]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/amd64/amd64/pmap.c
Update to Zstandard 1.4.2
[FreeBSD/FreeBSD.git] / sys / amd64 / amd64 / pmap.c
1 /*-
2  * SPDX-License-Identifier: BSD-4-Clause
3  *
4  * Copyright (c) 1991 Regents of the University of California.
5  * All rights reserved.
6  * Copyright (c) 1994 John S. Dyson
7  * All rights reserved.
8  * Copyright (c) 1994 David Greenman
9  * All rights reserved.
10  * Copyright (c) 2003 Peter Wemm
11  * All rights reserved.
12  * Copyright (c) 2005-2010 Alan L. Cox <alc@cs.rice.edu>
13  * All rights reserved.
14  *
15  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
16  * the Systems Programming Group of the University of Utah Computer
17  * Science Department and William Jolitz of UUNET Technologies Inc.
18  *
19  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
20  * modification, are permitted provided that the following conditions
21  * are met:
22  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
23  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
24  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
25  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
26  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
27  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
28  *    must display the following acknowledgement:
29  *      This product includes software developed by the University of
30  *      California, Berkeley and its contributors.
31  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
32  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
33  *    without specific prior written permission.
34  *
35  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
36  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
37  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
38  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
39  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
40  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
41  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
42  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
43  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
44  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
45  * SUCH DAMAGE.
46  *
47  *      from:   @(#)pmap.c      7.7 (Berkeley)  5/12/91
48  */
49 /*-
50  * Copyright (c) 2003 Networks Associates Technology, Inc.
51  * Copyright (c) 2014-2019 The FreeBSD Foundation
52  * All rights reserved.
53  *
54  * This software was developed for the FreeBSD Project by Jake Burkholder,
55  * Safeport Network Services, and Network Associates Laboratories, the
56  * Security Research Division of Network Associates, Inc. under
57  * DARPA/SPAWAR contract N66001-01-C-8035 ("CBOSS"), as part of the DARPA
58  * CHATS research program.
59  *
60  * Portions of this software were developed by
61  * Konstantin Belousov <kib@FreeBSD.org> under sponsorship from
62  * the FreeBSD Foundation.
63  *
64  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
65  * modification, are permitted provided that the following conditions
66  * are met:
67  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
68  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
69  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
70  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
71  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
72  *
73  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
74  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
75  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
76  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
77  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
78  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
79  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
80  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
81  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
82  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
83  * SUCH DAMAGE.
84  */
85
86 #define AMD64_NPT_AWARE
87
88 #include <sys/cdefs.h>
89 __FBSDID("$FreeBSD$");
90
91 /*
92  *      Manages physical address maps.
93  *
94  *      Since the information managed by this module is
95  *      also stored by the logical address mapping module,
96  *      this module may throw away valid virtual-to-physical
97  *      mappings at almost any time.  However, invalidations
98  *      of virtual-to-physical mappings must be done as
99  *      requested.
100  *
101  *      In order to cope with hardware architectures which
102  *      make virtual-to-physical map invalidates expensive,
103  *      this module may delay invalidate or reduced protection
104  *      operations until such time as they are actually
105  *      necessary.  This module is given full information as
106  *      to which processors are currently using which maps,
107  *      and to when physical maps must be made correct.
108  */
109
110 #include "opt_ddb.h"
111 #include "opt_pmap.h"
112 #include "opt_vm.h"
113
114 #include <sys/param.h>
115 #include <sys/bitstring.h>
116 #include <sys/bus.h>
117 #include <sys/systm.h>
118 #include <sys/kernel.h>
119 #include <sys/ktr.h>
120 #include <sys/lock.h>
121 #include <sys/malloc.h>
122 #include <sys/mman.h>
123 #include <sys/mutex.h>
124 #include <sys/proc.h>
125 #include <sys/rangeset.h>
126 #include <sys/rwlock.h>
127 #include <sys/sx.h>
128 #include <sys/turnstile.h>
129 #include <sys/vmem.h>
130 #include <sys/vmmeter.h>
131 #include <sys/sched.h>
132 #include <sys/sysctl.h>
133 #include <sys/smp.h>
134 #ifdef DDB
135 #include <sys/kdb.h>
136 #include <ddb/ddb.h>
137 #endif
138
139 #include <vm/vm.h>
140 #include <vm/vm_param.h>
141 #include <vm/vm_kern.h>
142 #include <vm/vm_page.h>
143 #include <vm/vm_map.h>
144 #include <vm/vm_object.h>
145 #include <vm/vm_extern.h>
146 #include <vm/vm_pageout.h>
147 #include <vm/vm_pager.h>
148 #include <vm/vm_phys.h>
149 #include <vm/vm_radix.h>
150 #include <vm/vm_reserv.h>
151 #include <vm/uma.h>
152
153 #include <machine/intr_machdep.h>
154 #include <x86/apicvar.h>
155 #include <x86/ifunc.h>
156 #include <machine/cpu.h>
157 #include <machine/cputypes.h>
158 #include <machine/md_var.h>
159 #include <machine/pcb.h>
160 #include <machine/specialreg.h>
161 #ifdef SMP
162 #include <machine/smp.h>
163 #endif
164 #include <machine/sysarch.h>
165 #include <machine/tss.h>
166
167 static __inline boolean_t
168 pmap_type_guest(pmap_t pmap)
169 {
170
171         return ((pmap->pm_type == PT_EPT) || (pmap->pm_type == PT_RVI));
172 }
173
174 static __inline boolean_t
175 pmap_emulate_ad_bits(pmap_t pmap)
176 {
177
178         return ((pmap->pm_flags & PMAP_EMULATE_AD_BITS) != 0);
179 }
180
181 static __inline pt_entry_t
182 pmap_valid_bit(pmap_t pmap)
183 {
184         pt_entry_t mask;
185
186         switch (pmap->pm_type) {
187         case PT_X86:
188         case PT_RVI:
189                 mask = X86_PG_V;
190                 break;
191         case PT_EPT:
192                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
193                         mask = EPT_PG_EMUL_V;
194                 else
195                         mask = EPT_PG_READ;
196                 break;
197         default:
198                 panic("pmap_valid_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
199         }
200
201         return (mask);
202 }
203
204 static __inline pt_entry_t
205 pmap_rw_bit(pmap_t pmap)
206 {
207         pt_entry_t mask;
208
209         switch (pmap->pm_type) {
210         case PT_X86:
211         case PT_RVI:
212                 mask = X86_PG_RW;
213                 break;
214         case PT_EPT:
215                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
216                         mask = EPT_PG_EMUL_RW;
217                 else
218                         mask = EPT_PG_WRITE;
219                 break;
220         default:
221                 panic("pmap_rw_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
222         }
223
224         return (mask);
225 }
226
227 static pt_entry_t pg_g;
228
229 static __inline pt_entry_t
230 pmap_global_bit(pmap_t pmap)
231 {
232         pt_entry_t mask;
233
234         switch (pmap->pm_type) {
235         case PT_X86:
236                 mask = pg_g;
237                 break;
238         case PT_RVI:
239         case PT_EPT:
240                 mask = 0;
241                 break;
242         default:
243                 panic("pmap_global_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
244         }
245
246         return (mask);
247 }
248
249 static __inline pt_entry_t
250 pmap_accessed_bit(pmap_t pmap)
251 {
252         pt_entry_t mask;
253
254         switch (pmap->pm_type) {
255         case PT_X86:
256         case PT_RVI:
257                 mask = X86_PG_A;
258                 break;
259         case PT_EPT:
260                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
261                         mask = EPT_PG_READ;
262                 else
263                         mask = EPT_PG_A;
264                 break;
265         default:
266                 panic("pmap_accessed_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
267         }
268
269         return (mask);
270 }
271
272 static __inline pt_entry_t
273 pmap_modified_bit(pmap_t pmap)
274 {
275         pt_entry_t mask;
276
277         switch (pmap->pm_type) {
278         case PT_X86:
279         case PT_RVI:
280                 mask = X86_PG_M;
281                 break;
282         case PT_EPT:
283                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
284                         mask = EPT_PG_WRITE;
285                 else
286                         mask = EPT_PG_M;
287                 break;
288         default:
289                 panic("pmap_modified_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
290         }
291
292         return (mask);
293 }
294
295 static __inline pt_entry_t
296 pmap_pku_mask_bit(pmap_t pmap)
297 {
298
299         return (pmap->pm_type == PT_X86 ? X86_PG_PKU_MASK : 0);
300 }
301
302 #if !defined(DIAGNOSTIC)
303 #ifdef __GNUC_GNU_INLINE__
304 #define PMAP_INLINE     __attribute__((__gnu_inline__)) inline
305 #else
306 #define PMAP_INLINE     extern inline
307 #endif
308 #else
309 #define PMAP_INLINE
310 #endif
311
312 #ifdef PV_STATS
313 #define PV_STAT(x)      do { x ; } while (0)
314 #else
315 #define PV_STAT(x)      do { } while (0)
316 #endif
317
318 #define pa_index(pa)    ((pa) >> PDRSHIFT)
319 #define pa_to_pvh(pa)   (&pv_table[pa_index(pa)])
320
321 #define NPV_LIST_LOCKS  MAXCPU
322
323 #define PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa)        \
324                         (&pv_list_locks[pa_index(pa) % NPV_LIST_LOCKS])
325
326 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa)  do {    \
327         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
328         struct rwlock *_new_lock;                       \
329                                                         \
330         _new_lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);           \
331         if (_new_lock != *_lockp) {                     \
332                 if (*_lockp != NULL)                    \
333                         rw_wunlock(*_lockp);            \
334                 *_lockp = _new_lock;                    \
335                 rw_wlock(*_lockp);                      \
336         }                                               \
337 } while (0)
338
339 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m)        \
340                         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, VM_PAGE_TO_PHYS(m))
341
342 #define RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp)             do {    \
343         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
344                                                         \
345         if (*_lockp != NULL) {                          \
346                 rw_wunlock(*_lockp);                    \
347                 *_lockp = NULL;                         \
348         }                                               \
349 } while (0)
350
351 #define VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m)      \
352                         PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(VM_PAGE_TO_PHYS(m))
353
354 struct pmap kernel_pmap_store;
355
356 vm_offset_t virtual_avail;      /* VA of first avail page (after kernel bss) */
357 vm_offset_t virtual_end;        /* VA of last avail page (end of kernel AS) */
358
359 int nkpt;
360 SYSCTL_INT(_machdep, OID_AUTO, nkpt, CTLFLAG_RD, &nkpt, 0,
361     "Number of kernel page table pages allocated on bootup");
362
363 static int ndmpdp;
364 vm_paddr_t dmaplimit;
365 vm_offset_t kernel_vm_end = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
366 pt_entry_t pg_nx;
367
368 static SYSCTL_NODE(_vm, OID_AUTO, pmap, CTLFLAG_RD, 0, "VM/pmap parameters");
369
370 static int pg_ps_enabled = 1;
371 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pg_ps_enabled, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
372     &pg_ps_enabled, 0, "Are large page mappings enabled?");
373
374 #define PAT_INDEX_SIZE  8
375 static int pat_index[PAT_INDEX_SIZE];   /* cache mode to PAT index conversion */
376
377 static u_int64_t        KPTphys;        /* phys addr of kernel level 1 */
378 static u_int64_t        KPDphys;        /* phys addr of kernel level 2 */
379 u_int64_t               KPDPphys;       /* phys addr of kernel level 3 */
380 u_int64_t               KPML4phys;      /* phys addr of kernel level 4 */
381
382 static u_int64_t        DMPDphys;       /* phys addr of direct mapped level 2 */
383 static u_int64_t        DMPDPphys;      /* phys addr of direct mapped level 3 */
384 static int              ndmpdpphys;     /* number of DMPDPphys pages */
385
386 static vm_paddr_t       KERNend;        /* phys addr of end of bootstrap data */
387
388 /*
389  * pmap_mapdev support pre initialization (i.e. console)
390  */
391 #define PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT      8
392 static struct pmap_preinit_mapping {
393         vm_paddr_t      pa;
394         vm_offset_t     va;
395         vm_size_t       sz;
396         int             mode;
397 } pmap_preinit_mapping[PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT];
398 static int pmap_initialized;
399
400 /*
401  * Data for the pv entry allocation mechanism.
402  * Updates to pv_invl_gen are protected by the pv_list_locks[]
403  * elements, but reads are not.
