading UCR3 into %cr3 for upt
2892  *      local kernel total: INVPCID(CTXGLOB) or invltlb_glob()
2893  *      remote user page, inactive pmap: zero pm_gen
2894  *      remote user page, active pmap: zero pm_gen + IPI:(INVLPG for kpt,
2895  *          INVPCID(ADDR) for upt)
2896  *      remote kernel page: IPI:INVLPG
2897  *      remote user total, inactive pmap: zero pm_gen
2898  *      remote user total, active pmap: zero pm_gen + IPI:(INVPCID(CTX) for kpt,
2899  *          clear PCID_SAVE on loading UCR3 into $cr3 for upt)
2900  *      remote kernel total: IPI:(INVPCID(CTXGLOB) or invltlb_glob())
2901  *
2902  *  No PCID.
2903  *      local user page: INVLPG
2904  *      local kernel page: INVLPG
2905  *      local user total: reload %cr3
2906  *      local kernel total: invltlb_glob()
2907  *      remote user page, inactive pmap: -
2908  *      remote user page, active pmap: IPI:INVLPG
2909  *      remote kernel page: IPI:INVLPG
2910  *      remote user total, inactive pmap: -
2911  *      remote user total, active pmap: IPI:(reload %cr3)
2912  *      remote kernel total: IPI:invltlb_glob()
2913  *  Since on return to user mode, the reload of %cr3 with ucr3 causes
2914  *  TLB invalidation, no specific action is required for user page table.
2915  *
2916  * EPT.  EPT pmaps do not map KVA, all mappings are userspace.
2917  * XXX TODO
2918  */
2919
2920 #ifdef SMP
2921 /*
2922  * Interrupt the cpus that are executing in the guest context.
2923  * This will force the vcpu to exit and the cached EPT mappings
2924  * will be invalidated by the host before the next vmresume.
2925  */
2926 static __inline void
2927 pmap_invalidate_ept(pmap_t pmap)
2928 {
2929         smr_seq_t goal;
2930         int ipinum;
2931
2932         sched_pin();
2933         KASSERT(!CPU_ISSET(curcpu, &pmap->pm_active),
2934             ("pmap_invalidate_ept: absurd pm_active"));
2935
2936         /*
2937          * The TLB mappings associated with a vcpu context are not
2938          * flushed each time a different vcpu is chosen to execute.
2939          *
2940          * This is in contrast with a process's vtop mappings that
2941          * are flushed from the TLB on each context switch.
2942          *
2943          * Therefore we need to do more than just a TLB shootdown on
2944          * the active cpus in 'pmap->pm_active'. To do this we keep
2945          * track of the number of invalidations performed on this pmap.
2946          *
2947          * Each vcpu keeps a cache of this counter and compares it
2948          * just before a vmresume. If the counter is out-of-date an
2949          * invept will be done to flush stale mappings from the TLB.
2950          *
2951          * To ensure that all vCPU threads have observed the new counter
2952          * value before returning, we use SMR.  Ordering is important here:
2953          * the VMM enters an SMR read section before loading the counter
2954          * and after updating the pm_active bit set.  Thus, pm_active is
2955          * a superset of active readers, and any reader that has observed
2956          * the goal has observed the new counter value.
2957          */
2958         atomic_add_long(&pmap->pm_eptgen, 1);
2959
2960         goal = smr_advance(pmap->pm_eptsmr);
2961
2962         /*
2963          * Force the vcpu to exit and trap back into the hypervisor.
2964          */
2965         ipinum = pmap->pm_flags & PMAP_NESTED_IPIMASK;
2966         ipi_selected(pmap->pm_active, ipinum);
2967         sched_unpin();
2968
2969         /*
2970          * Ensure that all active vCPUs will observe the new generation counter
2971          * value before executing any more guest instructions.
2972          */
2973         smr_wait(pmap->pm_eptsmr, goal);
2974 }
2975
2976 static inline void
2977 pmap_invalidate_preipi_pcid(pmap_t pmap)
2978 {
2979         u_int cpuid, i;
2980
2981         sched_pin();
2982
2983         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
2984         if (pmap != PCPU_GET(curpmap))
2985                 cpuid = 0xffffffff;     /* An impossible value */
2986
2987         CPU_FOREACH(i) {
2988                 if (cpuid != i)
2989                         pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
2990         }
2991
2992         /*
2993          * The fence is between stores to pm_gen and the read of the
2994          * pm_active mask.  We need to ensure that it is impossible
2995          * for us to miss the bit update in pm_active and
2996          * simultaneously observe a non-zero pm_gen in
2997          * pmap_activate_sw(), otherwise TLB update is missed.
2998          * Without the fence, IA32 allows such an outcome.  Note that
2999          * pm_active is updated by a locked operation, which provides
3000          * the reciprocal fence.
3001          */
3002         atomic_thread_fence_seq_cst();
3003 }
3004
3005 static void
3006 pmap_invalidate_preipi_nopcid(pmap_t pmap __unused)
3007 {
3008         sched_pin();
3009 }
3010
3011 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_invalidate_preipi, (pmap_t))
3012 {
3013         return (pmap_pcid_enabled ? pmap_invalidate_preipi_pcid :
3014             pmap_invalidate_preipi_nopcid);
3015 }
3016
3017 static inline void
3018 pmap_invalidate_page_pcid_cb(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
3019     const bool invpcid_works1)
3020 {
3021         struct invpcid_descr d;
3022         uint64_t kcr3, ucr3;
3023         uint32_t pcid;
3024         u_int cpuid;
3025
3026         /*
3027          * Because pm_pcid is recalculated on a context switch, we
3028          * must ensure there is no preemption, not just pinning.
3029          * Otherwise, we might use a stale value below.
3030          */
3031         CRITICAL_ASSERT(curthread);
3032
3033         /*
3034          * No need to do anything with user page tables invalidation
3035          * if there is no user page table, or invalidation is deferred
3036          * until the return to userspace.  ucr3_load_mask is stable
3037          * because we have preemption disabled.
3038          */
3039         if (pmap->pm_ucr3 == PMAP_NO_CR3 ||
3040             PCPU_GET(ucr3_load_mask) != PMAP_UCR3_NOMASK)
3041                 return;
3042
3043         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
3044
3045         pcid = pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
3046         if (invpcid_works1) {
3047                 d.pcid = pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
3048                 d.pad = 0;
3049                 d.addr = va;
3050                 invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
3051         } else {
3052                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pcid | CR3_PCID_SAVE;
3053                 ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pcid | PMAP_PCID_USER_PT | CR3_PCID_SAVE;
3054                 pmap_pti_pcid_invlpg(ucr3, kcr3, va);
3055         }
3056 }
3057
3058 static void
3059 pmap_invalidate_page_pcid_invpcid_cb(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3060 {
3061         pmap_invalidate_page_pcid_cb(pmap, va, true);
3062 }
3063
3064 static void
3065 pmap_invalidate_page_pcid_noinvpcid_cb(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3066 {
3067         pmap_invalidate_page_pcid_cb(pmap, va, false);
3068 }
3069
3070 static void
3071 pmap_invalidate_page_nopcid_cb(pmap_t pmap __unused, vm_offset_t va __unused)
3072 {
3073 }
3074
3075 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_invalidate_page_cb, (pmap_t, vm_offset_t))
3076 {
3077         if (pmap_pcid_enabled)
3078                 return (invpcid_works ? pmap_invalidate_page_pcid_invpcid_cb :
3079                     pmap_invalidate_page_pcid_noinvpcid_cb);
3080         return (pmap_invalidate_page_nopcid_cb);
3081 }
3082
3083 static void
3084 pmap_invalidate_page_curcpu_cb(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
3085     vm_offset_t addr2 __unused)
3086 {
3087         if (pmap == kernel_pmap) {
3088                 invlpg(va);
3089         } else if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
3090                 invlpg(va);
3091                 pmap_invalidate_page_cb(pmap, va);
3092         }
3093 }
3094
3095 void
3096 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3097 {
3098         if (pmap_type_guest(pmap)) {
3099                 pmap_invalidate_ept(pmap);
3100                 return;
3101         }
3102
3103         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
3104             ("pmap_invalidate_page: invalid type %d", pmap->pm_type));
3105
3106         pmap_invalidate_preipi(pmap);
3107         smp_masked_invlpg(va, pmap, pmap_invalidate_page_curcpu_cb);
3108 }
3109
3110 /* 4k PTEs -- Chosen to exceed the total size of Broadwell L2 TLB */
3111 #define PMAP_INVLPG_THRESHOLD   (4 * 1024 * PAGE_SIZE)
3112
3113 static void
3114 pmap_invalidate_range_pcid_cb(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
3115     const bool invpcid_works1)
3116 {
3117         struct invpcid_descr d;
3118         uint64_t kcr3, ucr3;
3119         uint32_t pcid;
3120         u_int cpuid;
3121
3122         CRITICAL_ASSERT(curthread);
3123
3124         if (pmap != PCPU_GET(curpmap) ||
3125             pmap->pm_ucr3 == PMAP_NO_CR3 ||
3126             PCPU_GET(ucr3_load_mask) != PMAP_UCR3_NOMASK)
3127                 return;
3128
3129         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
3130
3131         pcid = pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
3132         if (invpcid_works1) {
3133                 d.pcid = pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
3134                 d.pad = 0;
3135                 for (d.addr = sva; d.addr < eva; d.addr += PAGE_SIZE)
3136                         invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
3137         } else {
3138                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pcid | CR3_PCID_SAVE;
3139                 ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pcid | PMAP_PCID_USER_PT | CR3_PCID_SAVE;
3140                 pmap_pti_pcid_invlrng(ucr3, kcr3, sva, eva);
3141         }
3142 }
3143
3144 static void
3145 pmap_invalidate_range_pcid_invpcid_cb(pmap_t pmap, vm_offset_t sva,
3146     vm_offset_t eva)
3147 {
3148         pmap_invalidate_range_pcid_cb(pmap, sva, eva, true);
3149 }
3150
3151 static void
3152 pmap_invalidate_range_pcid_noinvpcid_cb(pmap_t pmap, vm_offset_t sva,
3153     vm_offset_t eva)
3154 {
3155         pmap_invalidate_range_pcid_cb(pmap, sva, eva, false);
3156 }
3157
3158 static void
3159 pmap_invalidate_range_nopcid_cb(pmap_t pmap __unused, vm_offset_t sva __unused,
3160     vm_offset_t eva __unused)
3161 {
3162 }
3163
3164 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_invalidate_range_cb, (pmap_t, vm_offset_t,
3165     vm_offset_t))
3166 {
3167         if (pmap_pcid_enabled)
3168                 return (invpcid_works ? pmap_invalidate_range_pcid_invpcid_cb :
3169                     pmap_invalidate_range_pcid_noinvpcid_cb);
3170         return (pmap_invalidate_range_nopcid_cb);
3171 }
3172
3173 static void
3174 pmap_invalidate_range_curcpu_cb(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3175 {
3176         vm_offset_t addr;
3177
3178         if (pmap == kernel_pmap) {
3179                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
3180                         invlpg(addr);
3181         } else if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
3182                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
3183                         invlpg(addr);
3184                 pmap_invalidate_range_cb(pmap, sva, eva);
3185         }
3186 }
3187
3188 void
3189 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3190 {
3191         if (eva - sva >= PMAP_INVLPG_THRESHOLD) {
3192                 pmap_invalidate_all(pmap);
3193                 return;
3194         }
3195
3196         if (pmap_type_guest(pmap)) {
3197                 pmap_invalidate_ept(pmap);
3198                 return;
3199         }
3200
3201         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
3202             ("pmap_invalidate_range: invalid type %d", pmap->pm_type));
3203
3204         pmap_invalidate_preipi(pmap);
3205         smp_masked_invlpg_range(sva, eva, pmap,
3206             pmap_invalidate_range_curcpu_cb);
3207 }
3208
3209 static inline void
3210 pmap_invalidate_all_pcid_cb(pmap_t pmap, bool invpcid_works1)
3211 {
3212         struct invpcid_descr d;
3213         uint64_t kcr3;
3214         uint32_t pcid;
3215         u_int cpuid;
3216
3217         if (pmap == kernel_pmap) {
3218                 if (invpcid_works1) {
3219                         bzero(&d, sizeof(d));
3220                         invpcid(&d, INVPCID_CTXGLOB);
3221                 } else {
3222                         invltlb_glob();
3223                 }
3224         } else if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
3225                 CRITICAL_ASSERT(curthread);
3226                 cpuid = PCPU_GET(cpuid);
3227
3228                 pcid = pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
3229                 if (invpcid_works1) {
3230                         d.pcid = pcid;
3231                         d.pad = 0;
3232                         d.addr = 0;
3233                         invpcid(&d, INVPCID_CTX);
3234                 } else {
3235                         kcr3 = pmap->pm_cr3 | pcid;
3236                         load_cr3(kcr3);
3237                 }
3238                 if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3)
3239                         PCPU_SET(ucr3_load_mask, ~CR3_PCID_SAVE);
3240         }
3241 }
3242
3243 static void
3244 pmap_invalidate_all_pcid_invpcid_cb(pmap_t pmap)
3245 {
3246         pmap_invalidate_all_pcid_cb(pmap, true);
3247 }
3248
3249 static void
3250 pmap_invalidate_all_pcid_noinvpcid_cb(pmap_t pmap)
3251 {
3252         pmap_invalidate_all_pcid_cb(pmap, false);
3253 }
3254
3255 static void
3256 pmap_invalidate_all_nopcid_cb(pmap_t pmap)
3257 {
3258         if (pmap == kernel_pmap)
3259                 invltlb_glob();
3260         else if (pmap == PCPU_GET(curpmap))
3261                 invltlb();
3262 }
3263
3264 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_invalidate_all_cb, (pmap_t))
3265 {
3266         if (pmap_pcid_enabled)
3267                 return (invpcid_works ? pmap_invalidate_all_pcid_invpcid_cb :
3268                     pmap_invalidate_all_pcid_noinvpcid_cb);
3269         return (pmap_invalidate_all_nopcid_cb);
3270 }
3271
3272 static void
3273 pmap_invalidate_all_curcpu_cb(pmap_t pmap, vm_offset_t addr1 __unused,
3274     vm_offset_t addr2 __unused)
3275 {
3276         pmap_invalidate_all_cb(pmap);
3277 }
3278
3279 void
3280 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
3281 {
3282         if (pmap_type_guest(pmap)) {
3283                 pmap_invalidate_ept(pmap);
3284                 return;
3285         }
3286
3287         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
3288             ("pmap_invalidate_all: invalid type %d", pmap->pm_type));
3289
3290         pmap_invalidate_preipi(pmap);
3291         smp_masked_invltlb(pmap, pmap_invalidate_all_curcpu_cb);
3292 }
3293
3294 static void
3295 pmap_invalidate_cache_curcpu_cb(pmap_t pmap __unused, vm_offset_t va __unused,
3296     vm_offset_t addr2 __unused)
3297 {
3298         wbinvd();
3299 }
3300
3301 void
3302 pmap_invalidate_cache(void)
3303 {
3304         sched_pin();
3305         smp_cache_flush(pmap_invalidate_cache_curcpu_cb);
3306 }
3307
3308 struct pde_action {
3309         cpuset_t invalidate;    /* processors that invalidate their TLB */
3310         pmap_t pmap;
3311         vm_offset_t va;
3312         pd_entry_t *pde;
3313         pd_entry_t newpde;
3314         u_int store;            /* processor that updates the PDE */
3315 };
3316
3317 static void
3318 pmap_update_pde_action(void *arg)
3319 {
3320         struct pde_action *act = arg;
3321
3322         if (act->store == PCPU_GET(cpuid))
3323                 pmap_update_pde_store(act->pmap, act->pde, act->newpde);
3324 }
3325
3326 static void
3327 pmap_update_pde_teardown(void *arg)
3328 {
3329         struct pde_action *act = arg;
3330
3331         if (CPU_ISSET(PCPU_GET(cpuid), &act->invalidate))
3332                 pmap_update_pde_invalidate(act->pmap, act->va, act->newpde);
3333 }
3334
3335 /*
3336  * Change the page size for the specified virtual address in a way that
3337  * prevents any possibility of the TLB ever having two entries that map the
3338  * same virtual address using different page sizes.  This is the recommended
3339  * workaround for Erratum 383 on AMD Family 10h processors.  It prevents a
3340  * machine check exception for a TLB state that is improperly diagnosed as a
3341  * hardware error.
3342  */
3343 static void
3344 pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
3345 {
3346         struct pde_action act;
3347         cpuset_t active, other_cpus;
3348         u_int cpuid;
3349
3350         sched_pin();
3351         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
3352         other_cpus = all_cpus;
3353         CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
3354         if (pmap == kernel_pmap || pmap_type_guest(pmap)) 
3355                 active = all_cpus;
3356         else {
3357                 active = pmap->pm_active;
3358         }
3359         if (CPU_OVERLAP(&active, &other_cpus)) { 
3360                 act.store = cpuid;
3361                 act.invalidate = active;
3362                 act.va = va;
3363                 act.pmap = pmap;
3364                 act.pde = pde;
3365                 act.newpde = newpde;
3366                 CPU_SET(cpuid, &active);
3367                 smp_rendezvous_cpus(active,
3368                     smp_no_rendezvous_barrier, pmap_update_pde_action,
3369                     pmap_update_pde_teardown, &act);
3370         } else {
3371                 pmap_update_pde_store(pmap, pde, newpde);
3372                 if (CPU_ISSET(cpuid, &active))
3373                         pmap_update_pde_invalidate(pmap, va, newpde);
3374         }
3375         sched_unpin();
3376 }
3377 #else /* !SMP */
3378 /*
3379  * Normal, non-SMP, invalidation functions.
3380  */
3381 void
3382 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3383 {
3384         struct invpcid_descr d;
3385         uint64_t kcr3, ucr3;
3386         uint32_t pcid;
3387
3388         if (pmap->pm_type == PT_RVI || pmap->pm_type == PT_EPT) {
3389                 pmap->pm_eptgen++;
3390                 return;
3391         }
3392         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
3393             ("pmap_invalidate_range: unknown type %d", pmap->pm_type));
3394
3395         if (pmap == kernel_pmap || pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
3396                 invlpg(va);
3397                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap) && pmap_pcid_enabled &&
3398                     pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
3399                         critical_enter();
3400                         pcid = pmap->pm_pcids[0].pm_pcid;
3401                         if (invpcid_works) {
3402                                 d.pcid = pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
3403                                 d.pad = 0;
3404                                 d.addr = va;
3405                                 invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
3406                         } else {
3407                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pcid | CR3_PCID_SAVE;
3408                                 ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pcid |
3409                                     PMAP_PCID_USER_PT | CR3_PCID_SAVE;
3410                                 pmap_pti_pcid_invlpg(ucr3, kcr3, va);
3411                         }
3412                         critical_exit();
3413                 }
3414         } else if (pmap_pcid_enabled)
3415                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
3416 }
3417
3418 void
3419 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3420 {
3421         struct invpcid_descr d;
3422         vm_offset_t addr;
3423         uint64_t kcr3, ucr3;
3424
3425         if (pmap->pm_type == PT_RVI || pmap->pm_type == PT_EPT) {
3426                 pmap->pm_eptgen++;
3427                 return;
3428         }
3429         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
3430             ("pmap_invalidate_range: unknown type %d", pmap->pm_type));
3431
3432         if (pmap == kernel_pmap || pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
3433                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
3434                         invlpg(addr);
3435                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap) && pmap_pcid_enabled &&
3436                     pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
3437                         critical_enter();
3438                         if (invpcid_works) {
3439                                 d.pcid = pmap->pm_pcids[0].pm_pcid |
3440                                     PMAP_PCID_USER_PT;
3441                                 d.pad = 0;
3442                                 d.addr = sva;
3443                                 for (; d.addr < eva; d.addr += PAGE_SIZE)
3444                                         invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
3445                         } else {
3446                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[0].
3447                                     pm_pcid | CR3_PCID_SAVE;
3448                                 ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pmap->pm_pcids[0].
3449                                     pm_pcid | PMAP_PCID_USER_PT | CR3_PCID_SAVE;
3450                                 pmap_pti_pcid_invlrng(ucr3, kcr3, sva, eva);
3451                         }
3452                         critical_exit();
3453                 }
3454         } else if (pmap_pcid_enabled) {
3455                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
3456         }
3457 }
3458
3459 void
3460 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
3461 {
3462         struct invpcid_descr d;
3463         uint64_t kcr3, ucr3;
3464
3465         if (pmap->pm_type == PT_RVI || pmap->pm_type == PT_EPT) {
3466                 pmap->pm_eptgen++;
3467                 return;
3468         }
3469         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
3470             ("pmap_invalidate_all: unknown type %d", pmap->pm_type));
3471
3472         if (pmap == kernel_pmap) {
3473                 if (pmap_pcid_enabled && invpcid_works) {
3474                         bzero(&d, sizeof(d));
3475                         invpcid(&d, INVPCID_CTXGLOB);
3476                 } else {
3477                         invltlb_glob();
3478                 }
3479         } else if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
3480                 if (pmap_pcid_enabled) {
3481                         critical_enter();
3482                         if (invpcid_works) {
3483                                 d.pcid = pmap->pm_pcids[0].pm_pcid;
3484                                 d.pad = 0;
3485                                 d.addr = 0;
3486                                 invpcid(&d, INVPCID_CTX);
3487                                 if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
3488                                         d.pcid |= PMAP_PCID_USER_PT;
3489                                         invpcid(&d, INVPCID_CTX);
3490                                 }
3491                         } else {
3492                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[0].pm_pcid;
3493                                 if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
3494                                         ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pmap->pm_pcids[
3495                                             0].pm_pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
3496                                         pmap_pti_pcid_invalidate(ucr3, kcr3);
3497                                 } else
3498                                         load_cr3(kcr3);
3499                         }
3500                         critical_exit();
3501                 } else {
3502                         invltlb();
3503                 }
3504         } else if (pmap_pcid_enabled) {
3505                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
3506         }
3507 }
3508
3509 PMAP_INLINE void
3510 pmap_invalidate_cache(void)
3511 {
3512
3513         wbinvd();
3514 }
3515
3516 static void
3517 pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
3518 {
3519
3520         pmap_update_pde_store(pmap, pde, newpde);
3521         if (pmap == kernel_pmap || pmap == PCPU_GET(curpmap))
3522                 pmap_update_pde_invalidate(pmap, va, newpde);
3523         else
3524                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
3525 }
3526 #endif /* !SMP */
3527
3528 static void
3529 pmap_invalidate_pde_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde)
3530 {
3531
3532         /*
3533          * When the PDE has PG_PROMOTED set, the 2MB page mapping was created
3534          * by a promotion that did not invalidate the 512 4KB page mappings
3535          * that might exist in the TLB.  Consequently, at this point, the TLB
3536          * may hold both 4KB and 2MB page mappings for the address range [va,
3537          * va + NBPDR).  Therefore, the entire range must be invalidated here.
3538          * In contrast, when PG_PROMOTED is clear, the TLB will not hold any
3539          * 4KB page mappings for the address range [va, va + NBPDR), and so a
3540          * single INVLPG suffices to invalidate the 2MB page mapping from the
3541          * TLB.
3542          */
3543         if ((pde & PG_PROMOTED) != 0)
3544                 pmap_invalidate_range(pmap, va, va + NBPDR - 1);
3545         else
3546                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
3547 }
3548
3549 DEFINE_IFUNC(, void, pmap_invalidate_cache_range,
3550     (vm_offset_t sva, vm_offset_t eva))
3551 {
3552
3553         if ((cpu_feature & CPUID_SS) != 0)
3554                 return (pmap_invalidate_cache_range_selfsnoop);
3555         if ((cpu_feature & CPUID_CLFSH) != 0)
3556                 return (pmap_force_invalidate_cache_range);
3557         return (pmap_invalidate_cache_range_all);
3558 }
3559
3560 #define PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD   (2 * 1024 * 1024)
3561
3562 static void
3563 pmap_invalidate_cache_range_check_align(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3564 {
3565
3566         KASSERT((sva & PAGE_MASK) == 0,
3567             ("pmap_invalidate_cache_range: sva not page-aligned"));
3568         KASSERT((eva & PAGE_MASK) == 0,
3569             ("pmap_invalidate_cache_range: eva not page-aligned"));
3570 }
3571
3572 static void
3573 pmap_invalidate_cache_range_selfsnoop(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3574 {
3575
3576         pmap_invalidate_cache_range_check_align(sva, eva);
3577 }
3578
3579 void
3580 pmap_force_invalidate_cache_range(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3581 {
3582
3583         sva &= ~(vm_offset_t)(cpu_clflush_line_size - 1);
3584
3585         /*
3586          * XXX: Some CPUs fault, hang, or trash the local APIC
3587          * registers if we use CLFLUSH on the local APIC range.  The
3588          * local APIC is always uncached, so we don't need to flush
3589          * for that range anyway.
3590          */
3591         if (pmap_kextract(sva) == lapic_paddr)
3592                 return;
3593
3594         if ((cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT) != 0) {
3595                 /*
3596                  * Do per-cache line flush.  Use a locked
3597                  * instruction to insure that previous stores are
3598                  * included in the write-back.  The processor
3599                  * propagates flush to other processors in the cache
3600                  * coherence domain.
3601                  */
3602                 atomic_thread_fence_seq_cst();
3603                 for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size)
3604                         clflushopt(sva);
3605                 atomic_thread_fence_seq_cst();
3606         } else {
3607                 /*
3608                  * Writes are ordered by CLFLUSH on Intel CPUs.
3609                  */
3610                 if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
3611                         mfence();
3612                 for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size)
3613                         clflush(sva);
3614                 if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
3615                         mfence();
3616         }
3617 }
3618
3619 static void
3620 pmap_invalidate_cache_range_all(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3621 {
3622
3623         pmap_invalidate_cache_range_check_align(sva, eva);
3624         pmap_invalidate_cache();
3625 }
3626
3627 /*
3628  * Remove the specified set of pages from the data and instruction caches.
3629  *
3630  * In contrast to pmap_invalidate_cache_range(), this function does not
3631  * rely on the CPU's self-snoop feature, because it is intended for use
3632  * when moving pages into a different cache domain.
3633  */
3634 void
3635 pmap_invalidate_cache_pages(vm_page_t *pages, int count)
3636 {
3637         vm_offset_t daddr, eva;
3638         int i;
3639         bool useclflushopt;
3640
3641         useclflushopt = (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT) != 0;
3642         if (count >= PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD / PAGE_SIZE ||
3643             ((cpu_feature & CPUID_CLFSH) == 0 && !useclflushopt))
3644                 pmap_invalidate_cache();
3645         else {
3646                 if (useclflushopt)
3647                         atomic_thread_fence_seq_cst();
3648                 else if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
3649                         mfence();
3650                 for (i = 0; i < count; i++) {
3651                         daddr = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pages[i]));
3652                         eva = daddr + PAGE_SIZE;
3653                         for (; daddr < eva; daddr += cpu_clflush_line_size) {
3654                                 if (useclflushopt)
3655                                         clflushopt(daddr);
3656                                 else
3657                                         clflush(daddr);
3658                         }
3659                 }
3660                 if (useclflushopt)
3661                         atomic_thread_fence_seq_cst();
3662                 else if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
3663                         mfence();
3664         }
3665 }
3666
3667 void
3668 pmap_flush_cache_range(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3669 {
3670
3671         pmap_invalidate_cache_range_check_align(sva, eva);
3672
3673         if ((cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLWB) == 0) {
3674                 pmap_force_invalidate_cache_range(sva, eva);
3675                 return;
3676         }
3677
3678         /* See comment in pmap_force_invalidate_cache_range(). */
3679         if (pmap_kextract(sva) == lapic_paddr)
3680                 return;
3681
3682         atomic_thread_fence_seq_cst();
3683         for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size)
3684                 clwb(sva);
3685         atomic_thread_fence_seq_cst();
3686 }
3687
3688 void
3689 pmap_flush_cache_phys_range(vm_paddr_t spa, vm_paddr_t epa, vm_memattr_t mattr)
3690 {
3691         pt_entry_t *pte;
3692         vm_offset_t vaddr;
3693         int error, pte_bits;
3694
3695         KASSERT((spa & PAGE_MASK) == 0,
3696             ("pmap_flush_cache_phys_range: spa not page-aligned"));
3697         KASSERT((epa & PAGE_MASK) == 0,
3698             ("pmap_flush_cache_phys_range: epa not page-aligned"));
3699
3700         if (spa < dmaplimit) {
3701                 pmap_flush_cache_range(PHYS_TO_DMAP(spa), PHYS_TO_DMAP(MIN(
3702                     dmaplimit, epa)));
3703                 if (dmaplimit >= epa)
3704                         return;
3705                 spa = dmaplimit;
3706         }
3707
3708         pte_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mattr, 0) | X86_PG_RW |
3709             X86_PG_V;
3710         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE, M_BESTFIT | M_WAITOK,
3711             &vaddr);
3712         KASSERT(error == 0, ("vmem_alloc failed: %d", error));
3713         pte = vtopte(vaddr);
3714         for (; spa < epa; spa += PAGE_SIZE) {
3715                 sched_pin();
3716                 pte_store(pte, spa | pte_bits);
3717                 invlpg(vaddr);
3718                 /* XXXKIB atomic inside flush_cache_range are excessive */
3719                 pmap_flush_cache_range(vaddr, vaddr + PAGE_SIZE);
3720                 sched_unpin();
3721         }
3722         vmem_free(kernel_arena, vaddr, PAGE_SIZE);
3723 }
3724
3725 /*
3726  *      Routine:        pmap_extract
3727  *      Function:
3728  *              Extract the physical page address associated
3729  *              with the given map/virtual_address pair.
3730  */
3731 vm_paddr_t 
3732 pmap_extract(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3733 {
3734         pdp_entry_t *pdpe;
3735         pd_entry_t *pde;
3736         pt_entry_t *pte, PG_V;
3737         vm_paddr_t pa;
3738
3739         pa = 0;
3740         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3741         PMAP_LOCK(pmap);
3742         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
3743         if (pdpe != NULL && (*pdpe & PG_V) != 0) {
3744                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0)
3745                         pa = (*pdpe & PG_PS_FRAME) | (va & PDPMASK);
3746                 else {
3747                         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
3748                         if ((*pde & PG_V) != 0) {
3749                                 if ((*pde & PG_PS) != 0) {
3750                                         pa = (*pde & PG_PS_FRAME) |
3751                                             (va & PDRMASK);
3752                                 } else {
3753                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
3754                                         pa = (*pte & PG_FRAME) |
3755                                             (va & PAGE_MASK);
3756                                 }
3757                         }
3758                 }
3759         }
3760         PMAP_UNLOCK(pmap);
3761         return (pa);
3762 }
3763
3764 /*
3765  *      Routine:        pmap_extract_and_hold
3766  *      Function:
3767  *              Atomically extract and hold the physical page
3768  *              with the given pmap and virtual address pair
3769  *              if that mapping permits the given protection.
3770  */
3771 vm_page_t
3772 pmap_extract_and_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_prot_t prot)
3773 {
3774         pdp_entry_t pdpe, *pdpep;
3775         pd_entry_t pde, *pdep;
3776         pt_entry_t pte, PG_RW, PG_V;
3777         vm_page_t m;
3778
3779         m = NULL;
3780         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
3781         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3782         PMAP_LOCK(pmap);
3783
3784         pdpep = pmap_pdpe(pmap, va);
3785         if (pdpep == NULL || ((pdpe = *pdpep) & PG_V) == 0)
3786                 goto out;
3787         if ((pdpe & PG_PS) != 0) {
3788                 if ((pdpe & PG_RW) == 0 && (prot & VM_PROT_WRITE) != 0)
3789                         goto out;
3790                 m = PHYS_TO_VM_PAGE((pdpe & PG_PS_FRAME) | (va & PDPMASK));
3791                 goto check_page;
3792         }
3793
3794         pdep = pmap_pdpe_to_pde(pdpep, va);
3795         if (pdep == NULL || ((pde = *pdep) & PG_V) == 0)
3796                 goto out;
3797         if ((pde & PG_PS) != 0) {
3798                 if ((pde & PG_RW) == 0 && (prot & VM_PROT_WRITE) != 0)
3799                         goto out;
3800                 m = PHYS_TO_VM_PAGE((pde & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK));
3801                 goto check_page;
3802         }
3803
3804         pte = *pmap_pde_to_pte(pdep, va);
3805         if ((pte & PG_V) == 0 ||
3806             ((pte & PG_RW) == 0 && (prot & VM_PROT_WRITE) != 0))
3807                 goto out;
3808         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pte & PG_FRAME);
3809
3810 check_page:
3811         if (m != NULL && !vm_page_wire_mapped(m))
3812                 m = NULL;
3813 out:
3814         PMAP_UNLOCK(pmap);
3815         return (m);
3816 }
3817
3818 vm_paddr_t
3819 pmap_kextract(vm_offset_t va)
3820 {
3821         pd_entry_t pde;
3822         vm_paddr_t pa;
3823
3824         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS) {
3825                 pa = DMAP_TO_PHYS(va);
3826         } else if (PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(va)) {
3827                 pa = pmap_large_map_kextract(va);
3828         } else {
3829                 pde = *vtopde(va);
3830                 if (pde & PG_PS) {
3831                         pa = (pde & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK);
3832                 } else {
3833                         /*
3834                          * Beware of a concurrent promotion that changes the
3835                          * PDE at this point!  For example, vtopte() must not
3836                          * be used to access the PTE because it would use the
3837                          * new PDE.  It is, however, safe to use the old PDE
3838                          * because the page table page is preserved by the
3839                          * promotion.
3840                          */
3841                         pa = *pmap_pde_to_pte(&pde, va);
3842                         pa = (pa & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK);
3843                 }
3844         }
3845         return (pa);
3846 }
3847
3848 /***************************************************
3849  * Low level mapping routines.....
3850  ***************************************************/
3851
3852 /*
3853  * Add a wired page to the kva.
3854  * Note: not SMP coherent.
3855  */
3856 PMAP_INLINE void 
3857 pmap_kenter(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
3858 {
3859         pt_entry_t *pte;
3860
3861         pte = vtopte(va);
3862         pte_store(pte, pa | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_g | pg_nx);
3863 }
3864
3865 static __inline void
3866 pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode)
3867 {
3868         pt_entry_t *pte;
3869         int cache_bits;
3870
3871         pte = vtopte(va);
3872         cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, 0);
3873         pte_store(pte, pa | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_g | pg_nx | cache_bits);
3874 }
3875
3876 /*
3877  * Remove a page from the kernel pagetables.
3878  * Note: not SMP coherent.
3879  */
3880 PMAP_INLINE void
3881 pmap_kremove(vm_offset_t va)
3882 {
3883         pt_entry_t *pte;
3884
3885         pte = vtopte(va);
3886         pte_clear(pte);
3887 }
3888
3889 /*
3890  *      Used to map a range of physical addresses into kernel
3891  *      virtual address space.
3892  *
3893  *      The value passed in '*virt' is a suggested virtual address for
3894  *      the mapping. Architectures which can support a direct-mapped
3895  *      physical to virtual region can return the appropriate address
3896  *      within that region, leaving '*virt' unchanged. Other
3897  *      architectures should map the pages starting at '*virt' and
3898  *      update '*virt' with the first usable address after the mapped
3899  *      region.
3900  */
3901 vm_offset_t
3902 pmap_map(vm_offset_t *virt, vm_paddr_t start, vm_paddr_t end, int prot)
3903 {
3904         return PHYS_TO_DMAP(start);
3905 }
3906
3907 /*
3908  * Add a list of wired pages to the kva
3909  * this routine is only used for temporary
3910  * kernel mappings that do not need to have
3911  * page modification or references recorded.
3912  * Note that old mappings are simply written
3913  * over.  The page *must* be wired.
3914  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
3915  */
3916 void
3917 pmap_qenter(vm_offset_t sva, vm_page_t *ma, int count)
3918 {
3919         pt_entry_t *endpte, oldpte, pa, *pte;
3920         vm_page_t m;
3921         int cache_bits;
3922
3923         oldpte = 0;
3924         pte = vtopte(sva);
3925         endpte = pte + count;
3926         while (pte < endpte) {
3927                 m = *ma++;
3928                 cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap, m->md.pat_mode, 0);
3929                 pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | cache_bits;
3930                 if ((*pte & (PG_FRAME | X86_PG_PTE_CACHE)) != pa) {
3931                         oldpte |= *pte;
3932                         pte_store(pte, pa | pg_g | pg_nx | X86_PG_RW | X86_PG_V);
3933                 }
3934                 pte++;
3935         }
3936         if (__predict_false((oldpte & X86_PG_V) != 0))
3937                 pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, sva + count *
3938                     PAGE_SIZE);
3939 }
3940
3941 /*
3942  * This routine tears out page mappings from the
3943  * kernel -- it is meant only for temporary mappings.
3944  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
3945  */
3946 void
3947 pmap_qremove(vm_offset_t sva, int count)
3948 {
3949         vm_offset_t va;
3950
3951         va = sva;
3952         while (count-- > 0) {
3953                 KASSERT(va >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS, ("usermode va %lx", va));
3954                 pmap_kremove(va);
3955                 va += PAGE_SIZE;
3956         }
3957         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
3958 }
3959
3960 /***************************************************
3961  * Page table page management routines.....
3962  ***************************************************/
3963 /*
3964  * Schedule the specified unused page table page to be freed.  Specifically,
3965  * add the page to the specified list of pages that will be released to the
3966  * physical memory manager after the TLB has been updated.
3967  */
3968 static __inline void
3969 pmap_add_delayed_free_list(vm_page_t m, struct spglist *free,
3970     boolean_t set_PG_ZERO)
3971 {
3972
3973         if (set_PG_ZERO)
3974                 m->flags |= PG_ZERO;
3975         else
3976                 m->flags &= ~PG_ZERO;
3977         SLIST_INSERT_HEAD(free, m, plinks.s.ss);
3978 }
3979
3980 /*
3981  * Inserts the specified page table page into the specified pmap's collection
3982  * of idle page table pages.  Each of a pmap's page table pages is responsible
3983  * for mapping a distinct range of virtual addresses.  The pmap's collection is
3984  * ordered by this virtual address range.
3985  *
3986  * If "promoted" is false, then the page table page "mpte" must be zero filled.
3987  */
3988 static __inline int
3989 pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte, bool promoted)
3990 {
3991
3992         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3993         mpte->valid = promoted ? VM_PAGE_BITS_ALL : 0;
3994         return (vm_radix_insert(&pmap->pm_root, mpte));
3995 }
3996
3997 /*
3998  * Removes the page table page mapping the specified virtual address from the
3999  * specified pmap's collection of idle page table pages, and returns it.
4000  * Otherwise, returns NULL if there is no page table page corresponding to the
4001  * specified virtual address.
4002  */
4003 static __inline vm_page_t
4004 pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
4005 {
4006
4007         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4008         return (vm_radix_remove(&pmap->pm_root, pmap_pde_pindex(va)));
4009 }
4010
4011 /*
4012  * Decrements a page table page's reference count, which is used to record the
4013  * number of valid page table entries within the page.  If the reference count
4014  * drops to zero, then the page table page is unmapped.  Returns TRUE if the
4015  * page table page was unmapped and FALSE otherwise.
