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