404  */
405 static TAILQ_HEAD(pch, pv_chunk) pv_chunks = TAILQ_HEAD_INITIALIZER(pv_chunks);
406 static struct mtx __exclusive_cache_line pv_chunks_mutex;
407 static struct rwlock __exclusive_cache_line pv_list_locks[NPV_LIST_LOCKS];
408 static u_long pv_invl_gen[NPV_LIST_LOCKS];
409 static struct md_page *pv_table;
410 static struct md_page pv_dummy;
411
412 /*
413  * All those kernel PT submaps that BSD is so fond of
414  */
415 pt_entry_t *CMAP1 = NULL;
416 caddr_t CADDR1 = 0;
417 static vm_offset_t qframe = 0;
418 static struct mtx qframe_mtx;
419
420 static int pmap_flags = PMAP_PDE_SUPERPAGE;     /* flags for x86 pmaps */
421
422 static vmem_t *large_vmem;
423 static u_int lm_ents;
424 #define PMAP_LARGEMAP_MAX_ADDRESS()                     \
425     (LARGEMAP_MIN_ADDRESS + NBPML4 * (u_long)lm_ents)
426
427 int pmap_pcid_enabled = 1;
428 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pcid_enabled, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
429     &pmap_pcid_enabled, 0, "Is TLB Context ID enabled ?");
430 int invpcid_works = 0;
431 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, invpcid_works, CTLFLAG_RD, &invpcid_works, 0,
432     "Is the invpcid instruction available ?");
433
434 int __read_frequently pti = 0;
435 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pti, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
436     &pti, 0,
437     "Page Table Isolation enabled");
438 static vm_object_t pti_obj;
439 static pml4_entry_t *pti_pml4;
440 static vm_pindex_t pti_pg_idx;
441 static bool pti_finalized;
442
443 struct pmap_pkru_range {
444         struct rs_el    pkru_rs_el;
445         u_int           pkru_keyidx;
446         int             pkru_flags;
447 };
448
449 static uma_zone_t pmap_pkru_ranges_zone;
450 static bool pmap_pkru_same(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva);
451 static pt_entry_t pmap_pkru_get(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
452 static void pmap_pkru_on_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva);
453 static void *pkru_dup_range(void *ctx, void *data);
454 static void pkru_free_range(void *ctx, void *node);
455 static int pmap_pkru_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap);
456 static int pmap_pkru_deassign(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva);
457 static void pmap_pkru_deassign_all(pmap_t pmap);
458
459 static int
460 pmap_pcid_save_cnt_proc(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
461 {
462         int i;
463         uint64_t res;
464
465         res = 0;
466         CPU_FOREACH(i) {
467                 res += cpuid_to_pcpu[i]->pc_pm_save_cnt;
468         }
469         return (sysctl_handle_64(oidp, &res, 0, req));
470 }
471 SYSCTL_PROC(_vm_pmap, OID_AUTO, pcid_save_cnt, CTLTYPE_U64 | CTLFLAG_RD |
472     CTLFLAG_MPSAFE, NULL, 0, pmap_pcid_save_cnt_proc, "QU",
473     "Count of saved TLB context on switch");
474
475 static LIST_HEAD(, pmap_invl_gen) pmap_invl_gen_tracker =
476     LIST_HEAD_INITIALIZER(&pmap_invl_gen_tracker);
477 static struct mtx invl_gen_mtx;
478 /* Fake lock object to satisfy turnstiles interface. */
479 static struct lock_object invl_gen_ts = {
480         .lo_name = "invlts",
481 };
482 static struct pmap_invl_gen pmap_invl_gen_head = {
483         .gen = 1,
484         .next = NULL,
485 };
486 static u_long pmap_invl_gen = 1;
487 static int pmap_invl_waiters;
488 static struct callout pmap_invl_callout;
489 static bool pmap_invl_callout_inited;
490
491 #define PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI() \
492     KASSERT(pmap_not_in_di(), ("DI already started"))
493
494 static bool
495 pmap_di_locked(void)
496 {
497         int tun;
498
499         if ((cpu_feature2 & CPUID2_CX16) == 0)
500                 return (true);
501         tun = 0;
502         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.di_locked", &tun);
503         return (tun != 0);
504 }
505
506 static int
507 sysctl_pmap_di_locked(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
508 {
509         int locked;
510
511         locked = pmap_di_locked();
512         return (sysctl_handle_int(oidp, &locked, 0, req));
513 }
514 SYSCTL_PROC(_vm_pmap, OID_AUTO, di_locked, CTLTYPE_INT | CTLFLAG_RDTUN |
515     CTLFLAG_MPSAFE, 0, 0, sysctl_pmap_di_locked, "",
516     "Locked delayed invalidation");
517
518 static bool pmap_not_in_di_l(void);
519 static bool pmap_not_in_di_u(void);
520 DEFINE_IFUNC(, bool, pmap_not_in_di, (void))
521 {
522
523         return (pmap_di_locked() ? pmap_not_in_di_l : pmap_not_in_di_u);
524 }
525
526 static bool
527 pmap_not_in_di_l(void)
528 {
529         struct pmap_invl_gen *invl_gen;
530
531         invl_gen = &curthread->td_md.md_invl_gen;
532         return (invl_gen->gen == 0);
533 }
534
535 static void
536 pmap_thread_init_invl_gen_l(struct thread *td)
537 {
538         struct pmap_invl_gen *invl_gen;
539
540         invl_gen = &td->td_md.md_invl_gen;
541         invl_gen->gen = 0;
542 }
543
544 static void
545 pmap_delayed_invl_wait_block(u_long *m_gen, u_long *invl_gen)
546 {
547         struct turnstile *ts;
548
549         ts = turnstile_trywait(&invl_gen_ts);
550         if (*m_gen > atomic_load_long(invl_gen))
551                 turnstile_wait(ts, NULL, TS_SHARED_QUEUE);
552         else
553                 turnstile_cancel(ts);
554 }
555
556 static void
557 pmap_delayed_invl_finish_unblock(u_long new_gen)
558 {
559         struct turnstile *ts;
560
561         turnstile_chain_lock(&invl_gen_ts);
562         ts = turnstile_lookup(&invl_gen_ts);
563         if (new_gen != 0)
564                 pmap_invl_gen = new_gen;
565         if (ts != NULL) {
566                 turnstile_broadcast(ts, TS_SHARED_QUEUE);
567                 turnstile_unpend(ts);
568         }
569         turnstile_chain_unlock(&invl_gen_ts);
570 }
571
572 /*
573  * Start a new Delayed Invalidation (DI) block of code, executed by
574  * the current thread.  Within a DI block, the current thread may
575  * destroy both the page table and PV list entries for a mapping and
576  * then release the corresponding PV list lock before ensuring that
577  * the mapping is flushed from the TLBs of any processors with the
578  * pmap active.
579  */
580 static void
581 pmap_delayed_invl_start_l(void)
582 {
583         struct pmap_invl_gen *invl_gen;
584         u_long currgen;
585
586         invl_gen = &curthread->td_md.md_invl_gen;
587         PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI();
588         mtx_lock(&invl_gen_mtx);
589         if (LIST_EMPTY(&pmap_invl_gen_tracker))
590                 currgen = pmap_invl_gen;
591         else
592                 currgen = LIST_FIRST(&pmap_invl_gen_tracker)->gen;
593         invl_gen->gen = currgen + 1;
594         LIST_INSERT_HEAD(&pmap_invl_gen_tracker, invl_gen, link);
595         mtx_unlock(&invl_gen_mtx);
596 }
597
598 /*
599  * Finish the DI block, previously started by the current thread.  All
600  * required TLB flushes for the pages marked by
601  * pmap_delayed_invl_page() must be finished before this function is
602  * called.
603  *
604  * This function works by bumping the global DI generation number to
605  * the generation number of the current thread's DI, unless there is a
606  * pending DI that started earlier.  In the latter case, bumping the
607  * global DI generation number would incorrectly signal that the
608  * earlier DI had finished.  Instead, this function bumps the earlier
609  * DI's generation number to match the generation number of the
610  * current thread's DI.
611  */
612 static void
613 pmap_delayed_invl_finish_l(void)
614 {
615         struct pmap_invl_gen *invl_gen, *next;
616
617         invl_gen = &curthread->td_md.md_invl_gen;
618         KASSERT(invl_gen->gen != 0, ("missed invl_start"));
619         mtx_lock(&invl_gen_mtx);
620         next = LIST_NEXT(invl_gen, link);
621         if (next == NULL)
622                 pmap_delayed_invl_finish_unblock(invl_gen->gen);
623         else
624                 next->gen = invl_gen->gen;
625         LIST_REMOVE(invl_gen, link);
626         mtx_unlock(&invl_gen_mtx);
627         invl_gen->gen = 0;
628 }
629
630 static bool
631 pmap_not_in_di_u(void)
632 {
633         struct pmap_invl_gen *invl_gen;
634
635         invl_gen = &curthread->td_md.md_invl_gen;
636         return (((uintptr_t)invl_gen->next & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) != 0);
637 }
638
639 static void
640 pmap_thread_init_invl_gen_u(struct thread *td)
641 {
642         struct pmap_invl_gen *invl_gen;
643
644         invl_gen = &td->td_md.md_invl_gen;
645         invl_gen->gen = 0;
646         invl_gen->next = (void *)PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID;
647 }
648
649 static bool
650 pmap_di_load_invl(struct pmap_invl_gen *ptr, struct pmap_invl_gen *out)
651 {
652         uint64_t new_high, new_low, old_high, old_low;
653         char res;
654
655         old_low = new_low = 0;
656         old_high = new_high = (uintptr_t)0;
657
658         __asm volatile("lock;cmpxchg16b\t%1;sete\t%0"
659             : "=r" (res), "+m" (*ptr), "+a" (old_low), "+d" (old_high)
660             : "b"(new_low), "c" (new_high)
661             : "memory", "cc");
662         if (res == 0) {
663                 if ((old_high & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) != 0)
664                         return (false);
665                 out->gen = old_low;
666                 out->next = (void *)old_high;
667         } else {
668                 out->gen = new_low;
669                 out->next = (void *)new_high;
670         }
671         return (true);
672 }
673
674 static bool
675 pmap_di_store_invl(struct pmap_invl_gen *ptr, struct pmap_invl_gen *old_val,
676     struct pmap_invl_gen *new_val)
677 {
678         uint64_t new_high, new_low, old_high, old_low;
679         char res;
680
681         new_low = new_val->gen;
682         new_high = (uintptr_t)new_val->next;
683         old_low = old_val->gen;
684         old_high = (uintptr_t)old_val->next;
685
686         __asm volatile("lock;cmpxchg16b\t%1;sete\t%0"
687             : "=r" (res), "+m" (*ptr), "+a" (old_low), "+d" (old_high)
688             : "b"(new_low), "c" (new_high)
689             : "memory", "cc");
690         return (res);
691 }
692
693 #ifdef PV_STATS
694 static long invl_start_restart;
695 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, invl_start_restart, CTLFLAG_RD,
696     &invl_start_restart, 0,
697     "");
698 static long invl_finish_restart;
699 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, invl_finish_restart, CTLFLAG_RD,
700     &invl_finish_restart, 0,
701     "");
702 static int invl_max_qlen;
703 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, invl_max_qlen, CTLFLAG_RD,
704     &invl_max_qlen, 0,
705     "");
706 #endif
707
708 static struct lock_delay_config __read_frequently di_delay;
709 LOCK_DELAY_SYSINIT_DEFAULT(di_delay);
710
711 static void
712 pmap_delayed_invl_start_u(void)
713 {
714         struct pmap_invl_gen *invl_gen, *p, prev, new_prev;
715         struct thread *td;
716         struct lock_delay_arg lda;
717         uintptr_t prevl;
718         u_char pri;
719 #ifdef PV_STATS
720         int i, ii;
721 #endif
722
723         td = curthread;
724         invl_gen = &td->td_md.md_invl_gen;
725         PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI();
726         lock_delay_arg_init(&lda, &di_delay);
727         invl_gen->saved_pri = 0;
728         pri = td->td_base_pri;
729         if (pri > PVM) {
730                 thread_lock(td);
731                 pri = td->td_base_pri;
732                 if (pri > PVM) {
733                         invl_gen->saved_pri = pri;
734                         sched_prio(td, PVM);
735                 }
736                 thread_unlock(td);
737         }
738 again:
739         PV_STAT(i = 0);
740         for (p = &pmap_invl_gen_head;; p = prev.next) {
741                 PV_STAT(i++);
742                 prevl = atomic_load_ptr(&p->next);
743                 if ((prevl & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) != 0) {
744                         PV_STAT(atomic_add_long(&invl_start_restart, 1));
745                         lock_delay(&lda);
746                         goto again;
747                 }
748                 if (prevl == 0)
749                         break;
750                 prev.next = (void *)prevl;
751         }
752 #ifdef PV_STATS
753         if ((ii = invl_max_qlen) < i)
754                 atomic_cmpset_int(&invl_max_qlen, ii, i);
755 #endif
756
757         if (!pmap_di_load_invl(p, &prev) || prev.next != NULL) {
758                 PV_STAT(atomic_add_long(&invl_start_restart, 1));
759                 lock_delay(&lda);
760                 goto again;
761         }
762
763         new_prev.gen = prev.gen;
764         new_prev.next = invl_gen;
765         invl_gen->gen = prev.gen + 1;
766
767         /* Formal fence between store to invl->gen and updating *p. */
768         atomic_thread_fence_rel();
769
770         /*
771          * After inserting an invl_gen element with invalid bit set,
772          * this thread blocks any other thread trying to enter the
773          * delayed invalidation block.  Do not allow to remove us from
774          * the CPU, because it causes starvation for other threads.
775          */
776         critical_enter();
777
778         /*
779          * ABA for *p is not possible there, since p->gen can only
780          * increase.  So if the *p thread finished its di, then
781          * started a new one and got inserted into the list at the
782          * same place, its gen will appear greater than the previously
783          * read gen.
784          */
785         if (!pmap_di_store_invl(p, &prev, &new_prev)) {
786                 critical_exit();
787                 PV_STAT(atomic_add_long(&invl_start_restart, 1));
788                 lock_delay(&lda);
789                 goto again;
790         }
791
792         /*
793          * There we clear PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID in
794          * invl_gen->next, allowing other threads to iterate past us.
795          * pmap_di_store_invl() provides fence between the generation
796          * write and the update of next.
797          */
798         invl_gen->next = NULL;
799         critical_exit();
800 }
801
802 static bool
803 pmap_delayed_invl_finish_u_crit(struct pmap_invl_gen *invl_gen,
804     struct pmap_invl_gen *p)
805 {
806         struct pmap_invl_gen prev, new_prev;
807         u_long mygen;
808
809         /*
810          * Load invl_gen->gen after setting invl_gen->next
811          * PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID.  This prevents larger
812          * generations to propagate to our invl_gen->gen.  Lock prefix
813          * in atomic_set_ptr() worked as seq_cst fence.
814          */
815         mygen = atomic_load_long(&invl_gen->gen);
816
817         if (!pmap_di_load_invl(p, &prev) || prev.next != invl_gen)
818                 return (false);
819
820         KASSERT(prev.gen < mygen,
821             ("invalid di gen sequence %lu %lu", prev.gen, mygen));
822         new_prev.gen = mygen;
823         new_prev.next = (void *)((uintptr_t)invl_gen->next &
824             ~PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID);
825
826         /* Formal fence between load of prev and storing update to it. */
827         atomic_thread_fence_rel();
828
829         return (pmap_di_store_invl(p, &prev, &new_prev));
830 }
831
832 static void
833 pmap_delayed_invl_finish_u(void)
834 {
835         struct pmap_invl_gen *invl_gen, *p;
836         struct thread *td;
837         struct lock_delay_arg lda;
838         uintptr_t prevl;
839
840         td = curthread;
841         invl_gen = &td->td_md.md_invl_gen;
842         KASSERT(invl_gen->gen != 0, ("missed invl_start: gen 0"));
843         KASSERT(((uintptr_t)invl_gen->next & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) == 0,
844             ("missed invl_start: INVALID"));
845         lock_delay_arg_init(&lda, &di_delay);
846
847 again:
848         for (p = &pmap_invl_gen_head; p != NULL; p = (void *)prevl) {
849                 prevl = atomic_load_ptr(&p->next);
850                 if ((prevl & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) != 0) {
851                         PV_STAT(atomic_add_long(&invl_finish_restart, 1));
852                         lock_delay(&lda);
853                         goto again;
854                 }
855                 if ((void *)prevl == invl_gen)
856                         break;
857         }
858
859         /*
860          * It is legitimate to not find ourself on the list if a
861          * thread before us finished its DI and started it again.