4016  */
4017 static inline boolean_t
4018 pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
4019 {
4020
4021         --m->ref_count;
4022         if (m->ref_count == 0) {
4023                 _pmap_unwire_ptp(pmap, va, m, free);
4024                 return (TRUE);
4025         } else
4026                 return (FALSE);
4027 }
4028
4029 static void
4030 _pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
4031 {
4032         pml5_entry_t *pml5;
4033         pml4_entry_t *pml4;
4034         pdp_entry_t *pdp;
4035         pd_entry_t *pd;
4036         vm_page_t pdpg, pdppg, pml4pg;
4037
4038         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4039
4040         /*
4041          * unmap the page table page
4042          */
4043         if (m->pindex >= NUPDE + NUPDPE + NUPML4E) {
4044                 /* PML4 page */
4045                 MPASS(pmap_is_la57(pmap));
4046                 pml5 = pmap_pml5e(pmap, va);
4047                 *pml5 = 0;
4048                 if (pmap->pm_pmltopu != NULL && va <= VM_MAXUSER_ADDRESS) {
4049                         pml5 = pmap_pml5e_u(pmap, va);
4050                         *pml5 = 0;
4051                 }
4052         } else if (m->pindex >= NUPDE + NUPDPE) {
4053                 /* PDP page */
4054                 pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
4055                 *pml4 = 0;
4056                 if (!pmap_is_la57(pmap) && pmap->pm_pmltopu != NULL &&
4057                     va <= VM_MAXUSER_ADDRESS) {
4058                         pml4 = pmap_pml4e_u(pmap, va);
4059                         *pml4 = 0;
4060                 }
4061         } else if (m->pindex >= NUPDE) {
4062                 /* PD page */
4063                 pdp = pmap_pdpe(pmap, va);
4064                 *pdp = 0;
4065         } else {
4066                 /* PTE page */
4067                 pd = pmap_pde(pmap, va);
4068                 *pd = 0;
4069         }
4070         if (m->pindex < NUPDE) {
4071                 /* We just released a PT, unhold the matching PD */
4072                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pdpe(pmap, va) & PG_FRAME);
4073                 pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdpg, free);
4074         } else if (m->pindex < NUPDE + NUPDPE) {
4075                 /* We just released a PD, unhold the matching PDP */
4076                 pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pml4e(pmap, va) & PG_FRAME);
4077                 pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdppg, free);
4078         } else if (m->pindex < NUPDE + NUPDPE + NUPML4E && pmap_is_la57(pmap)) {
4079                 /* We just released a PDP, unhold the matching PML4 */
4080                 pml4pg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pml5e(pmap, va) & PG_FRAME);
4081                 pmap_unwire_ptp(pmap, va, pml4pg, free);
4082         }
4083
4084         pmap_pt_page_count_adj(pmap, -1);
4085
4086         /* 
4087          * Put page on a list so that it is released after
4088          * *ALL* TLB shootdown is done
4089          */
4090         pmap_add_delayed_free_list(m, free, TRUE);
4091 }
4092
4093 /*
4094  * After removing a page table entry, this routine is used to
4095  * conditionally free the page, and manage the reference count.
4096  */
4097 static int
4098 pmap_unuse_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t ptepde,
4099     struct spglist *free)
4100 {
4101         vm_page_t mpte;
4102
4103         if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
4104                 return (0);
4105         KASSERT(ptepde != 0, ("pmap_unuse_pt: ptepde != 0"));
4106         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(ptepde & PG_FRAME);
4107         return (pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpte, free));
4108 }
4109
4110 /*
4111  * Release a page table page reference after a failed attempt to create a
4112  * mapping.
4113  */
4114 static void
4115 pmap_abort_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t mpte)
4116 {
4117         struct spglist free;
4118
4119         SLIST_INIT(&free);
4120         if (pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpte, &free)) {
4121                 /*
4122                  * Although "va" was never mapped, paging-structure caches
4123                  * could nonetheless have entries that refer to the freed
4124                  * page table pages.  Invalidate those entries.
4125                  */
4126                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
4127                 vm_page_free_pages_toq(&free, true);
4128         }
4129 }
4130
4131 void
4132 pmap_pinit0(pmap_t pmap)
4133 {
4134         struct proc *p;
4135         struct thread *td;
4136         int i;
4137
4138         PMAP_LOCK_INIT(pmap);
4139         pmap->pm_pmltop = kernel_pmap->pm_pmltop;
4140         pmap->pm_pmltopu = NULL;
4141         pmap->pm_cr3 = kernel_pmap->pm_cr3;
4142         /* hack to keep pmap_pti_pcid_invalidate() alive */
4143         pmap->pm_ucr3 = PMAP_NO_CR3;
4144         vm_radix_init(&pmap->pm_root);
4145         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
4146         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
4147         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
4148         pmap->pm_flags = pmap_flags;
4149         CPU_FOREACH(i) {
4150                 pmap->pm_pcids[i].pm_pcid = PMAP_PCID_KERN + 1;
4151                 pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 1;
4152         }
4153         pmap_activate_boot(pmap);
4154         td = curthread;
4155         if (pti) {
4156                 p = td->td_proc;
4157                 PROC_LOCK(p);
4158                 p->p_md.md_flags |= P_MD_KPTI;
4159                 PROC_UNLOCK(p);
4160         }
4161         pmap_thread_init_invl_gen(td);
4162
4163         if ((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0) {
4164                 pmap_pkru_ranges_zone = uma_zcreate("pkru ranges",
4165                     sizeof(struct pmap_pkru_range), NULL, NULL, NULL, NULL,
4166                     UMA_ALIGN_PTR, 0);
4167         }
4168 }
4169
4170 void
4171 pmap_pinit_pml4(vm_page_t pml4pg)
4172 {
4173         pml4_entry_t *pm_pml4;
4174         int i;
4175
4176         pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg));
4177
4178         /* Wire in kernel global address entries. */
4179         for (i = 0; i < NKPML4E; i++) {
4180                 pm_pml4[KPML4BASE + i] = (KPDPphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW |
4181                     X86_PG_V;
4182         }
4183 #ifdef KASAN
4184         for (i = 0; i < NKASANPML4E; i++) {
4185                 pm_pml4[KASANPML4I + i] = (KASANPDPphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW |
4186                     X86_PG_V | pg_nx;
4187         }
4188 #endif
4189         for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++) {
4190                 pm_pml4[DMPML4I + i] = (DMPDPphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW |
4191                     X86_PG_V;
4192         }
4193
4194         /* install self-referential address mapping entry(s) */
4195         pm_pml4[PML4PML4I] = VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg) | X86_PG_V | X86_PG_RW |
4196             X86_PG_A | X86_PG_M;
4197
4198         /* install large map entries if configured */
4199         for (i = 0; i < lm_ents; i++)
4200                 pm_pml4[LMSPML4I + i] = kernel_pmap->pm_pmltop[LMSPML4I + i];
4201 }
4202
4203 void
4204 pmap_pinit_pml5(vm_page_t pml5pg)
4205 {
4206         pml5_entry_t *pm_pml5;
4207
4208         pm_pml5 = (pml5_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml5pg));
4209
4210         /*
4211          * Add pml5 entry at top of KVA pointing to existing pml4 table,
4212          * entering all existing kernel mappings into level 5 table.
4213          */
4214         pm_pml5[pmap_pml5e_index(UPT_MAX_ADDRESS)] = KPML4phys | X86_PG_V |
4215             X86_PG_RW | X86_PG_A | X86_PG_M | pg_g |
4216             pmap_cache_bits(kernel_pmap, VM_MEMATTR_DEFAULT, FALSE);
4217
4218         /* 
4219          * Install self-referential address mapping entry.
4220          */
4221         pm_pml5[PML5PML5I] = VM_PAGE_TO_PHYS(pml5pg) |
4222             X86_PG_RW | X86_PG_V | X86_PG_M | X86_PG_A |
4223             pmap_cache_bits(kernel_pmap, VM_MEMATTR_DEFAULT, FALSE);
4224 }
4225
4226 static void
4227 pmap_pinit_pml4_pti(vm_page_t pml4pgu)
4228 {
4229         pml4_entry_t *pm_pml4u;
4230         int i;
4231
4232         pm_pml4u = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pgu));
4233         for (i = 0; i < NPML4EPG; i++)
4234                 pm_pml4u[i] = pti_pml4[i];
4235 }
4236
4237 static void
4238 pmap_pinit_pml5_pti(vm_page_t pml5pgu)
4239 {
4240         pml5_entry_t *pm_pml5u;
4241
4242         pm_pml5u = (pml5_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml5pgu));
4243         pagezero(pm_pml5u);
4244
4245         /*
4246          * Add pml5 entry at top of KVA pointing to existing pml4 pti
4247          * table, entering all kernel mappings needed for usermode
4248          * into level 5 table.
4249          */
4250         pm_pml5u[pmap_pml5e_index(UPT_MAX_ADDRESS)] =
4251             pmap_kextract((vm_offset_t)pti_pml4) |
4252             X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A | X86_PG_M | pg_g |
4253             pmap_cache_bits(kernel_pmap, VM_MEMATTR_DEFAULT, FALSE);
4254 }
4255
4256 /* Allocate a page table page and do related bookkeeping */
4257 static vm_page_t
4258 pmap_alloc_pt_page(pmap_t pmap, vm_pindex_t pindex, int flags)
4259 {
4260         vm_page_t m;
4261
4262         m = vm_page_alloc_noobj(flags);
4263         if (__predict_false(m == NULL))
4264                 return (NULL);
4265         m->pindex = pindex;
4266         pmap_pt_page_count_adj(pmap, 1);
4267         return (m);
4268 }
4269
4270 static void
4271 pmap_free_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t m, bool zerofilled)
4272 {
4273         /*
4274          * This function assumes the page will need to be unwired,
4275          * even though the counterpart allocation in pmap_alloc_pt_page()
4276          * doesn't enforce VM_ALLOC_WIRED.  However, all current uses
4277          * of pmap_free_pt_page() require unwiring.  The case in which
4278          * a PT page doesn't require unwiring because its ref_count has
4279          * naturally reached 0 is handled through _pmap_unwire_ptp().
4280          */
4281         vm_page_unwire_noq(m);
4282         if (zerofilled)
4283                 vm_page_free_zero(m);
4284         else
4285                 vm_page_free(m);
4286
4287         pmap_pt_page_count_adj(pmap, -1);
4288 }
4289
4290 /*
4291  * Initialize a preallocated and zeroed pmap structure,
4292  * such as one in a vmspace structure.
4293  */
4294 int
4295 pmap_pinit_type(pmap_t pmap, enum pmap_type pm_type, int flags)
4296 {
4297         vm_page_t pmltop_pg, pmltop_pgu;
4298         vm_paddr_t pmltop_phys;
4299         int i;
4300
4301         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
4302
4303         /*
4304          * Allocate the page directory page.  Pass NULL instead of a
4305          * pointer to the pmap here to avoid calling
4306          * pmap_resident_count_adj() through pmap_pt_page_count_adj(),
4307          * since that requires pmap lock.  Instead do the accounting
4308          * manually.
4309          *
4310          * Note that final call to pmap_remove() optimization that
4311          * checks for zero resident_count is basically disabled by
4312          * accounting for top-level page.  But the optimization was
4313          * not effective since we started using non-managed mapping of
4314          * the shared page.
4315          */
4316         pmltop_pg = pmap_alloc_pt_page(NULL, 0, VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO |
4317             VM_ALLOC_WAITOK);
4318         pmap_pt_page_count_pinit(pmap, 1);
4319
4320         pmltop_phys = VM_PAGE_TO_PHYS(pmltop_pg);
4321         pmap->pm_pmltop = (pml5_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pmltop_phys);
4322
4323         CPU_FOREACH(i) {
4324                 pmap->pm_pcids[i].pm_pcid = PMAP_PCID_NONE;
4325                 pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
4326         }
4327         pmap->pm_cr3 = PMAP_NO_CR3;     /* initialize to an invalid value */
4328         pmap->pm_ucr3 = PMAP_NO_CR3;
4329         pmap->pm_pmltopu = NULL;
4330
4331         pmap->pm_type = pm_type;
4332
4333         /*
4334          * Do not install the host kernel mappings in the nested page
4335          * tables. These mappings are meaningless in the guest physical
4336          * address space.
4337          * Install minimal kernel mappings in PTI case.
4338          */
4339         switch (pm_type) {
4340         case PT_X86:
4341                 pmap->pm_cr3 = pmltop_phys;
4342                 if (pmap_is_la57(pmap))
4343                         pmap_pinit_pml5(pmltop_pg);
4344                 else
4345                         pmap_pinit_pml4(pmltop_pg);
4346                 if ((curproc->p_md.md_flags & P_MD_KPTI) != 0) {
4347                         /*
4348                          * As with pmltop_pg, pass NULL instead of a
4349                          * pointer to the pmap to ensure that the PTI
4350                          * page counted explicitly.
4351                          */
4352                         pmltop_pgu = pmap_alloc_pt_page(NULL, 0,
4353                             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_WAITOK);
4354                         pmap_pt_page_count_pinit(pmap, 1);
4355                         pmap->pm_pmltopu = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(
4356                             VM_PAGE_TO_PHYS(pmltop_pgu));
4357                         if (pmap_is_la57(pmap))
4358                                 pmap_pinit_pml5_pti(pmltop_pgu);
4359                         else
4360                                 pmap_pinit_pml4_pti(pmltop_pgu);
4361                         pmap->pm_ucr3 = VM_PAGE_TO_PHYS(pmltop_pgu);
4362                 }
4363                 if ((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0) {
4364                         rangeset_init(&pmap->pm_pkru, pkru_dup_range,
4365                             pkru_free_range, pmap, M_NOWAIT);
4366                 }
4367                 break;
4368         case PT_EPT:
4369         case PT_RVI:
4370                 pmap->pm_eptsmr = smr_create("pmap", 0, 0);
4371                 break;
4372         }
4373
4374         vm_radix_init(&pmap->pm_root);
4375         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
4376         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
4377         pmap->pm_flags = flags;
4378         pmap->pm_eptgen = 0;
4379
4380         return (1);
4381 }
4382
4383 int
4384 pmap_pinit(pmap_t pmap)
4385 {
4386
4387         return (pmap_pinit_type(pmap, PT_X86, pmap_flags));
4388 }
4389
4390 static void
4391 pmap_allocpte_free_unref(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pt_entry_t *pte)
4392 {
4393         vm_page_t mpg;
4394         struct spglist free;
4395
4396         mpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pte & PG_FRAME);
4397         if (mpg->ref_count != 0)
4398                 return;
4399         SLIST_INIT(&free);
4400         _pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpg, &free);
4401         pmap_invalidate_page(pmap, va);
4402         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
4403 }
4404
4405 static pml4_entry_t *
4406 pmap_allocpte_getpml4(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp, vm_offset_t va,
4407     bool addref)
4408 {
4409         vm_pindex_t pml5index;
4410         pml5_entry_t *pml5;
4411         pml4_entry_t *pml4;
4412         vm_page_t pml4pg;
4413         pt_entry_t PG_V;
4414         bool allocated;
4415
4416         if (!pmap_is_la57(pmap))
4417                 return (&pmap->pm_pmltop[pmap_pml4e_index(va)]);
4418
4419         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4420         pml5index = pmap_pml5e_index(va);
4421         pml5 = &pmap->pm_pmltop[pml5index];
4422         if ((*pml5 & PG_V) == 0) {
4423                 if (pmap_allocpte_nosleep(pmap, pmap_pml5e_pindex(va), lockp,
4424                     va) == NULL)
4425                         return (NULL);
4426                 allocated = true;
4427         } else {
4428                 allocated = false;
4429         }
4430         pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml5 & PG_FRAME);
4431         pml4 = &pml4[pmap_pml4e_index(va)];
4432         if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
4433                 pml4pg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pml5 & PG_FRAME);
4434                 if (allocated && !addref)
4435                         pml4pg->ref_count--;
4436                 else if (!allocated && addref)
4437                         pml4pg->ref_count++;
4438         }
4439         return (pml4);
4440 }
4441
4442 static pdp_entry_t *
4443 pmap_allocpte_getpdp(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp, vm_offset_t va,
4444     bool addref)
4445 {
4446         vm_page_t pdppg;
4447         pml4_entry_t *pml4;
4448         pdp_entry_t *pdp;
4449         pt_entry_t PG_V;
4450         bool allocated;
4451
4452         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4453
4454         pml4 = pmap_allocpte_getpml4(pmap, lockp, va, false);
4455         if (pml4 == NULL)
4456                 return (NULL);
4457
4458         if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
4459                 /* Have to allocate a new pdp, recurse */
4460                 if (pmap_allocpte_nosleep(pmap, pmap_pml4e_pindex(va), lockp,
4461                     va) == NULL) {
4462                         if (pmap_is_la57(pmap))
4463                                 pmap_allocpte_free_unref(pmap, va,
4464                                     pmap_pml5e(pmap, va));
4465                         return (NULL);
4466                 }
4467                 allocated = true;
4468         } else {
4469                 allocated = false;
4470         }
4471         pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
4472         pdp = &pdp[pmap_pdpe_index(va)];
4473         if ((*pdp & PG_V) == 0) {
4474                 pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pml4 & PG_FRAME);
4475                 if (allocated && !addref)
4476                         pdppg->ref_count--;
4477                 else if (!allocated && addref)
4478                         pdppg->ref_count++;
4479         }
4480         return (pdp);
4481 }
4482
4483 /*
4484  * The ptepindexes, i.e. page indices, of the page table pages encountered
4485  * while translating virtual address va are defined as follows:
4486  * - for the page table page (last level),
4487  *      ptepindex = pmap_pde_pindex(va) = va >> PDRSHIFT,
4488  *   in other words, it is just the index of the PDE that maps the page
4489  *   table page.
4490  * - for the page directory page,
4491  *      ptepindex = NUPDE (number of userland PD entries) +
4492  *          (pmap_pde_index(va) >> NPDEPGSHIFT)
4493  *   i.e. index of PDPE is put after the last index of PDE,
4494  * - for the page directory pointer page,
4495  *      ptepindex = NUPDE + NUPDPE + (pmap_pde_index(va) >> (NPDEPGSHIFT +
4496  *          NPML4EPGSHIFT),
4497  *   i.e. index of pml4e is put after the last index of PDPE,
4498  * - for the PML4 page (if LA57 mode is enabled),
4499  *      ptepindex = NUPDE + NUPDPE + NUPML4E + (pmap_pde_index(va) >>
4500  *          (NPDEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT + NPML5EPGSHIFT),
4501  *   i.e. index of pml5e is put after the last index of PML4E.
4502  *
4503  * Define an order on the paging entries, where all entries of the
4504  * same height are put together, then heights are put from deepest to
4505  * root.  Then ptexpindex is the sequential number of the
4506  * corresponding paging entry in this order.
4507  *
4508  * The values of NUPDE, NUPDPE, and NUPML4E are determined by the size of
4509  * LA57 paging structures even in LA48 paging mode. Moreover, the
4510  * ptepindexes are calculated as if the paging structures were 5-level
4511  * regardless of the actual mode of operation.
4512  *
4513  * The root page at PML4/PML5 does not participate in this indexing scheme,
4514  * since it is statically allocated by pmap_pinit() and not by pmap_allocpte().
4515  */
4516 static vm_page_t
4517 pmap_allocpte_nosleep(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex, struct rwlock **lockp,
4518     vm_offset_t va)
4519 {
4520         vm_pindex_t pml5index, pml4index;
4521         pml5_entry_t *pml5, *pml5u;
4522         pml4_entry_t *pml4, *pml4u;
4523         pdp_entry_t *pdp;
4524         pd_entry_t *pd;
4525         vm_page_t m, pdpg;
4526         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
4527
4528         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4529
4530         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
4531         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4532         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4533         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4534
4535         /*
4536          * Allocate a page table page.
4537          */
4538         m = pmap_alloc_pt_page(pmap, ptepindex,
4539             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
4540         if (m == NULL)
4541                 return (NULL);
4542
4543         /*
4544          * Map the pagetable page into the process address space, if
4545          * it isn't already there.
4546          */
4547         if (ptepindex >= NUPDE + NUPDPE + NUPML4E) {
4548                 MPASS(pmap_is_la57(pmap));
4549
4550                 pml5index = pmap_pml5e_index(va);
4551                 pml5 = &pmap->pm_pmltop[pml5index];
4552                 KASSERT((*pml5 & PG_V) == 0,
4553                     ("pmap %p va %#lx pml5 %#lx", pmap, va, *pml5));
4554                 *pml5 = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
4555
4556                 if (pmap->pm_pmltopu != NULL && pml5index < NUPML5E) {
4557                         if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3)
4558                                 *pml5 |= pg_nx;
4559
4560                         pml5u = &pmap->pm_pmltopu[pml5index];
4561                         *pml5u = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V |
4562                             PG_A | PG_M;
4563                 }
4564         } else if (ptepindex >= NUPDE + NUPDPE) {
4565                 pml4index = pmap_pml4e_index(va);
4566                 /* Wire up a new PDPE page */
4567                 pml4 = pmap_allocpte_getpml4(pmap, lockp, va, true);
4568                 if (pml4 == NULL) {
4569                         pmap_free_pt_page(pmap, m, true);
4570                         return (NULL);
4571                 }
4572                 KASSERT((*pml4 & PG_V) == 0,
4573                     ("pmap %p va %#lx pml4 %#lx", pmap, va, *pml4));
4574                 *pml4 = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
4575
4576                 if (!pmap_is_la57(pmap) && pmap->pm_pmltopu != NULL &&
4577                     pml4index < NUPML4E) {
4578                         /*
4579                          * PTI: Make all user-space mappings in the
4580                          * kernel-mode page table no-execute so that
4581                          * we detect any programming errors that leave
4582                          * the kernel-mode page table active on return
4583                          * to user space.
4584                          */
4585                         if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3)
4586                                 *pml4 |= pg_nx;
4587
4588                         pml4u = &pmap->pm_pmltopu[pml4index];
4589                         *pml4u = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V |
4590                             PG_A | PG_M;
4591                 }
4592         } else if (ptepindex >= NUPDE) {
4593                 /* Wire up a new PDE page */
4594                 pdp = pmap_allocpte_getpdp(pmap, lockp, va, true);
4595                 if (pdp == NULL) {
4596                         pmap_free_pt_page(pmap, m, true);
4597                         return (NULL);
4598                 }
4599                 KASSERT((*pdp & PG_V) == 0,
4600                     ("pmap %p va %#lx pdp %#lx", pmap, va, *pdp));
4601                 *pdp = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
4602         } else {
4603                 /* Wire up a new PTE page */
4604                 pdp = pmap_allocpte_getpdp(pmap, lockp, va, false);
4605                 if (pdp == NULL) {
4606                         pmap_free_pt_page(pmap, m, true);
4607                         return (NULL);
4608                 }
4609                 if ((*pdp & PG_V) == 0) {
4610                         /* Have to allocate a new pd, recurse */
4611                   if (pmap_allocpte_nosleep(pmap, pmap_pdpe_pindex(va),
4612                       lockp, va) == NULL) {
4613                                 pmap_allocpte_free_unref(pmap, va,
4614                                     pmap_pml4e(pmap, va));
4615                                 pmap_free_pt_page(pmap, m, true);
4616                                 return (NULL);
4617                         }
4618                 } else {
4619                         /* Add reference to the pd page */
4620                         pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdp & PG_FRAME);
4621                         pdpg->ref_count++;
4622                 }
4623                 pd = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdp & PG_FRAME);
4624
4625                 /* Now we know where the page directory page is */
4626                 pd = &pd[pmap_pde_index(va)];
4627                 KASSERT((*pd & PG_V) == 0,
4628                     ("pmap %p va %#lx pd %#lx", pmap, va, *pd));
4629                 *pd = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
4630         }
4631
4632         return (m);
4633 }
4634
4635 /*
4636  * This routine is called if the desired page table page does not exist.
4637  *
4638  * If page table page allocation fails, this routine may sleep before
4639  * returning NULL.  It sleeps only if a lock pointer was given.  Sleep
4640  * occurs right before returning to the caller. This way, we never
4641  * drop pmap lock to sleep while a page table page has ref_count == 0,
4642  * which prevents the page from being freed under us.
4643  */
4644 static vm_page_t
4645 pmap_allocpte_alloc(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex, struct rwlock **lockp,
4646     vm_offset_t va)
4647 {
4648         vm_page_t m;
4649
4650         m = pmap_allocpte_nosleep(pmap, ptepindex, lockp, va);
4651         if (m == NULL && lockp != NULL) {
4652                 RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
4653                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4654                 PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI();
4655                 vm_wait(NULL);
4656                 PMAP_LOCK(pmap);
4657         }
4658         return (m);
4659 }
4660
4661 static pd_entry_t *
4662 pmap_alloc_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t *pdpgp,
4663     struct rwlock **lockp)
4664 {
4665         pdp_entry_t *pdpe, PG_V;
4666         pd_entry_t *pde;
4667         vm_page_t pdpg;
4668         vm_pindex_t pdpindex;
4669
4670         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4671
4672 retry:
4673         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
4674         if (pdpe != NULL && (*pdpe & PG_V) != 0) {
4675                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
4676                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
4677                         /* Add a reference to the pd page. */
4678                         pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdpe & PG_FRAME);
4679                         pdpg->ref_count++;
4680                 } else
4681                         pdpg = NULL;
4682         } else if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
4683                 /* Allocate a pd page. */
4684                 pdpindex = pmap_pde_pindex(va) >> NPDPEPGSHIFT;
4685                 pdpg = pmap_allocpte_alloc(pmap, NUPDE + pdpindex, lockp, va);
4686                 if (pdpg == NULL) {
4687                         if (lockp != NULL)
4688                                 goto retry;
4689                         else
4690                                 return (NULL);
4691                 }
4692                 pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pdpg));
4693                 pde = &pde[pmap_pde_index(va)];
4694         } else
4695                 panic("pmap_alloc_pde: missing page table page for va %#lx",
4696                     va);
4697         *pdpgp = pdpg;
4698         return (pde);
4699 }
4700
4701 static vm_page_t
4702 pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct rwlock **lockp)
4703 {
4704         vm_pindex_t ptepindex;
4705         pd_entry_t *pd, PG_V;
4706         vm_page_t m;
4707
4708         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4709
4710         /*
4711          * Calculate pagetable page index
4712          */
4713         ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
4714 retry:
4715         /*
4716          * Get the page directory entry
4717          */
4718         pd = pmap_pde(pmap, va);
4719
4720         /*
4721          * This supports switching from a 2MB page to a
4722          * normal 4K page.
4723          */
4724         if (pd != NULL && (*pd & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V)) {
4725                 if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pd, va, lockp)) {
4726                         /*
4727                          * Invalidation of the 2MB page mapping may have caused
4728                          * the deallocation of the underlying PD page.
4729                          */
4730                         pd = NULL;
4731                 }
4732         }
4733
4734         /*
4735          * If the page table page is mapped, we just increment the
4736          * hold count, and activate it.
4737          */
4738         if (pd != NULL && (*pd & PG_V) != 0) {
4739                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pd & PG_FRAME);
4740                 m->ref_count++;
4741         } else {
4742                 /*
4743                  * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been
4744                  * deallocated.
4745                  */
4746                 m = pmap_allocpte_alloc(pmap, ptepindex, lockp, va);
4747                 if (m == NULL && lockp != NULL)
4748                         goto retry;
4749         }
4750         return (m);
4751 }
4752
4753 /***************************************************
4754  * Pmap allocation/deallocation routines.
4755  ***************************************************/
4756
4757 /*
4758  * Release any resources held by the given physical map.
4759  * Called when a pmap initialized by pmap_pinit is being released.
4760  * Should only be called if the map contains no valid mappings.
4761  */
4762 void
4763 pmap_release(pmap_t pmap)
4764 {
4765         vm_page_t m;
4766         int i;
4767
4768         KASSERT(vm_radix_is_empty(&pmap->pm_root),
4769             ("pmap_release: pmap %p has reserved page table page(s)",
4770             pmap));
4771         KASSERT(CPU_EMPTY(&pmap->pm_active),
4772             ("releasing active pmap %p", pmap));
4773
4774         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pmap->pm_pmltop));
4775
4776         if (pmap_is_la57(pmap)) {
4777                 pmap->pm_pmltop[pmap_pml5e_index(UPT_MAX_ADDRESS)] = 0;
4778                 pmap->pm_pmltop[PML5PML5I] = 0;
4779         } else {
4780                 for (i = 0; i < NKPML4E; i++)   /* KVA */
4781                         pmap->pm_pmltop[KPML4BASE + i] = 0;
4782 #ifdef KASAN
4783                 for (i = 0; i < NKASANPML4E; i++) /* KASAN shadow map */
4784                         pmap->pm_pmltop[KASANPML4I + i] = 0;
4785 #endif
4786                 for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++)/* Direct Map */
4787                         pmap->pm_pmltop[DMPML4I + i] = 0;
4788                 pmap->pm_pmltop[PML4PML4I] = 0; /* Recursive Mapping */
4789                 for (i = 0; i < lm_ents; i++)   /* Large Map */
4790                         pmap->pm_pmltop[LMSPML4I + i] = 0;
4791         }
4792
4793         pmap_free_pt_page(NULL, m, true);
4794         pmap_pt_page_count_pinit(pmap, -1);
4795
4796         if (pmap->pm_pmltopu != NULL) {
4797                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pmap->
4798                     pm_pmltopu));
4799                 pmap_free_pt_page(NULL, m, false);
4800                 pmap_pt_page_count_pinit(pmap, -1);
4801         }
4802         if (pmap->pm_type == PT_X86 &&
4803             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0)
4804                 rangeset_fini(&pmap->pm_pkru);
4805
4806         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count == 0,
4807             ("pmap_release: pmap %p resident count %ld != 0",
4808             pmap, pmap->pm_stats.resident_count));
4809 }
4810
4811 static int
4812 kvm_size(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
4813 {
4814         unsigned long ksize = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
4815
4816         return sysctl_handle_long(oidp, &ksize, 0, req);
4817 }
4818 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_size, CTLTYPE_LONG | CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE,
4819     0, 0, kvm_size, "LU",
4820     "Size of KVM");
4821
4822 static int
4823 kvm_free(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
4824 {
4825         unsigned long kfree = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - kernel_vm_end;
4826
4827         return sysctl_handle_long(oidp, &kfree, 0, req);
4828 }
4829 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_free, CTLTYPE_LONG | CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE,
4830     0, 0, kvm_free, "LU",
4831     "Amount of KVM free");
4832
4833 /*
4834  * Allocate physical memory for the vm_page array and map it into KVA,
4835  * attempting to back the vm_pages with domain-local memory.
4836  */
4837 void
4838 pmap_page_array_startup(long pages)
4839 {
4840         pdp_entry_t *pdpe;
4841         pd_entry_t *pde, newpdir;
4842         vm_offset_t va, start, end;
4843         vm_paddr_t pa;
4844         long pfn;
4845         int domain, i;
4846
4847         vm_page_array_size = pages;
4848
4849         start = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
4850         end = start + pages * sizeof(struct vm_page);
4851         for (va = start; va < end; va += NBPDR) {
4852                 pfn = first_page + (va - start) / sizeof(struct vm_page);
4853                 domain = vm_phys_domain(ptoa(pfn));
4854                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, va);
4855                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0) {
4856                         pa = vm_phys_early_alloc(domain, PAGE_SIZE);
4857                         dump_add_page(pa);
4858                         pagezero((void *)PHYS_TO_DMAP(pa));
4859                         *pdpe = (pdp_entry_t)(pa | X86_PG_V | X86_PG_RW |
4860                             X86_PG_A | X86_PG_M);
4861                 }
4862                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
4863                 if ((*pde & X86_PG_V) != 0)
4864                         panic("Unexpected pde");
4865                 pa = vm_phys_early_alloc(domain, NBPDR);
4866                 for (i = 0; i < NPDEPG; i++)
4867                         dump_add_page(pa + i * PAGE_SIZE);
4868                 newpdir = (pd_entry_t)(pa | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A |
4869                     X86_PG_M | PG_PS | pg_g | pg_nx);
4870                 pde_store(pde, newpdir);
4871         }
4872         vm_page_array = (vm_page_t)start;
4873 }
4874
4875 /*
4876  * grow the number of kernel page table entries, if needed
4877  */
4878 void
4879 pmap_growkernel(vm_offset_t addr)
4880 {
4881         vm_paddr_t paddr;
4882         vm_page_t nkpg;
4883         pd_entry_t *pde, newpdir;
4884         pdp_entry_t *pdpe;
4885
4886         mtx_assert(&kernel_map->system_mtx, MA_OWNED);
4887
4888         /*
4889          * Return if "addr" is within the range of kernel page table pages
4890          * that were preallocated during pmap bootstrap.  Moreover, leave
4891          * "kernel_vm_end" and the kernel page table as they were.
4892          *
4893          * The correctness of this action is based on the following
4894          * argument: vm_map_insert() allocates contiguous ranges of the
4895          * kernel virtual address space.  It calls this function if a range
4896          * ends after "kernel_vm_end".  If the kernel is mapped between
4897          * "kernel_vm_end" and "addr", then the range cannot begin at
4898          * "kernel_vm_end".  In fact, its beginning address cannot be less
4899          * than the kernel.  Thus, there is no immediate need to allocate
4900          * any new kernel page table pages between "kernel_vm_end" and
4901          * "KERNBASE".
4902          */
4903         if (KERNBASE < addr && addr <= KERNBASE + nkpt * NBPDR)
4904                 return;
4905
4906         addr = roundup2(addr, NBPDR);
4907         if (addr - 1 >= vm_map_max(kernel_map))
4908                 addr = vm_map_max(kernel_map);
4909         if (kernel_vm_end < addr)
4910                 kasan_shadow_map(kernel_vm_end, addr - kernel_vm_end);
4911         while (kernel_vm_end < addr) {
4912                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, kernel_vm_end);
4913                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0) {
4914                         /* We need a new PDP entry */
4915                         nkpg = pmap_alloc_pt_page(kernel_pmap,
4916                             kernel_vm_end >> PDPSHIFT, VM_ALLOC_WIRED |
4917                             VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_ZERO);
4918                         if (nkpg == NULL)
4919                                 panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
4920                         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
4921                         *pdpe = (pdp_entry_t)(paddr | X86_PG_V | X86_PG_RW |
4922                             X86_PG_A | X86_PG_M);
4923                         continue; /* try again */
4924                 }
4925                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, kernel_vm_end);
4926                 if ((*pde & X86_PG_V) != 0) {
4927                         kernel_vm_end = (kernel_vm_end + NBPDR) & ~PDRMASK;
4928                         if (kernel_vm_end - 1 >= vm_map_max(kernel_map)) {
4929                                 kernel_vm_end = vm_map_max(kernel_map);
4930                                 break;                       
4931                         }
4932                         continue;
4933                 }
4934
4935                 nkpg = pmap_alloc_pt_page(kernel_pmap,
4936                     pmap_pde_pindex(kernel_vm_end), VM_ALLOC_WIRED |
4937                     VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_ZERO);
4938                 if (nkpg == NULL)
4939                         panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
4940                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
4941                 newpdir = paddr | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A | X86_PG_M;
4942                 pde_store(pde, newpdir);
4943
4944                 kernel_vm_end = (kernel_vm_end + NBPDR) & ~PDRMASK;
4945                 if (kernel_vm_end - 1 >= vm_map_max(kernel_map)) {
4946                         kernel_vm_end = vm_map_max(kernel_map);
4947                         break;                       
4948                 }
4949         }
4950 }
4951
4952 /***************************************************
4953  * page management routines.
4954  ***************************************************/
4955
4956 CTASSERT(sizeof(struct pv_chunk) == PAGE_SIZE);
4957 CTASSERT(_NPCM == 3);
4958 CTASSERT(_NPCPV == 168);
4959
4960 static __inline struct pv_chunk *
4961 pv_to_chunk(pv_entry_t pv)
4962 {
4963
4964         return ((struct pv_chunk *)((uintptr_t)pv & ~(uintptr_t)PAGE_MASK));
4965 }
4966
4967 #define PV_PMAP(pv) (pv_to_chunk(pv)->pc_pmap)
4968
4969 #define PC_FREE0        0xfffffffffffffffful
4970 #define PC_FREE1        0xfffffffffffffffful
4971 #define PC_FREE2        0x000000fffffffffful
4972
4973 static const uint64_t pc_freemask[_NPCM] = { PC_FREE0, PC_FREE1, PC_FREE2 };
4974
4975 #ifdef PV_STATS
4976
4977 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(pc_chunk_count);
4978 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_count, CTLFLAG_RD,
4979     &pc_chunk_count, "Current number of pv entry cnunks");
4980
4981 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(pc_chunk_allocs);
4982 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_allocs, CTLFLAG_RD,
4983     &pc_chunk_allocs, "Total number of pv entry chunks allocated");
4984
4985 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(pc_chunk_frees);
4986 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_frees, CTLFLAG_RD,
4987     &pc_chunk_frees, "Total number of pv entry chunks freed");
4988
4989 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(pc_chunk_tryfail);
4990 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_tryfail, CTLFLAG_RD,
4991     &pc_chunk_tryfail,
4992     "Number of failed attempts to get a pv entry chunk page");
4993
4994 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(pv_entry_frees);
4995 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_frees, CTLFLAG_RD,
4996     &pv_entry_frees, "Total number of pv entries freed");
4997
4998 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(pv_entry_allocs);
4999 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_allocs, CTLFLAG_RD,
5000     &pv_entry_allocs, "Total number of pv entries allocated");
5001
5002 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(pv_entry_count);
5003 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_count, CTLFLAG_RD,
5004     &pv_entry_count, "Current number of pv entries");
5005
5006 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(pv_entry_spare);
5007 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_spare, CTLFLAG_RD,
5008     &pv_entry_spare, "Current number of spare pv entries");
5009 #endif
5010
5011 static void
5012 reclaim_pv_chunk_leave_pmap(pmap_t pmap, pmap_t locked_pmap, bool start_di)
5013 {
5014
5015         if (pmap == NULL)
5016                 return;
5017         pmap_invalidate_all(pmap);
5018         if (pmap != locked_pmap)
5019                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5020         if (start_di)
5021                 pmap_delayed_invl_finish();
5022 }
5023
5024 /*
5025  * We are in a serious low memory condition.  Resort to
5026  * drastic measures to free some pages so we can allocate
5027  * another pv entry chunk.
5028  *
5029  * Returns NULL if PV entries were reclaimed from the specified pmap.
5030  *
5031  * We do not, however, unmap 2mpages because subsequent accesses will
5032  * allocate per-page pv entries until repromotion occurs, thereby
5033  * exacerbating the shortage of free pv entries.
5034  */
5035 static vm_page_t
5036 reclaim_pv_chunk_domain(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp, int domain)
5037 {
5038         struct pv_chunks_list *pvc;
5039         struct pv_chunk *pc, *pc_marker, *pc_marker_end;
5040         struct pv_chunk_header pc_marker_b, pc_marker_end_b;
5041         struct md_page *pvh;
5042         pd_entry_t *pde;
5043         pmap_t next_pmap, pmap;
5044         pt_entry_t *pte, tpte;
5045         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW;
5046         pv_entry_t pv;
5047         vm_offset_t va;
5048         vm_page_t m, m_pc;
5049         struct spglist free;
5050         uint64_t inuse;
5051         int bit, field, freed;
5052         bool start_di, restart;
5053
5054         PMAP_LOCK_ASSERT(locked_pmap, MA_OWNED);
5055         KASSERT(lockp != NULL, ("reclaim_pv_chunk: lockp is NULL"));
5056         pmap = NULL;
5057         m_pc = NULL;
5058         PG_G = PG_A = PG_M = PG_RW = 0;
5059         SLIST_INIT(&free);
5060         bzero(&pc_marker_b, sizeof(pc_marker_b));
5061         bzero(&pc_marker_end_b, sizeof(pc_marker_end_b));
5062         pc_marker = (struct pv_chunk *)&pc_marker_b;
5063         pc_marker_end = (struct pv_chunk *)&pc_marker_end_b;
5064
5065         /*
5066          * A delayed invalidation block should already be active if
5067          * pmap_advise() or pmap_remove() called this function by way
5068          * of pmap_demote_pde_locked().
5069          */
5070         start_di = pmap_not_in_di();
5071
5072         pvc = &pv_chunks[domain];
5073         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
5074         pvc->active_reclaims++;
5075         TAILQ_INSERT_HEAD(&pvc->pvc_list, pc_marker, pc_lru);
5076         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvc->pvc_list, pc_marker_end, pc_lru);
5077         while ((pc = TAILQ_NEXT(pc_marker, pc_lru)) != pc_marker_end &&
5078             SLIST_EMPTY(&free)) {
5079                 next_pmap = pc->pc_pmap;
5080                 if (next_pmap == NULL) {
5081                         /*
5082                          * The next chunk is a marker.  However, it is
5083                          * not our marker, so active_reclaims must be
5084                          * > 1.  Consequently, the next_chunk code
5085                          * will not rotate the pv_chunks list.
5086                          */
5087                         goto next_chunk;
5088                 }
5089                 mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
5090
5091                 /*
5092                  * A pv_chunk can only be removed from the pc_lru list
5093                  * when both pc_chunks_mutex is owned and the
5094                  * corresponding pmap is locked.