862          */
863         if (__predict_false(p == NULL)) {
864                 PV_STAT(atomic_add_long(&invl_finish_restart, 1));
865                 lock_delay(&lda);
866                 goto again;
867         }
868
869         critical_enter();
870         atomic_set_ptr((uintptr_t *)&invl_gen->next,
871             PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID);
872         if (!pmap_delayed_invl_finish_u_crit(invl_gen, p)) {
873                 atomic_clear_ptr((uintptr_t *)&invl_gen->next,
874                     PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID);
875                 critical_exit();
876                 PV_STAT(atomic_add_long(&invl_finish_restart, 1));
877                 lock_delay(&lda);
878                 goto again;
879         }
880         critical_exit();
881         if (atomic_load_int(&pmap_invl_waiters) > 0)
882                 pmap_delayed_invl_finish_unblock(0);
883         if (invl_gen->saved_pri != 0) {
884                 thread_lock(td);
885                 sched_prio(td, invl_gen->saved_pri);
886                 thread_unlock(td);
887         }
888 }
889
890 #ifdef DDB
891 DB_SHOW_COMMAND(di_queue, pmap_di_queue)
892 {
893         struct pmap_invl_gen *p, *pn;
894         struct thread *td;
895         uintptr_t nextl;
896         bool first;
897
898         for (p = &pmap_invl_gen_head, first = true; p != NULL; p = pn,
899             first = false) {
900                 nextl = atomic_load_ptr(&p->next);
901                 pn = (void *)(nextl & ~PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID);
902                 td = first ? NULL : __containerof(p, struct thread,
903                     td_md.md_invl_gen);
904                 db_printf("gen %lu inv %d td %p tid %d\n", p->gen,
905                     (nextl & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) != 0, td,
906                     td != NULL ? td->td_tid : -1);
907         }
908 }
909 #endif
910
911 #ifdef PV_STATS
912 static long invl_wait;
913 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, invl_wait, CTLFLAG_RD, &invl_wait, 0,
914     "Number of times DI invalidation blocked pmap_remove_all/write");
915 static long invl_wait_slow;
916 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, invl_wait_slow, CTLFLAG_RD, &invl_wait_slow, 0,
917     "Number of slow invalidation waits for lockless DI");
918 #endif
919
920 static u_long *
921 pmap_delayed_invl_genp(vm_page_t m)
922 {
923
924         return (&pv_invl_gen[pa_index(VM_PAGE_TO_PHYS(m)) % NPV_LIST_LOCKS]);
925 }
926
927 static void
928 pmap_delayed_invl_callout_func(void *arg __unused)
929 {
930
931         if (atomic_load_int(&pmap_invl_waiters) == 0)
932                 return;
933         pmap_delayed_invl_finish_unblock(0);
934 }
935
936 static void
937 pmap_delayed_invl_callout_init(void *arg __unused)
938 {
939
940         if (pmap_di_locked())
941                 return;
942         callout_init(&pmap_invl_callout, 1);
943         pmap_invl_callout_inited = true;
944 }
945 SYSINIT(pmap_di_callout, SI_SUB_CPU + 1, SI_ORDER_ANY,
946     pmap_delayed_invl_callout_init, NULL);
947
948 /*
949  * Ensure that all currently executing DI blocks, that need to flush
950  * TLB for the given page m, actually flushed the TLB at the time the
951  * function returned.  If the page m has an empty PV list and we call
952  * pmap_delayed_invl_wait(), upon its return we know that no CPU has a
953  * valid mapping for the page m in either its page table or TLB.
954  *
955  * This function works by blocking until the global DI generation
956  * number catches up with the generation number associated with the
957  * given page m and its PV list.  Since this function's callers
958  * typically own an object lock and sometimes own a page lock, it
959  * cannot sleep.  Instead, it blocks on a turnstile to relinquish the
960  * processor.
961  */
962 static void
963 pmap_delayed_invl_wait_l(vm_page_t m)
964 {
965         u_long *m_gen;
966 #ifdef PV_STATS
967         bool accounted = false;
968 #endif
969
970         m_gen = pmap_delayed_invl_genp(m);
971         while (*m_gen > pmap_invl_gen) {
972 #ifdef PV_STATS
973                 if (!accounted) {
974                         atomic_add_long(&invl_wait, 1);
975                         accounted = true;
976                 }
977 #endif
978                 pmap_delayed_invl_wait_block(m_gen, &pmap_invl_gen);
979         }
980 }
981
982 static void
983 pmap_delayed_invl_wait_u(vm_page_t m)
984 {
985         u_long *m_gen;
986         struct lock_delay_arg lda;
987         bool fast;
988
989         fast = true;
990         m_gen = pmap_delayed_invl_genp(m);
991         lock_delay_arg_init(&lda, &di_delay);
992         while (*m_gen > atomic_load_long(&pmap_invl_gen_head.gen)) {
993                 if (fast || !pmap_invl_callout_inited) {
994                         PV_STAT(atomic_add_long(&invl_wait, 1));
995                         lock_delay(&lda);
996                         fast = false;
997                 } else {
998                         /*
999                          * The page's invalidation generation number
1000                          * is still below the current thread's number.
1001                          * Prepare to block so that we do not waste
1002                          * CPU cycles or worse, suffer livelock.
1003                          *
1004                          * Since it is impossible to block without
1005                          * racing with pmap_delayed_invl_finish_u(),
1006                          * prepare for the race by incrementing
1007                          * pmap_invl_waiters and arming a 1-tick
1008                          * callout which will unblock us if we lose
1009                          * the race.
1010                          */
1011                         atomic_add_int(&pmap_invl_waiters, 1);
1012
1013                         /*
1014                          * Re-check the current thread's invalidation
1015                          * generation after incrementing
1016                          * pmap_invl_waiters, so that there is no race
1017                          * with pmap_delayed_invl_finish_u() setting
1018                          * the page generation and checking
1019                          * pmap_invl_waiters.  The only race allowed
1020                          * is for a missed unblock, which is handled
1021                          * by the callout.
1022                          */
1023                         if (*m_gen >
1024                             atomic_load_long(&pmap_invl_gen_head.gen)) {
1025                                 callout_reset(&pmap_invl_callout, 1,
1026                                     pmap_delayed_invl_callout_func, NULL);
1027                                 PV_STAT(atomic_add_long(&invl_wait_slow, 1));
1028                                 pmap_delayed_invl_wait_block(m_gen,
1029                                     &pmap_invl_gen_head.gen);
1030                         }
1031                         atomic_add_int(&pmap_invl_waiters, -1);
1032                 }
1033         }
1034 }
1035
1036 DEFINE_IFUNC(, void, pmap_thread_init_invl_gen, (struct thread *))
1037 {
1038
1039         return (pmap_di_locked() ? pmap_thread_init_invl_gen_l :
1040             pmap_thread_init_invl_gen_u);
1041 }
1042
1043 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_delayed_invl_start, (void))
1044 {
1045
1046         return (pmap_di_locked() ? pmap_delayed_invl_start_l :
1047             pmap_delayed_invl_start_u);
1048 }
1049
1050 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_delayed_invl_finish, (void))
1051 {
1052
1053         return (pmap_di_locked() ? pmap_delayed_invl_finish_l :
1054             pmap_delayed_invl_finish_u);
1055 }
1056
1057 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_delayed_invl_wait, (vm_page_t))
1058 {
1059
1060         return (pmap_di_locked() ? pmap_delayed_invl_wait_l :
1061             pmap_delayed_invl_wait_u);
1062 }
1063
1064 /*
1065  * Mark the page m's PV list as participating in the current thread's
1066  * DI block.  Any threads concurrently using m's PV list to remove or
1067  * restrict all mappings to m will wait for the current thread's DI
1068  * block to complete before proceeding.
1069  *
1070  * The function works by setting the DI generation number for m's PV
1071  * list to at least the DI generation number of the current thread.
1072  * This forces a caller of pmap_delayed_invl_wait() to block until
1073  * current thread calls pmap_delayed_invl_finish().
1074  */
1075 static void
1076 pmap_delayed_invl_page(vm_page_t m)
1077 {
1078         u_long gen, *m_gen;
1079
1080         rw_assert(VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), RA_WLOCKED);
1081         gen = curthread->td_md.md_invl_gen.gen;
1082         if (gen == 0)
1083                 return;
1084         m_gen = pmap_delayed_invl_genp(m);
1085         if (*m_gen < gen)
1086                 *m_gen = gen;
1087 }
1088
1089 /*
1090  * Crashdump maps.
1091  */
1092 static caddr_t crashdumpmap;
1093
1094 /*
1095  * Internal flags for pmap_enter()'s helper functions.
1096  */
1097 #define PMAP_ENTER_NORECLAIM    0x1000000       /* Don't reclaim PV entries. */
1098 #define PMAP_ENTER_NOREPLACE    0x2000000       /* Don't replace mappings. */
1099
1100 /*
1101  * Internal flags for pmap_mapdev_internal() and
1102  * pmap_change_attr_locked().
1103  */
1104 #define MAPDEV_FLUSHCACHE       0x0000001       /* Flush cache after mapping. */
1105 #define MAPDEV_SETATTR          0x0000002       /* Modify existing attrs. */
1106
1107 static void     free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc);
1108 static void     free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv);
1109 static pv_entry_t get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp);
1110 static int      popcnt_pc_map_pq(uint64_t *map);
1111 static vm_page_t reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp);
1112 static void     reserve_pv_entries(pmap_t pmap, int needed,
1113                     struct rwlock **lockp);
1114 static void     pmap_pv_demote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
1115                     struct rwlock **lockp);
1116 static bool     pmap_pv_insert_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde,
1117                     u_int flags, struct rwlock **lockp);
1118 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
1119 static void     pmap_pv_promote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
1120                     struct rwlock **lockp);
1121 #endif
1122 static void     pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va);
1123 static pv_entry_t pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap,
1124                     vm_offset_t va);
1125
1126 static int pmap_change_attr_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode,
1127     int flags);
1128 static boolean_t pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va);
1129 static boolean_t pmap_demote_pde_locked(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde,
1130     vm_offset_t va, struct rwlock **lockp);
1131 static boolean_t pmap_demote_pdpe(pmap_t pmap, pdp_entry_t *pdpe,
1132     vm_offset_t va);
1133 static bool     pmap_enter_2mpage(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
1134                     vm_prot_t prot, struct rwlock **lockp);
1135 static int      pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t newpde,
1136                     u_int flags, vm_page_t m, struct rwlock **lockp);
1137 static vm_page_t pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
1138     vm_page_t m, vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp);
1139 static void pmap_fill_ptp(pt_entry_t *firstpte, pt_entry_t newpte);
1140 static int pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte, bool promoted);
1141 static void pmap_invalidate_cache_range_selfsnoop(vm_offset_t sva,
1142     vm_offset_t eva);
1143 static void pmap_invalidate_cache_range_all(vm_offset_t sva,
1144     vm_offset_t eva);
1145 static void pmap_invalidate_pde_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
1146                     pd_entry_t pde);
1147 static void pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode);
1148 static vm_page_t pmap_large_map_getptp_unlocked(void);
1149 static vm_paddr_t pmap_large_map_kextract(vm_offset_t va);
1150 static void pmap_pde_attr(pd_entry_t *pde, int cache_bits, int mask);
1151 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
1152 static void pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
1153     struct rwlock **lockp);
1154 #endif
1155 static boolean_t pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva,
1156     vm_prot_t prot);
1157 static void pmap_pte_attr(pt_entry_t *pte, int cache_bits, int mask);
1158 static void pmap_pti_add_kva_locked(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
1159     bool exec);
1160 static pdp_entry_t *pmap_pti_pdpe(vm_offset_t va);
1161 static pd_entry_t *pmap_pti_pde(vm_offset_t va);
1162 static void pmap_pti_wire_pte(void *pte);
1163 static int pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
1164     struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
1165 static int pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t sva,
1166     pd_entry_t ptepde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
1167 static vm_page_t pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
1168 static void pmap_remove_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
1169     struct spglist *free);
1170 static bool     pmap_remove_ptes(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
1171                     pd_entry_t *pde, struct spglist *free,
1172                     struct rwlock **lockp);
1173 static boolean_t pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
1174     vm_page_t m, struct rwlock **lockp);
1175 static void pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
1176     pd_entry_t newpde);
1177 static void pmap_update_pde_invalidate(pmap_t, vm_offset_t va, pd_entry_t pde);
1178
1179 static vm_page_t _pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex,
1180                 struct rwlock **lockp);
1181 static vm_page_t pmap_allocpde(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
1182                 struct rwlock **lockp);
1183 static vm_page_t pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
1184                 struct rwlock **lockp);
1185
1186 static void _pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
1187     struct spglist *free);
1188 static int pmap_unuse_pt(pmap_t, vm_offset_t, pd_entry_t, struct spglist *);
1189
1190 /********************/
1191 /* Inline functions */
1192 /********************/
1193
1194 /* Return a non-clipped PD index for a given VA */
1195 static __inline vm_pindex_t
1196 pmap_pde_pindex(vm_offset_t va)
1197 {
1198         return (va >> PDRSHIFT);
1199 }
1200
1201
1202 /* Return a pointer to the PML4 slot that corresponds to a VA */
1203 static __inline pml4_entry_t *
1204 pmap_pml4e(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1205 {
1206
1207         return (&pmap->pm_pml4[pmap_pml4e_index(va)]);
1208 }
1209
1210 /* Return a pointer to the PDP slot that corresponds to a VA */
1211 static __inline pdp_entry_t *
1212 pmap_pml4e_to_pdpe(pml4_entry_t *pml4e, vm_offset_t va)
1213 {
1214         pdp_entry_t *pdpe;
1215
1216         pdpe = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4e & PG_FRAME);
1217         return (&pdpe[pmap_pdpe_index(va)]);
1218 }
1219
1220 /* Return a pointer to the PDP slot that corresponds to a VA */
1221 static __inline pdp_entry_t *
1222 pmap_pdpe(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1223 {
1224         pml4_entry_t *pml4e;
1225         pt_entry_t PG_V;
1226
1227         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
1228         pml4e = pmap_pml4e(pmap, va);
1229         if ((*pml4e & PG_V) == 0)
1230                 return (NULL);
1231         return (pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, va));
1232 }
1233
1234 /* Return a pointer to the PD slot that corresponds to a VA */
1235 static __inline pd_entry_t *
1236 pmap_pdpe_to_pde(pdp_entry_t *pdpe, vm_offset_t va)
1237 {
1238         pd_entry_t *pde;
1239
1240         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdpe & PG_FRAME);
1241         return (&pde[pmap_pde_index(va)]);
1242 }
1243
1244 /* Return a pointer to the PD slot that corresponds to a VA */
1245 static __inline pd_entry_t *
1246 pmap_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1247 {
1248         pdp_entry_t *pdpe;
1249         pt_entry_t PG_V;
1250
1251         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
1252         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
1253         if (pdpe == NULL || (*pdpe & PG_V) == 0)
1254                 return (NULL);
1255         return (pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va));
1256 }
1257
1258 /* Return a pointer to the PT slot that corresponds to a VA */
1259 static __inline pt_entry_t *
1260 pmap_pde_to_pte(pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
1261 {
1262         pt_entry_t *pte;
1263
1264         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pde & PG_FRAME);
1265         return (&pte[pmap_pte_index(va)]);
1266 }
1267
1268 /* Return a pointer to the PT slot that corresponds to a VA */
1269 static __inline pt_entry_t *
1270 pmap_pte(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1271 {
1272         pd_entry_t *pde;
1273         pt_entry_t PG_V;
1274
1275         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
1276         pde = pmap_pde(pmap, va);
1277         if (pde == NULL || (*pde & PG_V) == 0)
1278                 return (NULL);
1279         if ((*pde & PG_PS) != 0)        /* compat with i386 pmap_pte() */
1280                 return ((pt_entry_t *)pde);
1281         return (pmap_pde_to_pte(pde, va));
1282 }
1283
1284 static __inline void
1285 pmap_resident_count_inc(pmap_t pmap, int count)
1286 {
1287
1288         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1289         pmap->pm_stats.resident_count += count;
1290 }
1291
1292 static __inline void
1293 pmap_resident_count_dec(pmap_t pmap, int count)
1294 {
1295
1296         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1297         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count >= count,
1298             ("pmap %p resident count underflow %ld %d", pmap,
1299             pmap->pm_stats.resident_count, count));
1300         pmap->pm_stats.resident_count -= count;
1301 }
1302
1303 PMAP_INLINE pt_entry_t *
1304 vtopte(vm_offset_t va)
1305 {
1306         u_int64_t mask = ((1ul << (NPTEPGSHIFT + NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT)) - 1);
1307
1308         KASSERT(va >= VM_MAXUSER_ADDRESS, ("vtopte on a uva/gpa 0x%0lx", va));
1309
1310         return (PTmap + ((va >> PAGE_SHIFT) & mask));
1311 }
1312
1313 static __inline pd_entry_t *
1314 vtopde(vm_offset_t va)
1315 {
1316         u_int64_t mask = ((1ul << (NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT)) - 1);
1317
1318         KASSERT(va >= VM_MAXUSER_ADDRESS, ("vtopde on a uva/gpa 0x%0lx", va));
1319
1320         return (PDmap + ((va >> PDRSHIFT) & mask));
1321 }
1322
1323 static u_int64_t
1324 allocpages(vm_paddr_t *firstaddr, int n)
1325 {
1326         u_int64_t ret;
1327
1328         ret = *firstaddr;
1329         bzero((void *)ret, n * PAGE_SIZE);
1330         *firstaddr += n * PAGE_SIZE;
1331         return (ret);
1332 }
1333
1334 CTASSERT(powerof2(NDMPML4E));
1335
1336 /* number of kernel PDP slots */
1337 #define NKPDPE(ptpgs)           howmany(ptpgs, NPDEPG)
1338
1339 static void
1340 nkpt_init(vm_paddr_t addr)
1341 {
1342         int pt_pages;
1343         
1344 #ifdef NKPT
1345         pt_pages = NKPT;
1346 #else
1347         pt_pages = howmany(addr, 1 << PDRSHIFT);
1348         pt_pages += NKPDPE(pt_pages);
1349
1350         /*
1351          * Add some slop beyond the bare minimum required for bootstrapping
1352          * the kernel.
1353          *
1354          * This is quite important when allocating KVA for kernel modules.
1355          * The modules are required to be linked in the negative 2GB of
1356          * the address space.  If we run out of KVA in this region then
1357          * pmap_growkernel() will need to allocate page table pages to map
1358          * the entire 512GB of KVA space which is an unnecessary tax on
1359          * physical memory.
1360          *
1361          * Secondly, device memory mapped as part of setting up the low-
1362          * level console(s) is taken from KVA, starting at virtual_avail.
1363          * This is because cninit() is called after pmap_bootstrap() but
1364          * before vm_init() and pmap_init(). 20MB for a frame buffer is
1365          * not uncommon.
1366          */
1367         pt_pages += 32;         /* 64MB additional slop. */
1368 #endif
1369         nkpt = pt_pages;
1370 }
1371
1372 /*
1373  * Returns the proper write/execute permission for a physical page that is
1374  * part of the initial boot allocations.
1375  *
1376  * If the page has kernel text, it is marked as read-only. If the page has
1377  * kernel read-only data, it is marked as read-only/not-executable. If the
1378  * page has only read-write data, it is marked as read-write/not-executable.
1379  * If the page is below/above the kernel range, it is marked as read-write.
1380  *
1381  * This function operates on 2M pages, since we map the kernel space that
1382  * way.
1383  *
1384  * Note that this doesn't currently provide any protection for modules.
1385  */
1386 static inline pt_entry_t
1387 bootaddr_rwx(vm_paddr_t pa)
1388 {
1389
1390         /*
1391          * Everything in the same 2M page as the start of the kernel
1392          * should be static. On the other hand, things in the same 2M
1393          * page as the end of the kernel could be read-write/executable,
1394          * as the kernel image is not guaranteed to end on a 2M boundary.
1395          */
1396         if (pa < trunc_2mpage(btext - KERNBASE) ||
1397            pa >= trunc_2mpage(_end - KERNBASE))
1398                 return (X86_PG_RW);
1399         /*
1400          * The linker should ensure that the read-only and read-write
1401          * portions don't share the same 2M page, so this shouldn't
1402          * impact read-only data. However, in any case, any page with
1403          * read-write data needs to be read-write.
1404          */
1405         if (pa >= trunc_2mpage(brwsection - KERNBASE))
1406                 return (X86_PG_RW | pg_nx);
1407         /*
1408          * Mark any 2M page containing kernel text as read-only. Mark
1409          * other pages with read-only data as read-only and not executable.
1410          * (It is likely a small portion of the read-only data section will
1411          * be marked as read-only, but executable. This should be acceptable
1412          * since the read-only protection will keep the data from changing.)
1413          * Note that fixups to the .text section will still work until we
1414          * set CR0.WP.
1415          */
1416         if (pa < round_2mpage(etext - KERNBASE))
1417                 return (0);
1418         return (pg_nx);
1419 }
1420
1421 static void
1422 create_pagetables(vm_paddr_t *firstaddr)
1423 {
1424         int i, j, ndm1g, nkpdpe, nkdmpde;
1425         pd_entry_t *pd_p;
1426         pdp_entry_t *pdp_p;
1427         pml4_entry_t *p4_p;
1428         uint64_t DMPDkernphys;
1429
1430         /* Allocate page table pages for the direct map */
1431         ndmpdp = howmany(ptoa(Maxmem), NBPDP);
1432         if (ndmpdp < 4)         /* Minimum 4GB of dirmap */
1433                 ndmpdp = 4;
1434         ndmpdpphys = howmany(ndmpdp, NPDPEPG);
1435         if (ndmpdpphys > NDMPML4E) {
1436                 /*
1437                  * Each NDMPML4E allows 512 GB, so limit to that,
1438                  * and then readjust ndmpdp and ndmpdpphys.
1439                  */
1440                 printf("NDMPML4E limits system to %d GB\n", NDMPML4E * 512);
1441                 Maxmem = atop(NDMPML4E * NBPML4);
1442                 ndmpdpphys = NDMPML4E;
1443                 ndmpdp = NDMPML4E * NPDEPG;
1444         }
1445         DMPDPphys = allocpages(firstaddr, ndmpdpphys);
1446         ndm1g = 0;
1447         if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0) {
1448                 /*
1449                  * Calculate the number of 1G pages that will fully fit in
1450                  * Maxmem.
1451                  */
1452                 ndm1g = ptoa(Maxmem) >> PDPSHIFT;
1453
1454                 /*
1455                  * Allocate 2M pages for the kernel. These will be used in
1456                  * place of the first one or more 1G pages from ndm1g.
1457                  */
1458                 nkdmpde = howmany((vm_offset_t)(brwsection - KERNBASE), NBPDP);
1459                 DMPDkernphys = allocpages(firstaddr, nkdmpde);
1460         }
1461         if (ndm1g < ndmpdp)
1462                 DMPDphys = allocpages(firstaddr, ndmpdp - ndm1g);
1463         dmaplimit = (vm_paddr_t)ndmpdp << PDPSHIFT;
1464
1465         /* Allocate pages */
1466         KPML4phys = allocpages(firstaddr, 1);
1467         KPDPphys = allocpages(firstaddr, NKPML4E);
1468
1469         /*
1470          * Allocate the initial number of kernel page table pages required to
1471          * bootstrap.  We defer this until after all memory-size dependent
1472          * allocations are done (e.g. direct map), so that we don't have to
1473          * build in too much slop in our estimate.
1474          *
1475          * Note that when NKPML4E > 1, we have an empty page underneath
1476          * all but the KPML4I'th one, so we need NKPML4E-1 extra (zeroed)
1477          * pages.  (pmap_enter requires a PD page to exist for each KPML4E.)
1478          */
1479         nkpt_init(*firstaddr);
1480         nkpdpe = NKPDPE(nkpt);
1481
1482         KPTphys = allocpages(firstaddr, nkpt);
1483         KPDphys = allocpages(firstaddr, nkpdpe);
1484
1485         /*
1486          * Connect the zero-filled PT pages to their PD entries.  This
1487          * implicitly maps the PT pages at their correct locations within
1488          * the PTmap.
1489          */
1490         pd_p = (pd_entry_t *)KPDphys;
1491         for (i = 0; i < nkpt; i++)
1492                 pd_p[i] = (KPTphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW | X86_PG_V;
1493
1494         /*
1495          * Map from physical address zero to the end of loader preallocated
1496          * memory using 2MB pages.  This replaces some of the PD entries
1497          * created above.
1498          */
1499         for (i = 0; (i << PDRSHIFT) < KERNend; i++)
1500                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
1501                 pd_p[i] = (i << PDRSHIFT) | X86_PG_V | PG_PS | pg_g |
1502                     X86_PG_M | X86_PG_A | bootaddr_rwx(i << PDRSHIFT);
1503
1504         /*
1505          * Because we map the physical blocks in 2M pages, adjust firstaddr
1506          * to record the physical blocks we've actually mapped into kernel
1507          * virtual address space.
1508          */
1509         if (*firstaddr < round_2mpage(KERNend))
1510                 *firstaddr = round_2mpage(KERNend);
1511
1512         /* And connect up the PD to the PDP (leaving room for L4 pages) */
1513         pdp_p = (pdp_entry_t *)(KPDPphys + ptoa(KPML4I - KPML4BASE));
1514         for (i = 0; i < nkpdpe; i++)
1515                 pdp_p[i + KPDPI] = (KPDphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW | X86_PG_V;
1516
1517         /*
1518          * Now, set up the direct map region using 2MB and/or 1GB pages.  If
1519          * the end of physical memory is not aligned to a 1GB page boundary,
1520          * then the residual physical memory is mapped with 2MB pages.  Later,
1521          * if pmap_mapdev{_attr}() uses the direct map for non-write-back
1522          * memory, pmap_change_attr() will demote any 2MB or 1GB page mappings
1523          * that are partially used. 
1524          */
1525         pd_p = (pd_entry_t *)DMPDphys;
1526         for (i = NPDEPG * ndm1g, j = 0; i < NPDEPG * ndmpdp; i++, j++) {
1527                 pd_p[j] = (vm_paddr_t)i << PDRSHIFT;
1528                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
1529                 pd_p[j] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_PS | pg_g |
1530                     X86_PG_M | X86_PG_A | pg_nx;
1531         }
1532         pdp_p = (pdp_entry_t *)DMPDPphys;
1533         for (i = 0; i < ndm1g; i++) {
1534                 pdp_p[i] = (vm_paddr_t)i << PDPSHIFT;
1535                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
1536                 pdp_p[i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_PS | pg_g |
1537                     X86_PG_M | X86_PG_A | pg_nx;
1538         }
1539         for (j = 0; i < ndmpdp; i++, j++) {
1540                 pdp_p[i] = DMPDphys + ptoa(j);
1541                 pdp_p[i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V;
1542         }
1543
1544         /*
1545          * Instead of using a 1G page for the memory containing the kernel,
1546          * use 2M pages with appropriate permissions. (If using 1G pages,
1547          * this will partially overwrite the PDPEs above.)
1548          */
1549         if (ndm1g) {
1550                 pd_p = (pd_entry_t *)DMPDkernphys;
1551                 for (i = 0; i < (NPDEPG * nkdmpde); i++)
1552                         pd_p[i] = (i << PDRSHIFT) | X86_PG_V | PG_PS | pg_g |
1553                             X86_PG_M | X86_PG_A | pg_nx |
1554                             bootaddr_rwx(i << PDRSHIFT);
1555                 for (i = 0; i < nkdmpde; i++)
1556                         pdp_p[i] = (DMPDkernphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW |
1557                             X86_PG_V;
1558         }
1559
1560         /* And recursively map PML4 to itself in order to get PTmap */
1561         p4_p = (pml4_entry_t *)KPML4phys;
1562         p4_p[PML4PML4I] = KPML4phys;
1563         p4_p[PML4PML4I] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
1564
1565         /* Connect the Direct Map slot(s) up to the PML4. */
1566         for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++) {
1567                 p4_p[DMPML4I + i] = DMPDPphys + ptoa(i);
1568                 p4_p[DMPML4I + i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V;
1569         }
1570
1571         /* Connect the KVA slots up to the PML4 */
1572         for (i = 0; i < NKPML4E; i++) {
1573                 p4_p[KPML4BASE + i] = KPDPphys + ptoa(i);
1574                 p4_p[KPML4BASE + i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V;
1575         }
1576 }
1577
1578 /*
1579  *      Bootstrap the system enough to run with virtual memory.
1580  *
1581  *      On amd64 this is called after mapping has already been enabled
1582  *      and just syncs the pmap module with what has already been done.
1583  *      [We can't call it easily with mapping off since the kernel is not
1584  *      mapped with PA == VA, hence we would have to relocate every address
1585  *      from the linked base (virtual) address "KERNBASE" to the actual
1586  *      (physical) address starting relative to 0]
1587  */
1588 void
1589 pmap_bootstrap(vm_paddr_t *firstaddr)
1590 {
1591         vm_offset_t va;
1592         pt_entry_t *pte;
1593         uint64_t cr4;
1594         u_long res;
1595         int i;
1596
1597         KERNend = *firstaddr;
1598         res = atop(KERNend - (vm_paddr_t)kernphys);
1599
1600         if (!pti)
1601                 pg_g = X86_PG_G;
1602
1603         /*
1604          * Create an initial set of page tables to run the kernel in.
1605          */
1606         create_pagetables(firstaddr);
1607
1608         /*
1609          * Add a physical memory segment (vm_phys_seg) corresponding to the
1610          * preallocated kernel page table pages so that vm_page structures
1611          * representing these pages will be created.  The vm_page structures
1612          * are required for promotion of the corresponding kernel virtual
1613          * addresses to superpage mappings.
1614          */
1615         vm_phys_add_seg(KPTphys, KPTphys + ptoa(nkpt));
1616
1617         /*
1618          * Account for the virtual addresses mapped by create_pagetables().
1619          */
1620         virtual_avail = (vm_offset_t)KERNBASE + round_2mpage(KERNend);
1621         virtual_end = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS;
1622
1623         /*
1624          * Enable PG_G global pages, then switch to the kernel page
1625          * table from the bootstrap page table.  After the switch, it
1626          * is possible to enable SMEP and SMAP since PG_U bits are
1627          * correct now.
1628          */
1629         cr4 = rcr4();
1630         cr4 |= CR4_PGE;
1631         load_cr4(cr4);
1632         load_cr3(KPML4phys);
1633         if (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_SMEP)
1634                 cr4 |= CR4_SMEP;
1635         if (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_SMAP)
1636                 cr4 |= CR4_SMAP;
1637         load_cr4(cr4);
1638
1639         /*
1640          * Initialize the kernel pmap (which is statically allocated).
1641          * Count bootstrap data as being resident in case any of this data is
1642          * later unmapped (using pmap_remove()) and freed.
1643          */
1644         PMAP_LOCK_INIT(kernel_pmap);
1645         kernel_pmap->pm_pml4 = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(KPML4phys);
1646         kernel_pmap->pm_cr3 = KPML4phys;
1647         kernel_pmap->pm_ucr3 = PMAP_NO_CR3;
1648         CPU_FILL(&kernel_pmap->pm_active);      /* don't allow deactivation */
1649         TAILQ_INIT(&kernel_pmap->pm_pvchunk);
1650         kernel_pmap->pm_stats.resident_count = res;
1651         kernel_pmap->pm_flags = pmap_flags;
1652
1653         /*
1654          * Initialize the TLB invalidations generation number lock.