5095                  */
5096                 if (pmap != next_pmap) {
5097                         restart = false;
5098                         reclaim_pv_chunk_leave_pmap(pmap, locked_pmap,
5099                             start_di);
5100                         pmap = next_pmap;
5101                         /* Avoid deadlock and lock recursion. */
5102                         if (pmap > locked_pmap) {
5103                                 RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
5104                                 PMAP_LOCK(pmap);
5105                                 if (start_di)
5106                                         pmap_delayed_invl_start();
5107                                 mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
5108                                 restart = true;
5109                         } else if (pmap != locked_pmap) {
5110                                 if (PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5111                                         if (start_di)
5112                                                 pmap_delayed_invl_start();
5113                                         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
5114                                         restart = true;
5115                                 } else {
5116                                         pmap = NULL; /* pmap is not locked */
5117                                         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
5118                                         pc = TAILQ_NEXT(pc_marker, pc_lru);
5119                                         if (pc == NULL ||
5120                                             pc->pc_pmap != next_pmap)
5121                                                 continue;
5122                                         goto next_chunk;
5123                                 }
5124                         } else if (start_di)
5125                                 pmap_delayed_invl_start();
5126                         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5127                         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5128                         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5129                         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5130                         if (restart)
5131                                 continue;
5132                 }
5133
5134                 /*
5135                  * Destroy every non-wired, 4 KB page mapping in the chunk.
5136                  */
5137                 freed = 0;
5138                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
5139                         for (inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
5140                             inuse != 0; inuse &= ~(1UL << bit)) {
5141                                 bit = bsfq(inuse);
5142                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
5143                                 va = pv->pv_va;
5144                                 pde = pmap_pde(pmap, va);
5145                                 if ((*pde & PG_PS) != 0)
5146                                         continue;
5147                                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
5148                                 if ((*pte & PG_W) != 0)
5149                                         continue;
5150                                 tpte = pte_load_clear(pte);
5151                                 if ((tpte & PG_G) != 0)
5152                                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
5153                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpte & PG_FRAME);
5154                                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
5155                                         vm_page_dirty(m);
5156                                 if ((tpte & PG_A) != 0)
5157                                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
5158                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
5159                                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5160                                 m->md.pv_gen++;
5161                                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
5162                                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5163                                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5164                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
5165                                                 vm_page_aflag_clear(m,
5166                                                     PGA_WRITEABLE);
5167                                         }
5168                                 }
5169                                 pmap_delayed_invl_page(m);
5170                                 pc->pc_map[field] |= 1UL << bit;
5171                                 pmap_unuse_pt(pmap, va, *pde, &free);
5172                                 freed++;
5173                         }
5174                 }
5175                 if (freed == 0) {
5176                         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
5177                         goto next_chunk;
5178                 }
5179                 /* Every freed mapping is for a 4 KB page. */
5180                 pmap_resident_count_adj(pmap, -freed);
5181                 PV_STAT(counter_u64_add(pv_entry_frees, freed));
5182                 PV_STAT(counter_u64_add(pv_entry_spare, freed));
5183                 PV_STAT(counter_u64_add(pv_entry_count, -freed));
5184                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5185                 if (pc->pc_map[0] == PC_FREE0 && pc->pc_map[1] == PC_FREE1 &&
5186                     pc->pc_map[2] == PC_FREE2) {
5187                         PV_STAT(counter_u64_add(pv_entry_spare, -_NPCPV));
5188                         PV_STAT(counter_u64_add(pc_chunk_count, -1));
5189                         PV_STAT(counter_u64_add(pc_chunk_frees, 1));
5190                         /* Entire chunk is free; return it. */
5191                         m_pc = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
5192                         dump_drop_page(m_pc->phys_addr);
5193                         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
5194                         TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
5195                         break;
5196                 }
5197                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5198                 mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
5199                 /* One freed pv entry in locked_pmap is sufficient. */
5200                 if (pmap == locked_pmap)
5201                         break;
5202 next_chunk:
5203                 TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc_marker, pc_lru);
5204                 TAILQ_INSERT_AFTER(&pvc->pvc_list, pc, pc_marker, pc_lru);
5205                 if (pvc->active_reclaims == 1 && pmap != NULL) {
5206                         /*
5207                          * Rotate the pv chunks list so that we do not
5208                          * scan the same pv chunks that could not be
5209                          * freed (because they contained a wired
5210                          * and/or superpage mapping) on every
5211                          * invocation of reclaim_pv_chunk().
5212                          */
5213                         while ((pc = TAILQ_FIRST(&pvc->pvc_list)) != pc_marker) {
5214                                 MPASS(pc->pc_pmap != NULL);
5215                                 TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
5216                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
5217                         }
5218                 }
5219         }
5220         TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc_marker, pc_lru);
5221         TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc_marker_end, pc_lru);
5222         pvc->active_reclaims--;
5223         mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
5224         reclaim_pv_chunk_leave_pmap(pmap, locked_pmap, start_di);
5225         if (m_pc == NULL && !SLIST_EMPTY(&free)) {
5226                 m_pc = SLIST_FIRST(&free);
5227                 SLIST_REMOVE_HEAD(&free, plinks.s.ss);
5228                 /* Recycle a freed page table page. */
5229                 m_pc->ref_count = 1;
5230         }
5231         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
5232         return (m_pc);
5233 }
5234
5235 static vm_page_t
5236 reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp)
5237 {
5238         vm_page_t m;
5239         int i, domain;
5240
5241         domain = PCPU_GET(domain);
5242         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
5243                 m = reclaim_pv_chunk_domain(locked_pmap, lockp, domain);
5244                 if (m != NULL)
5245                         break;
5246                 domain = (domain + 1) % vm_ndomains;
5247         }
5248
5249         return (m);
5250 }
5251
5252 /*
5253  * free the pv_entry back to the free list
5254  */
5255 static void
5256 free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv)
5257 {
5258         struct pv_chunk *pc;
5259         int idx, field, bit;
5260
5261         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5262         PV_STAT(counter_u64_add(pv_entry_frees, 1));
5263         PV_STAT(counter_u64_add(pv_entry_spare, 1));
5264         PV_STAT(counter_u64_add(pv_entry_count, -1));
5265         pc = pv_to_chunk(pv);
5266         idx = pv - &pc->pc_pventry[0];
5267         field = idx / 64;
5268         bit = idx % 64;
5269         pc->pc_map[field] |= 1ul << bit;
5270         if (pc->pc_map[0] != PC_FREE0 || pc->pc_map[1] != PC_FREE1 ||
5271             pc->pc_map[2] != PC_FREE2) {
5272                 /* 98% of the time, pc is already at the head of the list. */
5273                 if (__predict_false(pc != TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk))) {
5274                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5275                         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5276                 }
5277                 return;
5278         }
5279         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5280         free_pv_chunk(pc);
5281 }
5282
5283 static void
5284 free_pv_chunk_dequeued(struct pv_chunk *pc)
5285 {
5286         vm_page_t m;
5287
5288         PV_STAT(counter_u64_add(pv_entry_spare, -_NPCPV));
5289         PV_STAT(counter_u64_add(pc_chunk_count, -1));
5290         PV_STAT(counter_u64_add(pc_chunk_frees, 1));
5291         counter_u64_add(pv_page_count, -1);
5292         /* entire chunk is free, return it */
5293         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
5294         dump_drop_page(m->phys_addr);
5295         vm_page_unwire_noq(m);
5296         vm_page_free(m);
5297 }
5298
5299 static void
5300 free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc)
5301 {
5302         struct pv_chunks_list *pvc;
5303
5304         pvc = &pv_chunks[pc_to_domain(pc)];
5305         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
5306         TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
5307         mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
5308         free_pv_chunk_dequeued(pc);
5309 }
5310
5311 static void
5312 free_pv_chunk_batch(struct pv_chunklist *batch)
5313 {
5314         struct pv_chunks_list *pvc;
5315         struct pv_chunk *pc, *npc;
5316         int i;
5317
5318         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
5319                 if (TAILQ_EMPTY(&batch[i]))
5320                         continue;
5321                 pvc = &pv_chunks[i];
5322                 mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
5323                 TAILQ_FOREACH(pc, &batch[i], pc_list) {
5324                         TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
5325                 }
5326                 mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
5327         }
5328
5329         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
5330                 TAILQ_FOREACH_SAFE(pc, &batch[i], pc_list, npc) {
5331                         free_pv_chunk_dequeued(pc);
5332                 }
5333         }
5334 }
5335
5336 /*
5337  * Returns a new PV entry, allocating a new PV chunk from the system when
5338  * needed.  If this PV chunk allocation fails and a PV list lock pointer was
5339  * given, a PV chunk is reclaimed from an arbitrary pmap.  Otherwise, NULL is
5340  * returned.
5341  *
5342  * The given PV list lock may be released.
5343  */
5344 static pv_entry_t
5345 get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp)
5346 {
5347         struct pv_chunks_list *pvc;
5348         int bit, field;
5349         pv_entry_t pv;
5350         struct pv_chunk *pc;
5351         vm_page_t m;
5352
5353         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5354         PV_STAT(counter_u64_add(pv_entry_allocs, 1));
5355 retry:
5356         pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
5357         if (pc != NULL) {
5358                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
5359                         if (pc->pc_map[field]) {
5360                                 bit = bsfq(pc->pc_map[field]);
5361                                 break;
5362                         }
5363                 }
5364                 if (field < _NPCM) {
5365                         pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
5366                         pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
5367                         /* If this was the last item, move it to tail */
5368                         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 &&
5369                             pc->pc_map[2] == 0) {
5370                                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5371                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc,
5372                                     pc_list);
5373                         }
5374                         PV_STAT(counter_u64_add(pv_entry_count, 1));
5375                         PV_STAT(counter_u64_add(pv_entry_spare, -1));
5376                         return (pv);
5377                 }
5378         }
5379         /* No free items, allocate another chunk */
5380         m = vm_page_alloc_noobj(VM_ALLOC_WIRED);
5381         if (m == NULL) {
5382                 if (lockp == NULL) {
5383                         PV_STAT(counter_u64_add(pc_chunk_tryfail, 1));
5384                         return (NULL);
5385                 }
5386                 m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
5387                 if (m == NULL)
5388                         goto retry;
5389         } else
5390                 counter_u64_add(pv_page_count, 1);
5391         PV_STAT(counter_u64_add(pc_chunk_count, 1));
5392         PV_STAT(counter_u64_add(pc_chunk_allocs, 1));
5393         dump_add_page(m->phys_addr);
5394         pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
5395         pc->pc_pmap = pmap;
5396         pc->pc_map[0] = PC_FREE0 & ~1ul;        /* preallocated bit 0 */
5397         pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
5398         pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
5399         pvc = &pv_chunks[vm_page_domain(m)];
5400         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
5401         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
5402         mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
5403         pv = &pc->pc_pventry[0];
5404         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5405         PV_STAT(counter_u64_add(pv_entry_count, 1));
5406         PV_STAT(counter_u64_add(pv_entry_spare, _NPCPV - 1));
5407         return (pv);
5408 }
5409
5410 /*
5411  * Returns the number of one bits within the given PV chunk map.
5412  *
5413  * The erratas for Intel processors state that "POPCNT Instruction May
5414  * Take Longer to Execute Than Expected".  It is believed that the
5415  * issue is the spurious dependency on the destination register.
5416  * Provide a hint to the register rename logic that the destination
5417  * value is overwritten, by clearing it, as suggested in the
5418  * optimization manual.  It should be cheap for unaffected processors
5419  * as well.
5420  *
5421  * Reference numbers for erratas are
5422  * 4th Gen Core: HSD146
5423  * 5th Gen Core: BDM85
5424  * 6th Gen Core: SKL029
5425  */
5426 static int
5427 popcnt_pc_map_pq(uint64_t *map)
5428 {
5429         u_long result, tmp;
5430
5431         __asm __volatile("xorl %k0,%k0;popcntq %2,%0;"
5432             "xorl %k1,%k1;popcntq %3,%1;addl %k1,%k0;"
5433             "xorl %k1,%k1;popcntq %4,%1;addl %k1,%k0"
5434             : "=&r" (result), "=&r" (tmp)
5435             : "m" (map[0]), "m" (map[1]), "m" (map[2]));
5436         return (result);
5437 }
5438
5439 /*
5440  * Ensure that the number of spare PV entries in the specified pmap meets or
5441  * exceeds the given count, "needed".
5442  *
5443  * The given PV list lock may be released.
5444  */
5445 static void
5446 reserve_pv_entries(pmap_t pmap, int needed, struct rwlock **lockp)
5447 {
5448         struct pv_chunks_list *pvc;
5449         struct pch new_tail[PMAP_MEMDOM];
5450         struct pv_chunk *pc;
5451         vm_page_t m;
5452         int avail, free, i;
5453         bool reclaimed;
5454
5455         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5456         KASSERT(lockp != NULL, ("reserve_pv_entries: lockp is NULL"));
5457
5458         /*
5459          * Newly allocated PV chunks must be stored in a private list until
5460          * the required number of PV chunks have been allocated.  Otherwise,
5461          * reclaim_pv_chunk() could recycle one of these chunks.  In
5462          * contrast, these chunks must be added to the pmap upon allocation.
5463          */
5464         for (i = 0; i < PMAP_MEMDOM; i++)
5465                 TAILQ_INIT(&new_tail[i]);
5466 retry:
5467         avail = 0;
5468         TAILQ_FOREACH(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list) {
5469 #ifndef __POPCNT__
5470                 if ((cpu_feature2 & CPUID2_POPCNT) == 0)
5471                         bit_count((bitstr_t *)pc->pc_map, 0,
5472                             sizeof(pc->pc_map) * NBBY, &free);
5473                 else
5474 #endif
5475                 free = popcnt_pc_map_pq(pc->pc_map);
5476                 if (free == 0)
5477                         break;
5478                 avail += free;
5479                 if (avail >= needed)
5480                         break;
5481         }
5482         for (reclaimed = false; avail < needed; avail += _NPCPV) {
5483                 m = vm_page_alloc_noobj(VM_ALLOC_WIRED);
5484                 if (m == NULL) {
5485                         m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
5486                         if (m == NULL)
5487                                 goto retry;
5488                         reclaimed = true;
5489                 } else
5490                         counter_u64_add(pv_page_count, 1);
5491                 PV_STAT(counter_u64_add(pc_chunk_count, 1));
5492                 PV_STAT(counter_u64_add(pc_chunk_allocs, 1));
5493                 dump_add_page(m->phys_addr);
5494                 pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
5495                 pc->pc_pmap = pmap;
5496                 pc->pc_map[0] = PC_FREE0;
5497                 pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
5498                 pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
5499                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5500                 TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail[vm_page_domain(m)], pc, pc_lru);
5501                 PV_STAT(counter_u64_add(pv_entry_spare, _NPCPV));
5502
5503                 /*
5504                  * The reclaim might have freed a chunk from the current pmap.
5505                  * If that chunk contained available entries, we need to
5506                  * re-count the number of available entries.
5507                  */
5508                 if (reclaimed)
5509                         goto retry;
5510         }
5511         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
5512                 if (TAILQ_EMPTY(&new_tail[i]))
5513                         continue;
5514                 pvc = &pv_chunks[i];
5515                 mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
5516                 TAILQ_CONCAT(&pvc->pvc_list, &new_tail[i], pc_lru);
5517                 mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
5518         }
5519 }
5520
5521 /*
5522  * First find and then remove the pv entry for the specified pmap and virtual
5523  * address from the specified pv list.  Returns the pv entry if found and NULL
5524  * otherwise.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or
5525  * 2MB page mappings.
5526  */
5527 static __inline pv_entry_t
5528 pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
5529 {
5530         pv_entry_t pv;
5531
5532         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
5533                 if (pmap == PV_PMAP(pv) && va == pv->pv_va) {
5534                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
5535                         pvh->pv_gen++;
5536                         break;
5537                 }
5538         }
5539         return (pv);
5540 }
5541
5542 /*
5543  * After demotion from a 2MB page mapping to 512 4KB page mappings,
5544  * destroy the pv entry for the 2MB page mapping and reinstantiate the pv
5545  * entries for each of the 4KB page mappings.
5546  */
5547 static void
5548 pmap_pv_demote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
5549     struct rwlock **lockp)
5550 {
5551         struct md_page *pvh;
5552         struct pv_chunk *pc;
5553         pv_entry_t pv;
5554         vm_offset_t va_last;
5555         vm_page_t m;
5556         int bit, field;
5557
5558         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5559         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
5560             ("pmap_pv_demote_pde: pa is not 2mpage aligned"));
5561         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
5562
5563         /*
5564          * Transfer the 2mpage's pv entry for this mapping to the first
5565          * page's pv list.  Once this transfer begins, the pv list lock
5566          * must not be released until the last pv entry is reinstantiated.
5567          */
5568         pvh = pa_to_pvh(pa);
5569         va = trunc_2mpage(va);
5570         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
5571         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_demote_pde: pv not found"));
5572         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
5573         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5574         m->md.pv_gen++;
5575         /* Instantiate the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
5576         PV_STAT(counter_u64_add(pv_entry_allocs, NPTEPG - 1));
5577         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
5578         for (;;) {
5579                 pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
5580                 KASSERT(pc->pc_map[0] != 0 || pc->pc_map[1] != 0 ||
5581                     pc->pc_map[2] != 0, ("pmap_pv_demote_pde: missing spare"));
5582                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
5583                         while (pc->pc_map[field]) {
5584                                 bit = bsfq(pc->pc_map[field]);
5585                                 pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
5586                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
5587                                 va += PAGE_SIZE;
5588                                 pv->pv_va = va;
5589                                 m++;
5590                                 KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5591                             ("pmap_pv_demote_pde: page %p is not managed", m));
5592                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5593                                 m->md.pv_gen++;
5594                                 if (va == va_last)
5595                                         goto out;
5596                         }
5597                 }
5598                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5599                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5600         }
5601 out:
5602         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 && pc->pc_map[2] == 0) {
5603                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5604                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5605         }
5606         PV_STAT(counter_u64_add(pv_entry_count, NPTEPG - 1));
5607         PV_STAT(counter_u64_add(pv_entry_spare, -(NPTEPG - 1)));
5608 }
5609
5610 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
5611 /*
5612  * After promotion from 512 4KB page mappings to a single 2MB page mapping,
5613  * replace the many pv entries for the 4KB page mappings by a single pv entry
5614  * for the 2MB page mapping.
5615  */
5616 static void
5617 pmap_pv_promote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
5618     struct rwlock **lockp)
5619 {
5620         struct md_page *pvh;
5621         pv_entry_t pv;
5622         vm_offset_t va_last;
5623         vm_page_t m;
5624
5625         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
5626             ("pmap_pv_promote_pde: pa is not 2mpage aligned"));
5627         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
5628
5629         /*
5630          * Transfer the first page's pv entry for this mapping to the 2mpage's
5631          * pv list.  Aside from avoiding the cost of a call to get_pv_entry(),
5632          * a transfer avoids the possibility that get_pv_entry() calls
5633          * reclaim_pv_chunk() and that reclaim_pv_chunk() removes one of the
5634          * mappings that is being promoted.
5635          */
5636         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
5637         va = trunc_2mpage(va);
5638         pv = pmap_pvh_remove(&m->md, pmap, va);
5639         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_promote_pde: pv not found"));
5640         pvh = pa_to_pvh(pa);
5641         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
5642         pvh->pv_gen++;
5643         /* Free the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
5644         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
5645         do {
5646                 m++;
5647                 va += PAGE_SIZE;
5648                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
5649         } while (va < va_last);
5650 }
5651 #endif /* VM_NRESERVLEVEL > 0 */
5652
5653 /*
5654  * First find and then destroy the pv entry for the specified pmap and virtual
5655  * address.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or 2MB
5656  * page mappings.
5657  */
5658 static void
5659 pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
5660 {
5661         pv_entry_t pv;
5662
5663         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
5664         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pvh_free: pv not found"));
5665         free_pv_entry(pmap, pv);
5666 }
5667
5668 /*
5669  * Conditionally create the PV entry for a 4KB page mapping if the required
5670  * memory can be allocated without resorting to reclamation.
5671  */
5672 static boolean_t
5673 pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
5674     struct rwlock **lockp)
5675 {
5676         pv_entry_t pv;
5677
5678         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5679         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
5680         if ((pv = get_pv_entry(pmap, NULL)) != NULL) {
5681                 pv->pv_va = va;
5682                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
5683                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5684                 m->md.pv_gen++;
5685                 return (TRUE);
5686         } else
5687                 return (FALSE);
5688 }
5689
5690 /*
5691  * Create the PV entry for a 2MB page mapping.  Always returns true unless the
5692  * flag PMAP_ENTER_NORECLAIM is specified.  If that flag is specified, returns
5693  * false if the PV entry cannot be allocated without resorting to reclamation.
5694  */
5695 static bool
5696 pmap_pv_insert_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde, u_int flags,
5697     struct rwlock **lockp)
5698 {
5699         struct md_page *pvh;
5700         pv_entry_t pv;
5701         vm_paddr_t pa;
5702
5703         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5704         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
5705         if ((pv = get_pv_entry(pmap, (flags & PMAP_ENTER_NORECLAIM) != 0 ?
5706             NULL : lockp)) == NULL)
5707                 return (false);
5708         pv->pv_va = va;
5709         pa = pde & PG_PS_FRAME;
5710         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
5711         pvh = pa_to_pvh(pa);
5712         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
5713         pvh->pv_gen++;
5714         return (true);
5715 }
5716
5717 /*
5718  * Fills a page table page with mappings to consecutive physical pages.
5719  */
5720 static void
5721 pmap_fill_ptp(pt_entry_t *firstpte, pt_entry_t newpte)
5722 {
5723         pt_entry_t *pte;
5724
5725         for (pte = firstpte; pte < firstpte + NPTEPG; pte++) {
5726                 *pte = newpte;
5727                 newpte += PAGE_SIZE;
5728         }
5729 }
5730
5731 /*
5732  * Tries to demote a 2MB page mapping.  If demotion fails, the 2MB page
5733  * mapping is invalidated.
5734  */
5735 static boolean_t
5736 pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
5737 {
5738         struct rwlock *lock;
5739         boolean_t rv;
5740
5741         lock = NULL;
5742         rv = pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
5743         if (lock != NULL)
5744                 rw_wunlock(lock);
5745         return (rv);
5746 }
5747
5748 static void
5749 pmap_demote_pde_check(pt_entry_t *firstpte __unused, pt_entry_t newpte __unused)
5750 {
5751 #ifdef INVARIANTS
5752 #ifdef DIAGNOSTIC
5753         pt_entry_t *xpte, *ypte;
5754
5755         for (xpte = firstpte; xpte < firstpte + NPTEPG;
5756             xpte++, newpte += PAGE_SIZE) {
5757                 if ((*xpte & PG_FRAME) != (newpte & PG_FRAME)) {
5758                         printf("pmap_demote_pde: xpte %zd and newpte map "
5759                             "different pages: found %#lx, expected %#lx\n",
5760                             xpte - firstpte, *xpte, newpte);
5761                         printf("page table dump\n");
5762                         for (ypte = firstpte; ypte < firstpte + NPTEPG; ypte++)
5763                                 printf("%zd %#lx\n", ypte - firstpte, *ypte);
5764                         panic("firstpte");
5765                 }
5766         }
5767 #else
5768         KASSERT((*firstpte & PG_FRAME) == (newpte & PG_FRAME),
5769             ("pmap_demote_pde: firstpte and newpte map different physical"
5770             " addresses"));
5771 #endif
5772 #endif
5773 }
5774
5775 static void
5776 pmap_demote_pde_abort(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
5777     pd_entry_t oldpde, struct rwlock **lockp)
5778 {
5779         struct spglist free;
5780         vm_offset_t sva;
5781
5782         SLIST_INIT(&free);
5783         sva = trunc_2mpage(va);
5784         pmap_remove_pde(pmap, pde, sva, &free, lockp);
5785         if ((oldpde & pmap_global_bit(pmap)) == 0)
5786                 pmap_invalidate_pde_page(pmap, sva, oldpde);
5787         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
5788         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: failure for va %#lx in pmap %p",
5789             va, pmap);
5790 }
5791
5792 static boolean_t
5793 pmap_demote_pde_locked(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
5794     struct rwlock **lockp)
5795 {
5796         pd_entry_t newpde, oldpde;
5797         pt_entry_t *firstpte, newpte;
5798         pt_entry_t PG_A, PG_G, PG_M, PG_PKU_MASK, PG_RW, PG_V;
5799         vm_paddr_t mptepa;
5800         vm_page_t mpte;
5801         int PG_PTE_CACHE;
5802         bool in_kernel;
5803
5804         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5805         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5806         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5807         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5808         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5809         PG_PTE_CACHE = pmap_cache_mask(pmap, 0);
5810         PG_PKU_MASK = pmap_pku_mask_bit(pmap);
5811
5812         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5813         in_kernel = va >= VM_MAXUSER_ADDRESS;
5814         oldpde = *pde;
5815         KASSERT((oldpde & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V),
5816             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_PS and/or PG_V"));
5817
5818         /*
5819          * Invalidate the 2MB page mapping and return "failure" if the
5820          * mapping was never accessed.
5821          */
5822         if ((oldpde & PG_A) == 0) {
5823                 KASSERT((oldpde & PG_W) == 0,
5824                     ("pmap_demote_pde: a wired mapping is missing PG_A"));
5825                 pmap_demote_pde_abort(pmap, va, pde, oldpde, lockp);
5826                 return (FALSE);
5827         }
5828
5829         mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, va);
5830         if (mpte == NULL) {
5831                 KASSERT((oldpde & PG_W) == 0,
5832                     ("pmap_demote_pde: page table page for a wired mapping"
5833                     " is missing"));
5834
5835                 /*
5836                  * If the page table page is missing and the mapping
5837                  * is for a kernel address, the mapping must belong to
5838                  * the direct map.  Page table pages are preallocated
5839                  * for every other part of the kernel address space,
5840                  * so the direct map region is the only part of the
5841                  * kernel address space that must be handled here.
5842                  */
5843                 KASSERT(!in_kernel || (va >= DMAP_MIN_ADDRESS &&
5844                     va < DMAP_MAX_ADDRESS),
5845                     ("pmap_demote_pde: No saved mpte for va %#lx", va));
5846
5847                 /*
5848                  * If the 2MB page mapping belongs to the direct map
5849                  * region of the kernel's address space, then the page
5850                  * allocation request specifies the highest possible
5851                  * priority (VM_ALLOC_INTERRUPT).  Otherwise, the
5852                  * priority is normal.
5853                  */
5854                 mpte = pmap_alloc_pt_page(pmap, pmap_pde_pindex(va),
5855                     (in_kernel ? VM_ALLOC_INTERRUPT : 0) | VM_ALLOC_WIRED);
5856
5857                 /*
5858                  * If the allocation of the new page table page fails,
5859                  * invalidate the 2MB page mapping and return "failure".
5860                  */
5861                 if (mpte == NULL) {
5862                         pmap_demote_pde_abort(pmap, va, pde, oldpde, lockp);
5863                         return (FALSE);
5864                 }
5865
5866                 if (!in_kernel)
5867                         mpte->ref_count = NPTEPG;
5868         }
5869         mptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpte);
5870         firstpte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mptepa);
5871         newpde = mptepa | PG_M | PG_A | (oldpde & PG_U) | PG_RW | PG_V;
5872         KASSERT((oldpde & (PG_M | PG_RW)) != PG_RW,
5873             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_M"));
5874         newpte = oldpde & ~PG_PS;
5875         newpte = pmap_swap_pat(pmap, newpte);
5876
5877         /*
5878          * If the page table page is not leftover from an earlier promotion,
5879          * initialize it.
5880          */
5881         if (mpte->valid == 0)
5882                 pmap_fill_ptp(firstpte, newpte);
5883
5884         pmap_demote_pde_check(firstpte, newpte);
5885
5886         /*
5887          * If the mapping has changed attributes, update the page table
5888          * entries.
5889          */
5890         if ((*firstpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpte & PG_PTE_PROMOTE))
5891                 pmap_fill_ptp(firstpte, newpte);
5892
5893         /*
5894          * The spare PV entries must be reserved prior to demoting the
5895          * mapping, that is, prior to changing the PDE.  Otherwise, the state
5896          * of the PDE and the PV lists will be inconsistent, which can result
5897          * in reclaim_pv_chunk() attempting to remove a PV entry from the
5898          * wrong PV list and pmap_pv_demote_pde() failing to find the expected
5899          * PV entry for the 2MB page mapping that is being demoted.
5900          */
5901         if ((oldpde & PG_MANAGED) != 0)
5902                 reserve_pv_entries(pmap, NPTEPG - 1, lockp);
5903
5904         /*
5905          * Demote the mapping.  This pmap is locked.  The old PDE has
5906          * PG_A set.  If the old PDE has PG_RW set, it also has PG_M
5907          * set.  Thus, there is no danger of a race with another
5908          * processor changing the setting of PG_A and/or PG_M between
5909          * the read above and the store below. 
5910          */
5911         if (workaround_erratum383)
5912                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, newpde);
5913         else
5914                 pde_store(pde, newpde);
5915
5916         /*
5917          * Invalidate a stale recursive mapping of the page table page.
5918          */
5919         if (in_kernel)
5920                 pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopte(va));
5921
5922         /*
5923          * Demote the PV entry.
5924          */
5925         if ((oldpde & PG_MANAGED) != 0)
5926                 pmap_pv_demote_pde(pmap, va, oldpde & PG_PS_FRAME, lockp);
5927
5928         counter_u64_add(pmap_pde_demotions, 1);
5929         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: success for va %#lx in pmap %p",
5930             va, pmap);
5931         return (TRUE);
5932 }
5933
5934 /*
5935  * pmap_remove_kernel_pde: Remove a kernel superpage mapping.
5936  */
5937 static void
5938 pmap_remove_kernel_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
5939 {
5940         pd_entry_t newpde;
5941         vm_paddr_t mptepa;
5942         vm_page_t mpte;
5943
5944         KASSERT(pmap == kernel_pmap, ("pmap %p is not kernel_pmap", pmap));
5945         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5946         mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, va);
5947         if (mpte == NULL)
5948                 panic("pmap_remove_kernel_pde: Missing pt page.");
5949
5950         mptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpte);
5951         newpde = mptepa | X86_PG_M | X86_PG_A | X86_PG_RW | X86_PG_V;
5952
5953         /*
5954          * If this page table page was unmapped by a promotion, then it
5955          * contains valid mappings.  Zero it to invalidate those mappings.
5956          */
5957         if (mpte->valid != 0)
5958                 pagezero((void *)PHYS_TO_DMAP(mptepa));
5959
5960         /*
5961          * Demote the mapping.
5962          */
5963         if (workaround_erratum383)
5964                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, newpde);
5965         else
5966                 pde_store(pde, newpde);
5967
5968         /*
5969          * Invalidate a stale recursive mapping of the page table page.
5970          */
5971         pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopte(va));
5972 }
5973
5974 /*
5975  * pmap_remove_pde: do the things to unmap a superpage in a process
5976  */
5977 static int
5978 pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
5979     struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
5980 {
5981         struct md_page *pvh;
5982         pd_entry_t oldpde;
5983         vm_offset_t eva, va;
5984         vm_page_t m, mpte;
5985         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW;
5986
5987         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5988         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5989         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5990         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5991
5992         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5993         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
5994             ("pmap_remove_pde: sva is not 2mpage aligned"));
5995         oldpde = pte_load_clear(pdq);
5996         if (oldpde & PG_W)
5997                 pmap->pm_stats.wired_count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
5998         if ((oldpde & PG_G) != 0)
5999                 pmap_invalidate_pde_page(kernel_pmap, sva, oldpde);
6000         pmap_resident_count_adj(pmap, -NBPDR / PAGE_SIZE);
6001         if (oldpde & PG_MANAGED) {
6002                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, oldpde & PG_PS_FRAME);
6003                 pvh = pa_to_pvh(oldpde & PG_PS_FRAME);
6004                 pmap_pvh_free(pvh, pmap, sva);
6005                 eva = sva + NBPDR;
6006                 for (va = sva, m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
6007                     va < eva; va += PAGE_SIZE, m++) {
6008                         if ((oldpde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
6009                                 vm_page_dirty(m);
6010                         if (oldpde & PG_A)
6011                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
6012                         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
6013                             TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
6014                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
6015                         pmap_delayed_invl_page(m);
6016                 }
6017         }
6018         if (pmap == kernel_pmap) {
6019                 pmap_remove_kernel_pde(pmap, pdq, sva);
6020         } else {
6021                 mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, sva);
6022                 if (mpte != NULL) {
6023                         KASSERT(mpte->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
6024                             ("pmap_remove_pde: pte page not promoted"));
6025                         pmap_resident_count_adj(pmap, -1);
6026                         KASSERT(mpte->ref_count == NPTEPG,
6027                             ("pmap_remove_pde: pte page ref count error"));
6028                         mpte->ref_count = 0;
6029                         pmap_add_delayed_free_list(mpte, free, FALSE);
6030                 }
6031         }
6032         return (pmap_unuse_pt(pmap, sva, *pmap_pdpe(pmap, sva), free));
6033 }
6034
6035 /*
6036  * pmap_remove_pte: do the things to unmap a page in a process
6037  */
6038 static int
6039 pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t va, 
6040     pd_entry_t ptepde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
6041 {
6042         struct md_page *pvh;
6043         pt_entry_t oldpte, PG_A, PG_M, PG_RW;
6044         vm_page_t m;
6045
6046         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6047         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6048         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6049
6050         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6051         oldpte = pte_load_clear(ptq);
6052         if (oldpte & PG_W)
6053                 pmap->pm_stats.wired_count -= 1;
6054         pmap_resident_count_adj(pmap, -1);
6055         if (oldpte & PG_MANAGED) {
6056                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpte & PG_FRAME);
6057                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
6058                         vm_page_dirty(m);
6059                 if (oldpte & PG_A)
6060                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
6061                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
6062                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
6063                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
6064                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
6065                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
6066                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
6067                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
6068                 }
6069                 pmap_delayed_invl_page(m);
6070         }
6071         return (pmap_unuse_pt(pmap, va, ptepde, free));
6072 }
6073
6074 /*
6075  * Remove a single page from a process address space
6076  */
6077 static void
6078 pmap_remove_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
6079     struct spglist *free)
6080 {
6081         struct rwlock *lock;
6082         pt_entry_t *pte, PG_V;
6083
6084         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6085         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6086         if ((*pde & PG_V) == 0)
6087                 return;
6088         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
6089         if ((*pte & PG_V) == 0)
6090                 return;
6091         lock = NULL;
6092         pmap_remove_pte(pmap, pte, va, *pde, free, &lock);
6093         if (lock != NULL)
6094                 rw_wunlock(lock);
6095         pmap_invalidate_page(pmap, va);
6096 }
6097
6098 /*
6099  * Removes the specified range of addresses from the page table page.
6100  */
6101 static bool
6102 pmap_remove_ptes(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
6103     pd_entry_t *pde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
6104 {
6105         pt_entry_t PG_G, *pte;
6106         vm_offset_t va;
6107         bool anyvalid;
6108
6109         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6110         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
6111         anyvalid = false;
6112         va = eva;
6113         for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != eva; pte++,
6114             sva += PAGE_SIZE) {
6115                 if (*pte == 0) {
6116                         if (va != eva) {
6117                                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
6118                                 va = eva;
6119                         }
6120                         continue;
6121                 }
6122                 if ((*pte & PG_G) == 0)
6123                         anyvalid = true;
6124                 else if (va == eva)
6125                         va = sva;
6126                 if (pmap_remove_pte(pmap, pte, sva, *pde, free, lockp)) {
6127                         sva += PAGE_SIZE;
6128                         break;
6129                 }
6130         }
6131         if (va != eva)
6132                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
6133         return (anyvalid);
6134 }
6135
6136 /*
6137  *      Remove the given range of addresses from the specified map.
6138  *
6139  *      It is assumed that the start and end are properly
6140  *      rounded to the page size.
6141  */
6142 void
6143 pmap_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
6144 {
6145         struct rwlock *lock;
6146         vm_page_t mt;
6147         vm_offset_t va_next;
6148         pml5_entry_t *pml5e;
6149         pml4_entry_t *pml4e;
6150         pdp_entry_t *pdpe;
6151         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
6152         pt_entry_t PG_G, PG_V;
6153         struct spglist free;
6154         int anyvalid;
6155
6156         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
6157         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6158
6159         /*
6160          * If there are no resident pages besides the top level page
6161          * table page(s), there is nothing to do.  Kernel pmap always
6162          * accounts whole preloaded area as resident, which makes its
6163          * resident count > 2.
6164          * Perform an unsynchronized read.  This is, however, safe.
6165          */
6166         if (pmap->pm_stats.resident_count <= 1 + (pmap->pm_pmltopu != NULL ?
6167             1 : 0))
6168                 return;
6169
6170         anyvalid = 0;
6171         SLIST_INIT(&free);
6172
6173         pmap_delayed_invl_start();
6174         PMAP_LOCK(pmap);
6175         pmap_pkru_on_remove(pmap, sva, eva);
6176
6177         /*
6178          * special handling of removing one page.  a very
6179          * common operation and easy to short circuit some
6180          * code.
6181          */
6182         if (sva + PAGE_SIZE == eva) {
6183                 pde = pmap_pde(pmap, sva);
6184                 if (pde && (*pde & PG_PS) == 0) {
6185                         pmap_remove_page(pmap, sva, pde, &free);
6186                         goto out;
6187                 }
6188         }
6189
6190         lock = NULL;
6191         for (; sva < eva; sva = va_next) {
6192                 if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
6193                         break;
6194
6195                 if (pmap_is_la57(pmap)) {
6196                         pml5e = pmap_pml5e(pmap, sva);
6197                         if ((*pml5e & PG_V) == 0) {
6198                                 va_next = (sva + NBPML5) & ~PML5MASK;
6199                                 if (va_next < sva)
6200                                         va_next = eva;
6201                                 continue;
6202                         }
6203                         pml4e = pmap_pml5e_to_pml4e(pml5e, sva);
6204                 } else {
6205                         pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
6206                 }
6207                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
6208                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
6209                         if (va_next < sva)
6210                                 va_next = eva;
6211                         continue;
6212                 }
6213
6214                 va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
6215                 if (va_next < sva)
6216                         va_next = eva;
6217                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
6218                 if ((*pdpe & PG_V) == 0)
6219                         continue;
6220                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0) {
6221                         KASSERT(va_next <= eva,
6222                             ("partial update of non-transparent 1G mapping "
6223                             "pdpe %#lx sva %#lx eva %#lx va_next %#lx",
6224                             *pdpe, sva, eva, va_next));
6225                         MPASS(pmap != kernel_pmap); /* XXXKIB */
6226                         MPASS((*pdpe & (PG_MANAGED | PG_G)) == 0);
6227                         anyvalid = 1;
6228                         *pdpe = 0;
6229                         pmap_resident_count_adj(pmap, -NBPDP / PAGE_SIZE);
6230                         mt = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pml4e(pmap, sva) & PG_FRAME);
6231                         pmap_unwire_ptp(pmap, sva, mt, &free);
6232                         continue;
6233                 }
6234
6235                 /*
6236                  * Calculate index for next page table.
6237                  */
6238                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
6239                 if (va_next < sva)
6240                         va_next = eva;
6241
6242                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
6243                 ptpaddr = *pde;
6244
6245                 /*
6246                  * Weed out invalid mappings.
6247                  */
6248                 if (ptpaddr == 0)
6249                         continue;
6250
6251                 /*
6252                  * Check for large page.
6253                  */
6254                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
6255                         /*
6256                          * Are we removing the entire large page?  If not,
6257                          * demote the mapping and fall through.
6258                          */
6259                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
6260                                 /*
6261                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
6262                                  * invalidated by pmap_remove_pde().
6263                                  */
6264                                 if ((ptpaddr & PG_G) == 0)
6265                                         anyvalid = 1;
6266                                 pmap_remove_pde(pmap, pde, sva, &free, &lock);
6267                                 continue;
6268                         } else if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, sva,
6269                             &lock)) {
6270                                 /* The large page mapping was destroyed. */
6271                                 continue;
6272                         } else
6273                                 ptpaddr = *pde;
6274                 }
6275
6276                 /*
6277                  * Limit our scan to either the end of the va represented
6278                  * by the current page table page, or to the end of the
6279                  * range being removed.
6280                  */
6281                 if (va_next > eva)
6282                         va_next = eva;
6283
6284                 if (pmap_remove_ptes(pmap, sva, va_next, pde, &free, &lock))
6285                         anyvalid = 1;
6286         }
6287         if (lock != NULL)
6288                 rw_wunlock(lock);
6289 out:
6290         if (anyvalid)
6291                 pmap_invalidate_all(pmap);
6292         PMAP_UNLOCK(pmap);
6293         pmap_delayed_invl_finish();
6294         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
6295 }
6296
6297 /*
6298  *      Routine:        pmap_remove_all
6299  *      Function:
6300  *              Removes this physical page from
6301  *              all physical maps in which it resides.