1655          */
1656         mtx_init(&invl_gen_mtx, "invlgn", NULL, MTX_DEF);
1657
1658         /*
1659          * Reserve some special page table entries/VA space for temporary
1660          * mapping of pages.
1661          */
1662 #define SYSMAP(c, p, v, n)      \
1663         v = (c)va; va += ((n)*PAGE_SIZE); p = pte; pte += (n);
1664
1665         va = virtual_avail;
1666         pte = vtopte(va);
1667
1668         /*
1669          * Crashdump maps.  The first page is reused as CMAP1 for the
1670          * memory test.
1671          */
1672         SYSMAP(caddr_t, CMAP1, crashdumpmap, MAXDUMPPGS)
1673         CADDR1 = crashdumpmap;
1674
1675         virtual_avail = va;
1676
1677         /*
1678          * Initialize the PAT MSR.
1679          * pmap_init_pat() clears and sets CR4_PGE, which, as a
1680          * side-effect, invalidates stale PG_G TLB entries that might
1681          * have been created in our pre-boot environment.
1682          */
1683         pmap_init_pat();
1684
1685         /* Initialize TLB Context Id. */
1686         if (pmap_pcid_enabled) {
1687                 for (i = 0; i < MAXCPU; i++) {
1688                         kernel_pmap->pm_pcids[i].pm_pcid = PMAP_PCID_KERN;
1689                         kernel_pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 1;
1690                 }
1691
1692                 /*
1693                  * PMAP_PCID_KERN + 1 is used for initialization of
1694                  * proc0 pmap.  The pmap' pcid state might be used by
1695                  * EFIRT entry before first context switch, so it
1696                  * needs to be valid.
1697                  */
1698                 PCPU_SET(pcid_next, PMAP_PCID_KERN + 2);
1699                 PCPU_SET(pcid_gen, 1);
1700
1701                 /*
1702                  * pcpu area for APs is zeroed during AP startup.
1703                  * pc_pcid_next and pc_pcid_gen are initialized by AP
1704                  * during pcpu setup.
1705                  */
1706                 load_cr4(rcr4() | CR4_PCIDE);
1707         }
1708 }
1709
1710 /*
1711  * Setup the PAT MSR.
1712  */
1713 void
1714 pmap_init_pat(void)
1715 {
1716         uint64_t pat_msr;
1717         u_long cr0, cr4;
1718         int i;
1719
1720         /* Bail if this CPU doesn't implement PAT. */
1721         if ((cpu_feature & CPUID_PAT) == 0)
1722                 panic("no PAT??");
1723
1724         /* Set default PAT index table. */
1725         for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
1726                 pat_index[i] = -1;
1727         pat_index[PAT_WRITE_BACK] = 0;
1728         pat_index[PAT_WRITE_THROUGH] = 1;
1729         pat_index[PAT_UNCACHEABLE] = 3;
1730         pat_index[PAT_WRITE_COMBINING] = 6;
1731         pat_index[PAT_WRITE_PROTECTED] = 5;
1732         pat_index[PAT_UNCACHED] = 2;
1733
1734         /*
1735          * Initialize default PAT entries.
1736          * Leave the indices 0-3 at the default of WB, WT, UC-, and UC.
1737          * Program 5 and 6 as WP and WC.
1738          *
1739          * Leave 4 and 7 as WB and UC.  Note that a recursive page table
1740          * mapping for a 2M page uses a PAT value with the bit 3 set due
1741          * to its overload with PG_PS.
1742          */
1743         pat_msr = PAT_VALUE(0, PAT_WRITE_BACK) |
1744             PAT_VALUE(1, PAT_WRITE_THROUGH) |
1745             PAT_VALUE(2, PAT_UNCACHED) |
1746             PAT_VALUE(3, PAT_UNCACHEABLE) |
1747             PAT_VALUE(4, PAT_WRITE_BACK) |
1748             PAT_VALUE(5, PAT_WRITE_PROTECTED) |
1749             PAT_VALUE(6, PAT_WRITE_COMBINING) |
1750             PAT_VALUE(7, PAT_UNCACHEABLE);
1751
1752         /* Disable PGE. */
1753         cr4 = rcr4();
1754         load_cr4(cr4 & ~CR4_PGE);
1755
1756         /* Disable caches (CD = 1, NW = 0). */
1757         cr0 = rcr0();
1758         load_cr0((cr0 & ~CR0_NW) | CR0_CD);
1759
1760         /* Flushes caches and TLBs. */
1761         wbinvd();
1762         invltlb();
1763
1764         /* Update PAT and index table. */
1765         wrmsr(MSR_PAT, pat_msr);
1766
1767         /* Flush caches and TLBs again. */
1768         wbinvd();
1769         invltlb();
1770
1771         /* Restore caches and PGE. */
1772         load_cr0(cr0);
1773         load_cr4(cr4);
1774 }
1775
1776 /*
1777  *      Initialize a vm_page's machine-dependent fields.
1778  */
1779 void
1780 pmap_page_init(vm_page_t m)
1781 {
1782
1783         TAILQ_INIT(&m->md.pv_list);
1784         m->md.pat_mode = PAT_WRITE_BACK;
1785 }
1786
1787 /*
1788  *      Initialize the pmap module.
1789  *      Called by vm_init, to initialize any structures that the pmap
1790  *      system needs to map virtual memory.
1791  */
1792 void
1793 pmap_init(void)
1794 {
1795         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
1796         vm_page_t m, mpte;
1797         vm_size_t s;
1798         int error, i, pv_npg, ret, skz63;
1799
1800         /* L1TF, reserve page @0 unconditionally */
1801         vm_page_blacklist_add(0, bootverbose);
1802
1803         /* Detect bare-metal Skylake Server and Skylake-X. */
1804         if (vm_guest == VM_GUEST_NO && cpu_vendor_id == CPU_VENDOR_INTEL &&
1805             CPUID_TO_FAMILY(cpu_id) == 0x6 && CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x55) {
1806                 /*
1807                  * Skylake-X errata SKZ63. Processor May Hang When
1808                  * Executing Code In an HLE Transaction Region between
1809                  * 40000000H and 403FFFFFH.
1810                  *
1811                  * Mark the pages in the range as preallocated.  It
1812                  * seems to be impossible to distinguish between
1813                  * Skylake Server and Skylake X.
1814                  */
1815                 skz63 = 1;
1816                 TUNABLE_INT_FETCH("hw.skz63_enable", &skz63);
1817                 if (skz63 != 0) {
1818                         if (bootverbose)
1819                                 printf("SKZ63: skipping 4M RAM starting "
1820                                     "at physical 1G\n");
1821                         for (i = 0; i < atop(0x400000); i++) {
1822                                 ret = vm_page_blacklist_add(0x40000000 +
1823                                     ptoa(i), FALSE);
1824                                 if (!ret && bootverbose)
1825                                         printf("page at %#lx already used\n",
1826                                             0x40000000 + ptoa(i));
1827                         }
1828                 }
1829         }
1830
1831         /*
1832          * Initialize the vm page array entries for the kernel pmap's
1833          * page table pages.
1834          */ 
1835         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
1836         for (i = 0; i < nkpt; i++) {
1837                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(KPTphys + (i << PAGE_SHIFT));
1838                 KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
1839                     mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
1840                     ("pmap_init: page table page is out of range"));
1841                 mpte->pindex = pmap_pde_pindex(KERNBASE) + i;
1842                 mpte->phys_addr = KPTphys + (i << PAGE_SHIFT);
1843                 mpte->wire_count = 1;
1844
1845                 /*
1846                  * Collect the page table pages that were replaced by a 2MB
1847                  * page in create_pagetables().  They are zero filled.
1848                  */
1849                 if (i << PDRSHIFT < KERNend &&
1850                     pmap_insert_pt_page(kernel_pmap, mpte, false))
1851                         panic("pmap_init: pmap_insert_pt_page failed");
1852         }
1853         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
1854         vm_wire_add(nkpt);
1855
1856         /*
1857          * If the kernel is running on a virtual machine, then it must assume
1858          * that MCA is enabled by the hypervisor.  Moreover, the kernel must
1859          * be prepared for the hypervisor changing the vendor and family that
1860          * are reported by CPUID.  Consequently, the workaround for AMD Family
1861          * 10h Erratum 383 is enabled if the processor's feature set does not
1862          * include at least one feature that is only supported by older Intel
1863          * or newer AMD processors.
1864          */
1865         if (vm_guest != VM_GUEST_NO && (cpu_feature & CPUID_SS) == 0 &&
1866             (cpu_feature2 & (CPUID2_SSSE3 | CPUID2_SSE41 | CPUID2_AESNI |
1867             CPUID2_AVX | CPUID2_XSAVE)) == 0 && (amd_feature2 & (AMDID2_XOP |
1868             AMDID2_FMA4)) == 0)
1869                 workaround_erratum383 = 1;
1870
1871         /*
1872          * Are large page mappings enabled?
1873          */
1874         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.pg_ps_enabled", &pg_ps_enabled);
1875         if (pg_ps_enabled) {
1876                 KASSERT(MAXPAGESIZES > 1 && pagesizes[1] == 0,
1877                     ("pmap_init: can't assign to pagesizes[1]"));
1878                 pagesizes[1] = NBPDR;
1879         }
1880
1881         /*
1882          * Initialize the pv chunk list mutex.
1883          */
1884         mtx_init(&pv_chunks_mutex, "pmap pv chunk list", NULL, MTX_DEF);
1885
1886         /*
1887          * Initialize the pool of pv list locks.
1888          */
1889         for (i = 0; i < NPV_LIST_LOCKS; i++)
1890                 rw_init(&pv_list_locks[i], "pmap pv list");
1891
1892         /*
1893          * Calculate the size of the pv head table for superpages.
1894          */
1895         pv_npg = howmany(vm_phys_segs[vm_phys_nsegs - 1].end, NBPDR);
1896
1897         /*
1898          * Allocate memory for the pv head table for superpages.
1899          */
1900         s = (vm_size_t)(pv_npg * sizeof(struct md_page));
1901         s = round_page(s);
1902         pv_table = (struct md_page *)kmem_malloc(s, M_WAITOK | M_ZERO);
1903         for (i = 0; i < pv_npg; i++)
1904                 TAILQ_INIT(&pv_table[i].pv_list);
1905         TAILQ_INIT(&pv_dummy.pv_list);
1906
1907         pmap_initialized = 1;
1908         for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
1909                 ppim = pmap_preinit_mapping + i;
1910                 if (ppim->va == 0)
1911                         continue;
1912                 /* Make the direct map consistent */
1913                 if (ppim->pa < dmaplimit && ppim->pa + ppim->sz <= dmaplimit) {
1914                         (void)pmap_change_attr(PHYS_TO_DMAP(ppim->pa),
1915                             ppim->sz, ppim->mode);
1916                 }
1917                 if (!bootverbose)
1918                         continue;
1919                 printf("PPIM %u: PA=%#lx, VA=%#lx, size=%#lx, mode=%#x\n", i,
1920                     ppim->pa, ppim->va, ppim->sz, ppim->mode);
1921         }
1922
1923         mtx_init(&qframe_mtx, "qfrmlk", NULL, MTX_SPIN);
1924         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE, M_BESTFIT | M_WAITOK,
1925             (vmem_addr_t *)&qframe);
1926         if (error != 0)
1927                 panic("qframe allocation failed");
1928
1929         lm_ents = 8;
1930         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.large_map_pml4_entries", &lm_ents);
1931         if (lm_ents > LMEPML4I - LMSPML4I + 1)
1932                 lm_ents = LMEPML4I - LMSPML4I + 1;
1933         if (bootverbose)
1934                 printf("pmap: large map %u PML4 slots (%lu Gb)\n",
1935                     lm_ents, (u_long)lm_ents * (NBPML4 / 1024 / 1024 / 1024));
1936         if (lm_ents != 0) {
1937                 large_vmem = vmem_create("large", LARGEMAP_MIN_ADDRESS,
1938                     (vmem_size_t)lm_ents * NBPML4, PAGE_SIZE, 0, M_WAITOK);
1939                 if (large_vmem == NULL) {
1940                         printf("pmap: cannot create large map\n");
1941                         lm_ents = 0;
1942                 }
1943                 for (i = 0; i < lm_ents; i++) {
1944                         m = pmap_large_map_getptp_unlocked();
1945                         kernel_pmap->pm_pml4[LMSPML4I + i] = X86_PG_V |
1946                             X86_PG_RW | X86_PG_A | X86_PG_M | pg_nx |
1947                             VM_PAGE_TO_PHYS(m);
1948                 }
1949         }
1950 }
1951
1952 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, pde, CTLFLAG_RD, 0,
1953     "2MB page mapping counters");
1954
1955 static u_long pmap_pde_demotions;
1956 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
1957     &pmap_pde_demotions, 0, "2MB page demotions");
1958
1959 static u_long pmap_pde_mappings;
1960 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, mappings, CTLFLAG_RD,
1961     &pmap_pde_mappings, 0, "2MB page mappings");
1962
1963 static u_long pmap_pde_p_failures;
1964 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, p_failures, CTLFLAG_RD,
1965     &pmap_pde_p_failures, 0, "2MB page promotion failures");
1966
1967 static u_long pmap_pde_promotions;
1968 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, promotions, CTLFLAG_RD,
1969     &pmap_pde_promotions, 0, "2MB page promotions");
1970
1971 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, pdpe, CTLFLAG_RD, 0,
1972     "1GB page mapping counters");
1973
1974 static u_long pmap_pdpe_demotions;
1975 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pdpe, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
1976     &pmap_pdpe_demotions, 0, "1GB page demotions");
1977
1978 /***************************************************
1979  * Low level helper routines.....
1980  ***************************************************/
1981
1982 static pt_entry_t
1983 pmap_swap_pat(pmap_t pmap, pt_entry_t entry)
1984 {
1985         int x86_pat_bits = X86_PG_PTE_PAT | X86_PG_PDE_PAT;
1986
1987         switch (pmap->pm_type) {
1988         case PT_X86:
1989         case PT_RVI:
1990                 /* Verify that both PAT bits are not set at the same time */
1991                 KASSERT((entry & x86_pat_bits) != x86_pat_bits,
1992                     ("Invalid PAT bits in entry %#lx", entry));
1993
1994                 /* Swap the PAT bits if one of them is set */
1995                 if ((entry & x86_pat_bits) != 0)
1996                         entry ^= x86_pat_bits;
1997                 break;
1998         case PT_EPT:
1999                 /*
2000                  * Nothing to do - the memory attributes are represented
2001                  * the same way for regular pages and superpages.