6302  *              Reflects back modify bits to the pager.
6303  *
6304  *      Notes:
6305  *              Original versions of this routine were very
6306  *              inefficient because they iteratively called
6307  *              pmap_remove (slow...)
6308  */
6309
6310 void
6311 pmap_remove_all(vm_page_t m)
6312 {
6313         struct md_page *pvh;
6314         pv_entry_t pv;
6315         pmap_t pmap;
6316         struct rwlock *lock;
6317         pt_entry_t *pte, tpte, PG_A, PG_M, PG_RW;
6318         pd_entry_t *pde;
6319         vm_offset_t va;
6320         struct spglist free;
6321         int pvh_gen, md_gen;
6322
6323         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
6324             ("pmap_remove_all: page %p is not managed", m));
6325         SLIST_INIT(&free);
6326         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
6327         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
6328             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
6329         rw_wlock(lock);
6330 retry:
6331         while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != NULL) {
6332                 pmap = PV_PMAP(pv);
6333                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6334                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
6335                         rw_wunlock(lock);
6336                         PMAP_LOCK(pmap);
6337                         rw_wlock(lock);
6338                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
6339                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6340                                 goto retry;
6341                         }
6342                 }
6343                 va = pv->pv_va;
6344                 pde = pmap_pde(pmap, va);
6345                 (void)pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
6346                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6347         }
6348         while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
6349                 pmap = PV_PMAP(pv);
6350                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6351                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
6352                         md_gen = m->md.pv_gen;
6353                         rw_wunlock(lock);
6354                         PMAP_LOCK(pmap);
6355                         rw_wlock(lock);
6356                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
6357                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6358                                 goto retry;
6359                         }
6360                 }
6361                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6362                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6363                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6364                 pmap_resident_count_adj(pmap, -1);
6365                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
6366                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_remove_all: found"
6367                     " a 2mpage in page %p's pv list", m));
6368                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
6369                 tpte = pte_load_clear(pte);
6370                 if (tpte & PG_W)
6371                         pmap->pm_stats.wired_count--;
6372                 if (tpte & PG_A)
6373                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
6374
6375                 /*
6376                  * Update the vm_page_t clean and reference bits.
6377                  */
6378                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
6379                         vm_page_dirty(m);
6380                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, *pde, &free);
6381                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
6382                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
6383                 m->md.pv_gen++;
6384                 free_pv_entry(pmap, pv);
6385                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6386         }
6387         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
6388         rw_wunlock(lock);
6389         pmap_delayed_invl_wait(m);
6390         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
6391 }
6392
6393 /*
6394  * pmap_protect_pde: do the things to protect a 2mpage in a process
6395  */
6396 static boolean_t
6397 pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva, vm_prot_t prot)
6398 {
6399         pd_entry_t newpde, oldpde;
6400         vm_page_t m, mt;
6401         boolean_t anychanged;
6402         pt_entry_t PG_G, PG_M, PG_RW;
6403
6404         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
6405         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6406         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6407
6408         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6409         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
6410             ("pmap_protect_pde: sva is not 2mpage aligned"));
6411         anychanged = FALSE;
6412 retry:
6413         oldpde = newpde = *pde;
6414         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
6415                 if ((oldpde & (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) ==
6416                     (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) {
6417                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
6418                         for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
6419                                 vm_page_dirty(mt);
6420                 }
6421                 newpde &= ~(PG_RW | PG_M);
6422         }
6423         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
6424                 newpde |= pg_nx;
6425         if (newpde != oldpde) {
6426                 /*
6427                  * As an optimization to future operations on this PDE, clear
6428                  * PG_PROMOTED.  The impending invalidation will remove any
6429                  * lingering 4KB page mappings from the TLB.
6430                  */
6431                 if (!atomic_cmpset_long(pde, oldpde, newpde & ~PG_PROMOTED))
6432                         goto retry;
6433                 if ((oldpde & PG_G) != 0)
6434                         pmap_invalidate_pde_page(kernel_pmap, sva, oldpde);
6435                 else
6436                         anychanged = TRUE;
6437         }
6438         return (anychanged);
6439 }
6440
6441 /*
6442  *      Set the physical protection on the
6443  *      specified range of this map as requested.
6444  */
6445 void
6446 pmap_protect(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, vm_prot_t prot)
6447 {
6448         vm_page_t m;
6449         vm_offset_t va_next;
6450         pml4_entry_t *pml4e;
6451         pdp_entry_t *pdpe;
6452         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
6453         pt_entry_t *pte, PG_G, PG_M, PG_RW, PG_V;
6454         pt_entry_t obits, pbits;
6455         boolean_t anychanged;
6456
6457         KASSERT((prot & ~VM_PROT_ALL) == 0, ("invalid prot %x", prot));
6458         if (prot == VM_PROT_NONE) {
6459                 pmap_remove(pmap, sva, eva);
6460                 return;
6461         }
6462
6463         if ((prot & (VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE)) ==
6464             (VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE))
6465                 return;
6466
6467         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
6468         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6469         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6470         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6471         anychanged = FALSE;
6472
6473         /*
6474          * Although this function delays and batches the invalidation
6475          * of stale TLB entries, it does not need to call
6476          * pmap_delayed_invl_start() and
6477          * pmap_delayed_invl_finish(), because it does not
6478          * ordinarily destroy mappings.  Stale TLB entries from
6479          * protection-only changes need only be invalidated before the
6480          * pmap lock is released, because protection-only changes do
6481          * not destroy PV entries.  Even operations that iterate over
6482          * a physical page's PV list of mappings, like
6483          * pmap_remove_write(), acquire the pmap lock for each
6484          * mapping.  Consequently, for protection-only changes, the
6485          * pmap lock suffices to synchronize both page table and TLB
6486          * updates.
6487          *
6488          * This function only destroys a mapping if pmap_demote_pde()
6489          * fails.  In that case, stale TLB entries are immediately
6490          * invalidated.
6491          */
6492
6493         PMAP_LOCK(pmap);
6494         for (; sva < eva; sva = va_next) {
6495                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
6496                 if (pml4e == NULL || (*pml4e & PG_V) == 0) {
6497                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
6498                         if (va_next < sva)
6499                                 va_next = eva;
6500                         continue;
6501                 }
6502
6503                 va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
6504                 if (va_next < sva)
6505                         va_next = eva;
6506                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
6507                 if ((*pdpe & PG_V) == 0)
6508                         continue;
6509                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0) {
6510                         KASSERT(va_next <= eva,
6511                             ("partial update of non-transparent 1G mapping "
6512                             "pdpe %#lx sva %#lx eva %#lx va_next %#lx",
6513                             *pdpe, sva, eva, va_next));
6514 retry_pdpe:
6515                         obits = pbits = *pdpe;
6516                         MPASS((pbits & (PG_MANAGED | PG_G)) == 0);
6517                         MPASS(pmap != kernel_pmap); /* XXXKIB */
6518                         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0)
6519                                 pbits &= ~(PG_RW | PG_M);
6520                         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
6521                                 pbits |= pg_nx;
6522
6523                         if (pbits != obits) {
6524                                 if (!atomic_cmpset_long(pdpe, obits, pbits))
6525                                         /* PG_PS cannot be cleared under us, */
6526                                         goto retry_pdpe;
6527                                 anychanged = TRUE;
6528                         }
6529                         continue;
6530                 }
6531
6532                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
6533                 if (va_next < sva)
6534                         va_next = eva;
6535
6536                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
6537                 ptpaddr = *pde;
6538
6539                 /*
6540                  * Weed out invalid mappings.
6541                  */
6542                 if (ptpaddr == 0)
6543                         continue;
6544
6545                 /*
6546                  * Check for large page.
6547                  */
6548                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
6549                         /*
6550                          * Are we protecting the entire large page?  If not,
6551                          * demote the mapping and fall through.
6552                          */
6553                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
6554                                 /*
6555                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
6556                                  * invalidated by pmap_protect_pde().
6557                                  */
6558                                 if (pmap_protect_pde(pmap, pde, sva, prot))
6559                                         anychanged = TRUE;
6560                                 continue;
6561                         } else if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, sva)) {
6562                                 /*
6563                                  * The large page mapping was destroyed.
6564                                  */
6565                                 continue;
6566                         }
6567                 }
6568
6569                 if (va_next > eva)
6570                         va_next = eva;
6571
6572                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
6573                     sva += PAGE_SIZE) {
6574 retry:
6575                         obits = pbits = *pte;
6576                         if ((pbits & PG_V) == 0)
6577                                 continue;
6578
6579                         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
6580                                 if ((pbits & (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) ==
6581                                     (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) {
6582                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pbits & PG_FRAME);
6583                                         vm_page_dirty(m);
6584                                 }
6585                                 pbits &= ~(PG_RW | PG_M);
6586                         }
6587                         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
6588                                 pbits |= pg_nx;
6589
6590                         if (pbits != obits) {
6591                                 if (!atomic_cmpset_long(pte, obits, pbits))
6592                                         goto retry;
6593                                 if (obits & PG_G)
6594                                         pmap_invalidate_page(pmap, sva);
6595                                 else
6596                                         anychanged = TRUE;
6597                         }
6598                 }
6599         }
6600         if (anychanged)
6601                 pmap_invalidate_all(pmap);
6602         PMAP_UNLOCK(pmap);
6603 }
6604
6605 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
6606 static bool
6607 pmap_pde_ept_executable(pmap_t pmap, pd_entry_t pde)
6608 {
6609
6610         if (pmap->pm_type != PT_EPT)
6611                 return (false);
6612         return ((pde & EPT_PG_EXECUTE) != 0);
6613 }
6614
6615 /*
6616  * Tries to promote the 512, contiguous 4KB page mappings that are within a
6617  * single page table page (PTP) to a single 2MB page mapping.  For promotion
6618  * to occur, two conditions must be met: (1) the 4KB page mappings must map
6619  * aligned, contiguous physical memory and (2) the 4KB page mappings must have
6620  * identical characteristics. 
6621  */
6622 static void
6623 pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
6624     struct rwlock **lockp)
6625 {
6626         pd_entry_t newpde;
6627         pt_entry_t *firstpte, oldpte, pa, *pte;
6628         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V, PG_PKU_MASK;
6629         vm_page_t mpte;
6630         int PG_PTE_CACHE;
6631
6632         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6633         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
6634         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6635         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6636         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6637         PG_PKU_MASK = pmap_pku_mask_bit(pmap);
6638         PG_PTE_CACHE = pmap_cache_mask(pmap, 0);
6639
6640         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6641
6642         /*
6643          * Examine the first PTE in the specified PTP.  Abort if this PTE is
6644          * either invalid, unused, or does not map the first 4KB physical page
6645          * within a 2MB page. 
6646          */
6647         firstpte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pde & PG_FRAME);
6648         newpde = *firstpte;
6649         if ((newpde & ((PG_FRAME & PDRMASK) | PG_A | PG_V)) != (PG_A | PG_V) ||
6650             !pmap_allow_2m_x_page(pmap, pmap_pde_ept_executable(pmap,
6651             newpde))) {
6652                 counter_u64_add(pmap_pde_p_failures, 1);
6653                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
6654                     " in pmap %p", va, pmap);
6655                 return;
6656         }
6657 setpde:
6658         if ((newpde & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
6659                 /*
6660                  * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared without
6661                  * a TLB invalidation.
6662                  */
6663                 if (!atomic_fcmpset_long(firstpte, &newpde, newpde & ~PG_RW))
6664                         goto setpde;
6665                 newpde &= ~PG_RW;
6666         }
6667
6668         /*
6669          * Examine each of the other PTEs in the specified PTP.  Abort if this
6670          * PTE maps an unexpected 4KB physical page or does not have identical
6671          * characteristics to the first PTE.
6672          */
6673         pa = (newpde & (PG_PS_FRAME | PG_A | PG_V)) + NBPDR - PAGE_SIZE;
6674         for (pte = firstpte + NPTEPG - 1; pte > firstpte; pte--) {
6675                 oldpte = *pte;
6676                 if ((oldpte & (PG_FRAME | PG_A | PG_V)) != pa) {
6677                         counter_u64_add(pmap_pde_p_failures, 1);
6678                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
6679                             " in pmap %p", va, pmap);
6680                         return;
6681                 }
6682 setpte:
6683                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
6684                         /*
6685                          * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared
6686                          * without a TLB invalidation.
6687                          */
6688                         if (!atomic_fcmpset_long(pte, &oldpte, oldpte & ~PG_RW))
6689                                 goto setpte;
6690                         oldpte &= ~PG_RW;
6691                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: protect for va %#lx"
6692                             " in pmap %p", (oldpte & PG_FRAME & PDRMASK) |
6693                             (va & ~PDRMASK), pmap);
6694                 }
6695                 if ((oldpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpde & PG_PTE_PROMOTE)) {
6696                         counter_u64_add(pmap_pde_p_failures, 1);
6697                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
6698                             " in pmap %p", va, pmap);
6699                         return;
6700                 }
6701                 pa -= PAGE_SIZE;
6702         }
6703
6704         /*
6705          * Save the page table page in its current state until the PDE
6706          * mapping the superpage is demoted by pmap_demote_pde() or
6707          * destroyed by pmap_remove_pde(). 
6708          */
6709         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
6710         KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
6711             mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
6712             ("pmap_promote_pde: page table page is out of range"));
6713         KASSERT(mpte->pindex == pmap_pde_pindex(va),
6714             ("pmap_promote_pde: page table page's pindex is wrong "
6715             "mpte %p pidx %#lx va %#lx va pde pidx %#lx",
6716             mpte, mpte->pindex, va, pmap_pde_pindex(va)));
6717         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mpte, true)) {
6718                 counter_u64_add(pmap_pde_p_failures, 1);
6719                 CTR2(KTR_PMAP,
6720                     "pmap_promote_pde: failure for va %#lx in pmap %p", va,
6721                     pmap);
6722                 return;
6723         }
6724
6725         /*
6726          * Promote the pv entries.
6727          */
6728         if ((newpde & PG_MANAGED) != 0)
6729                 pmap_pv_promote_pde(pmap, va, newpde & PG_PS_FRAME, lockp);
6730
6731         /*
6732          * Propagate the PAT index to its proper position.
6733          */
6734         newpde = pmap_swap_pat(pmap, newpde);
6735
6736         /*
6737          * Map the superpage.
6738          */
6739         if (workaround_erratum383)
6740                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, PG_PS | newpde);
6741         else
6742                 pde_store(pde, PG_PROMOTED | PG_PS | newpde);
6743
6744         counter_u64_add(pmap_pde_promotions, 1);
6745         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: success for va %#lx"
6746             " in pmap %p", va, pmap);
6747 }
6748 #endif /* VM_NRESERVLEVEL > 0 */
6749
6750 static int
6751 pmap_enter_largepage(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pt_entry_t newpte, int flags,
6752     int psind)
6753 {
6754         vm_page_t mp;
6755         pt_entry_t origpte, *pml4e, *pdpe, *pde, pten, PG_V;
6756
6757         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6758         KASSERT(psind > 0 && psind < MAXPAGESIZES && pagesizes[psind] != 0,
6759             ("psind %d unexpected", psind));
6760         KASSERT(((newpte & PG_FRAME) & (pagesizes[psind] - 1)) == 0,
6761             ("unaligned phys address %#lx newpte %#lx psind %d",
6762             newpte & PG_FRAME, newpte, psind));
6763         KASSERT((va & (pagesizes[psind] - 1)) == 0,
6764             ("unaligned va %#lx psind %d", va, psind));
6765         KASSERT(va < VM_MAXUSER_ADDRESS,
6766             ("kernel mode non-transparent superpage")); /* XXXKIB */
6767         KASSERT(va + pagesizes[psind] < VM_MAXUSER_ADDRESS,
6768             ("overflowing user map va %#lx psind %d", va, psind)); /* XXXKIB */
6769
6770         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6771
6772 restart:
6773         if (!pmap_pkru_same(pmap, va, va + pagesizes[psind]))
6774                 return (KERN_PROTECTION_FAILURE);
6775         pten = newpte;
6776         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS && pmap->pm_type == PT_X86)
6777                 pten |= pmap_pkru_get(pmap, va);
6778
6779         if (psind == 2) {       /* 1G */
6780                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, va);
6781                 if (pml4e == NULL || (*pml4e & PG_V) == 0) {
6782                         mp = pmap_allocpte_alloc(pmap, pmap_pml4e_pindex(va),
6783                             NULL, va);
6784                         if (mp == NULL)
6785                                 goto allocf;
6786                         pdpe = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mp));
6787                         pdpe = &pdpe[pmap_pdpe_index(va)];
6788                         origpte = *pdpe;
6789                         MPASS(origpte == 0);
6790                 } else {
6791                         pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, va);
6792                         KASSERT(pdpe != NULL, ("va %#lx lost pdpe", va));
6793                         origpte = *pdpe;
6794                         if ((origpte & PG_V) == 0) {
6795                                 mp = PHYS_TO_VM_PAGE(*pml4e & PG_FRAME);
6796                                 mp->ref_count++;
6797                         }
6798                 }
6799                 *pdpe = pten;
6800         } else /* (psind == 1) */ {     /* 2M */
6801                 pde = pmap_pde(pmap, va);
6802                 if (pde == NULL) {
6803                         mp = pmap_allocpte_alloc(pmap, pmap_pdpe_pindex(va),
6804                             NULL, va);
6805                         if (mp == NULL)
6806                                 goto allocf;
6807                         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mp));
6808                         pde = &pde[pmap_pde_index(va)];
6809                         origpte = *pde;
6810                         MPASS(origpte == 0);
6811                 } else {
6812                         origpte = *pde;
6813                         if ((origpte & PG_V) == 0) {
6814                                 pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
6815                                 MPASS(pdpe != NULL && (*pdpe & PG_V) != 0);
6816                                 mp = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdpe & PG_FRAME);
6817                                 mp->ref_count++;
6818                         }
6819                 }
6820                 *pde = pten;
6821         }
6822         KASSERT((origpte & PG_V) == 0 || ((origpte & PG_PS) != 0 &&
6823             (origpte & PG_PS_FRAME) == (pten & PG_PS_FRAME)),
6824             ("va %#lx changing %s phys page origpte %#lx pten %#lx",
6825             va, psind == 2 ? "1G" : "2M", origpte, pten));
6826         if ((pten & PG_W) != 0 && (origpte & PG_W) == 0)
6827                 pmap->pm_stats.wired_count += pagesizes[psind] / PAGE_SIZE;
6828         else if ((pten & PG_W) == 0 && (origpte & PG_W) != 0)
6829                 pmap->pm_stats.wired_count -= pagesizes[psind] / PAGE_SIZE;
6830         if ((origpte & PG_V) == 0)
6831                 pmap_resident_count_adj(pmap, pagesizes[psind] / PAGE_SIZE);
6832
6833         return (KERN_SUCCESS);
6834
6835 allocf:
6836         if ((flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0)
6837                 return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
6838         PMAP_UNLOCK(pmap);
6839         vm_wait(NULL);
6840         PMAP_LOCK(pmap);
6841         goto restart;
6842 }
6843
6844 /*
6845  *      Insert the given physical page (p) at
6846  *      the specified virtual address (v) in the
6847  *      target physical map with the protection requested.
6848  *
6849  *      If specified, the page will be wired down, meaning
6850  *      that the related pte can not be reclaimed.
6851  *
6852  *      NB:  This is the only routine which MAY NOT lazy-evaluate
6853  *      or lose information.  That is, this routine must actually
6854  *      insert this page into the given map NOW.
6855  *
6856  *      When destroying both a page table and PV entry, this function
6857  *      performs the TLB invalidation before releasing the PV list
6858  *      lock, so we do not need pmap_delayed_invl_page() calls here.
6859  */
6860 int
6861 pmap_enter(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
6862     u_int flags, int8_t psind)
6863 {
6864         struct rwlock *lock;
6865         pd_entry_t *pde;
6866         pt_entry_t *pte, PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
6867         pt_entry_t newpte, origpte;
6868         pv_entry_t pv;
6869         vm_paddr_t opa, pa;
6870         vm_page_t mpte, om;
6871         int rv;
6872         boolean_t nosleep;
6873
6874         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6875         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
6876         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6877         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6878         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6879
6880         va = trunc_page(va);
6881         KASSERT(va <= VM_MAX_KERNEL_ADDRESS, ("pmap_enter: toobig"));
6882         KASSERT(va < UPT_MIN_ADDRESS || va >= UPT_MAX_ADDRESS,
6883             ("pmap_enter: invalid to pmap_enter page table pages (va: 0x%lx)",
6884             va));
6885         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0 || va < kmi.clean_sva ||
6886             va >= kmi.clean_eva,
6887             ("pmap_enter: managed mapping within the clean submap"));
6888         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
6889                 VM_PAGE_OBJECT_BUSY_ASSERT(m);
6890         KASSERT((flags & PMAP_ENTER_RESERVED) == 0,
6891             ("pmap_enter: flags %u has reserved bits set", flags));
6892         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
6893         newpte = (pt_entry_t)(pa | PG_A | PG_V);
6894         if ((flags & VM_PROT_WRITE) != 0)
6895                 newpte |= PG_M;
6896         if ((prot & VM_PROT_WRITE) != 0)
6897                 newpte |= PG_RW;
6898         KASSERT((newpte & (PG_M | PG_RW)) != PG_M,
6899             ("pmap_enter: flags includes VM_PROT_WRITE but prot doesn't"));
6900         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
6901                 newpte |= pg_nx;
6902         if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) != 0)
6903                 newpte |= PG_W;
6904         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
6905                 newpte |= PG_U;
6906         if (pmap == kernel_pmap)
6907                 newpte |= PG_G;
6908         newpte |= pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, psind > 0);
6909
6910         /*
6911          * Set modified bit gratuitously for writeable mappings if
6912          * the page is unmanaged. We do not want to take a fault
6913          * to do the dirty bit accounting for these mappings.
6914          */
6915         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0) {
6916                 if ((newpte & PG_RW) != 0)
6917                         newpte |= PG_M;
6918         } else
6919                 newpte |= PG_MANAGED;
6920
6921         lock = NULL;
6922         PMAP_LOCK(pmap);
6923         if ((flags & PMAP_ENTER_LARGEPAGE) != 0) {
6924                 KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0,
6925                     ("managed largepage va %#lx flags %#x", va, flags));
6926                 rv = pmap_enter_largepage(pmap, va, newpte | PG_PS, flags,
6927                     psind);
6928                 goto out;
6929         }
6930         if (psind == 1) {
6931                 /* Assert the required virtual and physical alignment. */ 
6932                 KASSERT((va & PDRMASK) == 0, ("pmap_enter: va unaligned"));
6933                 KASSERT(m->psind > 0, ("pmap_enter: m->psind < psind"));
6934                 rv = pmap_enter_pde(pmap, va, newpte | PG_PS, flags, m, &lock);
6935                 goto out;
6936         }
6937         mpte = NULL;
6938
6939         /*
6940          * In the case that a page table page is not
6941          * resident, we are creating it here.
6942          */
6943 retry:
6944         pde = pmap_pde(pmap, va);
6945         if (pde != NULL && (*pde & PG_V) != 0 && ((*pde & PG_PS) == 0 ||
6946             pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock))) {
6947                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
6948                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS && mpte == NULL) {
6949                         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
6950                         mpte->ref_count++;
6951                 }
6952         } else if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
6953                 /*
6954                  * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been
6955                  * deallocated.
6956                  */
6957                 nosleep = (flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0;
6958                 mpte = pmap_allocpte_alloc(pmap, pmap_pde_pindex(va),
6959                     nosleep ? NULL : &lock, va);
6960                 if (mpte == NULL && nosleep) {
6961                         rv = KERN_RESOURCE_SHORTAGE;
6962                         goto out;
6963                 }
6964                 goto retry;
6965         } else
6966                 panic("pmap_enter: invalid page directory va=%#lx", va);
6967
6968         origpte = *pte;
6969         pv = NULL;
6970         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS && pmap->pm_type == PT_X86)
6971                 newpte |= pmap_pkru_get(pmap, va);
6972
6973         /*
6974          * Is the specified virtual address already mapped?
6975          */
6976         if ((origpte & PG_V) != 0) {
6977                 /*
6978                  * Wiring change, just update stats. We don't worry about
6979                  * wiring PT pages as they remain resident as long as there
6980                  * are valid mappings in them. Hence, if a user page is wired,
6981                  * the PT page will be also.
6982                  */
6983                 if ((newpte & PG_W) != 0 && (origpte & PG_W) == 0)
6984                         pmap->pm_stats.wired_count++;
6985                 else if ((newpte & PG_W) == 0 && (origpte & PG_W) != 0)
6986                         pmap->pm_stats.wired_count--;
6987
6988                 /*
6989                  * Remove the extra PT page reference.
6990                  */
6991                 if (mpte != NULL) {
6992                         mpte->ref_count--;
6993                         KASSERT(mpte->ref_count > 0,
6994                             ("pmap_enter: missing reference to page table page,"
6995                              " va: 0x%lx", va));
6996                 }
6997
6998                 /*
6999                  * Has the physical page changed?
7000                  */
7001                 opa = origpte & PG_FRAME;
7002                 if (opa == pa) {
7003                         /*
7004                          * No, might be a protection or wiring change.
7005                          */
7006                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0 &&
7007                             (newpte & PG_RW) != 0)
7008                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
7009                         if (((origpte ^ newpte) & ~(PG_M | PG_A)) == 0)
7010                                 goto unchanged;
7011                         goto validate;
7012                 }
7013
7014                 /*
7015                  * The physical page has changed.  Temporarily invalidate
7016                  * the mapping.  This ensures that all threads sharing the
7017                  * pmap keep a consistent view of the mapping, which is
7018                  * necessary for the correct handling of COW faults.  It
7019                  * also permits reuse of the old mapping's PV entry,
7020                  * avoiding an allocation.
7021                  *
7022                  * For consistency, handle unmanaged mappings the same way.
7023                  */
7024                 origpte = pte_load_clear(pte);
7025                 KASSERT((origpte & PG_FRAME) == opa,
7026                     ("pmap_enter: unexpected pa update for %#lx", va));
7027                 if ((origpte & PG_MANAGED) != 0) {
7028                         om = PHYS_TO_VM_PAGE(opa);
7029
7030                         /*
7031                          * The pmap lock is sufficient to synchronize with
7032                          * concurrent calls to pmap_page_test_mappings() and
7033                          * pmap_ts_referenced().
7034                          */
7035                         if ((origpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
7036                                 vm_page_dirty(om);
7037                         if ((origpte & PG_A) != 0) {
7038                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
7039                                 vm_page_aflag_set(om, PGA_REFERENCED);
7040                         }
7041                         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, opa);
7042                         pv = pmap_pvh_remove(&om->md, pmap, va);
7043                         KASSERT(pv != NULL,
7044                             ("pmap_enter: no PV entry for %#lx", va));
7045                         if ((newpte & PG_MANAGED) == 0)
7046                                 free_pv_entry(pmap, pv);
7047                         if ((om->a.flags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
7048                             TAILQ_EMPTY(&om->md.pv_list) &&
7049                             ((om->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
7050                             TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(opa)->pv_list)))
7051                                 vm_page_aflag_clear(om, PGA_WRITEABLE);
7052                 } else {
7053                         /*
7054                          * Since this mapping is unmanaged, assume that PG_A
7055                          * is set.
7056                          */
7057                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
7058                 }
7059                 origpte = 0;
7060         } else {
7061                 /*
7062                  * Increment the counters.
7063                  */
7064                 if ((newpte & PG_W) != 0)
7065                         pmap->pm_stats.wired_count++;
7066                 pmap_resident_count_adj(pmap, 1);
7067         }
7068
7069         /*
7070          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
7071          */
7072         if ((newpte & PG_MANAGED) != 0) {
7073                 if (pv == NULL) {
7074                         pv = get_pv_entry(pmap, &lock);
7075                         pv->pv_va = va;
7076                 }
7077                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, pa);
7078                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
7079                 m->md.pv_gen++;
7080                 if ((newpte & PG_RW) != 0)
7081                         vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
7082         }
7083
7084         /*
7085          * Update the PTE.
7086          */
7087         if ((origpte & PG_V) != 0) {
7088 validate:
7089                 origpte = pte_load_store(pte, newpte);
7090                 KASSERT((origpte & PG_FRAME) == pa,
7091                     ("pmap_enter: unexpected pa update for %#lx", va));
7092                 if ((newpte & PG_M) == 0 && (origpte & (PG_M | PG_RW)) ==
7093                     (PG_M | PG_RW)) {
7094                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0)
7095                                 vm_page_dirty(m);
7096
7097                         /*
7098                          * Although the PTE may still have PG_RW set, TLB
7099                          * invalidation may nonetheless be required because
7100                          * the PTE no longer has PG_M set.
7101                          */
7102                 } else if ((origpte & PG_NX) != 0 || (newpte & PG_NX) == 0) {
7103                         /*
7104                          * This PTE change does not require TLB invalidation.
7105                          */
7106                         goto unchanged;
7107                 }
7108                 if ((origpte & PG_A) != 0)
7109                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
7110         } else
7111                 pte_store(pte, newpte);
7112
7113 unchanged:
7114
7115 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
7116         /*
7117          * If both the page table page and the reservation are fully
7118          * populated, then attempt promotion.
7119          */
7120         if ((mpte == NULL || mpte->ref_count == NPTEPG) &&
7121             pmap_ps_enabled(pmap) &&
7122             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
7123             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0)
7124                 pmap_promote_pde(pmap, pde, va, &lock);
7125 #endif
7126
7127         rv = KERN_SUCCESS;
7128 out:
7129         if (lock != NULL)
7130                 rw_wunlock(lock);
7131         PMAP_UNLOCK(pmap);
7132         return (rv);
7133 }
7134
7135 /*
7136  * Tries to create a read- and/or execute-only 2MB page mapping.  Returns true
7137  * if successful.  Returns false if (1) a page table page cannot be allocated
7138  * without sleeping, (2) a mapping already exists at the specified virtual
7139  * address, or (3) a PV entry cannot be allocated without reclaiming another
7140  * PV entry.
7141  */
7142 static bool
7143 pmap_enter_2mpage(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
7144     struct rwlock **lockp)
7145 {
7146         pd_entry_t newpde;
7147         pt_entry_t PG_V;
7148
7149         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
7150         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7151         newpde = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, 1) |
7152             PG_PS | PG_V;
7153         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
7154                 newpde |= PG_MANAGED;
7155         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
7156                 newpde |= pg_nx;
7157         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
7158                 newpde |= PG_U;
7159         return (pmap_enter_pde(pmap, va, newpde, PMAP_ENTER_NOSLEEP |
7160             PMAP_ENTER_NOREPLACE | PMAP_ENTER_NORECLAIM, NULL, lockp) ==
7161             KERN_SUCCESS);
7162 }
7163
7164 /*
7165  * Returns true if every page table entry in the specified page table page is
7166  * zero.
7167  */
7168 static bool
7169 pmap_every_pte_zero(vm_paddr_t pa)
7170 {
7171         pt_entry_t *pt_end, *pte;
7172
7173         KASSERT((pa & PAGE_MASK) == 0, ("pa is misaligned"));
7174         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
7175         for (pt_end = pte + NPTEPG; pte < pt_end; pte++) {
7176                 if (*pte != 0)
7177                         return (false);
7178         }
7179         return (true);
7180 }
7181
7182 /*
7183  * Tries to create the specified 2MB page mapping.  Returns KERN_SUCCESS if
7184  * the mapping was created, and either KERN_FAILURE or KERN_RESOURCE_SHORTAGE
7185  * otherwise.  Returns KERN_FAILURE if PMAP_ENTER_NOREPLACE was specified and
7186  * a mapping already exists at the specified virtual address.  Returns
7187  * KERN_RESOURCE_SHORTAGE if PMAP_ENTER_NOSLEEP was specified and a page table
7188  * page allocation failed.  Returns KERN_RESOURCE_SHORTAGE if
7189  * PMAP_ENTER_NORECLAIM was specified and a PV entry allocation failed.
7190  *
7191  * The parameter "m" is only used when creating a managed, writeable mapping.
7192  */
7193 static int
7194 pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t newpde, u_int flags,
7195     vm_page_t m, struct rwlock **lockp)
7196 {
7197         struct spglist free;
7198         pd_entry_t oldpde, *pde;
7199         pt_entry_t PG_G, PG_RW, PG_V;
7200         vm_page_t mt, pdpg;
7201
7202         KASSERT(pmap == kernel_pmap || (newpde & PG_W) == 0,
7203             ("pmap_enter_pde: cannot create wired user mapping"));
7204         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
7205         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7206         KASSERT((newpde & (pmap_modified_bit(pmap) | PG_RW)) != PG_RW,
7207             ("pmap_enter_pde: newpde is missing PG_M"));
7208         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7209         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
7210
7211         if (!pmap_allow_2m_x_page(pmap, pmap_pde_ept_executable(pmap,
7212             newpde))) {
7213                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: 2m x blocked for va %#lx"
7214                     " in pmap %p", va, pmap);
7215                 return (KERN_FAILURE);
7216         }
7217         if ((pde = pmap_alloc_pde(pmap, va, &pdpg, (flags &
7218             PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0 ? NULL : lockp)) == NULL) {
7219                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
7220                     " in pmap %p", va, pmap);
7221                 return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
7222         }
7223
7224         /*
7225          * If pkru is not same for the whole pde range, return failure
7226          * and let vm_fault() cope.  Check after pde allocation, since
7227          * it could sleep.
7228          */
7229         if (!pmap_pkru_same(pmap, va, va + NBPDR)) {
7230                 pmap_abort_ptp(pmap, va, pdpg);
7231                 return (KERN_FAILURE);
7232         }
7233         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS && pmap->pm_type == PT_X86) {
7234                 newpde &= ~X86_PG_PKU_MASK;
7235                 newpde |= pmap_pkru_get(pmap, va);
7236         }
7237
7238         /*
7239          * If there are existing mappings, either abort or remove them.
7240          */
7241         oldpde = *pde;
7242         if ((oldpde & PG_V) != 0) {
7243                 KASSERT(pdpg == NULL || pdpg->ref_count > 1,
7244                     ("pmap_enter_pde: pdpg's reference count is too low"));
7245                 if ((flags & PMAP_ENTER_NOREPLACE) != 0 && (va <
7246                     VM_MAXUSER_ADDRESS || (oldpde & PG_PS) != 0 ||
7247                     !pmap_every_pte_zero(oldpde & PG_FRAME))) {
7248                         if (pdpg != NULL)
7249                                 pdpg->ref_count--;
7250                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
7251                             " in pmap %p", va, pmap);
7252                         return (KERN_FAILURE);
7253                 }
7254                 /* Break the existing mapping(s). */
7255                 SLIST_INIT(&free);
7256                 if ((oldpde & PG_PS) != 0) {
7257                         /*
7258                          * The reference to the PD page that was acquired by
7259                          * pmap_alloc_pde() ensures that it won't be freed.
7260                          * However, if the PDE resulted from a promotion, then
7261                          * a reserved PT page could be freed.
7262                          */
7263                         (void)pmap_remove_pde(pmap, pde, va, &free, lockp);
7264                         if ((oldpde & PG_G) == 0)
7265                                 pmap_invalidate_pde_page(pmap, va, oldpde);
7266                 } else {
7267                         pmap_delayed_invl_start();
7268                         if (pmap_remove_ptes(pmap, va, va + NBPDR, pde, &free,
7269                             lockp))
7270                                pmap_invalidate_all(pmap);
7271                         pmap_delayed_invl_finish();
7272                 }
7273                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
7274                         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
7275                         KASSERT(*pde == 0, ("pmap_enter_pde: non-zero pde %p",
7276                             pde));
7277                 } else {
7278                         KASSERT(SLIST_EMPTY(&free),
7279                             ("pmap_enter_pde: freed kernel page table page"));
7280
7281                         /*
7282                          * Both pmap_remove_pde() and pmap_remove_ptes() will
7283                          * leave the kernel page table page zero filled.
7284                          */
7285                         mt = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
7286                         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mt, false))
7287                                 panic("pmap_enter_pde: trie insert failed");
7288                 }
7289         }
7290
7291         if ((newpde & PG_MANAGED) != 0) {
7292                 /*
7293                  * Abort this mapping if its PV entry could not be created.
7294                  */
7295                 if (!pmap_pv_insert_pde(pmap, va, newpde, flags, lockp)) {
7296                         if (pdpg != NULL)
7297                                 pmap_abort_ptp(pmap, va, pdpg);
7298                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
7299                             " in pmap %p", va, pmap);
7300                         return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
7301                 }
7302                 if ((newpde & PG_RW) != 0) {
7303                         for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
7304                                 vm_page_aflag_set(mt, PGA_WRITEABLE);
7305                 }
7306         }
7307
7308         /*
7309          * Increment counters.
7310          */
7311         if ((newpde & PG_W) != 0)
7312                 pmap->pm_stats.wired_count += NBPDR / PAGE_SIZE;
7313         pmap_resident_count_adj(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
7314
7315         /*
7316          * Map the superpage.  (This is not a promoted mapping; there will not
7317          * be any lingering 4KB page mappings in the TLB.)
7318          */
7319         pde_store(pde, newpde);
7320
7321         counter_u64_add(pmap_pde_mappings, 1);
7322         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: success for va %#lx in pmap %p",
7323             va, pmap);
7324         return (KERN_SUCCESS);
7325 }
7326
7327 /*
7328  * Maps a sequence of resident pages belonging to the same object.
7329  * The sequence begins with the given page m_start.  This page is
7330  * mapped at the given virtual address start.  Each subsequent page is
7331  * mapped at a virtual address that is offset from start by the same
7332  * amount as the page is offset from m_start within the object.  The
7333  * last page in the sequence is the page with the largest offset from
7334  * m_start that can be mapped at a virtual address less than the given
7335  * virtual address end.  Not every virtual page between start and end
7336  * is mapped; only those for which a resident page exists with the
7337  * corresponding offset from m_start are mapped.
7338  */
7339 void
7340 pmap_enter_object(pmap_t pmap, vm_offset_t start, vm_offset_t end,
7341     vm_page_t m_start, vm_prot_t prot)
7342 {
7343         struct rwlock *lock;
7344         vm_offset_t va;
7345         vm_page_t m, mpte;
7346         vm_pindex_t diff, psize;
7347
7348         VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m_start->object);
7349
7350         psize = atop(end - start);
7351         mpte = NULL;
7352         m = m_start;
7353         lock = NULL;
7354         PMAP_LOCK(pmap);
7355         while (m != NULL && (diff = m->pindex - m_start->pindex) < psize) {
7356                 va = start + ptoa(diff);
7357                 if ((va & PDRMASK) == 0 && va + NBPDR <= end &&
7358                     m->psind == 1 && pmap_ps_enabled(pmap) &&
7359                     pmap_enter_2mpage(pmap, va, m, prot, &lock))
7360                         m = &m[NBPDR / PAGE_SIZE - 1];
7361                 else
7362                         mpte = pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot,
7363                             mpte, &lock);
7364                 m = TAILQ_NEXT(m, listq);
7365         }
7366         if (lock != NULL)
7367                 rw_wunlock(lock);
7368         PMAP_UNLOCK(pmap);
7369 }
7370
7371 /*
7372  * this code makes some *MAJOR* assumptions:
7373  * 1. Current pmap & pmap exists.
7374  * 2. Not wired.
7375  * 3. Read access.
7376  * 4. No page table pages.
7377  * but is *MUCH* faster than pmap_enter...
7378  */
7379
7380 void
7381 pmap_enter_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot)
7382 {
7383         struct rwlock *lock;
7384
7385         lock = NULL;
7386         PMAP_LOCK(pmap);
7387         (void)pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot, NULL, &lock);
7388         if (lock != NULL)
7389                 rw_wunlock(lock);
7390         PMAP_UNLOCK(pmap);
7391 }
7392
7393 static vm_page_t
7394 pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
7395     vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp)
7396 {
7397         pt_entry_t newpte, *pte, PG_V;
7398
7399         KASSERT(va < kmi.clean_sva || va >= kmi.clean_eva ||
7400             (m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0,
7401             ("pmap_enter_quick_locked: managed mapping within the clean submap"));
7402         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7403         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
7404
7405         /*
7406          * In the case that a page table page is not
7407          * resident, we are creating it here.
7408          */
7409         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
7410                 vm_pindex_t ptepindex;
7411                 pd_entry_t *ptepa;
7412
7413                 /*
7414                  * Calculate pagetable page index
7415                  */
7416                 ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
7417                 if (mpte && (mpte->pindex == ptepindex)) {
7418                         mpte->ref_count++;
7419                 } else {
7420                         /*
7421                          * Get the page directory entry
7422                          */
7423                         ptepa = pmap_pde(pmap, va);
7424
7425                         /*
7426                          * If the page table page is mapped, we just increment
7427                          * the hold count, and activate it.  Otherwise, we
7428                          * attempt to allocate a page table page.  If this
7429                          * attempt fails, we don't retry.  Instead, we give up.
7430                          */
7431                         if (ptepa && (*ptepa & PG_V) != 0) {
7432                                 if (*ptepa & PG_PS)
7433                                         return (NULL);
7434                                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*ptepa & PG_FRAME);
7435                                 mpte->ref_count++;
7436                         } else {
7437                                 /*
7438                                  * Pass NULL instead of the PV list lock
7439                                  * pointer, because we don't intend to sleep.
7440                                  */
7441                                 mpte = pmap_allocpte_alloc(pmap, ptepindex,
7442                                     NULL, va);
7443                                 if (mpte == NULL)
7444                                         return (mpte);
7445                         }
7446                 }
7447                 pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mpte));
7448                 pte = &pte[pmap_pte_index(va)];
7449         } else {
7450                 mpte = NULL;
7451                 pte = vtopte(va);
7452         }
7453         if (*pte) {
7454                 if (mpte != NULL)
7455                         mpte->ref_count--;
7456                 return (NULL);
7457         }
7458
7459         /*
7460          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
7461          */
7462         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 &&
7463             !pmap_try_insert_pv_entry(pmap, va, m, lockp)) {
7464                 if (mpte != NULL)
7465                         pmap_abort_ptp(pmap, va, mpte);
7466                 return (NULL);
7467         }
7468
7469         /*
7470          * Increment counters
7471          */
7472         pmap_resident_count_adj(pmap, 1);
7473
7474         newpte = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_V |
7475             pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, 0);
7476         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
7477                 newpte |= PG_MANAGED;
7478         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
7479                 newpte |= pg_nx;
7480         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
7481                 newpte |= PG_U | pmap_pkru_get(pmap, va);
7482         pte_store(pte, newpte);
7483         return (mpte);
7484 }
7485
7486 /*
7487  * Make a temporary mapping for a physical address.  This is only intended
7488  * to be used for panic dumps.
7489  */
7490 void *
7491 pmap_kenter_temporary(vm_paddr_t pa, int i)
7492 {
7493         vm_offset_t va;
7494
7495         va = (vm_offset_t)crashdumpmap + (i * PAGE_SIZE);
7496         pmap_kenter(va, pa);
7497         invlpg(va);
7498         return ((void *)crashdumpmap);
7499 }
7500
7501 /*
7502  * This code maps large physical mmap regions into the
7503  * processor address space.  Note that some shortcuts
7504  * are taken, but the code works.
7505  */
7506 void
7507 pmap_object_init_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_object_t object,
7508     vm_pindex_t pindex, vm_size_t size)
7509 {
7510         pd_entry_t *pde;
7511         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
7512         vm_paddr_t pa, ptepa;
7513         vm_page_t p, pdpg;
7514         int pat_mode;
7515
7516         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
7517         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7518         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7519         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7520
7521         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
7522         KASSERT(object->type == OBJT_DEVICE || object->type == OBJT_SG,
7523             ("pmap_object_init_pt: non-device object"));
7524         if ((addr & (NBPDR - 1)) == 0 && (size & (NBPDR - 1)) == 0) {
7525                 if (!pmap_ps_enabled(pmap))
7526                         return;
7527                 if (!vm_object_populate(object, pindex, pindex + atop(size)))
7528                         return;
7529                 p = vm_page_lookup(object, pindex);
7530                 KASSERT(p->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
7531                     ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
7532                 pat_mode = p->md.pat_mode;
7533
7534                 /*
7535                  * Abort the mapping if the first page is not physically
7536                  * aligned to a 2MB page boundary.
7537                  */
7538                 ptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(p);
7539                 if (ptepa & (NBPDR - 1))
7540                         return;
7541
7542                 /*
7543                  * Skip the first page.  Abort the mapping if the rest of
7544                  * the pages are not physically contiguous or have differing
7545                  * memory attributes.
7546                  */
7547                 p = TAILQ_NEXT(p, listq);
7548                 for (pa = ptepa + PAGE_SIZE; pa < ptepa + size;
7549                     pa += PAGE_SIZE) {
7550                         KASSERT(p->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
7551                             ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
7552                         if (pa != VM_PAGE_TO_PHYS(p) ||
7553                             pat_mode != p->md.pat_mode)
7554                                 return;
7555                         p = TAILQ_NEXT(p, listq);
7556                 }
7557
7558                 /*
7559                  * Map using 2MB pages.  Since "ptepa" is 2M aligned and
7560                  * "size" is a multiple of 2M, adding the PAT setting to "pa"
7561                  * will not affect the termination of this loop.
7562                  */ 
7563                 PMAP_LOCK(pmap);
7564                 for (pa = ptepa | pmap_cache_bits(pmap, pat_mode, 1);
7565                     pa < ptepa + size; pa += NBPDR) {
7566                         pde = pmap_alloc_pde(pmap, addr, &pdpg, NULL);
7567                         if (pde == NULL) {
7568                                 /*
7569                                  * The creation of mappings below is only an
7570                                  * optimization.  If a page directory page
7571                                  * cannot be allocated without blocking,
7572                                  * continue on to the next mapping rather than
7573                                  * blocking.
7574                                  */
7575                                 addr += NBPDR;
7576                                 continue;
7577                         }
7578                         if ((*pde & PG_V) == 0) {
7579                                 pde_store(pde, pa | PG_PS | PG_M | PG_A |
7580                                     PG_U | PG_RW | PG_V);
7581                                 pmap_resident_count_adj(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
7582                                 counter_u64_add(pmap_pde_mappings, 1);
7583                         } else {
7584                                 /* Continue on if the PDE is already valid. */
7585                                 pdpg->ref_count--;
7586                                 KASSERT(pdpg->ref_count > 0,
7587                                     ("pmap_object_init_pt: missing reference "
7588                                     "to page directory page, va: 0x%lx", addr));
7589                         }
7590                         addr += NBPDR;
7591                 }
7592                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7593         }
7594 }
7595
7596 /*
7597  *      Clear the wired attribute from the mappings for the specified range of
7598  *      addresses in the given pmap.  Every valid mapping within that range
7599  *      must have the wired attribute set.  In contrast, invalid mappings
7600  *      cannot have the wired attribute set, so they are ignored.
7601  *
7602  *      The wired attribute of the page table entry is not a hardware
7603  *      feature, so there is no need to invalidate any TLB entries.
7604  *      Since pmap_demote_pde() for the wired entry must never fail,
7605  *      pmap_delayed_invl_start()/finish() calls around the
7606  *      function are not needed.
7607  */
7608 void
7609 pmap_unwire(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
7610 {
7611         vm_offset_t va_next;
7612         pml4_entry_t *pml4e;
7613         pdp_entry_t *pdpe;
7614         pd_entry_t *pde;
7615         pt_entry_t *pte, PG_V, PG_G;
7616
7617         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7618         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
7619         PMAP_LOCK(pmap);
7620         for (; sva < eva; sva = va_next) {
7621                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
7622                 if (pml4e == NULL || (*pml4e & PG_V) == 0) {
7623                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
7624                         if (va_next < sva)
7625                                 va_next = eva;
7626                         continue;
7627                 }
7628
7629                 va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
7630                 if (va_next < sva)
7631                         va_next = eva;
7632                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
7633                 if ((*pdpe & PG_V) == 0)
7634                         continue;
7635                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0) {
7636                         KASSERT(va_next <= eva,
7637                             ("partial update of non-transparent 1G mapping "
7638                             "pdpe %#lx sva %#lx eva %#lx va_next %#lx",
7639                             *pdpe, sva, eva, va_next));
7640                         MPASS(pmap != kernel_pmap); /* XXXKIB */
7641                         MPASS((*pdpe & (PG_MANAGED | PG_G)) == 0);
7642                         atomic_clear_long(pdpe, PG_W);
7643                         pmap->pm_stats.wired_count -= NBPDP / PAGE_SIZE;
7644                         continue;
7645                 }
7646
7647                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
7648                 if (va_next < sva)
7649                         va_next = eva;
7650                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
7651                 if ((*pde & PG_V) == 0)
7652                         continue;
7653                 if ((*pde & PG_PS) != 0) {
7654                         if ((*pde & PG_W) == 0)
7655                                 panic("pmap_unwire: pde %#jx is missing PG_W",
7656                                     (uintmax_t)*pde);
7657
7658                         /*
7659                          * Are we unwiring the entire large page?  If not,
7660                          * demote the mapping and fall through.
7661                          */
7662                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
7663                                 atomic_clear_long(pde, PG_W);
7664                                 pmap->pm_stats.wired_count -= NBPDR /
7665                                     PAGE_SIZE;
7666                                 continue;
7667                         } else if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, sva))
7668                                 panic("pmap_unwire: demotion failed");
7669                 }
7670                 if (va_next > eva)
7671                         va_next = eva;
7672                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
7673                     sva += PAGE_SIZE) {
7674                         if ((*pte & PG_V) == 0)
7675                                 continue;
7676                         if ((*pte & PG_W) == 0)
7677                                 panic("pmap_unwire: pte %#jx is missing PG_W",
7678                                     (uintmax_t)*pte);
7679
7680                         /*
7681                          * PG_W must be cleared atomically.  Although the pmap
7682                          * lock synchronizes access to PG_W, another processor
7683                          * could be setting PG_M and/or PG_A concurrently.
7684                          */
7685                         atomic_clear_long(pte, PG_W);
7686                         pmap->pm_stats.wired_count--;
7687                 }
7688         }
7689         PMAP_UNLOCK(pmap);
7690 }
7691
7692 /*
7693  *      Copy the range specified by src_addr/len
7694  *      from the source map to the range dst_addr/len
7695  *      in the destination map.
7696  *
7697  *      This routine is only advisory and need not do anything.
7698  */
7699 void
7700 pmap_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap, vm_offset_t dst_addr, vm_size_t len,
7701     vm_offset_t src_addr)
7702 {
7703         struct rwlock *lock;
7704         pml4_entry_t *pml4e;
7705         pdp_entry_t *pdpe;
7706         pd_entry_t *pde, srcptepaddr;
7707         pt_entry_t *dst_pte, PG_A, PG_M, PG_V, ptetemp, *src_pte;
7708         vm_offset_t addr, end_addr, va_next;
7709         vm_page_t dst_pdpg, dstmpte, srcmpte;
7710
7711         if (dst_addr != src_addr)
7712                 return;
7713
7714         if (dst_pmap->pm_type != src_pmap->pm_type)
7715                 return;
7716
7717         /*
7718          * EPT page table entries that require emulation of A/D bits are
7719          * sensitive to clearing the PG_A bit (aka EPT_PG_READ). Although
7720          * we clear PG_M (aka EPT_PG_WRITE) concomitantly, the PG_U bit
7721          * (aka EPT_PG_EXECUTE) could still be set. Since some EPT
7722          * implementations flag an EPT misconfiguration for exec-only
7723          * mappings we skip this function entirely for emulated pmaps.
7724          */
7725         if (pmap_emulate_ad_bits(dst_pmap))
7726                 return;
7727
7728         end_addr = src_addr + len;
7729         lock = NULL;
7730         if (dst_pmap < src_pmap) {
7731                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
7732                 PMAP_LOCK(src_pmap);
7733         } else {
7734                 PMAP_LOCK(src_pmap);
7735                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
7736         }
7737
7738         PG_A = pmap_accessed_bit(dst_pmap);
7739         PG_M = pmap_modified_bit(dst_pmap);
7740         PG_V = pmap_valid_bit(dst_pmap);
7741
7742         for (addr = src_addr; addr < end_addr; addr = va_next) {
7743                 KASSERT(addr < UPT_MIN_ADDRESS,
7744                     ("pmap_copy: invalid to pmap_copy page tables"));
7745
7746                 pml4e = pmap_pml4e(src_pmap, addr);
7747                 if (pml4e == NULL || (*pml4e & PG_V) == 0) {
7748                         va_next = (addr + NBPML4) & ~PML4MASK;
7749                         if (va_next < addr)
7750                                 va_next = end_addr;
7751                         continue;
7752                 }
7753
7754                 va_next = (addr + NBPDP) & ~PDPMASK;
7755                 if (va_next < addr)
7756                         va_next = end_addr;
7757                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, addr);
7758                 if ((*pdpe & PG_V) == 0)
7759                         continue;
7760                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0) {
7761                         KASSERT(va_next <= end_addr,
7762                             ("partial update of non-transparent 1G mapping "
7763                             "pdpe %#lx sva %#lx eva %#lx va_next %#lx",
7764                             *pdpe, addr, end_addr, va_next));
7765                         MPASS((addr & PDPMASK) == 0);
7766                         MPASS((*pdpe & PG_MANAGED) == 0);
7767                         srcptepaddr = *pdpe;
7768                         pdpe = pmap_pdpe(dst_pmap, addr);
7769                         if (pdpe == NULL) {
7770                                 if (pmap_allocpte_alloc(dst_pmap,
7771                                     pmap_pml4e_pindex(addr), NULL, addr) ==
7772                                     NULL)
7773                                         break;
7774                                 pdpe = pmap_pdpe(dst_pmap, addr);
7775                         } else {
7776                                 pml4e = pmap_pml4e(dst_pmap, addr);
7777                                 dst_pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pml4e & PG_FRAME);
7778                                 dst_pdpg->ref_count++;
7779                         }
7780                         KASSERT(*pdpe == 0,
7781                             ("1G mapping present in dst pmap "
7782                             "pdpe %#lx sva %#lx eva %#lx va_next %#lx",
7783                             *pdpe, addr, end_addr, va_next));
7784                         *pdpe = srcptepaddr & ~PG_W;
7785                         pmap_resident_count_adj(dst_pmap, NBPDP / PAGE_SIZE);
7786                         continue;
7787                 }
7788
7789                 va_next = (addr + NBPDR) & ~PDRMASK;
7790                 if (va_next < addr)
7791                         va_next = end_addr;
7792
7793                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, addr);
7794                 srcptepaddr = *pde;
7795                 if (srcptepaddr == 0)
7796                         continue;
7797                         
7798                 if (srcptepaddr & PG_PS) {
7799                         /*
7800                          * We can only virtual copy whole superpages.
7801                          */
7802                         if ((addr & PDRMASK) != 0 || addr + NBPDR > end_addr)
7803                                 continue;
7804                         pde = pmap_alloc_pde(dst_pmap, addr, &dst_pdpg, NULL);
7805                         if (pde == NULL)
7806                                 break;
7807                         if (*pde == 0 && ((srcptepaddr & PG_MANAGED) == 0 ||
7808                             pmap_pv_insert_pde(dst_pmap, addr, srcptepaddr,
7809                             PMAP_ENTER_NORECLAIM, &lock))) {
7810                                 /*
7811                                  * We leave the dirty bit unchanged because
7812                                  * managed read/write superpage mappings are
7813                                  * required to be dirty.  However, managed
7814                                  * superpage mappings are not required to
7815                                  * have their accessed bit set, so we clear
7816                                  * it because we don't know if this mapping
7817                                  * will be used.
7818                                  */
7819                                 srcptepaddr &= ~PG_W;
7820                                 if ((srcptepaddr & PG_MANAGED) != 0)
7821                                         srcptepaddr &= ~PG_A;
7822                                 *pde = srcptepaddr;
7823                                 pmap_resident_count_adj(dst_pmap, NBPDR /
7824                                     PAGE_SIZE);
7825                                 counter_u64_add(pmap_pde_mappings, 1);
7826                         } else
7827                                 pmap_abort_ptp(dst_pmap, addr, dst_pdpg);
7828                         continue;
7829                 }
7830
7831                 srcptepaddr &= PG_FRAME;
7832                 srcmpte = PHYS_TO_VM_PAGE(srcptepaddr);
7833                 KASSERT(srcmpte->ref_count > 0,
7834                     ("pmap_copy: source page table page is unused"));
7835
7836                 if (va_next > end_addr)
7837                         va_next = end_addr;
7838
7839                 src_pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(srcptepaddr);
7840                 src_pte = &src_pte[pmap_pte_index(addr)];
7841                 dstmpte = NULL;
7842                 for (; addr < va_next; addr += PAGE_SIZE, src_pte++) {
7843                         ptetemp = *src_pte;
7844
7845                         /*
7846                          * We only virtual copy managed pages.
7847                          */
7848                         if ((ptetemp & PG_MANAGED) == 0)
7849                                 continue;
7850
7851                         if (dstmpte != NULL) {
7852                                 KASSERT(dstmpte->pindex ==
7853                                     pmap_pde_pindex(addr),
7854                                     ("dstmpte pindex/addr mismatch"));
7855                                 dstmpte->ref_count++;
7856                         } else if ((dstmpte = pmap_allocpte(dst_pmap, addr,
7857                             NULL)) == NULL)
7858                                 goto out;
7859                         dst_pte = (pt_entry_t *)
7860                             PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(dstmpte));
7861                         dst_pte = &dst_pte[pmap_pte_index(addr)];
7862                         if (*dst_pte == 0 &&
7863                             pmap_try_insert_pv_entry(dst_pmap, addr,
7864                             PHYS_TO_VM_PAGE(ptetemp & PG_FRAME), &lock)) {
7865                                 /*
7866                                  * Clear the wired, modified, and accessed
7867                                  * (referenced) bits during the copy.
7868                                  */
7869                                 *dst_pte = ptetemp & ~(PG_W | PG_M | PG_A);
7870                                 pmap_resident_count_adj(dst_pmap, 1);
7871                         } else {
7872                                 pmap_abort_ptp(dst_pmap, addr, dstmpte);
7873                                 goto out;
7874                         }
7875                         /* Have we copied all of the valid mappings? */ 
7876                         if (dstmpte->ref_count >= srcmpte->ref_count)
7877                                 break;
7878                 }
7879         }
7880 out:
7881         if (lock != NULL)
7882                 rw_wunlock(lock);
7883         PMAP_UNLOCK(src_pmap);
7884         PMAP_UNLOCK(dst_pmap);
7885 }
7886
7887 int
7888 pmap_vmspace_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap)
7889 {
7890         int error;
7891
7892         if (dst_pmap->pm_type != src_pmap->pm_type ||
7893             dst_pmap->pm_type != PT_X86 ||
7894             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) == 0)
7895                 return (0);
7896         for (;;) {
7897                 if (dst_pmap < src_pmap) {
7898                         PMAP_LOCK(dst_pmap);
7899                         PMAP_LOCK(src_pmap);
7900                 } else {
7901                         PMAP_LOCK(src_pmap);
7902                         PMAP_LOCK(dst_pmap);
7903                 }
7904                 error = pmap_pkru_copy(dst_pmap, src_pmap);
7905                 /* Clean up partial copy on failure due to no memory. */
7906                 if (error == ENOMEM)
7907                         pmap_pkru_deassign_all(dst_pmap);
7908                 PMAP_UNLOCK(src_pmap);
7909                 PMAP_UNLOCK(dst_pmap);
7910                 if (error != ENOMEM)
7911                         break;
7912                 vm_wait(NULL);
7913         }
7914         return (error);
7915 }
7916
7917 /*
7918  * Zero the specified hardware page.
7919  */
7920 void
7921 pmap_zero_page(vm_page_t m)
7922 {
7923         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
7924
7925         pagezero((void *)va);
7926 }
7927
7928 /*
7929  * Zero an an area within a single hardware page.  off and size must not
7930  * cover an area beyond a single hardware page.
7931  */
7932 void
7933 pmap_zero_page_area(vm_page_t m, int off, int size)
7934 {
7935         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
7936
7937         if (off == 0 && size == PAGE_SIZE)
7938                 pagezero((void *)va);
7939         else
7940                 bzero((char *)va + off, size);
7941 }
7942
7943 /*
7944  * Copy 1 specified hardware page to another.
7945  */
7946 void
7947 pmap_copy_page(vm_page_t msrc, vm_page_t mdst)
7948 {
7949         vm_offset_t src = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(msrc));
7950         vm_offset_t dst = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mdst));
7951
7952         pagecopy((void *)src, (void *)dst);
7953 }
7954
7955 int unmapped_buf_allowed = 1;
7956
7957 void
7958 pmap_copy_pages(vm_page_t ma[], vm_offset_t a_offset, vm_page_t mb[],
7959     vm_offset_t b_offset, int xfersize)
7960 {
7961         void *a_cp, *b_cp;
7962         vm_page_t pages[2];
7963         vm_offset_t vaddr[2], a_pg_offset, b_pg_offset;
7964         int cnt;
7965         boolean_t mapped;
7966
7967         while (xfersize > 0) {
7968                 a_pg_offset = a_offset & PAGE_MASK;
7969                 pages[0] = ma[a_offset >> PAGE_SHIFT];
7970                 b_pg_offset = b_offset & PAGE_MASK;
7971                 pages[1] = mb[b_offset >> PAGE_SHIFT];
7972                 cnt = min(xfersize, PAGE_SIZE - a_pg_offset);
7973                 cnt = min(cnt, PAGE_SIZE - b_pg_offset);
7974                 mapped = pmap_map_io_transient(pages, vaddr, 2, FALSE);
7975                 a_cp = (char *)vaddr[0] + a_pg_offset;
7976                 b_cp = (char *)vaddr[1] + b_pg_offset;
7977                 bcopy(a_cp, b_cp, cnt);
7978                 if (__predict_false(mapped))
7979                         pmap_unmap_io_transient(pages, vaddr, 2, FALSE);
7980                 a_offset += cnt;
7981                 b_offset += cnt;
7982                 xfersize -= cnt;
7983         }
7984 }
7985
7986 /*
7987  * Returns true if the pmap's pv is one of the first
7988  * 16 pvs linked to from this page.  This count may
7989  * be changed upwards or downwards in the future; it
7990  * is only necessary that true be returned for a small
7991  * subset of pmaps for proper page aging.
7992  */
7993 boolean_t
7994 pmap_page_exists_quick(pmap_t pmap, vm_page_t m)
7995 {
7996         struct md_page *pvh;
7997         struct rwlock *lock;
7998         pv_entry_t pv;
7999         int loops = 0;
8000         boolean_t rv;
8001
8002         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
8003             ("pmap_page_exists_quick: page %p is not managed", m));
8004         rv = FALSE;
8005         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
8006         rw_rlock(lock);
8007         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
8008                 if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
8009                         rv = TRUE;
8010                         break;
8011                 }
8012                 loops++;
8013                 if (loops >= 16)
8014                         break;
8015         }
8016         if (!rv && loops < 16 && (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
8017                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
8018                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
8019                         if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
8020                                 rv = TRUE;
8021                                 break;
8022                         }
8023                         loops++;
8024                         if (loops >= 16)
8025                                 break;
8026                 }
8027         }
8028         rw_runlock(lock);
8029         return (rv);
8030 }
8031
8032 /*
8033  *      pmap_page_wired_mappings:
8034  *
8035  *      Return the number of managed mappings to the given physical page
8036  *      that are wired.
8037  */
8038 int
8039 pmap_page_wired_mappings(vm_page_t m)
8040 {
8041         struct rwlock *lock;
8042         struct md_page *pvh;
8043         pmap_t pmap;
8044         pt_entry_t *pte;
8045         pv_entry_t pv;
8046         int count, md_gen, pvh_gen;
8047
8048         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
8049                 return (0);
8050         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
8051         rw_rlock(lock);
8052 restart:
8053         count = 0;
8054         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
8055                 pmap = PV_PMAP(pv);
8056                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
8057                         md_gen = m->md.pv_gen;
8058                         rw_runlock(lock);
8059                         PMAP_LOCK(pmap);
8060                         rw_rlock(lock);
8061                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
8062                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8063                                 goto restart;
8064                         }
8065                 }
8066                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va);
8067                 if ((*pte & PG_W) != 0)
8068                         count++;
8069                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8070         }
8071         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
8072                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
8073                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
8074                         pmap = PV_PMAP(pv);
8075                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
8076                                 md_gen = m->md.pv_gen;
8077                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
8078                                 rw_runlock(lock);
8079                                 PMAP_LOCK(pmap);
8080                                 rw_rlock(lock);
8081                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
8082                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
8083                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
8084                                         goto restart;
8085                                 }
8086                         }
8087                         pte = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
8088                         if ((*pte & PG_W) != 0)
8089                                 count++;
8090                         PMAP_UNLOCK(pmap);
8091                 }
8092         }
8093         rw_runlock(lock);
8094         return (count);
8095 }
8096
8097 /*
8098  * Returns TRUE if the given page is mapped individually or as part of
8099  * a 2mpage.  Otherwise, returns FALSE.
8100  */
8101 boolean_t
8102 pmap_page_is_mapped(vm_page_t m)
8103 {
8104         struct rwlock *lock;
8105         boolean_t rv;
8106
8107         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
8108                 return (FALSE);
8109         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
8110         rw_rlock(lock);
8111         rv = !TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) ||
8112             ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
8113             !TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m))->pv_list));
8114         rw_runlock(lock);
8115         return (rv);
8116 }
8117
8118 /*
8119  * Destroy all managed, non-wired mappings in the given user-space
8120  * pmap.  This pmap cannot be active on any processor besides the
8121  * caller.
8122  *
8123  * This function cannot be applied to the kernel pmap.  Moreover, it
8124  * is not intended for general use.  It is only to be used during
8125  * process termination.  Consequently, it can be implemented in ways
8126  * that make it faster than pmap_remove().  First, it can more quickly
8127  * destroy mappings by iterating over the pmap's collection of PV
8128  * entries, rather than searching the page table.  Second, it doesn't
8129  * have to test and clear the page table entries atomically, because
8130  * no processor is currently accessing the user address space.  In
8131  * particular, a page table entry's dirty bit won't change state once
8132  * this function starts.
8133  *
8134  * Although this function destroys all of the pmap's managed,
8135  * non-wired mappings, it can delay and batch the invalidation of TLB
8136  * entries without calling pmap_delayed_invl_start() and
8137  * pmap_delayed_invl_finish().  Because the pmap is not active on
8138  * any other processor, none of these TLB entries will ever be used
8139  * before their eventual invalidation.  Consequently, there is no need
8140  * for either pmap_remove_all() or pmap_remove_write() to wait for
8141  * that eventual TLB invalidation.
8142  */
8143 void
8144 pmap_remove_pages(pmap_t pmap)
8145 {
8146         pd_entry_t ptepde;
8147         pt_entry_t *pte, tpte;
8148         pt_entry_t PG_M, PG_RW, PG_V;
8149         struct spglist free;
8150         struct pv_chunklist free_chunks[PMAP_MEMDOM];
8151         vm_page_t m, mpte, mt;
8152         pv_entry_t pv;
8153         struct md_page *pvh;
8154         struct pv_chunk *pc, *npc;
8155         struct rwlock *lock;
8156         int64_t bit;
8157         uint64_t inuse, bitmask;
8158         int allfree, field, freed, i, idx;
8159         boolean_t superpage;
8160         vm_paddr_t pa;
8161
8162         /*
8163          * Assert that the given pmap is only active on the current
8164          * CPU.  Unfortunately, we cannot block another CPU from
8165          * activating the pmap while this function is executing.
8166          */
8167         KASSERT(pmap == PCPU_GET(curpmap), ("non-current pmap %p", pmap));
8168 #ifdef INVARIANTS
8169         {
8170                 cpuset_t other_cpus;
8171
8172                 other_cpus = all_cpus;
8173                 critical_enter();
8174                 CPU_CLR(PCPU_GET(cpuid), &other_cpus);
8175                 CPU_AND(&other_cpus, &pmap->pm_active);
8176                 critical_exit();
8177                 KASSERT(CPU_EMPTY(&other_cpus), ("pmap active %p", pmap));
8178         }
8179 #endif
8180
8181         lock = NULL;
8182         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
8183         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
8184         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8185
8186         for (i = 0; i < PMAP_MEMDOM; i++)
8187                 TAILQ_INIT(&free_chunks[i]);
8188         SLIST_INIT(&free);
8189         PMAP_LOCK(pmap);
8190         TAILQ_FOREACH_SAFE(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list, npc) {
8191                 allfree = 1;
8192                 freed = 0;
8193                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
8194                         inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
8195                         while (inuse != 0) {
8196                                 bit = bsfq(inuse);
8197                                 bitmask = 1UL << bit;
8198                                 idx = field * 64 + bit;
8199                                 pv = &pc->pc_pventry[idx];
8200                                 inuse &= ~bitmask;
8201
8202                                 pte = pmap_pdpe(pmap, pv->pv_va);
8203                                 ptepde = *pte;
8204                                 pte = pmap_pdpe_to_pde(pte, pv->pv_va);
8205                                 tpte = *pte;
8206                                 if ((tpte & (PG_PS | PG_V)) == PG_V) {
8207                                         superpage = FALSE;
8208                                         ptepde = tpte;
8209                                         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(tpte &
8210                                             PG_FRAME);
8211                                         pte = &pte[pmap_pte_index(pv->pv_va)];
8212                                         tpte = *pte;
8213                                 } else {
8214                                         /*
8215                                          * Keep track whether 'tpte' is a
8216                                          * superpage explicitly instead of
8217                                          * relying on PG_PS being set.
8218                                          *
8219                                          * This is because PG_PS is numerically
8220                                          * identical to PG_PTE_PAT and thus a
8221                                          * regular page could be mistaken for
8222                                          * a superpage.
8223                                          */
8224                                         superpage = TRUE;
8225                                 }
8226
8227                                 if ((tpte & PG_V) == 0) {
8228                                         panic("bad pte va %lx pte %lx",
8229                                             pv->pv_va, tpte);
8230                                 }
8231
8232 /*
8233  * We cannot remove wired pages from a process' mapping at this time
8234  */
8235                                 if (tpte & PG_W) {
8236                                         allfree = 0;
8237                                         continue;
8238                                 }
8239
8240                                 /* Mark free */
8241                                 pc->pc_map[field] |= bitmask;
8242
8243                                 /*
8244                                  * Because this pmap is not active on other
8245                                  * processors, the dirty bit cannot have
8246                                  * changed state since we last loaded pte.
8247                                  */
8248                                 pte_clear(pte);
8249
8250                                 if (superpage)
8251                                         pa = tpte & PG_PS_FRAME;
8252                                 else
8253                                         pa = tpte & PG_FRAME;
8254
8255                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
8256                                 KASSERT(m->phys_addr == pa,
8257                                     ("vm_page_t %p phys_addr mismatch %016jx %016jx",
8258                                     m, (uintmax_t)m->phys_addr,
8259                                     (uintmax_t)tpte));
8260
8261                                 KASSERT((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
8262                                     m < &vm_page_array[vm_page_array_size],
8263                                     ("pmap_remove_pages: bad tpte %#jx",
8264                                     (uintmax_t)tpte));
8265
8266                                 /*
8267                                  * Update the vm_page_t clean/reference bits.
8268                                  */
8269                                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
8270                                         if (superpage) {
8271                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
8272                                                         vm_page_dirty(mt);
8273                                         } else
8274                                                 vm_page_dirty(m);
8275                                 }
8276
8277                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(&lock, m);
8278
8279                                 if (superpage) {
8280                                         pmap_resident_count_adj(pmap, -NBPDR / PAGE_SIZE);
8281                                         pvh = pa_to_pvh(tpte & PG_PS_FRAME);
8282                                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
8283                                         pvh->pv_gen++;
8284                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
8285                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
8286                                                         if ((mt->a.flags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
8287                                                             TAILQ_EMPTY(&mt->md.pv_list))
8288                                                                 vm_page_aflag_clear(mt, PGA_WRITEABLE);
8289                                         }
8290                                         mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, pv->pv_va);
8291                                         if (mpte != NULL) {
8292                                                 KASSERT(mpte->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
8293                                                     ("pmap_remove_pages: pte page not promoted"));
8294                                                 pmap_resident_count_adj(pmap, -1);
8295                                                 KASSERT(mpte->ref_count == NPTEPG,
8296                                                     ("pmap_remove_pages: pte page reference count error"));
8297                                                 mpte->ref_count = 0;
8298                                                 pmap_add_delayed_free_list(mpte, &free, FALSE);
8299                                         }
8300                                 } else {
8301                                         pmap_resident_count_adj(pmap, -1);
8302                                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
8303                                         m->md.pv_gen++;
8304                                         if ((m->a.flags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
8305                                             TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
8306                                             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
8307                                                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
8308                                                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
8309                                                         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
8310                                         }
8311                                 }
8312                                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, ptepde, &free);
8313                                 freed++;
8314                         }
8315                 }
8316                 PV_STAT(counter_u64_add(pv_entry_frees, freed));
8317                 PV_STAT(counter_u64_add(pv_entry_spare, freed));
8318                 PV_STAT(counter_u64_add(pv_entry_count, -freed));
8319                 if (allfree) {
8320                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
8321                         TAILQ_INSERT_TAIL(&free_chunks[pc_to_domain(pc)], pc, pc_list);
8322                 }
8323         }
8324         if (lock != NULL)
8325                 rw_wunlock(lock);
8326         pmap_invalidate_all(pmap);
8327         pmap_pkru_deassign_all(pmap);
8328         free_pv_chunk_batch((struct pv_chunklist *)&free_chunks);
8329         PMAP_UNLOCK(pmap);
8330         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
8331 }
8332
8333 static boolean_t
8334 pmap_page_test_mappings(vm_page_t m, boolean_t accessed, boolean_t modified)
8335 {
8336         struct rwlock *lock;
8337         pv_entry_t pv;
8338         struct md_page *pvh;
8339         pt_entry_t *pte, mask;
8340         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
8341         pmap_t pmap;
8342         int md_gen, pvh_gen;
8343         boolean_t rv;
8344
8345         rv = FALSE;
8346         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
8347         rw_rlock(lock);
8348 restart:
8349         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
8350                 pmap = PV_PMAP(pv);
8351                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
8352                         md_gen = m->md.pv_gen;
8353                         rw_runlock(lock);
8354                         PMAP_LOCK(pmap);
8355                         rw_rlock(lock);
8356                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
8357                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8358                                 goto restart;
8359                         }
8360                 }
8361                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va);
8362                 mask = 0;
8363                 if (modified) {
8364                         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
8365                         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8366                         mask |= PG_RW | PG_M;
8367                 }
8368                 if (accessed) {
8369                         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
8370                         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
8371                         mask |= PG_V | PG_A;
8372                 }
8373                 rv = (*pte & mask) == mask;
8374                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8375                 if (rv)
8376                         goto out;
8377         }
8378         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
8379                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
8380                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
8381                         pmap = PV_PMAP(pv);
8382                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
8383                                 md_gen = m->md.pv_gen;
8384                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
8385                                 rw_runlock(lock);
8386                                 PMAP_LOCK(pmap);
8387                                 rw_rlock(lock);
8388                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
8389                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
8390                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
8391                                         goto restart;
8392                                 }
8393                         }
8394                         pte = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
8395                         mask = 0;
8396                         if (modified) {
8397                                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
8398                                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8399                                 mask |= PG_RW | PG_M;
8400                         }
8401                         if (accessed) {
8402                                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
8403                                 PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
8404                                 mask |= PG_V | PG_A;
8405                         }
8406                         rv = (*pte & mask) == mask;
8407                         PMAP_UNLOCK(pmap);
8408                         if (rv)
8409                                 goto out;
8410                 }
8411         }
8412 out:
8413         rw_runlock(lock);
8414         return (rv);
8415 }
8416
8417 /*
8418  *      pmap_is_modified:
8419  *
8420  *      Return whether or not the specified physical page was modified
8421  *      in any physical maps.
8422  */
8423 boolean_t
8424 pmap_is_modified(vm_page_t m)
8425 {
8426
8427         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
8428             ("pmap_is_modified: page %p is not managed", m));
8429
8430         /*
8431          * If the page is not busied then this check is racy.
8432          */
8433         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
8434                 return (FALSE);
8435         return (pmap_page_test_mappings(m, FALSE, TRUE));
8436 }
8437
8438 /*
8439  *      pmap_is_prefaultable:
8440  *
8441  *      Return whether or not the specified virtual address is eligible
8442  *      for prefault.
8443  */
8444 boolean_t
8445 pmap_is_prefaultable(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
8446 {
8447         pd_entry_t *pde;
8448         pt_entry_t *pte, PG_V;
8449         boolean_t rv;
8450
8451         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
8452         rv = FALSE;
8453         PMAP_LOCK(pmap);
8454         pde = pmap_pde(pmap, addr);
8455         if (pde != NULL && (*pde & (PG_PS | PG_V)) == PG_V) {
8456                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, addr);
8457                 rv = (*pte & PG_V) == 0;
8458         }
8459         PMAP_UNLOCK(pmap);
8460         return (rv);
8461 }
8462
8463 /*
8464  *      pmap_is_referenced:
8465  *
8466  *      Return whether or not the specified physical page was referenced
8467  *      in any physical maps.
8468  */
8469 boolean_t
8470 pmap_is_referenced(vm_page_t m)
8471 {
8472
8473         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
8474             ("pmap_is_referenced: page %p is not managed", m));
8475         return (pmap_page_test_mappings(m, TRUE, FALSE));
8476 }
8477
8478 /*
8479  * Clear the write and modified bits in each of the given page's mappings.
8480  */
8481 void
8482 pmap_remove_write(vm_page_t m)
8483 {
8484         struct md_page *pvh;
8485         pmap_t pmap;
8486         struct rwlock *lock;
8487         pv_entry_t next_pv, pv;
8488         pd_entry_t *pde;
8489         pt_entry_t oldpte, *pte, PG_M, PG_RW;
8490         vm_offset_t va;
8491         int pvh_gen, md_gen;
8492
8493         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
8494             ("pmap_remove_write: page %p is not managed", m));
8495
8496         vm_page_assert_busied(m);
8497         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
8498                 return;
8499
8500         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
8501         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
8502             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
8503         rw_wlock(lock);
8504 retry:
8505         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
8506                 pmap = PV_PMAP(pv);
8507                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
8508                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
8509                         rw_wunlock(lock);
8510                         PMAP_LOCK(pmap);
8511                         rw_wlock(lock);
8512                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
8513                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8514                                 goto retry;
8515                         }
8516                 }
8517                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8518                 va = pv->pv_va;
8519                 pde = pmap_pde(pmap, va);
8520                 if ((*pde & PG_RW) != 0)
8521                         (void)pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
8522                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
8523                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
8524                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
8525                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8526         }
8527         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
8528                 pmap = PV_PMAP(pv);
8529                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
8530                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
8531                         md_gen = m->md.pv_gen;
8532                         rw_wunlock(lock);
8533                         PMAP_LOCK(pmap);
8534                         rw_wlock(lock);
8535                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen ||
8536                             md_gen != m->md.pv_gen) {
8537                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8538                                 goto retry;
8539                         }
8540                 }
8541                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
8542                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8543                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
8544                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0,
8545                     ("pmap_remove_write: found a 2mpage in page %p's pv list",
8546                     m));
8547                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
8548                 oldpte = *pte;
8549                 if (oldpte & PG_RW) {
8550                         while (!atomic_fcmpset_long(pte, &oldpte, oldpte &
8551                             ~(PG_RW | PG_M)))
8552                                 cpu_spinwait();
8553                         if ((oldpte & PG_M) != 0)
8554                                 vm_page_dirty(m);
8555                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
8556                 }
8557                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8558         }
8559         rw_wunlock(lock);
8560         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
8561         pmap_delayed_invl_wait(m);
8562 }
8563
8564 static __inline boolean_t
8565 safe_to_clear_referenced(pmap_t pmap, pt_entry_t pte)
8566 {
8567
8568         if (!pmap_emulate_ad_bits(pmap))
8569                 return (TRUE);
8570
8571         KASSERT(pmap->pm_type == PT_EPT, ("invalid pm_type %d", pmap->pm_type));
8572
8573         /*
8574          * XWR = 010 or 110 will cause an unconditional EPT misconfiguration
8575          * so we don't let the referenced (aka EPT_PG_READ) bit to be cleared
8576          * if the EPT_PG_WRITE bit is set.
8577          */
8578         if ((pte & EPT_PG_WRITE) != 0)
8579                 return (FALSE);
8580
8581         /*
8582          * XWR = 100 is allowed only if the PMAP_SUPPORTS_EXEC_ONLY is set.