2002                  */
2003                 break;
2004         default:
2005                 panic("pmap_switch_pat_bits: bad pm_type %d", pmap->pm_type);
2006         }
2007
2008         return (entry);
2009 }
2010
2011 boolean_t
2012 pmap_is_valid_memattr(pmap_t pmap __unused, vm_memattr_t mode)
2013 {
2014
2015         return (mode >= 0 && mode < PAT_INDEX_SIZE &&
2016             pat_index[(int)mode] >= 0);
2017 }
2018
2019 /*
2020  * Determine the appropriate bits to set in a PTE or PDE for a specified
2021  * caching mode.
2022  */
2023 int
2024 pmap_cache_bits(pmap_t pmap, int mode, boolean_t is_pde)
2025 {
2026         int cache_bits, pat_flag, pat_idx;
2027
2028         if (!pmap_is_valid_memattr(pmap, mode))
2029                 panic("Unknown caching mode %d\n", mode);
2030
2031         switch (pmap->pm_type) {
2032         case PT_X86:
2033         case PT_RVI:
2034                 /* The PAT bit is different for PTE's and PDE's. */
2035                 pat_flag = is_pde ? X86_PG_PDE_PAT : X86_PG_PTE_PAT;
2036
2037                 /* Map the caching mode to a PAT index. */
2038                 pat_idx = pat_index[mode];
2039
2040                 /* Map the 3-bit index value into the PAT, PCD, and PWT bits. */
2041                 cache_bits = 0;
2042                 if (pat_idx & 0x4)
2043                         cache_bits |= pat_flag;
2044                 if (pat_idx & 0x2)
2045                         cache_bits |= PG_NC_PCD;
2046                 if (pat_idx & 0x1)
2047                         cache_bits |= PG_NC_PWT;
2048                 break;
2049
2050         case PT_EPT:
2051                 cache_bits = EPT_PG_IGNORE_PAT | EPT_PG_MEMORY_TYPE(mode);
2052                 break;
2053
2054         default:
2055                 panic("unsupported pmap type %d", pmap->pm_type);
2056         }
2057
2058         return (cache_bits);
2059 }
2060
2061 static int
2062 pmap_cache_mask(pmap_t pmap, boolean_t is_pde)
2063 {
2064         int mask;
2065
2066         switch (pmap->pm_type) {
2067         case PT_X86:
2068         case PT_RVI:
2069                 mask = is_pde ? X86_PG_PDE_CACHE : X86_PG_PTE_CACHE;
2070                 break;
2071         case PT_EPT:
2072                 mask = EPT_PG_IGNORE_PAT | EPT_PG_MEMORY_TYPE(0x7);
2073                 break;
2074         default:
2075                 panic("pmap_cache_mask: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
2076         }
2077
2078         return (mask);
2079 }
2080
2081 bool
2082 pmap_ps_enabled(pmap_t pmap)
2083 {
2084
2085         return (pg_ps_enabled && (pmap->pm_flags & PMAP_PDE_SUPERPAGE) != 0);
2086 }
2087
2088 static void
2089 pmap_update_pde_store(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
2090 {
2091
2092         switch (pmap->pm_type) {
2093         case PT_X86:
2094                 break;
2095         case PT_RVI:
2096         case PT_EPT:
2097                 /*
2098                  * XXX
2099                  * This is a little bogus since the generation number is
2100                  * supposed to be bumped up when a region of the address
2101                  * space is invalidated in the page tables.
2102                  *
2103                  * In this case the old PDE entry is valid but yet we want
2104                  * to make sure that any mappings using the old entry are
2105                  * invalidated in the TLB.
2106                  *
2107                  * The reason this works as expected is because we rendezvous
2108                  * "all" host cpus and force any vcpu context to exit as a
2109                  * side-effect.
2110                  */
2111                 atomic_add_acq_long(&pmap->pm_eptgen, 1);
2112                 break;
2113         default:
2114                 panic("pmap_update_pde_store: bad pm_type %d", pmap->pm_type);
2115         }
2116         pde_store(pde, newpde);
2117 }
2118
2119 /*
2120  * After changing the page size for the specified virtual address in the page
2121  * table, flush the corresponding entries from the processor's TLB.  Only the
2122  * calling processor's TLB is affected.
2123  *
2124  * The calling thread must be pinned to a processor.
2125  */
2126 static void
2127 pmap_update_pde_invalidate(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t newpde)
2128 {
2129         pt_entry_t PG_G;
2130
2131         if (pmap_type_guest(pmap))
2132                 return;
2133
2134         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
2135             ("pmap_update_pde_invalidate: invalid type %d", pmap->pm_type));
2136
2137         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
2138
2139         if ((newpde & PG_PS) == 0)
2140                 /* Demotion: flush a specific 2MB page mapping. */
2141                 invlpg(va);
2142         else if ((newpde & PG_G) == 0)
2143                 /*
2144                  * Promotion: flush every 4KB page mapping from the TLB
2145                  * because there are too many to flush individually.
2146                  */
2147                 invltlb();
2148         else {
2149                 /*
2150                  * Promotion: flush every 4KB page mapping from the TLB,
2151                  * including any global (PG_G) mappings.
2152                  */
2153                 invltlb_glob();
2154         }
2155 }
2156 #ifdef SMP
2157
2158 /*
2159  * For SMP, these functions have to use the IPI mechanism for coherence.
2160  *
2161  * N.B.: Before calling any of the following TLB invalidation functions,
2162  * the calling processor must ensure that all stores updating a non-
2163  * kernel page table are globally performed.  Otherwise, another
2164  * processor could cache an old, pre-update entry without being
2165  * invalidated.  This can happen one of two ways: (1) The pmap becomes
2166  * active on another processor after its pm_active field is checked by
2167  * one of the following functions but before a store updating the page
2168  * table is globally performed. (2) The pmap becomes active on another
2169  * processor before its pm_active field is checked but due to
2170  * speculative loads one of the following functions stills reads the
2171  * pmap as inactive on the other processor.
2172  * 
2173  * The kernel page table is exempt because its pm_active field is
2174  * immutable.  The kernel page table is always active on every
2175  * processor.
2176  */
2177
2178 /*
2179  * Interrupt the cpus that are executing in the guest context.
2180  * This will force the vcpu to exit and the cached EPT mappings
2181  * will be invalidated by the host before the next vmresume.
2182  */
2183 static __inline void
2184 pmap_invalidate_ept(pmap_t pmap)
2185 {
2186         int ipinum;
2187
2188         sched_pin();
2189         KASSERT(!CPU_ISSET(curcpu, &pmap->pm_active),
2190             ("pmap_invalidate_ept: absurd pm_active"));
2191
2192         /*
2193          * The TLB mappings associated with a vcpu context are not
2194          * flushed each time a different vcpu is chosen to execute.
2195          *
2196          * This is in contrast with a process's vtop mappings that
2197          * are flushed from the TLB on each context switch.
2198          *
2199          * Therefore we need to do more than just a TLB shootdown on
2200          * the active cpus in 'pmap->pm_active'. To do this we keep
2201          * track of the number of invalidations performed on this pmap.
2202          *
2203          * Each vcpu keeps a cache of this counter and compares it
2204          * just before a vmresume. If the counter is out-of-date an
2205          * invept will be done to flush stale mappings from the TLB.
2206          */
2207         atomic_add_acq_long(&pmap->pm_eptgen, 1);
2208
2209         /*
2210          * Force the vcpu to exit and trap back into the hypervisor.
2211          */
2212         ipinum = pmap->pm_flags & PMAP_NESTED_IPIMASK;
2213         ipi_selected(pmap->pm_active, ipinum);
2214         sched_unpin();
2215 }
2216
2217 static cpuset_t
2218 pmap_invalidate_cpu_mask(pmap_t pmap)
2219 {
2220
2221         return (pmap == kernel_pmap ? all_cpus : pmap->pm_active);
2222 }
2223
2224 static inline void
2225 pmap_invalidate_page_pcid(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
2226     const bool invpcid_works1)
2227 {
2228         struct invpcid_descr d;
2229         uint64_t kcr3, ucr3;
2230         uint32_t pcid;
2231         u_int cpuid, i;
2232
2233         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
2234         if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
2235                 if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
2236                         /*
2237                          * Because pm_pcid is recalculated on a
2238                          * context switch, we must disable switching.
2239                          * Otherwise, we might use a stale value
2240                          * below.
2241                          */
2242                         critical_enter();
2243                         pcid = pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
2244                         if (invpcid_works1) {
2245                                 d.pcid = pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
2246                                 d.pad = 0;
2247                                 d.addr = va;
2248                                 invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
2249                         } else {
2250                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pcid | CR3_PCID_SAVE;
2251                                 ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pcid |
2252                                     PMAP_PCID_USER_PT | CR3_PCID_SAVE;
2253                                 pmap_pti_pcid_invlpg(ucr3, kcr3, va);
2254                         }
2255                         critical_exit();
2256                 }
2257         } else
2258                 pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = 0;
2259
2260         CPU_FOREACH(i) {
2261                 if (cpuid != i)
2262                         pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
2263         }
2264
2265         /*
2266          * The fence is between stores to pm_gen and the read of the
2267          * pm_active mask.  We need to ensure that it is impossible
2268          * for us to miss the bit update in pm_active and
2269          * simultaneously observe a non-zero pm_gen in
2270          * pmap_activate_sw(), otherwise TLB update is missed.
2271          * Without the fence, IA32 allows such an outcome.  Note that
2272          * pm_active is updated by a locked operation, which provides
2273          * the reciprocal fence.
2274          */
2275         atomic_thread_fence_seq_cst();
2276 }
2277
2278 static void
2279 pmap_invalidate_page_pcid_invpcid(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2280 {
2281
2282         pmap_invalidate_page_pcid(pmap, va, true);
2283 }
2284
2285 static void
2286 pmap_invalidate_page_pcid_noinvpcid(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2287 {
2288
2289         pmap_invalidate_page_pcid(pmap, va, false);
2290 }
2291
2292 static void
2293 pmap_invalidate_page_nopcid(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2294 {
2295 }
2296
2297 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_invalidate_page_mode, (pmap_t, vm_offset_t))
2298 {
2299
2300         if (pmap_pcid_enabled)
2301                 return (invpcid_works ? pmap_invalidate_page_pcid_invpcid :
2302                     pmap_invalidate_page_pcid_noinvpcid);
2303         return (pmap_invalidate_page_nopcid);
2304 }
2305
2306 void
2307 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2308 {
2309
2310         if (pmap_type_guest(pmap)) {
2311                 pmap_invalidate_ept(pmap);
2312                 return;
2313         }
2314
2315         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
2316             ("pmap_invalidate_page: invalid type %d", pmap->pm_type));
2317
2318         sched_pin();
2319         if (pmap == kernel_pmap) {
2320                 invlpg(va);
2321         } else {
2322                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap))
2323                         invlpg(va);
2324                 pmap_invalidate_page_mode(pmap, va);
2325         }
2326         smp_masked_invlpg(pmap_invalidate_cpu_mask(pmap), va, pmap);
2327         sched_unpin();
2328 }
2329
2330 /* 4k PTEs -- Chosen to exceed the total size of Broadwell L2 TLB */
2331 #define PMAP_INVLPG_THRESHOLD   (4 * 1024 * PAGE_SIZE)
2332
2333 static void
2334 pmap_invalidate_range_pcid(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
2335     const bool invpcid_works1)
2336 {
2337         struct invpcid_descr d;
2338         uint64_t kcr3, ucr3;
2339         uint32_t pcid;
2340         u_int cpuid, i;
2341
2342         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
2343         if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
2344                 if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
2345                         critical_enter();
2346                         pcid = pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
2347                         if (invpcid_works1) {
2348                                 d.pcid = pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
2349                                 d.pad = 0;
2350                                 d.addr = sva;
2351                                 for (; d.addr < eva; d.addr += PAGE_SIZE)
2352                                         invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
2353                         } else {
2354                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pcid | CR3_PCID_SAVE;
2355                                 ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pcid |
2356                                     PMAP_PCID_USER_PT | CR3_PCID_SAVE;
2357                                 pmap_pti_pcid_invlrng(ucr3, kcr3, sva, eva);
2358                         }
2359                         critical_exit();
2360                 }
2361         } else
2362                 pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = 0;
2363
2364         CPU_FOREACH(i) {
2365                 if (cpuid != i)
2366                         pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
2367         }
2368         /* See the comment in pmap_invalidate_page_pcid(). */
2369         atomic_thread_fence_seq_cst();
2370 }
2371
2372 static void
2373 pmap_invalidate_range_pcid_invpcid(pmap_t pmap, vm_offset_t sva,
2374     vm_offset_t eva)
2375 {
2376
2377         pmap_invalidate_range_pcid(pmap, sva, eva, true);
2378 }
2379
2380 static void
2381 pmap_invalidate_range_pcid_noinvpcid(pmap_t pmap, vm_offset_t sva,
2382     vm_offset_t eva)
2383 {
2384
2385         pmap_invalidate_range_pcid(pmap, sva, eva, false);
2386 }
2387
2388 static void
2389 pmap_invalidate_range_nopcid(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2390 {
2391 }
2392
2393 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_invalidate_range_mode, (pmap_t, vm_offset_t,
2394     vm_offset_t))
2395 {
2396
2397         if (pmap_pcid_enabled)
2398                 return (invpcid_works ? pmap_invalidate_range_pcid_invpcid :
2399                     pmap_invalidate_range_pcid_noinvpcid);
2400         return (pmap_invalidate_range_nopcid);
2401 }
2402
2403 void
2404 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2405 {
2406         vm_offset_t addr;
2407
2408         if (eva - sva >= PMAP_INVLPG_THRESHOLD) {
2409                 pmap_invalidate_all(pmap);
2410                 return;
2411         }
2412
2413         if (pmap_type_guest(pmap)) {
2414                 pmap_invalidate_ept(pmap);
2415                 return;
2416         }
2417
2418         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
2419             ("pmap_invalidate_range: invalid type %d", pmap->pm_type));
2420
2421         sched_pin();
2422         if (pmap == kernel_pmap) {
2423                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
2424                         invlpg(addr);
2425         } else {
2426                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
2427                         for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
2428                                 invlpg(addr);
2429                 }
2430                 pmap_invalidate_range_mode(pmap, sva, eva);
2431         }
2432         smp_masked_invlpg_range(pmap_invalidate_cpu_mask(pmap), sva, eva, pmap);
2433         sched_unpin();
2434 }
2435
2436 static inline void
2437 pmap_invalidate_all_pcid(pmap_t pmap, bool invpcid_works1)
2438 {
2439         struct invpcid_descr d;
2440         uint64_t kcr3, ucr3;
2441         uint32_t pcid;
2442         u_int cpuid, i;
2443
2444         if (pmap == kernel_pmap) {
2445                 if (invpcid_works1) {
2446                         bzero(&d, sizeof(d));
2447                         invpcid(&d, INVPCID_CTXGLOB);
2448                 } else {
2449                         invltlb_glob();
2450                 }
2451         } else {
2452                 cpuid = PCPU_GET(cpuid);
2453                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
2454                         critical_enter();
2455                         pcid = pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
2456                         if (invpcid_works1) {
2457                                 d.pcid = pcid;
2458                                 d.pad = 0;
2459                                 d.addr = 0;
2460                                 invpcid(&d, INVPCID_CTX);
2461                                 if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
2462                                         d.pcid |= PMAP_PCID_USER_PT;
2463                                         invpcid(&d, INVPCID_CTX);
2464                                 }
2465                         } else {
2466                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pcid;
2467                                 ucr3 = pmap->pm_ucr3;
2468                                 if (ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
2469                                         ucr3 |= pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
2470                                         pmap_pti_pcid_invalidate(ucr3, kcr3);
2471                                 } else {
2472                                         load_cr3(kcr3);
2473                                 }
2474                         }
2475                         critical_exit();
2476                 } else
2477                         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = 0;
2478                 CPU_FOREACH(i) {
2479                         if (cpuid != i)
2480                                 pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
2481                 }
2482         }
2483         /* See the comment in pmap_invalidate_page_pcid(). */
2484         atomic_thread_fence_seq_cst();
2485 }
2486
2487 static void
2488 pmap_invalidate_all_pcid_invpcid(pmap_t pmap)
2489 {
2490
2491         pmap_invalidate_all_pcid(pmap, true);
2492 }
2493
2494 static void
2495 pmap_invalidate_all_pcid_noinvpcid(pmap_t pmap)
2496 {
2497
2498         pmap_invalidate_all_pcid(pmap, false);
2499 }
2500
2501 static void
2502 pmap_invalidate_all_nopcid(pmap_t pmap)
2503 {
2504
2505         if (pmap == kernel_pmap)
2506                 invltlb_glob();
2507         else if (pmap == PCPU_GET(curpmap))
2508                 invltlb();
2509 }
2510
2511 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_invalidate_all_mode, (pmap_t))
2512 {
2513
2514         if (pmap_pcid_enabled)
2515                 return (invpcid_works ? pmap_invalidate_all_pcid_invpcid :
2516                     pmap_invalidate_all_pcid_noinvpcid);
2517         return (pmap_invalidate_all_nopcid);
2518 }
2519
2520 void
2521 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
2522 {
2523
2524         if (pmap_type_guest(pmap)) {
2525                 pmap_invalidate_ept(pmap);
2526                 return;
2527         }
2528
2529         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
2530             ("pmap_invalidate_all: invalid type %d", pmap->pm_type));
2531
2532         sched_pin();
2533         pmap_invalidate_all_mode(pmap);
2534         smp_masked_invltlb(pmap_invalidate_cpu_mask(pmap), pmap);
2535         sched_unpin();
2536 }
2537
2538 void
2539 pmap_invalidate_cache(void)
2540 {
2541
2542         sched_pin();
2543         wbinvd();
2544         smp_cache_flush();
2545         sched_unpin();
2546 }
2547
2548 struct pde_action {
2549         cpuset_t invalidate;    /* processors that invalidate their TLB */
2550         pmap_t pmap;
2551         vm_offset_t va;
2552         pd_entry_t *pde;
2553         pd_entry_t newpde;
2554         u_int store;            /* processor that updates the PDE */
2555 };
2556
2557 static void
2558 pmap_update_pde_action(void *arg)
2559 {
2560         struct pde_action *act = arg;
2561
2562         if (act->store == PCPU_GET(cpuid))
2563                 pmap_update_pde_store(act->pmap, act->pde, act->newpde);
2564 }
2565
2566 static void
2567 pmap_update_pde_teardown(void *arg)
2568 {
2569         struct pde_action *act = arg;
2570
2571         if (CPU_ISSET(PCPU_GET(cpuid), &act->invalidate))
2572                 pmap_update_pde_invalidate(act->pmap, act->va, act->newpde);
2573 }
2574
2575 /*
2576  * Change the page size for the specified virtual address in a way that
2577  * prevents any possibility of the TLB ever having two entries that map the
2578  * same virtual address using different page sizes.  This is the recommended
2579  * workaround for Erratum 383 on AMD Family 10h processors.  It prevents a
2580  * machine check exception for a TLB state that is improperly diagnosed as a
2581  * hardware error.