8583          */
8584         if ((pte & EPT_PG_EXECUTE) == 0 ||
8585             ((pmap->pm_flags & PMAP_SUPPORTS_EXEC_ONLY) != 0))
8586                 return (TRUE);
8587         else
8588                 return (FALSE);
8589 }
8590
8591 /*
8592  *      pmap_ts_referenced:
8593  *
8594  *      Return a count of reference bits for a page, clearing those bits.
8595  *      It is not necessary for every reference bit to be cleared, but it
8596  *      is necessary that 0 only be returned when there are truly no
8597  *      reference bits set.
8598  *
8599  *      As an optimization, update the page's dirty field if a modified bit is
8600  *      found while counting reference bits.  This opportunistic update can be
8601  *      performed at low cost and can eliminate the need for some future calls
8602  *      to pmap_is_modified().  However, since this function stops after
8603  *      finding PMAP_TS_REFERENCED_MAX reference bits, it may not detect some
8604  *      dirty pages.  Those dirty pages will only be detected by a future call
8605  *      to pmap_is_modified().
8606  *
8607  *      A DI block is not needed within this function, because
8608  *      invalidations are performed before the PV list lock is
8609  *      released.
8610  */
8611 int
8612 pmap_ts_referenced(vm_page_t m)
8613 {
8614         struct md_page *pvh;
8615         pv_entry_t pv, pvf;
8616         pmap_t pmap;
8617         struct rwlock *lock;
8618         pd_entry_t oldpde, *pde;
8619         pt_entry_t *pte, PG_A, PG_M, PG_RW;
8620         vm_offset_t va;
8621         vm_paddr_t pa;
8622         int cleared, md_gen, not_cleared, pvh_gen;
8623         struct spglist free;
8624         boolean_t demoted;
8625
8626         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
8627             ("pmap_ts_referenced: page %p is not managed", m));
8628         SLIST_INIT(&free);
8629         cleared = 0;
8630         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
8631         lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);
8632         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy : pa_to_pvh(pa);
8633         rw_wlock(lock);
8634 retry:
8635         not_cleared = 0;
8636         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) == NULL)
8637                 goto small_mappings;
8638         pv = pvf;
8639         do {
8640                 if (pvf == NULL)
8641                         pvf = pv;
8642                 pmap = PV_PMAP(pv);
8643                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
8644                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
8645                         rw_wunlock(lock);
8646                         PMAP_LOCK(pmap);
8647                         rw_wlock(lock);
8648                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
8649                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8650                                 goto retry;
8651                         }
8652                 }
8653                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
8654                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
8655                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8656                 va = pv->pv_va;
8657                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
8658                 oldpde = *pde;
8659                 if ((oldpde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
8660                         /*
8661                          * Although "oldpde" is mapping a 2MB page, because
8662                          * this function is called at a 4KB page granularity,
8663                          * we only update the 4KB page under test.
8664                          */
8665                         vm_page_dirty(m);
8666                 }
8667                 if ((oldpde & PG_A) != 0) {
8668                         /*
8669                          * Since this reference bit is shared by 512 4KB
8670                          * pages, it should not be cleared every time it is
8671                          * tested.  Apply a simple "hash" function on the
8672                          * physical page number, the virtual superpage number,
8673                          * and the pmap address to select one 4KB page out of
8674                          * the 512 on which testing the reference bit will
8675                          * result in clearing that reference bit.  This
8676                          * function is designed to avoid the selection of the
8677                          * same 4KB page for every 2MB page mapping.
8678                          *
8679                          * On demotion, a mapping that hasn't been referenced
8680                          * is simply destroyed.  To avoid the possibility of a
8681                          * subsequent page fault on a demoted wired mapping,
8682                          * always leave its reference bit set.  Moreover,
8683                          * since the superpage is wired, the current state of
8684                          * its reference bit won't affect page replacement.
8685                          */
8686                         if ((((pa >> PAGE_SHIFT) ^ (pv->pv_va >> PDRSHIFT) ^
8687                             (uintptr_t)pmap) & (NPTEPG - 1)) == 0 &&
8688                             (oldpde & PG_W) == 0) {
8689                                 if (safe_to_clear_referenced(pmap, oldpde)) {
8690                                         atomic_clear_long(pde, PG_A);
8691                                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
8692                                         demoted = FALSE;
8693                                 } else if (pmap_demote_pde_locked(pmap, pde,
8694                                     pv->pv_va, &lock)) {
8695                                         /*
8696                                          * Remove the mapping to a single page
8697                                          * so that a subsequent access may
8698                                          * repromote.  Since the underlying
8699                                          * page table page is fully populated,
8700                                          * this removal never frees a page
8701                                          * table page.
8702                                          */
8703                                         demoted = TRUE;
8704                                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde &
8705                                             PG_PS_FRAME);
8706                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
8707                                         pmap_remove_pte(pmap, pte, va, *pde,
8708                                             NULL, &lock);
8709                                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
8710                                 } else
8711                                         demoted = TRUE;
8712
8713                                 if (demoted) {
8714                                         /*
8715                                          * The superpage mapping was removed
8716                                          * entirely and therefore 'pv' is no
8717                                          * longer valid.
8718                                          */
8719                                         if (pvf == pv)
8720                                                 pvf = NULL;
8721                                         pv = NULL;
8722                                 }
8723                                 cleared++;
8724                                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
8725                                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
8726                                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
8727                         } else
8728                                 not_cleared++;
8729                 }
8730                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8731                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
8732                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
8733                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
8734                         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
8735                         pvh->pv_gen++;
8736                 }
8737                 if (cleared + not_cleared >= PMAP_TS_REFERENCED_MAX)
8738                         goto out;
8739         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != pvf);
8740 small_mappings:
8741         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) == NULL)
8742                 goto out;
8743         pv = pvf;
8744         do {
8745                 if (pvf == NULL)
8746                         pvf = pv;
8747                 pmap = PV_PMAP(pv);
8748                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
8749                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
8750                         md_gen = m->md.pv_gen;
8751                         rw_wunlock(lock);
8752                         PMAP_LOCK(pmap);
8753                         rw_wlock(lock);
8754                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
8755                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8756                                 goto retry;
8757                         }
8758                 }
8759                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
8760                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
8761                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8762                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
8763                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0,
8764                     ("pmap_ts_referenced: found a 2mpage in page %p's pv list",
8765                     m));
8766                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
8767                 if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
8768                         vm_page_dirty(m);
8769                 if ((*pte & PG_A) != 0) {
8770                         if (safe_to_clear_referenced(pmap, *pte)) {
8771                                 atomic_clear_long(pte, PG_A);
8772                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
8773                                 cleared++;
8774                         } else if ((*pte & PG_W) == 0) {
8775                                 /*
8776                                  * Wired pages cannot be paged out so
8777                                  * doing accessed bit emulation for
8778                                  * them is wasted effort. We do the
8779                                  * hard work for unwired pages only.
8780                                  */
8781                                 pmap_remove_pte(pmap, pte, pv->pv_va,
8782                                     *pde, &free, &lock);
8783                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
8784                                 cleared++;
8785                                 if (pvf == pv)
8786                                         pvf = NULL;
8787                                 pv = NULL;
8788                                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
8789                                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
8790                                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
8791                         } else
8792                                 not_cleared++;
8793                 }
8794                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8795                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
8796                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
8797                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
8798                         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
8799                         m->md.pv_gen++;
8800                 }
8801         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != pvf && cleared +
8802             not_cleared < PMAP_TS_REFERENCED_MAX);
8803 out:
8804         rw_wunlock(lock);
8805         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
8806         return (cleared + not_cleared);
8807 }
8808
8809 /*
8810  *      Apply the given advice to the specified range of addresses within the
8811  *      given pmap.  Depending on the advice, clear the referenced and/or
8812  *      modified flags in each mapping and set the mapped page's dirty field.
8813  */
8814 void
8815 pmap_advise(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, int advice)
8816 {
8817         struct rwlock *lock;
8818         pml4_entry_t *pml4e;
8819         pdp_entry_t *pdpe;
8820         pd_entry_t oldpde, *pde;
8821         pt_entry_t *pte, PG_A, PG_G, PG_M, PG_RW, PG_V;
8822         vm_offset_t va, va_next;
8823         vm_page_t m;
8824         bool anychanged;
8825
8826         if (advice != MADV_DONTNEED && advice != MADV_FREE)
8827                 return;
8828
8829         /*
8830          * A/D bit emulation requires an alternate code path when clearing
8831          * the modified and accessed bits below. Since this function is
8832          * advisory in nature we skip it entirely for pmaps that require
8833          * A/D bit emulation.
8834          */
8835         if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
8836                 return;
8837
8838         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
8839         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
8840         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
8841         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
8842         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8843         anychanged = false;
8844         pmap_delayed_invl_start();
8845         PMAP_LOCK(pmap);
8846         for (; sva < eva; sva = va_next) {
8847                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
8848                 if (pml4e == NULL || (*pml4e & PG_V) == 0) {
8849                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
8850                         if (va_next < sva)
8851                                 va_next = eva;
8852                         continue;
8853                 }
8854
8855                 va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
8856                 if (va_next < sva)
8857                         va_next = eva;
8858                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
8859                 if ((*pdpe & PG_V) == 0)
8860                         continue;
8861                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0) {
8862                         KASSERT(va_next <= eva,
8863                             ("partial update of non-transparent 1G mapping "
8864                             "pdpe %#lx sva %#lx eva %#lx va_next %#lx",
8865                             *pdpe, sva, eva, va_next));
8866                         continue;
8867                 }
8868
8869                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
8870                 if (va_next < sva)
8871                         va_next = eva;
8872                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
8873                 oldpde = *pde;
8874                 if ((oldpde & PG_V) == 0)
8875                         continue;
8876                 else if ((oldpde & PG_PS) != 0) {
8877                         if ((oldpde & PG_MANAGED) == 0)
8878                                 continue;
8879                         lock = NULL;
8880                         if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, sva, &lock)) {
8881                                 if (lock != NULL)
8882                                         rw_wunlock(lock);
8883
8884                                 /*
8885                                  * The large page mapping was destroyed.
8886                                  */
8887                                 continue;
8888                         }
8889
8890                         /*
8891                          * Unless the page mappings are wired, remove the
8892                          * mapping to a single page so that a subsequent
8893                          * access may repromote.  Choosing the last page
8894                          * within the address range [sva, min(va_next, eva))
8895                          * generally results in more repromotions.  Since the
8896                          * underlying page table page is fully populated, this
8897                          * removal never frees a page table page.
8898                          */
8899                         if ((oldpde & PG_W) == 0) {
8900                                 va = eva;
8901                                 if (va > va_next)
8902                                         va = va_next;
8903                                 va -= PAGE_SIZE;
8904                                 KASSERT(va >= sva,
8905                                     ("pmap_advise: no address gap"));
8906                                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
8907                                 KASSERT((*pte & PG_V) != 0,
8908                                     ("pmap_advise: invalid PTE"));
8909                                 pmap_remove_pte(pmap, pte, va, *pde, NULL,
8910                                     &lock);
8911                                 anychanged = true;
8912                         }
8913                         if (lock != NULL)
8914                                 rw_wunlock(lock);
8915                 }
8916                 if (va_next > eva)
8917                         va_next = eva;
8918                 va = va_next;
8919                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
8920                     sva += PAGE_SIZE) {
8921                         if ((*pte & (PG_MANAGED | PG_V)) != (PG_MANAGED | PG_V))
8922                                 goto maybe_invlrng;
8923                         else if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
8924                                 if (advice == MADV_DONTNEED) {
8925                                         /*
8926                                          * Future calls to pmap_is_modified()
8927                                          * can be avoided by making the page
8928                                          * dirty now.
8929                                          */
8930                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pte & PG_FRAME);
8931                                         vm_page_dirty(m);
8932                                 }
8933                                 atomic_clear_long(pte, PG_M | PG_A);
8934                         } else if ((*pte & PG_A) != 0)
8935                                 atomic_clear_long(pte, PG_A);
8936                         else
8937                                 goto maybe_invlrng;
8938
8939                         if ((*pte & PG_G) != 0) {
8940                                 if (va == va_next)
8941                                         va = sva;
8942                         } else
8943                                 anychanged = true;
8944                         continue;
8945 maybe_invlrng:
8946                         if (va != va_next) {
8947                                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
8948                                 va = va_next;
8949                         }
8950                 }
8951                 if (va != va_next)
8952                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
8953         }
8954         if (anychanged)
8955                 pmap_invalidate_all(pmap);
8956         PMAP_UNLOCK(pmap);
8957         pmap_delayed_invl_finish();
8958 }
8959
8960 /*
8961  *      Clear the modify bits on the specified physical page.
8962  */
8963 void
8964 pmap_clear_modify(vm_page_t m)
8965 {
8966         struct md_page *pvh;
8967         pmap_t pmap;
8968         pv_entry_t next_pv, pv;
8969         pd_entry_t oldpde, *pde;
8970         pt_entry_t *pte, PG_M, PG_RW;
8971         struct rwlock *lock;
8972         vm_offset_t va;
8973         int md_gen, pvh_gen;
8974
8975         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
8976             ("pmap_clear_modify: page %p is not managed", m));
8977         vm_page_assert_busied(m);
8978
8979         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
8980                 return;
8981         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
8982             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
8983         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
8984         rw_wlock(lock);
8985 restart:
8986         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
8987                 pmap = PV_PMAP(pv);
8988                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
8989                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
8990                         rw_wunlock(lock);
8991                         PMAP_LOCK(pmap);
8992                         rw_wlock(lock);
8993                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
8994                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8995                                 goto restart;
8996                         }
8997                 }
8998                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
8999                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
9000                 va = pv->pv_va;
9001                 pde = pmap_pde(pmap, va);
9002                 oldpde = *pde;
9003                 /* If oldpde has PG_RW set, then it also has PG_M set. */
9004                 if ((oldpde & PG_RW) != 0 &&
9005                     pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock) &&
9006                     (oldpde & PG_W) == 0) {
9007                         /*
9008                          * Write protect the mapping to a single page so that
9009                          * a subsequent write access may repromote.
9010                          */
9011                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde & PG_PS_FRAME);
9012                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
9013                         atomic_clear_long(pte, PG_M | PG_RW);
9014                         vm_page_dirty(m);
9015                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
9016                 }
9017                 PMAP_UNLOCK(pmap);
9018         }
9019         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
9020                 pmap = PV_PMAP(pv);
9021                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
9022                         md_gen = m->md.pv_gen;
9023                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
9024                         rw_wunlock(lock);
9025                         PMAP_LOCK(pmap);
9026                         rw_wlock(lock);
9027                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
9028                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
9029                                 goto restart;
9030                         }
9031                 }
9032                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
9033                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
9034                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
9035                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_clear_modify: found"
9036                     " a 2mpage in page %p's pv list", m));
9037                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
9038                 if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
9039                         atomic_clear_long(pte, PG_M);
9040                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
9041                 }
9042                 PMAP_UNLOCK(pmap);
9043         }
9044         rw_wunlock(lock);
9045 }
9046
9047 /*
9048  * Miscellaneous support routines follow
9049  */
9050
9051 /* Adjust the properties for a leaf page table entry. */
9052 static __inline void
9053 pmap_pte_props(pt_entry_t *pte, u_long bits, u_long mask)
9054 {
9055         u_long opte, npte;
9056
9057         opte = *(u_long *)pte;
9058         do {
9059                 npte = opte & ~mask;
9060                 npte |= bits;
9061         } while (npte != opte && !atomic_fcmpset_long((u_long *)pte, &opte,
9062             npte));
9063 }
9064
9065 /*
9066  * Map a set of physical memory pages into the kernel virtual
9067  * address space. Return a pointer to where it is mapped. This
9068  * routine is intended to be used for mapping device memory,
9069  * NOT real memory.
9070  */
9071 static void *
9072 pmap_mapdev_internal(vm_paddr_t pa, vm_size_t size, int mode, int flags)
9073 {
9074         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
9075         vm_offset_t va, offset;
9076         vm_size_t tmpsize;
9077         int i;
9078
9079         offset = pa & PAGE_MASK;
9080         size = round_page(offset + size);
9081         pa = trunc_page(pa);
9082
9083         if (!pmap_initialized) {
9084                 va = 0;
9085                 for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
9086                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
9087                         if (ppim->va == 0) {
9088                                 ppim->pa = pa;
9089                                 ppim->sz = size;
9090                                 ppim->mode = mode;
9091                                 ppim->va = virtual_avail;
9092                                 virtual_avail += size;
9093                                 va = ppim->va;
9094                                 break;
9095                         }
9096                 }
9097                 if (va == 0)
9098                         panic("%s: too many preinit mappings", __func__);
9099         } else {
9100                 /*
9101                  * If we have a preinit mapping, re-use it.
9102                  */
9103                 for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
9104                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
9105                         if (ppim->pa == pa && ppim->sz == size &&
9106                             (ppim->mode == mode ||
9107                             (flags & MAPDEV_SETATTR) == 0))
9108                                 return ((void *)(ppim->va + offset));
9109                 }
9110                 /*
9111                  * If the specified range of physical addresses fits within
9112                  * the direct map window, use the direct map.
9113                  */
9114                 if (pa < dmaplimit && pa + size <= dmaplimit) {
9115                         va = PHYS_TO_DMAP(pa);
9116                         if ((flags & MAPDEV_SETATTR) != 0) {
9117                                 PMAP_LOCK(kernel_pmap);
9118                                 i = pmap_change_props_locked(va, size,
9119                                     PROT_NONE, mode, flags);
9120                                 PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
9121                         } else
9122                                 i = 0;
9123                         if (!i)
9124                                 return ((void *)(va + offset));
9125                 }
9126                 va = kva_alloc(size);
9127                 if (va == 0)
9128                         panic("%s: Couldn't allocate KVA", __func__);
9129         }
9130         for (tmpsize = 0; tmpsize < size; tmpsize += PAGE_SIZE)
9131                 pmap_kenter_attr(va + tmpsize, pa + tmpsize, mode);
9132         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, va, va + tmpsize);
9133         if ((flags & MAPDEV_FLUSHCACHE) != 0)
9134                 pmap_invalidate_cache_range(va, va + tmpsize);
9135         return ((void *)(va + offset));
9136 }
9137
9138 void *
9139 pmap_mapdev_attr(vm_paddr_t pa, vm_size_t size, int mode)
9140 {
9141
9142         return (pmap_mapdev_internal(pa, size, mode, MAPDEV_FLUSHCACHE |
9143             MAPDEV_SETATTR));
9144 }
9145
9146 void *
9147 pmap_mapdev(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
9148 {
9149
9150         return (pmap_mapdev_attr(pa, size, PAT_UNCACHEABLE));
9151 }
9152
9153 void *
9154 pmap_mapdev_pciecfg(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
9155 {
9156
9157         return (pmap_mapdev_internal(pa, size, PAT_UNCACHEABLE,
9158             MAPDEV_SETATTR));
9159 }
9160
9161 void *
9162 pmap_mapbios(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
9163 {
9164
9165         return (pmap_mapdev_internal(pa, size, PAT_WRITE_BACK,
9166             MAPDEV_FLUSHCACHE));
9167 }
9168
9169 void
9170 pmap_unmapdev(vm_offset_t va, vm_size_t size)
9171 {
9172         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
9173         vm_offset_t offset;
9174         int i;
9175
9176         /* If we gave a direct map region in pmap_mapdev, do nothing */
9177         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS)
9178                 return;
9179         offset = va & PAGE_MASK;
9180         size = round_page(offset + size);
9181         va = trunc_page(va);
9182         for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
9183                 ppim = pmap_preinit_mapping + i;
9184                 if (ppim->va == va && ppim->sz == size) {
9185                         if (pmap_initialized)
9186                                 return;
9187                         ppim->pa = 0;
9188                         ppim->va = 0;
9189                         ppim->sz = 0;
9190                         ppim->mode = 0;
9191                         if (va + size == virtual_avail)
9192                                 virtual_avail = va;
9193                         return;
9194                 }
9195         }
9196         if (pmap_initialized) {
9197                 pmap_qremove(va, atop(size));
9198                 kva_free(va, size);
9199         }
9200 }
9201
9202 /*
9203  * Tries to demote a 1GB page mapping.
9204  */
9205 static boolean_t
9206 pmap_demote_pdpe(pmap_t pmap, pdp_entry_t *pdpe, vm_offset_t va)
9207 {
9208         pdp_entry_t newpdpe, oldpdpe;
9209         pd_entry_t *firstpde, newpde, *pde;
9210         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
9211         vm_paddr_t pdpgpa;
9212         vm_page_t pdpg;
9213
9214         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
9215         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
9216         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
9217         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
9218
9219         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
9220         oldpdpe = *pdpe;
9221         KASSERT((oldpdpe & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V),
9222             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_PS and/or PG_V"));
9223         pdpg = pmap_alloc_pt_page(pmap, va >> PDPSHIFT,
9224             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_INTERRUPT);
9225         if (pdpg  == NULL) {
9226                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pdpe: failure for va %#lx"
9227                     " in pmap %p", va, pmap);
9228                 return (FALSE);
9229         }
9230         pdpgpa = VM_PAGE_TO_PHYS(pdpg);
9231         firstpde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pdpgpa);
9232         newpdpe = pdpgpa | PG_M | PG_A | (oldpdpe & PG_U) | PG_RW | PG_V;
9233         KASSERT((oldpdpe & PG_A) != 0,
9234             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_A"));
9235         KASSERT((oldpdpe & (PG_M | PG_RW)) != PG_RW,
9236             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_M"));
9237         newpde = oldpdpe;
9238
9239         /*
9240          * Initialize the page directory page.
9241          */
9242         for (pde = firstpde; pde < firstpde + NPDEPG; pde++) {
9243                 *pde = newpde;
9244                 newpde += NBPDR;
9245         }
9246
9247         /*
9248          * Demote the mapping.
9249          */
9250         *pdpe = newpdpe;
9251
9252         /*
9253          * Invalidate a stale recursive mapping of the page directory page.
9254          */
9255         pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopde(va));
9256
9257         counter_u64_add(pmap_pdpe_demotions, 1);
9258         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pdpe: success for va %#lx"
9259             " in pmap %p", va, pmap);
9260         return (TRUE);
9261 }
9262
9263 /*
9264  * Sets the memory attribute for the specified page.
9265  */
9266 void
9267 pmap_page_set_memattr(vm_page_t m, vm_memattr_t ma)
9268 {
9269
9270         m->md.pat_mode = ma;
9271
9272         /*
9273          * If "m" is a normal page, update its direct mapping.  This update
9274          * can be relied upon to perform any cache operations that are
9275          * required for data coherence.
9276          */
9277         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
9278             pmap_change_attr(PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m)), PAGE_SIZE,
9279             m->md.pat_mode))
9280                 panic("memory attribute change on the direct map failed");
9281 }
9282
9283 void
9284 pmap_page_set_memattr_noflush(vm_page_t m, vm_memattr_t ma)
9285 {
9286         int error;
9287
9288         m->md.pat_mode = ma;
9289
9290         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0)
9291                 return;
9292         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
9293         error = pmap_change_props_locked(PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m)),
9294             PAGE_SIZE, PROT_NONE, m->md.pat_mode, 0);
9295         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
9296         if (error != 0)
9297                 panic("memory attribute change on the direct map failed");
9298 }
9299
9300 /*
9301  * Changes the specified virtual address range's memory type to that given by
9302  * the parameter "mode".  The specified virtual address range must be
9303  * completely contained within either the direct map or the kernel map.  If
9304  * the virtual address range is contained within the kernel map, then the
9305  * memory type for each of the corresponding ranges of the direct map is also
9306  * changed.  (The corresponding ranges of the direct map are those ranges that
9307  * map the same physical pages as the specified virtual address range.)  These
9308  * changes to the direct map are necessary because Intel describes the
9309  * behavior of their processors as "undefined" if two or more mappings to the
9310  * same physical page have different memory types.
9311  *
9312  * Returns zero if the change completed successfully, and either EINVAL or
9313  * ENOMEM if the change failed.  Specifically, EINVAL is returned if some part
9314  * of the virtual address range was not mapped, and ENOMEM is returned if
9315  * there was insufficient memory available to complete the change.  In the
9316  * latter case, the memory type may have been changed on some part of the
9317  * virtual address range or the direct map.
9318  */
9319 int
9320 pmap_change_attr(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
9321 {
9322         int error;
9323
9324         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
9325         error = pmap_change_props_locked(va, size, PROT_NONE, mode,
9326             MAPDEV_FLUSHCACHE);
9327         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
9328         return (error);
9329 }
9330
9331 /*
9332  * Changes the specified virtual address range's protections to those
9333  * specified by "prot".  Like pmap_change_attr(), protections for aliases
9334  * in the direct map are updated as well.  Protections on aliasing mappings may
9335  * be a subset of the requested protections; for example, mappings in the direct
9336  * map are never executable.
9337  */
9338 int
9339 pmap_change_prot(vm_offset_t va, vm_size_t size, vm_prot_t prot)
9340 {
9341         int error;
9342
9343         /* Only supported within the kernel map. */
9344         if (va < VM_MIN_KERNEL_ADDRESS)
9345                 return (EINVAL);
9346
9347         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
9348         error = pmap_change_props_locked(va, size, prot, -1,
9349             MAPDEV_ASSERTVALID);
9350         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
9351         return (error);
9352 }
9353
9354 static int
9355 pmap_change_props_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size, vm_prot_t prot,
9356     int mode, int flags)
9357 {
9358         vm_offset_t base, offset, tmpva;
9359         vm_paddr_t pa_start, pa_end, pa_end1;
9360         pdp_entry_t *pdpe;
9361         pd_entry_t *pde, pde_bits, pde_mask;
9362         pt_entry_t *pte, pte_bits, pte_mask;
9363         int error;
9364         bool changed;
9365
9366         PMAP_LOCK_ASSERT(kernel_pmap, MA_OWNED);
9367         base = trunc_page(va);
9368         offset = va & PAGE_MASK;
9369         size = round_page(offset + size);
9370
9371         /*
9372          * Only supported on kernel virtual addresses, including the direct
9373          * map but excluding the recursive map.
9374          */
9375         if (base < DMAP_MIN_ADDRESS)
9376                 return (EINVAL);
9377
9378         /*
9379          * Construct our flag sets and masks.  "bits" is the subset of
9380          * "mask" that will be set in each modified PTE.
9381          *
9382          * Mappings in the direct map are never allowed to be executable.
9383          */
9384         pde_bits = pte_bits = 0;
9385         pde_mask = pte_mask = 0;
9386         if (mode != -1) {
9387                 pde_bits |= pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, true);
9388                 pde_mask |= X86_PG_PDE_CACHE;
9389                 pte_bits |= pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, false);
9390                 pte_mask |= X86_PG_PTE_CACHE;
9391         }
9392         if (prot != VM_PROT_NONE) {
9393                 if ((prot & VM_PROT_WRITE) != 0) {
9394                         pde_bits |= X86_PG_RW;
9395                         pte_bits |= X86_PG_RW;
9396                 }
9397                 if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0 ||
9398                     va < VM_MIN_KERNEL_ADDRESS) {
9399                         pde_bits |= pg_nx;
9400                         pte_bits |= pg_nx;
9401                 }
9402                 pde_mask |= X86_PG_RW | pg_nx;
9403                 pte_mask |= X86_PG_RW | pg_nx;
9404         }
9405
9406         /*
9407          * Pages that aren't mapped aren't supported.  Also break down 2MB pages
9408          * into 4KB pages if required.
9409          */
9410         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
9411                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, tmpva);
9412                 if (pdpe == NULL || *pdpe == 0) {
9413                         KASSERT((flags & MAPDEV_ASSERTVALID) == 0,
9414                             ("%s: addr %#lx is not mapped", __func__, tmpva));
9415                         return (EINVAL);
9416                 }
9417                 if (*pdpe & PG_PS) {
9418                         /*
9419                          * If the current 1GB page already has the required
9420                          * properties, then we need not demote this page.  Just
9421                          * increment tmpva to the next 1GB page frame.
9422                          */
9423                         if ((*pdpe & pde_mask) == pde_bits) {
9424                                 tmpva = trunc_1gpage(tmpva) + NBPDP;
9425                                 continue;
9426                         }
9427
9428                         /*
9429                          * If the current offset aligns with a 1GB page frame
9430                          * and there is at least 1GB left within the range, then
9431                          * we need not break down this page into 2MB pages.
9432                          */
9433                         if ((tmpva & PDPMASK) == 0 &&
9434                             tmpva + PDPMASK < base + size) {
9435                                 tmpva += NBPDP;
9436                                 continue;
9437                         }
9438                         if (!pmap_demote_pdpe(kernel_pmap, pdpe, tmpva))
9439                                 return (ENOMEM);
9440                 }
9441                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, tmpva);
9442                 if (*pde == 0) {
9443                         KASSERT((flags & MAPDEV_ASSERTVALID) == 0,
9444                             ("%s: addr %#lx is not mapped", __func__, tmpva));
9445                         return (EINVAL);
9446                 }
9447                 if (*pde & PG_PS) {
9448                         /*
9449                          * If the current 2MB page already has the required
9450                          * properties, then we need not demote this page.  Just
9451                          * increment tmpva to the next 2MB page frame.
9452                          */
9453                         if ((*pde & pde_mask) == pde_bits) {
9454                                 tmpva = trunc_2mpage(tmpva) + NBPDR;
9455                                 continue;
9456                         }
9457
9458                         /*
9459                          * If the current offset aligns with a 2MB page frame
9460                          * and there is at least 2MB left within the range, then
9461                          * we need not break down this page into 4KB pages.
9462                          */
9463                         if ((tmpva & PDRMASK) == 0 &&
9464                             tmpva + PDRMASK < base + size) {
9465                                 tmpva += NBPDR;
9466                                 continue;
9467                         }
9468                         if (!pmap_demote_pde(kernel_pmap, pde, tmpva))
9469                                 return (ENOMEM);
9470                 }
9471                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, tmpva);
9472                 if (*pte == 0) {
9473                         KASSERT((flags & MAPDEV_ASSERTVALID) == 0,
9474                             ("%s: addr %#lx is not mapped", __func__, tmpva));
9475                         return (EINVAL);
9476                 }
9477                 tmpva += PAGE_SIZE;
9478         }
9479         error = 0;
9480
9481         /*
9482          * Ok, all the pages exist, so run through them updating their
9483          * properties if required.
9484          */
9485         changed = false;
9486         pa_start = pa_end = 0;
9487         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
9488                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, tmpva);
9489                 if (*pdpe & PG_PS) {
9490                         if ((*pdpe & pde_mask) != pde_bits) {
9491                                 pmap_pte_props(pdpe, pde_bits, pde_mask);
9492                                 changed = true;
9493                         }
9494                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS &&
9495                             (*pdpe & PG_PS_FRAME) < dmaplimit) {
9496                                 if (pa_start == pa_end) {
9497                                         /* Start physical address run. */
9498                                         pa_start = *pdpe & PG_PS_FRAME;
9499                                         pa_end = pa_start + NBPDP;
9500                                 } else if (pa_end == (*pdpe & PG_PS_FRAME))
9501                                         pa_end += NBPDP;
9502                                 else {
9503                                         /* Run ended, update direct map. */
9504                                         error = pmap_change_props_locked(
9505                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
9506                                             pa_end - pa_start, prot, mode,
9507                                             flags);
9508                                         if (error != 0)
9509                                                 break;
9510                                         /* Start physical address run. */
9511                                         pa_start = *pdpe & PG_PS_FRAME;
9512                                         pa_end = pa_start + NBPDP;
9513                                 }
9514                         }
9515                         tmpva = trunc_1gpage(tmpva) + NBPDP;
9516                         continue;
9517                 }
9518                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, tmpva);
9519                 if (*pde & PG_PS) {
9520                         if ((*pde & pde_mask) != pde_bits) {
9521                                 pmap_pte_props(pde, pde_bits, pde_mask);
9522                                 changed = true;
9523                         }
9524                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS &&
9525                             (*pde & PG_PS_FRAME) < dmaplimit) {
9526                                 if (pa_start == pa_end) {
9527                                         /* Start physical address run. */
9528                                         pa_start = *pde & PG_PS_FRAME;
9529                                         pa_end = pa_start + NBPDR;
9530                                 } else if (pa_end == (*pde & PG_PS_FRAME))
9531                                         pa_end += NBPDR;
9532                                 else {
9533                                         /* Run ended, update direct map. */
9534                                         error = pmap_change_props_locked(
9535                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
9536                                             pa_end - pa_start, prot, mode,
9537                                             flags);
9538                                         if (error != 0)
9539                                                 break;
9540                                         /* Start physical address run. */
9541                                         pa_start = *pde & PG_PS_FRAME;
9542                                         pa_end = pa_start + NBPDR;
9543                                 }
9544                         }
9545                         tmpva = trunc_2mpage(tmpva) + NBPDR;
9546                 } else {
9547                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, tmpva);
9548                         if ((*pte & pte_mask) != pte_bits) {
9549                                 pmap_pte_props(pte, pte_bits, pte_mask);
9550                                 changed = true;
9551                         }
9552                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS &&
9553                             (*pte & PG_FRAME) < dmaplimit) {
9554                                 if (pa_start == pa_end) {
9555                                         /* Start physical address run. */
9556                                         pa_start = *pte & PG_FRAME;
9557                                         pa_end = pa_start + PAGE_SIZE;
9558                                 } else if (pa_end == (*pte & PG_FRAME))
9559                                         pa_end += PAGE_SIZE;
9560                                 else {
9561                                         /* Run ended, update direct map. */
9562                                         error = pmap_change_props_locked(
9563                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
9564                                             pa_end - pa_start, prot, mode,
9565                                             flags);
9566                                         if (error != 0)
9567                                                 break;
9568                                         /* Start physical address run. */
9569                                         pa_start = *pte & PG_FRAME;
9570                                         pa_end = pa_start + PAGE_SIZE;
9571                                 }
9572                         }
9573                         tmpva += PAGE_SIZE;
9574                 }
9575         }
9576         if (error == 0 && pa_start != pa_end && pa_start < dmaplimit) {
9577                 pa_end1 = MIN(pa_end, dmaplimit);
9578                 if (pa_start != pa_end1)
9579                         error = pmap_change_props_locked(PHYS_TO_DMAP(pa_start),
9580                             pa_end1 - pa_start, prot, mode, flags);
9581         }
9582
9583         /*
9584          * Flush CPU caches if required to make sure any data isn't cached that
9585          * shouldn't be, etc.
9586          */
9587         if (changed) {
9588                 pmap_invalidate_range(kernel_pmap, base, tmpva);
9589                 if ((flags & MAPDEV_FLUSHCACHE) != 0)
9590                         pmap_invalidate_cache_range(base, tmpva);
9591         }
9592         return (error);
9593 }
9594
9595 /*
9596  * Demotes any mapping within the direct map region that covers more than the
9597  * specified range of physical addresses.  This range's size must be a power
9598  * of two and its starting address must be a multiple of its size.  Since the
9599  * demotion does not change any attributes of the mapping, a TLB invalidation
9600  * is not mandatory.  The caller may, however, request a TLB invalidation.
9601  */
9602 void
9603 pmap_demote_DMAP(vm_paddr_t base, vm_size_t len, boolean_t invalidate)
9604 {
9605         pdp_entry_t *pdpe;
9606         pd_entry_t *pde;
9607         vm_offset_t va;
9608         boolean_t changed;
9609
9610         if (len == 0)
9611                 return;
9612         KASSERT(powerof2(len), ("pmap_demote_DMAP: len is not a power of 2"));
9613         KASSERT((base & (len - 1)) == 0,
9614             ("pmap_demote_DMAP: base is not a multiple of len"));
9615         if (len < NBPDP && base < dmaplimit) {
9616                 va = PHYS_TO_DMAP(base);
9617                 changed = FALSE;
9618                 PMAP_LOCK(kernel_pmap);
9619                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, va);
9620                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0)
9621                         panic("pmap_demote_DMAP: invalid PDPE");
9622                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0) {
9623                         if (!pmap_demote_pdpe(kernel_pmap, pdpe, va))
9624                                 panic("pmap_demote_DMAP: PDPE failed");
9625                         changed = TRUE;
9626                 }
9627                 if (len < NBPDR) {
9628                         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
9629                         if ((*pde & X86_PG_V) == 0)
9630                                 panic("pmap_demote_DMAP: invalid PDE");
9631                         if ((*pde & PG_PS) != 0) {
9632                                 if (!pmap_demote_pde(kernel_pmap, pde, va))
9633                                         panic("pmap_demote_DMAP: PDE failed");
9634                                 changed = TRUE;
9635                         }
9636                 }
9637                 if (changed && invalidate)
9638                         pmap_invalidate_page(kernel_pmap, va);
9639                 PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
9640         }
9641 }
9642
9643 /*
9644  * Perform the pmap work for mincore(2).  If the page is not both referenced and
9645  * modified by this pmap, returns its physical address so that the caller can
9646  * find other mappings.
9647  */
9648 int
9649 pmap_mincore(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_paddr_t *pap)
9650 {
9651         pdp_entry_t *pdpe;
9652         pd_entry_t *pdep;
9653         pt_entry_t pte, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
9654         vm_paddr_t pa;
9655         int val;
9656
9657         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
9658         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
9659         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
9660         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
9661
9662         PMAP_LOCK(pmap);
9663         pte = 0;
9664         pa = 0;
9665         val = 0;
9666         pdpe = pmap_pdpe(pmap, addr);
9667         if (pdpe == NULL)
9668                 goto out;
9669         if ((*pdpe & PG_V) != 0) {
9670                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0) {
9671                         pte = *pdpe;
9672                         pa = ((pte & PG_PS_PDP_FRAME) | (addr & PDPMASK)) &
9673                             PG_FRAME;
9674                         val = MINCORE_PSIND(2);
9675                 } else {
9676                         pdep = pmap_pde(pmap, addr);
9677                         if (pdep != NULL && (*pdep & PG_V) != 0) {
9678                                 if ((*pdep & PG_PS) != 0) {
9679                                         pte = *pdep;
9680                         /* Compute the physical address of the 4KB page. */
9681                                         pa = ((pte & PG_PS_FRAME) | (addr &
9682                                             PDRMASK)) & PG_FRAME;
9683                                         val = MINCORE_PSIND(1);
9684                                 } else {
9685                                         pte = *pmap_pde_to_pte(pdep, addr);
9686                                         pa = pte & PG_FRAME;
9687                                         val = 0;
9688                                 }
9689                         }
9690                 }
9691         }
9692         if ((pte & PG_V) != 0) {
9693                 val |= MINCORE_INCORE;
9694                 if ((pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
9695                         val |= MINCORE_MODIFIED | MINCORE_MODIFIED_OTHER;
9696                 if ((pte & PG_A) != 0)
9697                         val |= MINCORE_REFERENCED | MINCORE_REFERENCED_OTHER;
9698         }
9699         if ((val & (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER)) !=
9700             (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER) &&
9701             (pte & (PG_MANAGED | PG_V)) == (PG_MANAGED | PG_V)) {
9702                 *pap = pa;
9703         }
9704 out:
9705         PMAP_UNLOCK(pmap);
9706         return (val);
9707 }
9708
9709 static uint64_t
9710 pmap_pcid_alloc(pmap_t pmap, u_int cpuid)
9711 {
9712         uint32_t gen, new_gen, pcid_next;
9713
9714         CRITICAL_ASSERT(curthread);
9715         gen = PCPU_GET(pcid_gen);
9716         if (pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid == PMAP_PCID_KERN)
9717                 return (pti ? 0 : CR3_PCID_SAVE);
9718         if (pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen == gen)
9719                 return (CR3_PCID_SAVE);
9720         pcid_next = PCPU_GET(pcid_next);
9721         KASSERT((!pti && pcid_next <= PMAP_PCID_OVERMAX) ||
9722             (pti && pcid_next <= PMAP_PCID_OVERMAX_KERN),
9723             ("cpu %d pcid_next %#x", cpuid, pcid_next));
9724         if ((!pti && pcid_next == PMAP_PCID_OVERMAX) ||
9725             (pti && pcid_next == PMAP_PCID_OVERMAX_KERN)) {
9726                 new_gen = gen + 1;
9727                 if (new_gen == 0)
9728                         new_gen = 1;
9729                 PCPU_SET(pcid_gen, new_gen);
9730                 pcid_next = PMAP_PCID_KERN + 1;
9731         } else {
9732                 new_gen = gen;
9733         }
9734         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid = pcid_next;
9735         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = new_gen;
9736         PCPU_SET(pcid_next, pcid_next + 1);
9737         return (0);
9738 }
9739
9740 static uint64_t
9741 pmap_pcid_alloc_checked(pmap_t pmap, u_int cpuid)
9742 {
9743         uint64_t cached;
9744
9745         cached = pmap_pcid_alloc(pmap, cpuid);
9746         KASSERT(pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid < PMAP_PCID_OVERMAX,
9747             ("pmap %p cpu %d pcid %#x", pmap, cpuid,
9748             pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid));
9749         KASSERT(pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid != PMAP_PCID_KERN ||
9750             pmap == kernel_pmap,
9751             ("non-kernel pmap pmap %p cpu %d pcid %#x",
9752             pmap, cpuid, pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid));
9753         return (cached);
9754 }
9755
9756 static void
9757 pmap_activate_sw_pti_post(struct thread *td, pmap_t pmap)
9758 {
9759
9760         PCPU_GET(tssp)->tss_rsp0 = pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3 ?
9761             PCPU_GET(pti_rsp0) : (uintptr_t)td->td_md.md_stack_base;
9762 }
9763
9764 static void
9765 pmap_activate_sw_pcid_pti(struct thread *td, pmap_t pmap, u_int cpuid)
9766 {
9767         pmap_t old_pmap;
9768         uint64_t cached, cr3, kcr3, ucr3;
9769
9770         KASSERT((read_rflags() & PSL_I) == 0,
9771             ("PCID needs interrupts disabled in pmap_activate_sw()"));
9772
9773         /* See the comment in pmap_invalidate_page_pcid(). */
9774         if (PCPU_GET(ucr3_load_mask) != PMAP_UCR3_NOMASK) {
9775                 PCPU_SET(ucr3_load_mask, PMAP_UCR3_NOMASK);
9776                 old_pmap = PCPU_GET(curpmap);
9777                 MPASS(old_pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3);
9778                 old_pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = 0;
9779         }
9780
9781         cached = pmap_pcid_alloc_checked(pmap, cpuid);
9782         cr3 = rcr3();
9783         if ((cr3 & ~CR3_PCID_MASK) != pmap->pm_cr3)
9784                 load_cr3(pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid);
9785         PCPU_SET(curpmap, pmap);
9786         kcr3 = pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
9787         ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid |
9788             PMAP_PCID_USER_PT;
9789
9790         if (!cached && pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3)
9791                 PCPU_SET(ucr3_load_mask, ~CR3_PCID_SAVE);
9792
9793         PCPU_SET(kcr3, kcr3 | CR3_PCID_SAVE);
9794         PCPU_SET(ucr3, ucr3 | CR3_PCID_SAVE);
9795         if (cached)
9796                 counter_u64_add(pcid_save_cnt, 1);
9797
9798         pmap_activate_sw_pti_post(td, pmap);
9799 }
9800
9801 static void
9802 pmap_activate_sw_pcid_nopti(struct thread *td __unused, pmap_t pmap,
9803     u_int cpuid)
9804 {
9805         uint64_t cached, cr3;
9806
9807         KASSERT((read_rflags() & PSL_I) == 0,
9808             ("PCID needs interrupts disabled in pmap_activate_sw()"));
9809
9810         cached = pmap_pcid_alloc_checked(pmap, cpuid);
9811         cr3 = rcr3();
9812         if (!cached || (cr3 & ~CR3_PCID_MASK) != pmap->pm_cr3)
9813                 load_cr3(pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid |
9814                     cached);
9815         PCPU_SET(curpmap, pmap);
9816         if (cached)
9817                 counter_u64_add(pcid_save_cnt, 1);
9818 }
9819
9820 static void
9821 pmap_activate_sw_nopcid_nopti(struct thread *td __unused, pmap_t pmap,
9822     u_int cpuid __unused)
9823 {
9824
9825         load_cr3(pmap->pm_cr3);
9826         PCPU_SET(curpmap, pmap);
9827 }
9828
9829 static void
9830 pmap_activate_sw_nopcid_pti(struct thread *td, pmap_t pmap,
9831     u_int cpuid __unused)
9832 {
9833
9834         pmap_activate_sw_nopcid_nopti(td, pmap, cpuid);
9835         PCPU_SET(kcr3, pmap->pm_cr3);
9836         PCPU_SET(ucr3, pmap->pm_ucr3);
9837         pmap_activate_sw_pti_post(td, pmap);
9838 }
9839
9840 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_activate_sw_mode, (struct thread *, pmap_t,
9841     u_int))
9842 {
9843
9844         if (pmap_pcid_enabled && pti)
9845                 return (pmap_activate_sw_pcid_pti);
9846         else if (pmap_pcid_enabled && !pti)
9847                 return (pmap_activate_sw_pcid_nopti);
9848         else if (!pmap_pcid_enabled && pti)
9849                 return (pmap_activate_sw_nopcid_pti);
9850         else /* if (!pmap_pcid_enabled && !pti) */
9851                 return (pmap_activate_sw_nopcid_nopti);
9852 }
9853
9854 void
9855 pmap_activate_sw(struct thread *td)
9856 {
9857         pmap_t oldpmap, pmap;
9858         u_int cpuid;
9859
9860         oldpmap = PCPU_GET(curpmap);
9861         pmap = vmspace_pmap(td->td_proc->p_vmspace);
9862         if (oldpmap == pmap) {
9863                 if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
9864                         mfence();
9865                 return;
9866         }
9867         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
9868 #ifdef SMP
9869         CPU_SET_ATOMIC(cpuid, &pmap->pm_active);
9870 #else
9871         CPU_SET(cpuid, &pmap->pm_active);
9872 #endif
9873         pmap_activate_sw_mode(td, pmap, cpuid);
9874 #ifdef SMP
9875         CPU_CLR_ATOMIC(cpuid, &oldpmap->pm_active);
9876 #else
9877         CPU_CLR(cpuid, &oldpmap->pm_active);
9878 #endif
9879 }
9880
9881 void
9882 pmap_activate(struct thread *td)
9883 {
9884         /*
9885          * invltlb_{invpcid,}_pcid_handler() is used to handle an
9886          * invalidate_all IPI, which checks for curpmap ==
9887          * smp_tlb_pmap.  The below sequence of operations has a
9888          * window where %CR3 is loaded with the new pmap's PML4
9889          * address, but the curpmap value has not yet been updated.
9890          * This causes the invltlb IPI handler, which is called
9891          * between the updates, to execute as a NOP, which leaves
9892          * stale TLB entries.
9893          *
9894          * Note that the most common use of pmap_activate_sw(), from
9895          * a context switch, is immune to this race, because
9896          * interrupts are disabled (while the thread lock is owned),
9897          * so the IPI is delayed until after curpmap is updated.  Protect
9898          * other callers in a similar way, by disabling interrupts
9899          * around the %cr3 register reload and curpmap assignment.
9900          */
9901         spinlock_enter();
9902         pmap_activate_sw(td);
9903         spinlock_exit();
9904 }
9905
9906 void
9907 pmap_activate_boot(pmap_t pmap)
9908 {
9909         uint64_t kcr3;
9910         u_int cpuid;
9911
9912         /*
9913          * kernel_pmap must be never deactivated, and we ensure that
9914          * by never activating it at all.
9915          */
9916         MPASS(pmap != kernel_pmap);
9917
9918         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
9919 #ifdef SMP
9920         CPU_SET_ATOMIC(cpuid, &pmap->pm_active);
9921 #else
9922         CPU_SET(cpuid, &pmap->pm_active);
9923 #endif
9924         PCPU_SET(curpmap, pmap);
9925         if (pti) {
9926                 kcr3 = pmap->pm_cr3;
9927                 if (pmap_pcid_enabled)
9928                         kcr3 |= pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid | CR3_PCID_SAVE;
9929         } else {
9930                 kcr3 = PMAP_NO_CR3;
9931         }
9932         PCPU_SET(kcr3, kcr3);
9933         PCPU_SET(ucr3, PMAP_NO_CR3);
9934 }
9935
9936 void
9937 pmap_sync_icache(pmap_t pm, vm_offset_t va, vm_size_t sz)
9938 {
9939 }
9940
9941 /*
9942  *      Increase the starting virtual address of the given mapping if a
9943  *      different alignment might result in more superpage mappings.
9944  */
9945 void
9946 pmap_align_superpage(vm_object_t object, vm_ooffset_t offset,
9947     vm_offset_t *addr, vm_size_t size)
9948 {
9949         vm_offset_t superpage_offset;
9950
9951         if (size < NBPDR)
9952                 return;
9953         if (object != NULL && (object->flags & OBJ_COLORED) != 0)
9954                 offset += ptoa(object->pg_color);
9955         superpage_offset = offset & PDRMASK;
9956         if (size - ((NBPDR - superpage_offset) & PDRMASK) < NBPDR ||
9957             (*addr & PDRMASK) == superpage_offset)
9958                 return;
9959         if ((*addr & PDRMASK) < superpage_offset)
9960                 *addr = (*addr & ~PDRMASK) + superpage_offset;
9961         else
9962                 *addr = ((*addr + PDRMASK) & ~PDRMASK) + superpage_offset;
9963 }
9964
9965 #ifdef INVARIANTS
9966 static unsigned long num_dirty_emulations;
9967 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_dirty_emulations, CTLFLAG_RW,
9968              &num_dirty_emulations, 0, NULL);
9969
9970 static unsigned long num_accessed_emulations;
9971 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_accessed_emulations, CTLFLAG_RW,
9972              &num_accessed_emulations, 0, NULL);
9973
9974 static unsigned long num_superpage_accessed_emulations;
9975 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_superpage_accessed_emulations, CTLFLAG_RW,
9976              &num_superpage_accessed_emulations, 0, NULL);
9977
9978 static unsigned long ad_emulation_superpage_promotions;
9979 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, ad_emulation_superpage_promotions, CTLFLAG_RW,
9980              &ad_emulation_superpage_promotions, 0, NULL);
9981 #endif  /* INVARIANTS */
9982
9983 int
9984 pmap_emulate_accessed_dirty(pmap_t pmap, vm_offset_t va, int ftype)
9985 {
9986         int rv;
9987         struct rwlock *lock;
9988 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
9989         vm_page_t m, mpte;
9990 #endif
9991         pd_entry_t *pde;
9992         pt_entry_t *pte, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
9993
9994         KASSERT(ftype == VM_PROT_READ || ftype == VM_PROT_WRITE,
9995             ("pmap_emulate_accessed_dirty: invalid fault type %d", ftype));
9996
9997         if (!pmap_emulate_ad_bits(pmap))
9998                 return (-1);
9999
10000         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
10001         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
10002         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
10003         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
10004
10005         rv = -1;
10006         lock = NULL;
10007         PMAP_LOCK(pmap);
10008
10009         pde = pmap_pde(pmap, va);
10010         if (pde == NULL || (*pde & PG_V) == 0)
10011                 goto done;
10012
10013         if ((*pde & PG_PS) != 0) {
10014                 if (ftype == VM_PROT_READ) {
10015 #ifdef INVARIANTS
10016                         atomic_add_long(&num_superpage_accessed_emulations, 1);
10017 #endif
10018                         *pde |= PG_A;
10019                         rv = 0;
10020                 }
10021                 goto done;
10022         }
10023
10024         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
10025         if ((*pte & PG_V) == 0)
10026                 goto done;
10027
10028         if (ftype == VM_PROT_WRITE) {
10029                 if ((*pte & PG_RW) == 0)
10030                         goto done;
10031                 /*
10032                  * Set the modified and accessed bits simultaneously.
10033                  *
10034                  * Intel EPT PTEs that do software emulation of A/D bits map
10035                  * PG_A and PG_M to EPT_PG_READ and EPT_PG_WRITE respectively.
10036                  * An EPT misconfiguration is triggered if the PTE is writable
10037                  * but not readable (WR=10). This is avoided by setting PG_A
10038                  * and PG_M simultaneously.
10039                  */
10040                 *pte |= PG_M | PG_A;
10041         } else {
10042                 *pte |= PG_A;
10043         }
10044
10045 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
10046         /* try to promote the mapping */
10047         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
10048                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
10049         else
10050                 mpte = NULL;
10051
10052         m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pte & PG_FRAME);
10053
10054         if ((mpte == NULL || mpte->ref_count == NPTEPG) &&
10055             pmap_ps_enabled(pmap) &&
10056             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
10057             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0) {
10058                 pmap_promote_pde(pmap, pde, va, &lock);
10059 #ifdef INVARIANTS
10060                 atomic_add_long(&ad_emulation_superpage_promotions, 1);
10061 #endif
10062         }
10063 #endif
10064
10065 #ifdef INVARIANTS
10066         if (ftype == VM_PROT_WRITE)
10067                 atomic_add_long(&num_dirty_emulations, 1);
10068         else
10069                 atomic_add_long(&num_accessed_emulations, 1);
10070 #endif
10071         rv = 0;         /* success */
10072 done:
10073         if (lock != NULL)
10074                 rw_wunlock(lock);
10075         PMAP_UNLOCK(pmap);
10076         return (rv);
10077 }
10078
10079 void
10080 pmap_get_mapping(pmap_t pmap, vm_offset_t va, uint64_t *ptr, int *num)
10081 {
10082         pml4_entry_t *pml4;
10083         pdp_entry_t *pdp;
10084         pd_entry_t *pde;
10085         pt_entry_t *pte, PG_V;
10086         int idx;
10087
10088         idx = 0;
10089         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
10090         PMAP_LOCK(pmap);
10091
10092         pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
10093         if (pml4 == NULL)
10094                 goto done;
10095         ptr[idx++] = *pml4;
10096         if ((*pml4 & PG_V) == 0)
10097                 goto done;
10098
10099         pdp = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4, va);
10100         ptr[idx++] = *pdp;
10101         if ((*pdp & PG_V) == 0 || (*pdp & PG_PS) != 0)
10102                 goto done;
10103
10104         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdp, va);
10105         ptr[idx++] = *pde;
10106         if ((*pde & PG_V) == 0 || (*pde & PG_PS) != 0)
10107                 goto done;
10108
10109         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
10110         ptr[idx++] = *pte;
10111
10112 done:
10113         PMAP_UNLOCK(pmap);
10114         *num = idx;
10115 }
10116
10117 /**
10118  * Get the kernel virtual address of a set of physical pages. If there are
10119  * physical addresses not covered by the DMAP perform a transient mapping
10120  * that will be removed when calling pmap_unmap_io_transient.
10121  *
10122  * \param page        The pages the caller wishes to obtain the virtual
10123  *                    address on the kernel memory map.
10124  * \param vaddr       On return contains the kernel virtual memory address
10125  *                    of the pages passed in the page parameter.
10126  * \param count       Number of pages passed in.
10127  * \param can_fault   TRUE if the thread using the mapped pages can take
10128  *                    page faults, FALSE otherwise.
10129  *
10130  * \returns TRUE if the caller must call pmap_unmap_io_transient when
10131  *          finished or FALSE otherwise.
10132  *
10133  */
10134 boolean_t
10135 pmap_map_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
10136     boolean_t can_fault)
10137 {
10138         vm_paddr_t paddr;
10139         boolean_t needs_mapping;
10140         pt_entry_t *pte;
10141         int cache_bits, error __unused, i;
10142
10143         /*
10144          * Allocate any KVA space that we need, this is done in a separate
10145          * loop to prevent calling vmem_alloc while pinned.
10146          */
10147         needs_mapping = FALSE;
10148         for (i = 0; i < count; i++) {
10149                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
10150                 if (__predict_false(paddr >= dmaplimit)) {
10151                         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE,
10152                             M_BESTFIT | M_WAITOK, &vaddr[i]);
10153                         KASSERT(error == 0, ("vmem_alloc failed: %d", error));
10154                         needs_mapping = TRUE;
10155                 } else {
10156                         vaddr[i] = PHYS_TO_DMAP(paddr);
10157                 }
10158         }
10159
10160         /* Exit early if everything is covered by the DMAP */
10161         if (!needs_mapping)
10162                 return (FALSE);
10163
10164         /*
10165          * NB:  The sequence of updating a page table followed by accesses
10166          * to the corresponding pages used in the !DMAP case is subject to
10167          * the situation described in the "AMD64 Architecture Programmer's
10168          * Manual Volume 2: System Programming" rev. 3.23, "7.3.1 Special
10169          * Coherency Considerations".  Therefore, issuing the INVLPG right
10170          * after modifying the PTE bits is crucial.
10171          */
10172         if (!can_fault)
10173                 sched_pin();
10174         for (i = 0; i < count; i++) {
10175                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
10176                 if (paddr >= dmaplimit) {
10177                         if (can_fault) {
10178                                 /*
10179                                  * Slow path, since we can get page faults
10180                                  * while mappings are active don't pin the
10181                                  * thread to the CPU and instead add a global
10182                                  * mapping visible to all CPUs.
10183                                  */
10184                                 pmap_qenter(vaddr[i], &page[i], 1);
10185                         } else {
10186                                 pte = vtopte(vaddr[i]);
10187                                 cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap,
10188                                     page[i]->md.pat_mode, 0);
10189                                 pte_store(pte, paddr | X86_PG_RW | X86_PG_V |
10190                                     cache_bits);
10191                                 invlpg(vaddr[i]);
10192                         }
10193                 }
10194         }
10195
10196         return (needs_mapping);
10197 }
10198
10199 void
10200 pmap_unmap_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
10201     boolean_t can_fault)
10202 {
10203         vm_paddr_t paddr;
10204         int i;
10205
10206         if (!can_fault)
10207                 sched_unpin();
10208         for (i = 0; i < count; i++) {
10209                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
10210                 if (paddr >= dmaplimit) {
10211                         if (can_fault)
10212                                 pmap_qremove(vaddr[i], 1);
10213                         vmem_free(kernel_arena, vaddr[i], PAGE_SIZE);
10214                 }
10215         }
10216 }
10217
10218 vm_offset_t
10219 pmap_quick_enter_page(vm_page_t m)
10220 {
10221         vm_paddr_t paddr;
10222
10223         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
10224         if (paddr < dmaplimit)
10225                 return (PHYS_TO_DMAP(paddr));
10226         mtx_lock_spin(&qframe_mtx);
10227         KASSERT(*vtopte(qframe) == 0, ("qframe busy"));
10228         pte_store(vtopte(qframe), paddr | X86_PG_RW | X86_PG_V | X86_PG_A |
10229             X86_PG_M | pmap_cache_bits(kernel_pmap, m->md.pat_mode, 0));
10230         return (qframe);
10231 }
10232
10233 void
10234 pmap_quick_remove_page(vm_offset_t addr)
10235 {
10236
10237         if (addr != qframe)
10238                 return;
10239         pte_store(vtopte(qframe), 0);
10240         invlpg(qframe);
10241         mtx_unlock_spin(&qframe_mtx);
10242 }
10243
10244 /*
10245  * Pdp pages from the large map are managed differently from either
10246  * kernel or user page table pages.  They are permanently allocated at
10247  * initialization time, and their reference count is permanently set to
10248  * zero.  The pml4 entries pointing to those pages are copied into
10249  * each allocated pmap.
10250  *
10251  * In contrast, pd and pt pages are managed like user page table
10252  * pages.  They are dynamically allocated, and their reference count
10253  * represents the number of valid entries within the page.
10254  */
10255 static vm_page_t
10256 pmap_large_map_getptp_unlocked(void)
10257 {
10258         return (pmap_alloc_pt_page(kernel_pmap, 0, VM_ALLOC_ZERO));
10259 }
10260
10261 static vm_page_t
10262 pmap_large_map_getptp(void)
10263 {
10264         vm_page_t m;
10265
10266         PMAP_LOCK_ASSERT(kernel_pmap, MA_OWNED);
10267         m = pmap_large_map_getptp_unlocked();
10268         if (m == NULL) {
10269                 PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
10270                 vm_wait(NULL);
10271                 PMAP_LOCK(kernel_pmap);
10272                 /* Callers retry. */
10273         }
10274         return (m);
10275 }
10276
10277 static pdp_entry_t *
10278 pmap_large_map_pdpe(vm_offset_t va)
10279 {
10280         vm_pindex_t pml4_idx;
10281         vm_paddr_t mphys;
10282
10283         pml4_idx = pmap_pml4e_index(va);
10284         KASSERT(LMSPML4I <= pml4_idx && pml4_idx < LMSPML4I + lm_ents,
10285             ("pmap_large_map_pdpe: va %#jx out of range idx %#jx LMSPML4I "
10286             "%#jx lm_ents %d",
10287             (uintmax_t)va, (uintmax_t)pml4_idx, LMSPML4I, lm_ents));
10288         KASSERT((kernel_pml4[pml4_idx] & X86_PG_V) != 0,
10289             ("pmap_large_map_pdpe: invalid pml4 for va %#jx idx %#jx "
10290             "LMSPML4I %#jx lm_ents %d",
10291             (uintmax_t)va, (uintmax_t)pml4_idx, LMSPML4I, lm_ents));
10292         mphys = kernel_pml4[pml4_idx] & PG_FRAME;
10293         return ((pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys) + pmap_pdpe_index(va));
10294 }
10295
10296 static pd_entry_t *
10297 pmap_large_map_pde(vm_offset_t va)
10298 {
10299         pdp_entry_t *pdpe;
10300         vm_page_t m;
10301         vm_paddr_t mphys;
10302
10303 retry:
10304         pdpe = pmap_large_map_pdpe(va);
10305         if (*pdpe == 0) {
10306                 m = pmap_large_map_getptp();
10307                 if (m == NULL)
10308                         goto retry;
10309                 mphys = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
10310                 *pdpe = mphys | X86_PG_A | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
10311         } else {
10312                 MPASS((*pdpe & X86_PG_PS) == 0);
10313                 mphys = *pdpe & PG_FRAME;
10314         }
10315         return ((pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys) + pmap_pde_index(va));
10316 }
10317
10318 static pt_entry_t *
10319 pmap_large_map_pte(vm_offset_t va)
10320 {
10321         pd_entry_t *pde;
10322         vm_page_t m;
10323         vm_paddr_t mphys;
10324
10325 retry:
10326         pde = pmap_large_map_pde(va);
10327         if (*pde == 0) {
10328                 m = pmap_large_map_getptp();
10329                 if (m == NULL)
10330                         goto retry;
10331                 mphys = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
10332                 *pde = mphys | X86_PG_A | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
10333                 PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pde))->ref_count++;
10334         } else {
10335                 MPASS((*pde & X86_PG_PS) == 0);
10336                 mphys = *pde & PG_FRAME;
10337         }
10338         return ((pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys) + pmap_pte_index(va));
10339 }
10340
10341 static vm_paddr_t
10342 pmap_large_map_kextract(vm_offset_t va)
10343 {
10344         pdp_entry_t *pdpe, pdp;
10345         pd_entry_t *pde, pd;
10346         pt_entry_t *pte, pt;
10347
10348         KASSERT(PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(va),
10349             ("not largemap range %#lx", (u_long)va));
10350         pdpe = pmap_large_map_pdpe(va);
10351         pdp = *pdpe;
10352         KASSERT((pdp & X86_PG_V) != 0,
10353             ("invalid pdp va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
10354             (u_long)pdpe, pdp));
10355         if ((pdp & X86_PG_PS) != 0) {
10356                 KASSERT((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0,
10357                     ("no 1G pages, va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
10358                     (u_long)pdpe, pdp));
10359                 return ((pdp & PG_PS_PDP_FRAME) | (va & PDPMASK));
10360         }
10361         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
10362         pd = *pde;
10363         KASSERT((pd & X86_PG_V) != 0,
10364             ("invalid pd va %#lx pde %#lx pd %#lx", va, (u_long)pde, pd));
10365         if ((pd & X86_PG_PS) != 0)
10366                 return ((pd & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK));
10367         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
10368         pt = *pte;
10369         KASSERT((pt & X86_PG_V) != 0,
10370             ("invalid pte va %#lx pte %#lx pt %#lx", va, (u_long)pte, pt));
10371         return ((pt & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK));
10372 }
10373
10374 static int
10375 pmap_large_map_getva(vm_size_t len, vm_offset_t align, vm_offset_t phase,
10376     vmem_addr_t *vmem_res)
10377 {
10378
10379         /*
10380          * Large mappings are all but static.  Consequently, there
10381          * is no point in waiting for an earlier allocation to be
10382          * freed.
10383          */
10384         return (vmem_xalloc(large_vmem, len, align, phase, 0, VMEM_ADDR_MIN,
10385             VMEM_ADDR_MAX, M_NOWAIT | M_BESTFIT, vmem_res));
10386 }
10387
10388 int
10389 pmap_large_map(vm_paddr_t spa, vm_size_t len, void **addr,
10390     vm_memattr_t mattr)
10391 {
10392         pdp_entry_t *pdpe;
10393         pd_entry_t *pde;
10394         pt_entry_t *pte;
10395         vm_offset_t va, inc;
10396         vmem_addr_t vmem_res;
10397         vm_paddr_t pa;
10398         int error;
10399
10400         if (len == 0 || spa + len < spa)
10401                 return (EINVAL);
10402
10403         /* See if DMAP can serve. */
10404         if (spa + len <= dmaplimit) {
10405                 va = PHYS_TO_DMAP(spa);
10406                 *addr = (void *)va;
10407                 return (pmap_change_attr(va, len, mattr));
10408         }
10409
10410         /*
10411          * No, allocate KVA.  Fit the address with best possible
10412          * alignment for superpages.  Fall back to worse align if
10413          * failed.
10414          */
10415         error = ENOMEM;
10416         if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0 && rounddown2(spa + len,
10417             NBPDP) >= roundup2(spa, NBPDP) + NBPDP)
10418                 error = pmap_large_map_getva(len, NBPDP, spa & PDPMASK,
10419                     &vmem_res);
10420         if (error != 0 && rounddown2(spa + len, NBPDR) >= roundup2(spa,
10421             NBPDR) + NBPDR)
10422                 error = pmap_large_map_getva(len, NBPDR, spa & PDRMASK,
10423                     &vmem_res);
10424         if (error != 0)
10425                 error = pmap_large_map_getva(len, PAGE_SIZE, 0, &vmem_res);
10426         if (error != 0)
10427                 return (error);
10428
10429         /*
10430          * Fill pagetable.  PG_M is not pre-set, we scan modified bits
10431          * in the pagetable to minimize flushing.  No need to
10432          * invalidate TLB, since we only update invalid entries.
10433          */
10434         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
10435         for (pa = spa, va = vmem_res; len > 0; pa += inc, va += inc,
10436             len -= inc) {
10437                 if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0 && len >= NBPDP &&
10438                     (pa & PDPMASK) == 0 && (va & PDPMASK) == 0) {
10439                         pdpe = pmap_large_map_pdpe(va);
10440                         MPASS(*pdpe == 0);
10441                         *pdpe = pa | pg_g | X86_PG_PS | X86_PG_RW |
10442                             X86_PG_V | X86_PG_A | pg_nx |
10443                             pmap_cache_bits(kernel_pmap, mattr, TRUE);
10444                         inc = NBPDP;
10445                 } else if (len >= NBPDR && (pa & PDRMASK) == 0 &&
10446                     (va & PDRMASK) == 0) {
10447                         pde = pmap_large_map_pde(va);
10448                         MPASS(*pde == 0);
10449                         *pde = pa | pg_g | X86_PG_PS | X86_PG_RW |
10450                             X86_PG_V | X86_PG_A | pg_nx |
10451                             pmap_cache_bits(kernel_pmap, mattr, TRUE);
10452                         PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pde))->
10453                             ref_count++;
10454                         inc = NBPDR;
10455                 } else {
10456                         pte = pmap_large_map_pte(va);
10457                         MPASS(*pte == 0);
10458                         *pte = pa | pg_g | X86_PG_RW | X86_PG_V |
10459                             X86_PG_A | pg_nx | pmap_cache_bits(kernel_pmap,
10460                             mattr, FALSE);
10461                         PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pte))->
10462                             ref_count++;
10463                         inc = PAGE_SIZE;
10464                 }
10465         }
10466         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
10467         MPASS(len == 0);
10468
10469         *addr = (void *)vmem_res;
10470         return (0);
10471 }
10472
10473 void
10474 pmap_large_unmap(void *svaa, vm_size_t len)
10475 {
10476         vm_offset_t sva, va;
10477         vm_size_t inc;
10478         pdp_entry_t *pdpe, pdp;
10479         pd_entry_t *pde, pd;
10480         pt_entry_t *pte;
10481         vm_page_t m;
10482         struct spglist spgf;
10483
10484         sva = (vm_offset_t)svaa;
10485         if (len == 0 || sva + len < sva || (sva >= DMAP_MIN_ADDRESS &&
10486             sva + len <= DMAP_MIN_ADDRESS + dmaplimit))
10487                 return;
10488
10489         SLIST_INIT(&spgf);
10490         KASSERT(PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(sva) &&
10491             PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(sva + len - 1),
10492             ("not largemap range %#lx %#lx", (u_long)svaa, (u_long)svaa + len));
10493         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
10494         for (va = sva; va < sva + len; va += inc) {
10495                 pdpe = pmap_large_map_pdpe(va);
10496                 pdp = *pdpe;
10497                 KASSERT((pdp & X86_PG_V) != 0,
10498                     ("invalid pdp va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
10499                     (u_long)pdpe, pdp));
10500                 if ((pdp & X86_PG_PS) != 0) {
10501                         KASSERT((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0,
10502                             ("no 1G pages, va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
10503                             (u_long)pdpe, pdp));
10504                         KASSERT((va & PDPMASK) == 0,
10505                             ("PDPMASK bit set, va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
10506                             (u_long)pdpe, pdp));
10507                         KASSERT(va + NBPDP <= sva + len,
10508                             ("unmap covers partial 1GB page, sva %#lx va %#lx "
10509                             "pdpe %#lx pdp %#lx len %#lx", sva, va,
10510                             (u_long)pdpe, pdp, len));
10511                         *pdpe = 0;
10512                         inc = NBPDP;
10513                         continue;
10514                 }
10515                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
10516                 pd = *pde;
10517                 KASSERT((pd & X86_PG_V) != 0,
10518                     ("invalid pd va %#lx pde %#lx pd %#lx", va,
10519                     (u_long)pde, pd));
10520                 if ((pd & X86_PG_PS) != 0) {
10521                         KASSERT((va & PDRMASK) == 0,
10522                             ("PDRMASK bit set, va %#lx pde %#lx pd %#lx", va,
10523                             (u_long)pde, pd));
10524                         KASSERT(va + NBPDR <= sva + len,
10525                             ("unmap covers partial 2MB page, sva %#lx va %#lx "
10526                             "pde %#lx pd %#lx len %#lx", sva, va, (u_long)pde,
10527                             pd, len));
10528                         pde_store(pde, 0);
10529                         inc = NBPDR;
10530                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pde));
10531                         m->ref_count--;
10532                         if (m->ref_count == 0) {
10533                                 *pdpe = 0;
10534                                 SLIST_INSERT_HEAD(&spgf, m, plinks.s.ss);
10535                         }
10536                         continue;
10537                 }
10538                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
10539                 KASSERT((*pte & X86_PG_V) != 0,
10540                     ("invalid pte va %#lx pte %#lx pt %#lx", va,
10541                     (u_long)pte, *pte));
10542                 pte_clear(pte);
10543                 inc = PAGE_SIZE;
10544                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pte));
10545                 m->ref_count--;
10546                 if (m->ref_count == 0) {
10547                         *pde = 0;
10548                         SLIST_INSERT_HEAD(&spgf, m, plinks.s.ss);
10549                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pde));
10550                         m->ref_count--;
10551                         if (m->ref_count == 0) {
10552                                 *pdpe = 0;
10553                                 SLIST_INSERT_HEAD(&spgf, m, plinks.s.ss);
10554                         }
10555                 }
10556         }
10557         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, sva + len);
10558         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
10559         vm_page_free_pages_toq(&spgf, false);
10560         vmem_free(large_vmem, sva, len);
10561 }
10562
10563 static void
10564 pmap_large_map_wb_fence_mfence(void)
10565 {
10566
10567         mfence();
10568 }
10569
10570 static void
10571 pmap_large_map_wb_fence_atomic(void)
10572 {
10573
10574         atomic_thread_fence_seq_cst();
10575 }
10576
10577 static void
10578 pmap_large_map_wb_fence_nop(void)
10579 {
10580 }
10581
10582 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_large_map_wb_fence, (void))
10583 {
10584
10585         if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
10586                 return (pmap_large_map_wb_fence_mfence);
10587         else if ((cpu_stdext_feature & (CPUID_STDEXT_CLWB |
10588             CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT)) == 0)
10589                 return (pmap_large_map_wb_fence_atomic);
10590         else
10591                 /* clflush is strongly enough ordered */
10592                 return (pmap_large_map_wb_fence_nop);
10593 }
10594
10595 static void
10596 pmap_large_map_flush_range_clwb(vm_offset_t va, vm_size_t len)
10597 {
10598
10599         for (; len > 0; len -= cpu_clflush_line_size,
10600             va += cpu_clflush_line_size)
10601                 clwb(va);
10602 }
10603
10604 static void
10605 pmap_large_map_flush_range_clflushopt(vm_offset_t va, vm_size_t len)
10606 {
10607
10608         for (; len > 0; len -= cpu_clflush_line_size,
10609             va += cpu_clflush_line_size)
10610                 clflushopt(va);
10611 }
10612
10613 static void
10614 pmap_large_map_flush_range_clflush(vm_offset_t va, vm_size_t len)
10615 {
10616
10617         for (; len > 0; len -= cpu_clflush_line_size,
10618             va += cpu_clflush_line_size)
10619                 clflush(va);
10620 }
10621
10622 static void
10623 pmap_large_map_flush_range_nop(vm_offset_t sva __unused, vm_size_t len __unused)
10624 {
10625 }
10626
10627 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_large_map_flush_range, (vm_offset_t, vm_size_t))
10628 {
10629
10630         if ((cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLWB) != 0)
10631                 return (pmap_large_map_flush_range_clwb);
10632         else if ((cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT) != 0)
10633                 return (pmap_large_map_flush_range_clflushopt);
10634         else if ((cpu_feature & CPUID_CLFSH) != 0)
10635                 return (pmap_large_map_flush_range_clflush);
10636         else
10637                 return (pmap_large_map_flush_range_nop);
10638 }
10639
10640 static void
10641 pmap_large_map_wb_large(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
10642 {
10643         volatile u_long *pe;
10644         u_long p;
10645         vm_offset_t va;
10646         vm_size_t inc;
10647         bool seen_other;
10648
10649         for (va = sva; va < eva; va += inc) {
10650                 inc = 0;
10651                 if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0) {
10652                         pe = (volatile u_long *)pmap_large_map_pdpe(va);
10653                         p = *pe;
10654                         if ((p & X86_PG_PS) != 0)
10655                                 inc = NBPDP;
10656                 }
10657                 if (inc == 0) {
10658                         pe = (volatile u_long *)pmap_large_map_pde(va);
10659                         p = *pe;
10660                         if ((p & X86_PG_PS) != 0)
10661                                 inc = NBPDR;
10662                 }
10663                 if (inc == 0) {
10664                         pe = (volatile u_long *)pmap_large_map_pte(va);
10665                         p = *pe;
10666                         inc = PAGE_SIZE;
10667                 }
10668                 seen_other = false;
10669                 for (;;) {
10670                         if ((p & X86_PG_AVAIL1) != 0) {
10671                                 /*
10672                                  * Spin-wait for the end of a parallel
10673                                  * write-back.
10674                                  */
10675                                 cpu_spinwait();
10676                                 p = *pe;
10677
10678                                 /*
10679                                  * If we saw other write-back
10680                                  * occuring, we cannot rely on PG_M to
10681                                  * indicate state of the cache.  The
10682                                  * PG_M bit is cleared before the
10683                                  * flush to avoid ignoring new writes,
10684                                  * and writes which are relevant for
10685                                  * us might happen after.
10686                                  */
10687                                 seen_other = true;
10688                                 continue;
10689                         }
10690
10691                         if ((p & X86_PG_M) != 0 || seen_other) {
10692                                 if (!atomic_fcmpset_long(pe, &p,
10693                                     (p & ~X86_PG_M) | X86_PG_AVAIL1))
10694                                         /*
10695                                          * If we saw PG_M without
10696                                          * PG_AVAIL1, and then on the
10697                                          * next attempt we do not
10698                                          * observe either PG_M or
10699                                          * PG_AVAIL1, the other
10700                                          * write-back started after us
10701                                          * and finished before us.  We
10702                                          * can rely on it doing our
10703                                          * work.
10704                                          */
10705                                         continue;
10706                                 pmap_large_map_flush_range(va, inc);
10707                                 atomic_clear_long(pe, X86_PG_AVAIL1);
10708                         }
10709                         break;
10710                 }
10711                 maybe_yield();
10712         }
10713 }
10714
10715 /*
10716  * Write-back cache lines for the given address range.
10717  *
10718  * Must be called only on the range or sub-range returned from
10719  * pmap_large_map().  Must not be called on the coalesced ranges.
10720  *
10721  * Does nothing on CPUs without CLWB, CLFLUSHOPT, or CLFLUSH
10722  * instructions support.