2582  */
2583 static void
2584 pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
2585 {
2586         struct pde_action act;
2587         cpuset_t active, other_cpus;
2588         u_int cpuid;
2589
2590         sched_pin();
2591         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
2592         other_cpus = all_cpus;
2593         CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
2594         if (pmap == kernel_pmap || pmap_type_guest(pmap)) 
2595                 active = all_cpus;
2596         else {
2597                 active = pmap->pm_active;
2598         }
2599         if (CPU_OVERLAP(&active, &other_cpus)) { 
2600                 act.store = cpuid;
2601                 act.invalidate = active;
2602                 act.va = va;
2603                 act.pmap = pmap;
2604                 act.pde = pde;
2605                 act.newpde = newpde;
2606                 CPU_SET(cpuid, &active);
2607                 smp_rendezvous_cpus(active,
2608                     smp_no_rendezvous_barrier, pmap_update_pde_action,
2609                     pmap_update_pde_teardown, &act);
2610         } else {
2611                 pmap_update_pde_store(pmap, pde, newpde);
2612                 if (CPU_ISSET(cpuid, &active))
2613                         pmap_update_pde_invalidate(pmap, va, newpde);
2614         }
2615         sched_unpin();
2616 }
2617 #else /* !SMP */
2618 /*
2619  * Normal, non-SMP, invalidation functions.
2620  */
2621 void
2622 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2623 {
2624         struct invpcid_descr d;
2625         uint64_t kcr3, ucr3;
2626         uint32_t pcid;
2627
2628         if (pmap->pm_type == PT_RVI || pmap->pm_type == PT_EPT) {
2629                 pmap->pm_eptgen++;
2630                 return;
2631         }
2632         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
2633             ("pmap_invalidate_range: unknown type %d", pmap->pm_type));
2634
2635         if (pmap == kernel_pmap || pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
2636                 invlpg(va);
2637                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap) && pmap_pcid_enabled &&
2638                     pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
2639                         critical_enter();
2640                         pcid = pmap->pm_pcids[0].pm_pcid;
2641                         if (invpcid_works) {
2642                                 d.pcid = pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
2643                                 d.pad = 0;
2644                                 d.addr = va;
2645                                 invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
2646                         } else {
2647                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pcid | CR3_PCID_SAVE;
2648                                 ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pcid |
2649                                     PMAP_PCID_USER_PT | CR3_PCID_SAVE;
2650                                 pmap_pti_pcid_invlpg(ucr3, kcr3, va);
2651                         }
2652                         critical_exit();
2653                 }
2654         } else if (pmap_pcid_enabled)
2655                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
2656 }
2657
2658 void
2659 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2660 {
2661         struct invpcid_descr d;
2662         vm_offset_t addr;
2663         uint64_t kcr3, ucr3;
2664
2665         if (pmap->pm_type == PT_RVI || pmap->pm_type == PT_EPT) {
2666                 pmap->pm_eptgen++;
2667                 return;
2668         }
2669         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
2670             ("pmap_invalidate_range: unknown type %d", pmap->pm_type));
2671
2672         if (pmap == kernel_pmap || pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
2673                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
2674                         invlpg(addr);
2675                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap) && pmap_pcid_enabled &&
2676                     pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
2677                         critical_enter();
2678                         if (invpcid_works) {
2679                                 d.pcid = pmap->pm_pcids[0].pm_pcid |
2680                                     PMAP_PCID_USER_PT;
2681                                 d.pad = 0;
2682                                 d.addr = sva;
2683                                 for (; d.addr < eva; d.addr += PAGE_SIZE)
2684                                         invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
2685                         } else {
2686                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[0].
2687                                     pm_pcid | CR3_PCID_SAVE;
2688                                 ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pmap->pm_pcids[0].
2689                                     pm_pcid | PMAP_PCID_USER_PT | CR3_PCID_SAVE;
2690                                 pmap_pti_pcid_invlrng(ucr3, kcr3, sva, eva);
2691                         }
2692                         critical_exit();
2693                 }
2694         } else if (pmap_pcid_enabled) {
2695                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
2696         }
2697 }
2698
2699 void
2700 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
2701 {
2702         struct invpcid_descr d;
2703         uint64_t kcr3, ucr3;
2704
2705         if (pmap->pm_type == PT_RVI || pmap->pm_type == PT_EPT) {
2706                 pmap->pm_eptgen++;
2707                 return;
2708         }
2709         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
2710             ("pmap_invalidate_all: unknown type %d", pmap->pm_type));
2711
2712         if (pmap == kernel_pmap) {
2713                 if (pmap_pcid_enabled && invpcid_works) {
2714                         bzero(&d, sizeof(d));
2715                         invpcid(&d, INVPCID_CTXGLOB);
2716                 } else {
2717                         invltlb_glob();
2718                 }
2719         } else if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
2720                 if (pmap_pcid_enabled) {
2721                         critical_enter();
2722                         if (invpcid_works) {
2723                                 d.pcid = pmap->pm_pcids[0].pm_pcid;
2724                                 d.pad = 0;
2725                                 d.addr = 0;
2726                                 invpcid(&d, INVPCID_CTX);
2727                                 if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
2728                                         d.pcid |= PMAP_PCID_USER_PT;
2729                                         invpcid(&d, INVPCID_CTX);
2730                                 }
2731                         } else {
2732                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[0].pm_pcid;
2733                                 if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
2734                                         ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pmap->pm_pcids[
2735                                             0].pm_pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
2736                                         pmap_pti_pcid_invalidate(ucr3, kcr3);
2737                                 } else
2738                                         load_cr3(kcr3);
2739                         }
2740                         critical_exit();
2741                 } else {
2742                         invltlb();
2743                 }
2744         } else if (pmap_pcid_enabled) {
2745                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
2746         }
2747 }
2748
2749 PMAP_INLINE void
2750 pmap_invalidate_cache(void)
2751 {
2752
2753         wbinvd();
2754 }
2755
2756 static void
2757 pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
2758 {
2759
2760         pmap_update_pde_store(pmap, pde, newpde);
2761         if (pmap == kernel_pmap || pmap == PCPU_GET(curpmap))
2762                 pmap_update_pde_invalidate(pmap, va, newpde);
2763         else
2764                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
2765 }
2766 #endif /* !SMP */
2767
2768 static void
2769 pmap_invalidate_pde_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde)
2770 {
2771
2772         /*
2773          * When the PDE has PG_PROMOTED set, the 2MB page mapping was created
2774          * by a promotion that did not invalidate the 512 4KB page mappings
2775          * that might exist in the TLB.  Consequently, at this point, the TLB
2776          * may hold both 4KB and 2MB page mappings for the address range [va,
2777          * va + NBPDR).  Therefore, the entire range must be invalidated here.
2778          * In contrast, when PG_PROMOTED is clear, the TLB will not hold any
2779          * 4KB page mappings for the address range [va, va + NBPDR), and so a
2780          * single INVLPG suffices to invalidate the 2MB page mapping from the
2781          * TLB.
2782          */
2783         if ((pde & PG_PROMOTED) != 0)
2784                 pmap_invalidate_range(pmap, va, va + NBPDR - 1);
2785         else
2786                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
2787 }
2788
2789 DEFINE_IFUNC(, void, pmap_invalidate_cache_range,
2790     (vm_offset_t sva, vm_offset_t eva))
2791 {
2792
2793         if ((cpu_feature & CPUID_SS) != 0)
2794                 return (pmap_invalidate_cache_range_selfsnoop);
2795         if ((cpu_feature & CPUID_CLFSH) != 0)
2796                 return (pmap_force_invalidate_cache_range);
2797         return (pmap_invalidate_cache_range_all);
2798 }
2799
2800 #define PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD   (2 * 1024 * 1024)
2801
2802 static void
2803 pmap_invalidate_cache_range_check_align(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2804 {
2805
2806         KASSERT((sva & PAGE_MASK) == 0,
2807             ("pmap_invalidate_cache_range: sva not page-aligned"));
2808         KASSERT((eva & PAGE_MASK) == 0,
2809             ("pmap_invalidate_cache_range: eva not page-aligned"));
2810 }
2811
2812 static void
2813 pmap_invalidate_cache_range_selfsnoop(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2814 {
2815
2816         pmap_invalidate_cache_range_check_align(sva, eva);
2817 }
2818
2819 void
2820 pmap_force_invalidate_cache_range(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2821 {
2822
2823         sva &= ~(vm_offset_t)(cpu_clflush_line_size - 1);
2824
2825         /*
2826          * XXX: Some CPUs fault, hang, or trash the local APIC
2827          * registers if we use CLFLUSH on the local APIC range.  The
2828          * local APIC is always uncached, so we don't need to flush
2829          * for that range anyway.
2830          */
2831         if (pmap_kextract(sva) == lapic_paddr)
2832                 return;
2833
2834         if ((cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT) != 0) {
2835                 /*
2836                  * Do per-cache line flush.  Use the sfence
2837                  * instruction to insure that previous stores are
2838                  * included in the write-back.  The processor
2839                  * propagates flush to other processors in the cache
2840                  * coherence domain.
2841                  */
2842                 sfence();
2843                 for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size)
2844                         clflushopt(sva);
2845                 sfence();
2846         } else {
2847                 /*
2848                  * Writes are ordered by CLFLUSH on Intel CPUs.
2849                  */
2850                 if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
2851                         mfence();
2852                 for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size)
2853                         clflush(sva);
2854                 if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
2855                         mfence();
2856         }
2857 }
2858
2859 static void
2860 pmap_invalidate_cache_range_all(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2861 {
2862
2863         pmap_invalidate_cache_range_check_align(sva, eva);
2864         pmap_invalidate_cache();
2865 }
2866
2867 /*
2868  * Remove the specified set of pages from the data and instruction caches.
2869  *
2870  * In contrast to pmap_invalidate_cache_range(), this function does not
2871  * rely on the CPU's self-snoop feature, because it is intended for use
2872  * when moving pages into a different cache domain.