10723  */
10724 void
10725 pmap_large_map_wb(void *svap, vm_size_t len)
10726 {
10727         vm_offset_t eva, sva;
10728
10729         sva = (vm_offset_t)svap;
10730         eva = sva + len;
10731         pmap_large_map_wb_fence();
10732         if (sva >= DMAP_MIN_ADDRESS && eva <= DMAP_MIN_ADDRESS + dmaplimit) {
10733                 pmap_large_map_flush_range(sva, len);
10734         } else {
10735                 KASSERT(sva >= LARGEMAP_MIN_ADDRESS &&
10736                     eva <= LARGEMAP_MIN_ADDRESS + lm_ents * NBPML4,
10737                     ("pmap_large_map_wb: not largemap %#lx %#lx", sva, len));
10738                 pmap_large_map_wb_large(sva, eva);
10739         }
10740         pmap_large_map_wb_fence();
10741 }
10742
10743 static vm_page_t
10744 pmap_pti_alloc_page(void)
10745 {
10746         vm_page_t m;
10747
10748         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
10749         m = vm_page_grab(pti_obj, pti_pg_idx++, VM_ALLOC_NOBUSY |
10750             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
10751         return (m);
10752 }
10753
10754 static bool
10755 pmap_pti_free_page(vm_page_t m)
10756 {
10757
10758         KASSERT(m->ref_count > 0, ("page %p not referenced", m));
10759         if (!vm_page_unwire_noq(m))
10760                 return (false);
10761         vm_page_free_zero(m);
10762         return (true);
10763 }
10764
10765 static void
10766 pmap_pti_init(void)
10767 {
10768         vm_page_t pml4_pg;
10769         pdp_entry_t *pdpe;
10770         vm_offset_t va;
10771         int i;
10772
10773         if (!pti)
10774                 return;
10775         pti_obj = vm_pager_allocate(OBJT_PHYS, NULL, 0, VM_PROT_ALL, 0, NULL);
10776         VM_OBJECT_WLOCK(pti_obj);
10777         pml4_pg = pmap_pti_alloc_page();
10778         pti_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml4_pg));
10779         for (va = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS; va <= VM_MAX_KERNEL_ADDRESS &&
10780             va >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS && va > NBPML4; va += NBPML4) {
10781                 pdpe = pmap_pti_pdpe(va);
10782                 pmap_pti_wire_pte(pdpe);
10783         }
10784         pmap_pti_add_kva_locked((vm_offset_t)&__pcpu[0],
10785             (vm_offset_t)&__pcpu[0] + sizeof(__pcpu[0]) * MAXCPU, false);
10786         pmap_pti_add_kva_locked((vm_offset_t)idt, (vm_offset_t)idt +
10787             sizeof(struct gate_descriptor) * NIDT, false);
10788         CPU_FOREACH(i) {
10789                 /* Doublefault stack IST 1 */
10790                 va = __pcpu[i].pc_common_tss.tss_ist1 + sizeof(struct nmi_pcpu);
10791                 pmap_pti_add_kva_locked(va - DBLFAULT_STACK_SIZE, va, false);
10792                 /* NMI stack IST 2 */
10793                 va = __pcpu[i].pc_common_tss.tss_ist2 + sizeof(struct nmi_pcpu);
10794                 pmap_pti_add_kva_locked(va - NMI_STACK_SIZE, va, false);
10795                 /* MC# stack IST 3 */
10796                 va = __pcpu[i].pc_common_tss.tss_ist3 +
10797                     sizeof(struct nmi_pcpu);
10798                 pmap_pti_add_kva_locked(va - MCE_STACK_SIZE, va, false);
10799                 /* DB# stack IST 4 */
10800                 va = __pcpu[i].pc_common_tss.tss_ist4 + sizeof(struct nmi_pcpu);
10801                 pmap_pti_add_kva_locked(va - DBG_STACK_SIZE, va, false);
10802         }
10803         pmap_pti_add_kva_locked((vm_offset_t)KERNSTART, (vm_offset_t)etext,
10804             true);
10805         pti_finalized = true;
10806         VM_OBJECT_WUNLOCK(pti_obj);
10807 }
10808
10809 static void
10810 pmap_cpu_init(void *arg __unused)
10811 {
10812         CPU_COPY(&all_cpus, &kernel_pmap->pm_active);
10813         pmap_pti_init();
10814 }
10815 SYSINIT(pmap_cpu, SI_SUB_CPU + 1, SI_ORDER_ANY, pmap_cpu_init, NULL);
10816
10817 static pdp_entry_t *
10818 pmap_pti_pdpe(vm_offset_t va)
10819 {
10820         pml4_entry_t *pml4e;
10821         pdp_entry_t *pdpe;
10822         vm_page_t m;
10823         vm_pindex_t pml4_idx;
10824         vm_paddr_t mphys;
10825
10826         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
10827
10828         pml4_idx = pmap_pml4e_index(va);
10829         pml4e = &pti_pml4[pml4_idx];
10830         m = NULL;
10831         if (*pml4e == 0) {
10832                 if (pti_finalized)
10833                         panic("pml4 alloc after finalization\n");
10834                 m = pmap_pti_alloc_page();
10835                 if (*pml4e != 0) {
10836                         pmap_pti_free_page(m);
10837                         mphys = *pml4e & ~PAGE_MASK;
10838                 } else {
10839                         mphys = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
10840                         *pml4e = mphys | X86_PG_RW | X86_PG_V;
10841                 }
10842         } else {
10843                 mphys = *pml4e & ~PAGE_MASK;
10844         }
10845         pdpe = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys) + pmap_pdpe_index(va);
10846         return (pdpe);
10847 }
10848
10849 static void
10850 pmap_pti_wire_pte(void *pte)
10851 {
10852         vm_page_t m;
10853
10854         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
10855         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pte));
10856         m->ref_count++;
10857 }
10858
10859 static void
10860 pmap_pti_unwire_pde(void *pde, bool only_ref)
10861 {
10862         vm_page_t m;
10863
10864         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
10865         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pde));
10866         MPASS(m->ref_count > 0);
10867         MPASS(only_ref || m->ref_count > 1);
10868         pmap_pti_free_page(m);
10869 }
10870
10871 static void
10872 pmap_pti_unwire_pte(void *pte, vm_offset_t va)
10873 {
10874         vm_page_t m;
10875         pd_entry_t *pde;
10876
10877         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
10878         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pte));
10879         MPASS(m->ref_count > 0);
10880         if (pmap_pti_free_page(m)) {
10881                 pde = pmap_pti_pde(va);
10882                 MPASS((*pde & (X86_PG_PS | X86_PG_V)) == X86_PG_V);
10883                 *pde = 0;
10884                 pmap_pti_unwire_pde(pde, false);
10885         }
10886 }
10887
10888 static pd_entry_t *
10889 pmap_pti_pde(vm_offset_t va)
10890 {
10891         pdp_entry_t *pdpe;
10892         pd_entry_t *pde;
10893         vm_page_t m;
10894         vm_pindex_t pd_idx;
10895         vm_paddr_t mphys;
10896
10897         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
10898
10899         pdpe = pmap_pti_pdpe(va);
10900         if (*pdpe == 0) {
10901                 m = pmap_pti_alloc_page();
10902                 if (*pdpe != 0) {
10903                         pmap_pti_free_page(m);
10904                         MPASS((*pdpe & X86_PG_PS) == 0);
10905                         mphys = *pdpe & ~PAGE_MASK;
10906                 } else {
10907                         mphys =  VM_PAGE_TO_PHYS(m);
10908                         *pdpe = mphys | X86_PG_RW | X86_PG_V;
10909                 }
10910         } else {
10911                 MPASS((*pdpe & X86_PG_PS) == 0);
10912                 mphys = *pdpe & ~PAGE_MASK;
10913         }
10914
10915         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys);
10916         pd_idx = pmap_pde_index(va);
10917         pde += pd_idx;
10918         return (pde);
10919 }
10920
10921 static pt_entry_t *
10922 pmap_pti_pte(vm_offset_t va, bool *unwire_pde)
10923 {
10924         pd_entry_t *pde;
10925         pt_entry_t *pte;
10926         vm_page_t m;
10927         vm_paddr_t mphys;
10928
10929         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
10930
10931         pde = pmap_pti_pde(va);
10932         if (unwire_pde != NULL) {
10933                 *unwire_pde = true;
10934                 pmap_pti_wire_pte(pde);
10935         }
10936         if (*pde == 0) {
10937                 m = pmap_pti_alloc_page();
10938                 if (*pde != 0) {
10939                         pmap_pti_free_page(m);
10940                         MPASS((*pde & X86_PG_PS) == 0);
10941                         mphys = *pde & ~(PAGE_MASK | pg_nx);
10942                 } else {
10943                         mphys = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
10944                         *pde = mphys | X86_PG_RW | X86_PG_V;
10945                         if (unwire_pde != NULL)
10946                                 *unwire_pde = false;
10947                 }
10948         } else {
10949                 MPASS((*pde & X86_PG_PS) == 0);
10950                 mphys = *pde & ~(PAGE_MASK | pg_nx);
10951         }
10952
10953         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys);
10954         pte += pmap_pte_index(va);
10955
10956         return (pte);
10957 }
10958
10959 static void
10960 pmap_pti_add_kva_locked(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, bool exec)
10961 {
10962         vm_paddr_t pa;
10963         pd_entry_t *pde;
10964         pt_entry_t *pte, ptev;
10965         bool unwire_pde;
10966
10967         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
10968
10969         sva = trunc_page(sva);
10970         MPASS(sva > VM_MAXUSER_ADDRESS);
10971         eva = round_page(eva);
10972         MPASS(sva < eva);
10973         for (; sva < eva; sva += PAGE_SIZE) {
10974                 pte = pmap_pti_pte(sva, &unwire_pde);
10975                 pa = pmap_kextract(sva);
10976                 ptev = pa | X86_PG_RW | X86_PG_V | X86_PG_A | X86_PG_G |
10977                     (exec ? 0 : pg_nx) | pmap_cache_bits(kernel_pmap,
10978                     VM_MEMATTR_DEFAULT, FALSE);
10979                 if (*pte == 0) {
10980                         pte_store(pte, ptev);
10981                         pmap_pti_wire_pte(pte);
10982                 } else {
10983                         KASSERT(!pti_finalized,
10984                             ("pti overlap after fin %#lx %#lx %#lx",
10985                             sva, *pte, ptev));
10986                         KASSERT(*pte == ptev,
10987                             ("pti non-identical pte after fin %#lx %#lx %#lx",
10988                             sva, *pte, ptev));
10989                 }
10990                 if (unwire_pde) {
10991                         pde = pmap_pti_pde(sva);
10992                         pmap_pti_unwire_pde(pde, true);
10993                 }
10994         }
10995 }
10996
10997 void
10998 pmap_pti_add_kva(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, bool exec)
10999 {
11000
11001         if (!pti)
11002                 return;
11003         VM_OBJECT_WLOCK(pti_obj);
11004         pmap_pti_add_kva_locked(sva, eva, exec);
11005         VM_OBJECT_WUNLOCK(pti_obj);
11006 }
11007
11008 void
11009 pmap_pti_remove_kva(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
11010 {
11011         pt_entry_t *pte;
11012         vm_offset_t va;
11013
11014         if (!pti)
11015                 return;
11016         sva = rounddown2(sva, PAGE_SIZE);
11017         MPASS(sva > VM_MAXUSER_ADDRESS);
11018         eva = roundup2(eva, PAGE_SIZE);
11019         MPASS(sva < eva);
11020         VM_OBJECT_WLOCK(pti_obj);
11021         for (va = sva; va < eva; va += PAGE_SIZE) {
11022                 pte = pmap_pti_pte(va, NULL);
11023                 KASSERT((*pte & X86_PG_V) != 0,
11024                     ("invalid pte va %#lx pte %#lx pt %#lx", va,
11025                     (u_long)pte, *pte));
11026                 pte_clear(pte);
11027                 pmap_pti_unwire_pte(pte, va);
11028         }
11029         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, eva);
11030         VM_OBJECT_WUNLOCK(pti_obj);
11031 }
11032
11033 static void *
11034 pkru_dup_range(void *ctx __unused, void *data)
11035 {
11036         struct pmap_pkru_range *node, *new_node;
11037
11038         new_node = uma_zalloc(pmap_pkru_ranges_zone, M_NOWAIT);
11039         if (new_node == NULL)
11040                 return (NULL);
11041         node = data;
11042         memcpy(new_node, node, sizeof(*node));
11043         return (new_node);
11044 }
11045
11046 static void
11047 pkru_free_range(void *ctx __unused, void *node)
11048 {
11049
11050         uma_zfree(pmap_pkru_ranges_zone, node);
11051 }
11052
11053 static int
11054 pmap_pkru_assign(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, u_int keyidx,
11055     int flags)
11056 {
11057         struct pmap_pkru_range *ppr;
11058         int error;
11059
11060         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
11061         MPASS(pmap->pm_type == PT_X86);
11062         MPASS((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0);
11063         if ((flags & AMD64_PKRU_EXCL) != 0 &&
11064             !rangeset_check_empty(&pmap->pm_pkru, sva, eva))
11065                 return (EBUSY);
11066         ppr = uma_zalloc(pmap_pkru_ranges_zone, M_NOWAIT);
11067         if (ppr == NULL)
11068                 return (ENOMEM);
11069         ppr->pkru_keyidx = keyidx;
11070         ppr->pkru_flags = flags & AMD64_PKRU_PERSIST;
11071         error = rangeset_insert(&pmap->pm_pkru, sva, eva, ppr);
11072         if (error != 0)
11073                 uma_zfree(pmap_pkru_ranges_zone, ppr);
11074         return (error);
11075 }
11076
11077 static int
11078 pmap_pkru_deassign(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
11079 {
11080
11081         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
11082         MPASS(pmap->pm_type == PT_X86);
11083         MPASS((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0);
11084         return (rangeset_remove(&pmap->pm_pkru, sva, eva));
11085 }
11086
11087 static void
11088 pmap_pkru_deassign_all(pmap_t pmap)
11089 {
11090
11091         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
11092         if (pmap->pm_type == PT_X86 &&
11093             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0)
11094                 rangeset_remove_all(&pmap->pm_pkru);
11095 }
11096
11097 static bool
11098 pmap_pkru_same(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
11099 {
11100         struct pmap_pkru_range *ppr, *prev_ppr;
11101         vm_offset_t va;
11102
11103         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
11104         if (pmap->pm_type != PT_X86 ||
11105             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) == 0 ||
11106             sva >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
11107                 return (true);
11108         MPASS(eva <= VM_MAXUSER_ADDRESS);
11109         for (va = sva; va < eva; prev_ppr = ppr) {
11110                 ppr = rangeset_lookup(&pmap->pm_pkru, va);
11111                 if (va == sva)
11112                         prev_ppr = ppr;
11113                 else if ((ppr == NULL) ^ (prev_ppr == NULL))
11114                         return (false);
11115                 if (ppr == NULL) {
11116                         va += PAGE_SIZE;
11117                         continue;
11118                 }
11119                 if (prev_ppr->pkru_keyidx != ppr->pkru_keyidx)
11120                         return (false);
11121                 va = ppr->pkru_rs_el.re_end;
11122         }
11123         return (true);
11124 }
11125
11126 static pt_entry_t
11127 pmap_pkru_get(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
11128 {
11129         struct pmap_pkru_range *ppr;
11130
11131         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
11132         if (pmap->pm_type != PT_X86 ||
11133             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) == 0 ||
11134             va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
11135                 return (0);
11136         ppr = rangeset_lookup(&pmap->pm_pkru, va);
11137         if (ppr != NULL)
11138                 return (X86_PG_PKU(ppr->pkru_keyidx));
11139         return (0);
11140 }
11141
11142 static bool
11143 pred_pkru_on_remove(void *ctx __unused, void *r)
11144 {
11145         struct pmap_pkru_range *ppr;
11146
11147         ppr = r;
11148         return ((ppr->pkru_flags & AMD64_PKRU_PERSIST) == 0);
11149 }
11150
11151 static void
11152 pmap_pkru_on_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
11153 {
11154
11155         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
11156         if (pmap->pm_type == PT_X86 &&
11157             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0) {
11158                 rangeset_remove_pred(&pmap->pm_pkru, sva, eva,
11159                     pred_pkru_on_remove);
11160         }
11161 }
11162
11163 static int
11164 pmap_pkru_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap)
11165 {
11166
11167         PMAP_LOCK_ASSERT(dst_pmap, MA_OWNED);
11168         PMAP_LOCK_ASSERT(src_pmap, MA_OWNED);
11169         MPASS(dst_pmap->pm_type == PT_X86);
11170         MPASS(src_pmap->pm_type == PT_X86);
11171         MPASS((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0);
11172         if (src_pmap->pm_pkru.rs_data_ctx == NULL)
11173                 return (0);
11174         return (rangeset_copy(&dst_pmap->pm_pkru, &src_pmap->pm_pkru));
11175 }
11176
11177 static void
11178 pmap_pkru_update_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
11179     u_int keyidx)
11180 {
11181         pml4_entry_t *pml4e;
11182         pdp_entry_t *pdpe;
11183         pd_entry_t newpde, ptpaddr, *pde;
11184         pt_entry_t newpte, *ptep, pte;
11185         vm_offset_t va, va_next;
11186         bool changed;
11187
11188         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
11189         MPASS(pmap->pm_type == PT_X86);
11190         MPASS(keyidx <= PMAP_MAX_PKRU_IDX);
11191
11192         for (changed = false, va = sva; va < eva; va = va_next) {
11193                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, va);
11194                 if (pml4e == NULL || (*pml4e & X86_PG_V) == 0) {
11195                         va_next = (va + NBPML4) & ~PML4MASK;
11196                         if (va_next < va)
11197                                 va_next = eva;
11198                         continue;
11199                 }
11200
11201                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, va);
11202                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0) {
11203                         va_next = (va + NBPDP) & ~PDPMASK;
11204                         if (va_next < va)
11205                                 va_next = eva;
11206                         continue;
11207                 }
11208
11209                 va_next = (va + NBPDR) & ~PDRMASK;
11210                 if (va_next < va)
11211                         va_next = eva;
11212
11213                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
11214                 ptpaddr = *pde;
11215                 if (ptpaddr == 0)
11216                         continue;
11217
11218                 MPASS((ptpaddr & X86_PG_V) != 0);
11219                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
11220                         if (va + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
11221                                 newpde = (ptpaddr & ~X86_PG_PKU_MASK) |
11222                                     X86_PG_PKU(keyidx);
11223                                 if (newpde != ptpaddr) {
11224                                         *pde = newpde;
11225                                         changed = true;
11226                                 }
11227                                 continue;
11228                         } else if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, va)) {
11229                                 continue;
11230                         }
11231                 }
11232
11233                 if (va_next > eva)
11234                         va_next = eva;
11235
11236                 for (ptep = pmap_pde_to_pte(pde, va); va != va_next;
11237                     ptep++, va += PAGE_SIZE) {
11238                         pte = *ptep;
11239                         if ((pte & X86_PG_V) == 0)
11240                                 continue;
11241                         newpte = (pte & ~X86_PG_PKU_MASK) | X86_PG_PKU(keyidx);
11242                         if (newpte != pte) {
11243                                 *ptep = newpte;
11244                                 changed = true;
11245                         }
11246                 }
11247         }
11248         if (changed)
11249                 pmap_invalidate_range(pmap, sva, eva);
11250 }
11251
11252 static int
11253 pmap_pkru_check_uargs(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
11254     u_int keyidx, int flags)
11255 {
11256
11257         if (pmap->pm_type != PT_X86 || keyidx > PMAP_MAX_PKRU_IDX ||
11258             (flags & ~(AMD64_PKRU_PERSIST | AMD64_PKRU_EXCL)) != 0)
11259                 return (EINVAL);
11260         if (eva <= sva || eva > VM_MAXUSER_ADDRESS)
11261                 return (EFAULT);
11262         if ((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) == 0)
11263                 return (ENOTSUP);
11264         return (0);
11265 }
11266
11267 int
11268 pmap_pkru_set(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, u_int keyidx,
11269     int flags)
11270 {
11271         int error;
11272
11273         sva = trunc_page(sva);
11274         eva = round_page(eva);
11275         error = pmap_pkru_check_uargs(pmap, sva, eva, keyidx, flags);
11276         if (error != 0)
11277                 return (error);
11278         for (;;) {
11279                 PMAP_LOCK(pmap);
11280                 error = pmap_pkru_assign(pmap, sva, eva, keyidx, flags);
11281                 if (error == 0)
11282                         pmap_pkru_update_range(pmap, sva, eva, keyidx);
11283                 PMAP_UNLOCK(pmap);
11284                 if (error != ENOMEM)
11285                         break;
11286                 vm_wait(NULL);
11287         }
11288         return (error);
11289 }
11290
11291 int
11292 pmap_pkru_clear(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
11293 {
11294         int error;
11295
11296         sva = trunc_page(sva);
11297         eva = round_page(eva);
11298         error = pmap_pkru_check_uargs(pmap, sva, eva, 0, 0);
11299         if (error != 0)
11300                 return (error);
11301         for (;;) {
11302                 PMAP_LOCK(pmap);
11303                 error = pmap_pkru_deassign(pmap, sva, eva);
11304                 if (error == 0)
11305                         pmap_pkru_update_range(pmap, sva, eva, 0);
11306                 PMAP_UNLOCK(pmap);
11307                 if (error != ENOMEM)
11308                         break;
11309                 vm_wait(NULL);
11310         }
11311         return (error);
11312 }
11313
11314 #ifdef KASAN
11315 static vm_page_t
11316 pmap_kasan_enter_alloc_4k(void)
11317 {
11318         vm_page_t m;
11319
11320         m = vm_page_alloc_noobj(VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_WIRED |
11321             VM_ALLOC_ZERO);
11322         if (m == NULL)
11323                 panic("%s: no memory to grow shadow map", __func__);
11324         return (m);
11325 }
11326
11327 static vm_page_t
11328 pmap_kasan_enter_alloc_2m(void)
11329 {
11330         return (vm_page_alloc_noobj_contig(VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO,
11331             NPTEPG, 0, ~0ul, NBPDR, 0, VM_MEMATTR_DEFAULT));
11332 }
11333
11334 /*
11335  * Grow the shadow map by at least one 4KB page at the specified address.  Use
11336  * 2MB pages when possible.
11337  */
11338 void
11339 pmap_kasan_enter(vm_offset_t va)
11340 {
11341         pdp_entry_t *pdpe;
11342         pd_entry_t *pde;
11343         pt_entry_t *pte;
11344         vm_page_t m;
11345
11346         mtx_assert(&kernel_map->system_mtx, MA_OWNED);
11347
11348         pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, va);
11349         if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0) {
11350                 m = pmap_kasan_enter_alloc_4k();
11351                 *pdpe = (pdp_entry_t)(VM_PAGE_TO_PHYS(m) | X86_PG_RW |
11352                     X86_PG_V | pg_nx);
11353         }
11354         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
11355         if ((*pde & X86_PG_V) == 0) {
11356                 m = pmap_kasan_enter_alloc_2m();
11357                 if (m != NULL) {
11358                         *pde = (pd_entry_t)(VM_PAGE_TO_PHYS(m) | X86_PG_RW |
11359                             X86_PG_PS | X86_PG_V | X86_PG_A | X86_PG_M | pg_nx);
11360                 } else {
11361                         m = pmap_kasan_enter_alloc_4k();
11362                         *pde = (pd_entry_t)(VM_PAGE_TO_PHYS(m) | X86_PG_RW |
11363                             X86_PG_V | pg_nx);
11364                 }
11365         }
11366         if ((*pde & X86_PG_PS) != 0)
11367                 return;
11368         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
11369         if ((*pte & X86_PG_V) != 0)
11370                 return;
11371         m = pmap_kasan_enter_alloc_4k();
11372         *pte = (pt_entry_t)(VM_PAGE_TO_PHYS(m) | X86_PG_RW | X86_PG_V |
11373             X86_PG_M | X86_PG_A | pg_nx);
11374 }
11375 #endif
11376
11377 #ifdef KMSAN
11378 static vm_page_t
11379 pmap_kmsan_enter_alloc_4k(void)
11380 {
11381         vm_page_t m;
11382
11383         m = vm_page_alloc_noobj(VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_WIRED |
11384             VM_ALLOC_ZERO);
11385         if (m == NULL)
11386                 panic("%s: no memory to grow shadow map", __func__);
11387         return (m);
11388 }
11389
11390 static vm_page_t
11391 pmap_kmsan_enter_alloc_2m(void)
11392 {
11393         return (vm_page_alloc_noobj_contig(VM_ALLOC_ZERO | VM_ALLOC_WIRED,
11394             NPTEPG, 0, ~0ul, NBPDR, 0, VM_MEMATTR_DEFAULT));
11395 }
11396
11397 /*
11398  * Grow the shadow or origin maps by at least one 4KB page at the specified
11399  * address.  Use 2MB pages when possible.
11400  */
11401 void
11402 pmap_kmsan_enter(vm_offset_t va)
11403 {
11404         pdp_entry_t *pdpe;
11405         pd_entry_t *pde;
11406         pt_entry_t *pte;
11407         vm_page_t m;
11408
11409         mtx_assert(&kernel_map->system_mtx, MA_OWNED);
11410
11411         pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, va);
11412         if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0) {
11413                 m = pmap_kmsan_enter_alloc_4k();
11414                 *pdpe = (pdp_entry_t)(VM_PAGE_TO_PHYS(m) | X86_PG_RW |
11415                     X86_PG_V | pg_nx);
11416         }
11417         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
11418         if ((*pde & X86_PG_V) == 0) {
11419                 m = pmap_kmsan_enter_alloc_2m();
11420                 if (m != NULL) {
11421                         *pde = (pd_entry_t)(VM_PAGE_TO_PHYS(m) | X86_PG_RW |
11422                             X86_PG_PS | X86_PG_V | X86_PG_A | X86_PG_M | pg_nx);
11423                 } else {
11424                         m = pmap_kmsan_enter_alloc_4k();
11425                         *pde = (pd_entry_t)(VM_PAGE_TO_PHYS(m) | X86_PG_RW |
11426                             X86_PG_V | pg_nx);
11427                 }
11428         }
11429         if ((*pde & X86_PG_PS) != 0)
11430                 return;
11431         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
11432         if ((*pte & X86_PG_V) != 0)
11433                 return;
11434         m = pmap_kmsan_enter_alloc_4k();
11435         *pte = (pt_entry_t)(VM_PAGE_TO_PHYS(m) | X86_PG_RW | X86_PG_V |
11436             X86_PG_M | X86_PG_A | pg_nx);
11437 }
11438 #endif
11439
11440 /*
11441  * Track a range of the kernel's virtual address space that is contiguous
11442  * in various mapping attributes.
11443  */
11444 struct pmap_kernel_map_range {
11445         vm_offset_t sva;
11446         pt_entry_t attrs;
11447         int ptes;
11448         int pdes;
11449         int pdpes;
11450 };
11451
11452 static void
11453 sysctl_kmaps_dump(struct sbuf *sb, struct pmap_kernel_map_range *range,
11454     vm_offset_t eva)
11455 {
11456         const char *mode;
11457         int i, pat_idx;
11458
11459         if (eva <= range->sva)
11460                 return;
11461
11462         pat_idx = pmap_pat_index(kernel_pmap, range->attrs, true);
11463         for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
11464                 if (pat_index[i] == pat_idx)
11465                         break;
11466
11467         switch (i) {
11468         case PAT_WRITE_BACK:
11469                 mode = "WB";
11470                 break;
11471         case PAT_WRITE_THROUGH:
11472                 mode = "WT";
11473                 break;
11474         case PAT_UNCACHEABLE:
11475                 mode = "UC";
11476                 break;
11477         case PAT_UNCACHED:
11478                 mode = "U-";
11479                 break;
11480         case PAT_WRITE_PROTECTED:
11481                 mode = "WP";
11482                 break;
11483         case PAT_WRITE_COMBINING:
11484                 mode = "WC";
11485                 break;
11486         default:
11487                 printf("%s: unknown PAT mode %#x for range 0x%016lx-0x%016lx\n",
11488                     __func__, pat_idx, range->sva, eva);
11489                 mode = "??";
11490                 break;
11491         }
11492
11493         sbuf_printf(sb, "0x%016lx-0x%016lx r%c%c%c%c %s %d %d %d\n",
11494             range->sva, eva,
11495             (range->attrs & X86_PG_RW) != 0 ? 'w' : '-',
11496             (range->attrs & pg_nx) != 0 ? '-' : 'x',
11497             (range->attrs & X86_PG_U) != 0 ? 'u' : 's',
11498             (range->attrs & X86_PG_G) != 0 ? 'g' : '-',
11499             mode, range->pdpes, range->pdes, range->ptes);
11500
11501         /* Reset to sentinel value. */
11502         range->sva = la57 ? KV5ADDR(NPML5EPG - 1, NPML4EPG - 1, NPDPEPG - 1,
11503             NPDEPG - 1, NPTEPG - 1) : KV4ADDR(NPML4EPG - 1, NPDPEPG - 1,
11504             NPDEPG - 1, NPTEPG - 1);
11505 }
11506
11507 /*
11508  * Determine whether the attributes specified by a page table entry match those
11509  * being tracked by the current range.  This is not quite as simple as a direct
11510  * flag comparison since some PAT modes have multiple representations.
11511  */
11512 static bool
11513 sysctl_kmaps_match(struct pmap_kernel_map_range *range, pt_entry_t attrs)
11514 {
11515         pt_entry_t diff, mask;
11516
11517         mask = X86_PG_G | X86_PG_RW | X86_PG_U | X86_PG_PDE_CACHE | pg_nx;
11518         diff = (range->attrs ^ attrs) & mask;
11519         if (diff == 0)
11520                 return (true);
11521         if ((diff & ~X86_PG_PDE_PAT) == 0 &&
11522             pmap_pat_index(kernel_pmap, range->attrs, true) ==
11523             pmap_pat_index(kernel_pmap, attrs, true))
11524                 return (true);
11525         return (false);
11526 }
11527
11528 static void
11529 sysctl_kmaps_reinit(struct pmap_kernel_map_range *range, vm_offset_t va,
11530     pt_entry_t attrs)
11531 {
11532
11533         memset(range, 0, sizeof(*range));
11534         range->sva = va;
11535         range->attrs = attrs;
11536 }
11537
11538 /*
11539  * Given a leaf PTE, derive the mapping's attributes.  If they do not match
11540  * those of the current run, dump the address range and its attributes, and
11541  * begin a new run.
11542  */
11543 static void
11544 sysctl_kmaps_check(struct sbuf *sb, struct pmap_kernel_map_range *range,
11545     vm_offset_t va, pml4_entry_t pml4e, pdp_entry_t pdpe, pd_entry_t pde,
11546     pt_entry_t pte)
11547 {
11548         pt_entry_t attrs;
11549
11550         attrs = pml4e & (X86_PG_RW | X86_PG_U | pg_nx);
11551
11552         attrs |= pdpe & pg_nx;
11553         attrs &= pg_nx | (pdpe & (X86_PG_RW | X86_PG_U));
11554         if ((pdpe & PG_PS) != 0) {
11555                 attrs |= pdpe & (X86_PG_G | X86_PG_PDE_CACHE);
11556         } else if (pde != 0) {
11557                 attrs |= pde & pg_nx;
11558                 attrs &= pg_nx | (pde & (X86_PG_RW | X86_PG_U));
11559         }
11560         if ((pde & PG_PS) != 0) {
11561                 attrs |= pde & (X86_PG_G | X86_PG_PDE_CACHE);
11562         } else if (pte != 0) {
11563                 attrs |= pte & pg_nx;
11564                 attrs &= pg_nx | (pte & (X86_PG_RW | X86_PG_U));
11565                 attrs |= pte & (X86_PG_G | X86_PG_PTE_CACHE);
11566
11567                 /* Canonicalize by always using the PDE PAT bit. */
11568                 if ((attrs & X86_PG_PTE_PAT) != 0)
11569                         attrs ^= X86_PG_PDE_PAT | X86_PG_PTE_PAT;
11570         }
11571
11572         if (range->sva > va || !sysctl_kmaps_match(range, attrs)) {
11573                 sysctl_kmaps_dump(sb, range, va);
11574                 sysctl_kmaps_reinit(range, va, attrs);
11575         }
11576 }
11577
11578 static int
11579 sysctl_kmaps(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
11580 {
11581         struct pmap_kernel_map_range range;
11582         struct sbuf sbuf, *sb;
11583         pml4_entry_t pml4e;
11584         pdp_entry_t *pdp, pdpe;
11585         pd_entry_t *pd, pde;
11586         pt_entry_t *pt, pte;
11587         vm_offset_t sva;
11588         vm_paddr_t pa;
11589         int error, i, j, k, l;
11590
11591         error = sysctl_wire_old_buffer(req, 0);
11592         if (error != 0)
11593                 return (error);
11594         sb = &sbuf;
11595         sbuf_new_for_sysctl(sb, NULL, PAGE_SIZE, req);
11596
11597         /* Sentinel value. */
11598         range.sva = la57 ? KV5ADDR(NPML5EPG - 1, NPML4EPG - 1, NPDPEPG - 1,
11599             NPDEPG - 1, NPTEPG - 1) : KV4ADDR(NPML4EPG - 1, NPDPEPG - 1,
11600             NPDEPG - 1, NPTEPG - 1);
11601
11602         /*
11603          * Iterate over the kernel page tables without holding the kernel pmap
11604          * lock.  Outside of the large map, kernel page table pages are never
11605          * freed, so at worst we will observe inconsistencies in the output.
11606          * Within the large map, ensure that PDP and PD page addresses are
11607          * valid before descending.
11608          */
11609         for (sva = 0, i = pmap_pml4e_index(sva); i < NPML4EPG; i++) {
11610                 switch (i) {
11611                 case PML4PML4I:
11612                         sbuf_printf(sb, "\nRecursive map:\n");
11613                         break;
11614                 case DMPML4I:
11615                         sbuf_printf(sb, "\nDirect map:\n");
11616                         break;
11617 #ifdef KASAN
11618                 case KASANPML4I:
11619                         sbuf_printf(sb, "\nKASAN shadow map:\n");
11620                         break;
11621 #endif
11622 #ifdef KMSAN
11623                 case KMSANSHADPML4I:
11624                         sbuf_printf(sb, "\nKMSAN shadow map:\n");
11625                         break;
11626                 case KMSANORIGPML4I:
11627                         sbuf_printf(sb, "\nKMSAN origin map:\n");
11628                         break;
11629 #endif
11630                 case KPML4BASE:
11631                         sbuf_printf(sb, "\nKernel map:\n");
11632                         break;
11633                 case LMSPML4I:
11634                         sbuf_printf(sb, "\nLarge map:\n");
11635                         break;
11636                 }
11637
11638                 /* Convert to canonical form. */
11639                 if (sva == 1ul << 47)
11640                         sva |= -1ul << 48;
11641
11642 restart:
11643                 pml4e = kernel_pml4[i];
11644                 if ((pml4e & X86_PG_V) == 0) {
11645                         sva = rounddown2(sva, NBPML4);
11646                         sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
11647                         sva += NBPML4;
11648                         continue;
11649                 }
11650                 pa = pml4e & PG_FRAME;
11651                 pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
11652
11653                 for (j = pmap_pdpe_index(sva); j < NPDPEPG; j++) {
11654                         pdpe = pdp[j];
11655                         if ((pdpe & X86_PG_V) == 0) {
11656                                 sva = rounddown2(sva, NBPDP);
11657                                 sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
11658                                 sva += NBPDP;
11659                                 continue;
11660                         }
11661                         pa = pdpe & PG_FRAME;
11662                         if ((pdpe & PG_PS) != 0) {
11663                                 sva = rounddown2(sva, NBPDP);
11664                                 sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva, pml4e, pdpe,
11665                                     0, 0);
11666                                 range.pdpes++;
11667                                 sva += NBPDP;
11668                                 continue;
11669                         }
11670                         if (PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(sva) &&
11671                             vm_phys_paddr_to_vm_page(pa) == NULL) {
11672                                 /*
11673                                  * Page table pages for the large map may be
11674                                  * freed.  Validate the next-level address
11675                                  * before descending.
11676                                  */
11677                                 goto restart;
11678                         }
11679                         pd = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
11680
11681                         for (k = pmap_pde_index(sva); k < NPDEPG; k++) {
11682                                 pde = pd[k];
11683                                 if ((pde & X86_PG_V) == 0) {
11684                                         sva = rounddown2(sva, NBPDR);
11685                                         sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
11686                                         sva += NBPDR;
11687                                         continue;
11688                                 }
11689                                 pa = pde & PG_FRAME;
11690                                 if ((pde & PG_PS) != 0) {
11691                                         sva = rounddown2(sva, NBPDR);
11692                                         sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva,
11693                                             pml4e, pdpe, pde, 0);
11694                                         range.pdes++;
11695                                         sva += NBPDR;
11696                                         continue;
11697                                 }
11698                                 if (PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(sva) &&
11699                                     vm_phys_paddr_to_vm_page(pa) == NULL) {
11700                                         /*
11701                                          * Page table pages for the large map
11702                                          * may be freed.  Validate the
11703                                          * next-level address before descending.
11704                                          */
11705                                         goto restart;
11706                                 }
11707                                 pt = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
11708
11709                                 for (l = pmap_pte_index(sva); l < NPTEPG; l++,
11710                                     sva += PAGE_SIZE) {
11711                                         pte = pt[l];
11712                                         if ((pte & X86_PG_V) == 0) {
11713                                                 sysctl_kmaps_dump(sb, &range,
11714                                                     sva);
11715                                                 continue;
11716                                         }
11717                                         sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva,
11718                                             pml4e, pdpe, pde, pte);
11719                                         range.ptes++;
11720                                 }
11721                         }
11722                 }
11723         }
11724
11725         error = sbuf_finish(sb);
11726         sbuf_delete(sb);
11727         return (error);
11728 }
11729 SYSCTL_OID(_vm_pmap, OID_AUTO, kernel_maps,
11730     CTLTYPE_STRING | CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE | CTLFLAG_SKIP,
11731     NULL, 0, sysctl_kmaps, "A",
11732     "Dump kernel address layout");
11733
11734 #ifdef DDB
11735 DB_SHOW_COMMAND(pte, pmap_print_pte)
11736 {
11737         pmap_t pmap;
11738         pml5_entry_t *pml5;
11739         pml4_entry_t *pml4;
11740         pdp_entry_t *pdp;
11741         pd_entry_t *pde;
11742         pt_entry_t *pte, PG_V;
11743         vm_offset_t va;
11744
11745         if (!have_addr) {
11746                 db_printf("show pte addr\n");
11747                 return;
11748         }
11749         va = (vm_offset_t)addr;
11750
11751         if (kdb_thread != NULL)
11752                 pmap = vmspace_pmap(kdb_thread->td_proc->p_vmspace);
11753         else
11754                 pmap = PCPU_GET(curpmap);
11755
11756         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
11757         db_printf("VA 0x%016lx", va);
11758
11759         if (pmap_is_la57(pmap)) {
11760                 pml5 = pmap_pml5e(pmap, va);
11761                 db_printf(" pml5e 0x%016lx", *pml5);
11762                 if ((*pml5 & PG_V) == 0) {
11763                         db_printf("\n");
11764                         return;
11765                 }
11766                 pml4 = pmap_pml5e_to_pml4e(pml5, va);
11767         } else {
11768                 pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
11769         }
11770         db_printf(" pml4e 0x%016lx", *pml4);
11771         if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
11772                 db_printf("\n");
11773                 return;
11774         }
11775         pdp = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4, va);
11776         db_printf(" pdpe 0x%016lx", *pdp);
11777         if ((*pdp & PG_V) == 0 || (*pdp & PG_PS) != 0) {
11778                 db_printf("\n");
11779                 return;
11780         }
11781         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdp, va);
11782         db_printf(" pde 0x%016lx", *pde);
11783         if ((*pde & PG_V) == 0 || (*pde & PG_PS) != 0) {
11784                 db_printf("\n");
11785                 return;
11786         }
11787         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
11788         db_printf(" pte 0x%016lx\n", *pte);
11789 }
11790
11791 DB_SHOW_COMMAND(phys2dmap, pmap_phys2dmap)
11792 {
11793         vm_paddr_t a;
11794
11795         if (have_addr) {
11796                 a = (vm_paddr_t)addr;
11797                 db_printf("0x%jx\n", (uintmax_t)PHYS_TO_DMAP(a));
11798         } else {
11799                 db_printf("show phys2dmap addr\n");
11800         }
11801 }
11802
11803 static void
11804 ptpages_show_page(int level, int idx, vm_page_t pg)
11805 {
11806         db_printf("l %d i %d pg %p phys %#lx ref %x\n",
11807             level, idx, pg, VM_PAGE_TO_PHYS(pg), pg->ref_count);
11808 }
11809
11810 static void
11811 ptpages_show_complain(int level, int idx, uint64_t pte)
11812 {
11813         db_printf("l %d i %d pte %#lx\n", level, idx, pte);
11814 }
11815
11816 static void
11817 ptpages_show_pml4(vm_page_t pg4, int num_entries, uint64_t PG_V)
11818 {
11819         vm_page_t pg3, pg2, pg1;
11820         pml4_entry_t *pml4;
11821         pdp_entry_t *pdp;
11822         pd_entry_t *pd;
11823         int i4, i3, i2;
11824
11825         pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pg4));
11826         for (i4 = 0; i4 < num_entries; i4++) {
11827                 if ((pml4[i4] & PG_V) == 0)
11828                         continue;
11829                 pg3 = PHYS_TO_VM_PAGE(pml4[i4] & PG_FRAME);
11830                 if (pg3 == NULL) {
11831                         ptpages_show_complain(3, i4, pml4[i4]);
11832                         continue;
11833                 }
11834                 ptpages_show_page(3, i4, pg3);
11835                 pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pg3));
11836                 for (i3 = 0; i3 < NPDPEPG; i3++) {
11837                         if ((pdp[i3] & PG_V) == 0)
11838                                 continue;
11839                         pg2 = PHYS_TO_VM_PAGE(pdp[i3] & PG_FRAME);
11840                         if (pg3 == NULL) {
11841                                 ptpages_show_complain(2, i3, pdp[i3]);
11842                                 continue;
11843                         }
11844                         ptpages_show_page(2, i3, pg2);
11845                         pd = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pg2));
11846                         for (i2 = 0; i2 < NPDEPG; i2++) {
11847                                 if ((pd[i2] & PG_V) == 0)
11848                                         continue;
11849                                 pg1 = PHYS_TO_VM_PAGE(pd[i2] & PG_FRAME);
11850                                 if (pg1 == NULL) {
11851                                         ptpages_show_complain(1, i2, pd[i2]);
11852                                         continue;
11853                                 }
11854                                 ptpages_show_page(1, i2, pg1);
11855                         }
11856                 }
11857         }
11858 }
11859
11860 DB_SHOW_COMMAND(ptpages, pmap_ptpages)
11861 {
11862         pmap_t pmap;
11863         vm_page_t pg;
11864         pml5_entry_t *pml5;
11865         uint64_t PG_V;
11866         int i5;
11867
11868         if (have_addr)
11869                 pmap = (pmap_t)addr;
11870         else
11871                 pmap = PCPU_GET(curpmap);
11872
11873         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
11874
11875         if (pmap_is_la57(pmap)) {
11876                 pml5 = pmap->pm_pmltop;
11877                 for (i5 = 0; i5 < NUPML5E; i5++) {
11878                         if ((pml5[i5] & PG_V) == 0)
11879                                 continue;
11880                         pg = PHYS_TO_VM_PAGE(pml5[i5] & PG_FRAME);
11881                         if (pg == NULL) {
11882                                 ptpages_show_complain(4, i5, pml5[i5]);
11883                                 continue;
11884                         }
11885                         ptpages_show_page(4, i5, pg);
11886                         ptpages_show_pml4(pg, NPML4EPG, PG_V);
11887                 }
11888         } else {
11889                 ptpages_show_pml4(PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS(
11890                     (vm_offset_t)pmap->pm_pmltop)), NUP4ML4E, PG_V);
11891         }
11892 }
11893 #endif