2873  */
2874 void
2875 pmap_invalidate_cache_pages(vm_page_t *pages, int count)
2876 {
2877         vm_offset_t daddr, eva;
2878         int i;
2879         bool useclflushopt;
2880
2881         useclflushopt = (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT) != 0;
2882         if (count >= PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD / PAGE_SIZE ||
2883             ((cpu_feature & CPUID_CLFSH) == 0 && !useclflushopt))
2884                 pmap_invalidate_cache();
2885         else {
2886                 if (useclflushopt)
2887                         sfence();
2888                 else if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
2889                         mfence();
2890                 for (i = 0; i < count; i++) {
2891                         daddr = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pages[i]));
2892                         eva = daddr + PAGE_SIZE;
2893                         for (; daddr < eva; daddr += cpu_clflush_line_size) {
2894                                 if (useclflushopt)
2895                                         clflushopt(daddr);
2896                                 else
2897                                         clflush(daddr);
2898                         }
2899                 }
2900                 if (useclflushopt)
2901                         sfence();
2902                 else if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
2903                         mfence();
2904         }
2905 }
2906
2907 void
2908 pmap_flush_cache_range(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2909 {
2910
2911         pmap_invalidate_cache_range_check_align(sva, eva);
2912
2913         if ((cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLWB) == 0) {
2914                 pmap_force_invalidate_cache_range(sva, eva);
2915                 return;
2916         }
2917
2918         /* See comment in pmap_force_invalidate_cache_range(). */
2919         if (pmap_kextract(sva) == lapic_paddr)
2920                 return;
2921
2922         sfence();
2923         for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size)
2924                 clwb(sva);
2925         sfence();
2926 }
2927
2928 void
2929 pmap_flush_cache_phys_range(vm_paddr_t spa, vm_paddr_t epa, vm_memattr_t mattr)
2930 {
2931         pt_entry_t *pte;
2932         vm_offset_t vaddr;
2933         int error, pte_bits;
2934
2935         KASSERT((spa & PAGE_MASK) == 0,
2936             ("pmap_flush_cache_phys_range: spa not page-aligned"));
2937         KASSERT((epa & PAGE_MASK) == 0,
2938             ("pmap_flush_cache_phys_range: epa not page-aligned"));
2939
2940         if (spa < dmaplimit) {
2941                 pmap_flush_cache_range(PHYS_TO_DMAP(spa), PHYS_TO_DMAP(MIN(
2942                     dmaplimit, epa)));
2943                 if (dmaplimit >= epa)
2944                         return;
2945                 spa = dmaplimit;
2946         }
2947
2948         pte_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mattr, 0) | X86_PG_RW |
2949             X86_PG_V;
2950         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE, M_BESTFIT | M_WAITOK,
2951             &vaddr);
2952         KASSERT(error == 0, ("vmem_alloc failed: %d", error));
2953         pte = vtopte(vaddr);
2954         for (; spa < epa; spa += PAGE_SIZE) {
2955                 sched_pin();
2956                 pte_store(pte, spa | pte_bits);
2957                 invlpg(vaddr);
2958                 /* XXXKIB sfences inside flush_cache_range are excessive */
2959                 pmap_flush_cache_range(vaddr, vaddr + PAGE_SIZE);
2960                 sched_unpin();
2961         }
2962         vmem_free(kernel_arena, vaddr, PAGE_SIZE);
2963 }
2964
2965 /*
2966  *      Routine:        pmap_extract
2967  *      Function:
2968  *              Extract the physical page address associated
2969  *              with the given map/virtual_address pair.
2970  */
2971 vm_paddr_t 
2972 pmap_extract(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2973 {
2974         pdp_entry_t *pdpe;
2975         pd_entry_t *pde;
2976         pt_entry_t *pte, PG_V;
2977         vm_paddr_t pa;
2978
2979         pa = 0;
2980         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
2981         PMAP_LOCK(pmap);
2982         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
2983         if (pdpe != NULL && (*pdpe & PG_V) != 0) {
2984                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0)
2985                         pa = (*pdpe & PG_PS_FRAME) | (va & PDPMASK);
2986                 else {
2987                         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
2988                         if ((*pde & PG_V) != 0) {
2989                                 if ((*pde & PG_PS) != 0) {
2990                                         pa = (*pde & PG_PS_FRAME) |
2991                                             (va & PDRMASK);
2992                                 } else {
2993                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
2994                                         pa = (*pte & PG_FRAME) |
2995                                             (va & PAGE_MASK);
2996                                 }
2997                         }
2998                 }
2999         }
3000         PMAP_UNLOCK(pmap);
3001         return (pa);
3002 }
3003
3004 /*
3005  *      Routine:        pmap_extract_and_hold
3006  *      Function:
3007  *              Atomically extract and hold the physical page
3008  *              with the given pmap and virtual address pair
3009  *              if that mapping permits the given protection.
3010  */
3011 vm_page_t
3012 pmap_extract_and_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_prot_t prot)
3013 {
3014         pd_entry_t pde, *pdep;
3015         pt_entry_t pte, PG_RW, PG_V;
3016         vm_paddr_t pa;
3017         vm_page_t m;
3018
3019         pa = 0;
3020         m = NULL;
3021         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
3022         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3023         PMAP_LOCK(pmap);
3024 retry:
3025         pdep = pmap_pde(pmap, va);
3026         if (pdep != NULL && (pde = *pdep)) {
3027                 if (pde & PG_PS) {
3028                         if ((pde & PG_RW) || (prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
3029                                 if (vm_page_pa_tryrelock(pmap, (pde &
3030                                     PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK), &pa))
3031                                         goto retry;
3032                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
3033                         }
3034                 } else {
3035                         pte = *pmap_pde_to_pte(pdep, va);
3036                         if ((pte & PG_V) &&
3037                             ((pte & PG_RW) || (prot & VM_PROT_WRITE) == 0)) {
3038                                 if (vm_page_pa_tryrelock(pmap, pte & PG_FRAME,
3039                                     &pa))
3040                                         goto retry;
3041                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
3042                         }
3043                 }
3044                 if (m != NULL)
3045                         vm_page_wire(m);
3046         }
3047         PA_UNLOCK_COND(pa);
3048         PMAP_UNLOCK(pmap);
3049         return (m);
3050 }
3051
3052 vm_paddr_t
3053 pmap_kextract(vm_offset_t va)
3054 {
3055         pd_entry_t pde;
3056         vm_paddr_t pa;
3057
3058         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS) {
3059                 pa = DMAP_TO_PHYS(va);
3060         } else if (LARGEMAP_MIN_ADDRESS <= va &&
3061             va < PMAP_LARGEMAP_MAX_ADDRESS()) {
3062                 pa = pmap_large_map_kextract(va);
3063         } else {
3064                 pde = *vtopde(va);
3065                 if (pde & PG_PS) {
3066                         pa = (pde & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK);
3067                 } else {
3068                         /*
3069                          * Beware of a concurrent promotion that changes the
3070                          * PDE at this point!  For example, vtopte() must not
3071                          * be used to access the PTE because it would use the
3072                          * new PDE.  It is, however, safe to use the old PDE
3073                          * because the page table page is preserved by the
3074                          * promotion.
3075                          */
3076                         pa = *pmap_pde_to_pte(&pde, va);
3077                         pa = (pa & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK);
3078                 }
3079         }
3080         return (pa);
3081 }
3082
3083 /***************************************************
3084  * Low level mapping routines.....
3085  ***************************************************/
3086
3087 /*
3088  * Add a wired page to the kva.
3089  * Note: not SMP coherent.
3090  */
3091 PMAP_INLINE void 
3092 pmap_kenter(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
3093 {
3094         pt_entry_t *pte;
3095
3096         pte = vtopte(va);
3097         pte_store(pte, pa | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_g);
3098 }
3099
3100 static __inline void
3101 pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode)
3102 {
3103         pt_entry_t *pte;
3104         int cache_bits;
3105
3106         pte = vtopte(va);
3107         cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, 0);
3108         pte_store(pte, pa | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_g | cache_bits);
3109 }
3110
3111 /*
3112  * Remove a page from the kernel pagetables.
3113  * Note: not SMP coherent.
3114  */
3115 PMAP_INLINE void
3116 pmap_kremove(vm_offset_t va)
3117 {
3118         pt_entry_t *pte;
3119
3120         pte = vtopte(va);
3121         pte_clear(pte);
3122 }
3123
3124 /*
3125  *      Used to map a range of physical addresses into kernel
3126  *      virtual address space.
3127  *
3128  *      The value passed in '*virt' is a suggested virtual address for
3129  *      the mapping. Architectures which can support a direct-mapped
3130  *      physical to virtual region can return the appropriate address
3131  *      within that region, leaving '*virt' unchanged. Other
3132  *      architectures should map the pages starting at '*virt' and
3133  *      update '*virt' with the first usable address after the mapped
3134  *      region.
3135  */
3136 vm_offset_t
3137 pmap_map(vm_offset_t *virt, vm_paddr_t start, vm_paddr_t end, int prot)
3138 {
3139         return PHYS_TO_DMAP(start);
3140 }
3141
3142
3143 /*
3144  * Add a list of wired pages to the kva
3145  * this routine is only used for temporary
3146  * kernel mappings that do not need to have
3147  * page modification or references recorded.
3148  * Note that old mappings are simply written
3149  * over.  The page *must* be wired.
3150  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
3151  */
3152 void
3153 pmap_qenter(vm_offset_t sva, vm_page_t *ma, int count)
3154 {
3155         pt_entry_t *endpte, oldpte, pa, *pte;
3156         vm_page_t m;
3157         int cache_bits;
3158
3159         oldpte = 0;
3160         pte = vtopte(sva);
3161         endpte = pte + count;
3162         while (pte < endpte) {
3163                 m = *ma++;
3164                 cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap, m->md.pat_mode, 0);
3165                 pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | cache_bits;
3166                 if ((*pte & (PG_FRAME | X86_PG_PTE_CACHE)) != pa) {
3167                         oldpte |= *pte;
3168                         pte_store(pte, pa | pg_g | pg_nx | X86_PG_RW | X86_PG_V);
3169                 }
3170                 pte++;
3171         }
3172         if (__predict_false((oldpte & X86_PG_V) != 0))
3173                 pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, sva + count *
3174                     PAGE_SIZE);
3175 }
3176
3177 /*
3178  * This routine tears out page mappings from the
3179  * kernel -- it is meant only for temporary mappings.
3180  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
3181  */
3182 void
3183 pmap_qremove(vm_offset_t sva, int count)
3184 {
3185         vm_offset_t va;
3186
3187         va = sva;
3188         while (count-- > 0) {
3189                 KASSERT(va >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS, ("usermode va %lx", va));
3190                 pmap_kremove(va);
3191                 va += PAGE_SIZE;
3192         }
3193         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
3194 }
3195
3196 /***************************************************
3197  * Page table page management routines.....
3198  ***************************************************/
3199 /*
3200  * Schedule the specified unused page table page to be freed.  Specifically,
3201  * add the page to the specified list of pages that will be released to the
3202  * physical memory manager after the TLB has been updated.
3203  */
3204 static __inline void
3205 pmap_add_delayed_free_list(vm_page_t m, struct spglist *free,
3206     boolean_t set_PG_ZERO)
3207 {
3208
3209         if (set_PG_ZERO)
3210                 m->flags |= PG_ZERO;
3211         else
3212                 m->flags &= ~PG_ZERO;
3213         SLIST_INSERT_HEAD(free, m, plinks.s.ss);
3214 }
3215         
3216 /*
3217  * Inserts the specified page table page into the specified pmap's collection
3218  * of idle page table pages.  Each of a pmap's page table pages is responsible
3219  * for mapping a distinct range of virtual addresses.  The pmap's collection is
3220  * ordered by this virtual address range.
3221  *
3222  * If "promoted" is false, then the page table page "mpte" must be zero filled.
3223  */
3224 static __inline int
3225 pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte, bool promoted)
3226 {
3227
3228         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3229         mpte->valid = promoted ? VM_PAGE_BITS_ALL : 0;
3230         return (vm_radix_insert(&pmap->pm_root, mpte));
3231 }
3232
3233 /*
3234  * Removes the page table page mapping the specified virtual address from the
3235  * specified pmap's collection of idle page table pages, and returns it.
3236  * Otherwise, returns NULL if there is no page table page corresponding to the
3237  * specified virtual address.
3238  */
3239 static __inline vm_page_t
3240 pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3241 {
3242
3243         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3244         return (vm_radix_remove(&pmap->pm_root, pmap_pde_pindex(va)));
3245 }
3246
3247 /*
3248  * Decrements a page table page's wire count, which is used to record the
3249  * number of valid page table entries within the page.  If the wire count
3250  * drops to zero, then the page table page is unmapped.  Returns TRUE if the
3251  * page table page was unmapped and FALSE otherwise.
3252  */
3253 static inline boolean_t
3254 pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
3255 {
3256
3257         --m->wire_count;
3258         if (m->wire_count == 0) {
3259                 _pmap_unwire_ptp(pmap, va, m, free);
3260                 return (TRUE);
3261         } else
3262                 return (FALSE);
3263 }
3264
3265 static void
3266 _pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
3267 {
3268
3269         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3270         /*
3271          * unmap the page table page
3272          */
3273         if (m->pindex >= (NUPDE + NUPDPE)) {
3274                 /* PDP page */
3275                 pml4_entry_t *pml4;
3276                 pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
3277                 *pml4 = 0;
3278                 if (pmap->pm_pml4u != NULL && va <= VM_MAXUSER_ADDRESS) {
3279                         pml4 = &pmap->pm_pml4u[pmap_pml4e_index(va)];
3280                         *pml4 = 0;
3281                 }
3282         } else if (m->pindex >= NUPDE) {
3283                 /* PD page */
3284                 pdp_entry_t *pdp;
3285                 pdp = pmap_pdpe(pmap, va);
3286                 *pdp = 0;
3287         } else {
3288                 /* PTE page */
3289                 pd_entry_t *pd;
3290                 pd = pmap_pde(pmap, va);
3291                 *pd = 0;
3292         }
3293         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3294         if (m->pindex < NUPDE) {
3295                 /* We just released a PT, unhold the matching PD */
3296                 vm_page_t pdpg;
3297
3298                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pdpe(pmap, va) & PG_FRAME);
3299                 pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdpg, free);
3300         }
3301         if (m->pindex >= NUPDE && m->pindex < (NUPDE + NUPDPE)) {
3302                 /* We just released a PD, unhold the matching PDP */
3303                 vm_page_t pdppg;
3304
3305                 pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pml4e(pmap, va) & PG_FRAME);
3306                 pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdppg, free);
3307         }
3308
3309         /* 
3310          * Put page on a list so that it is released after
3311          * *ALL* TLB shootdown is done
3312          */
3313         pmap_add_delayed_free_list(m, free, TRUE);
3314 }
3315
3316 /*
3317  * After removing a page table entry, this routine is used to
3318  * conditionally free the page, and manage the hold/wire counts.
3319  */
3320 static int
3321 pmap_unuse_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t ptepde,
3322     struct spglist *free)
3323 {
3324         vm_page_t mpte;
3325
3326         if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
3327                 return (0);
3328         KASSERT(ptepde != 0, ("pmap_unuse_pt: ptepde != 0"));
3329         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(ptepde & PG_FRAME);
3330         return (pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpte, free));
3331 }
3332
3333 void
3334 pmap_pinit0(pmap_t pmap)
3335 {
3336         struct proc *p;
3337         struct thread *td;
3338         int i;
3339
3340         PMAP_LOCK_INIT(pmap);
3341         pmap->pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(KPML4phys);
3342         pmap->pm_pml4u = NULL;
3343         pmap->pm_cr3 = KPML4phys;
3344         /* hack to keep pmap_pti_pcid_invalidate() alive */
3345         pmap->pm_ucr3 = PMAP_NO_CR3;
3346         pmap->pm_root.rt_root = 0;
3347         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
3348         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
3349         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
3350         pmap->pm_flags = pmap_flags;
3351         CPU_FOREACH(i) {
3352                 pmap->pm_pcids[i].pm_pcid = PMAP_PCID_KERN + 1;
3353                 pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 1;
3354         }
3355         pmap_activate_boot(pmap);
3356         td = curthread;
3357         if (pti) {
3358                 p = td->td_proc;
3359                 PROC_LOCK(p);
3360                 p->p_md.md_flags |= P_MD_KPTI;
3361                 PROC_UNLOCK(p);
3362         }
3363         pmap_thread_init_invl_gen(td);
3364
3365         if ((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0) {
3366                 pmap_pkru_ranges_zone = uma_zcreate("pkru ranges",
3367                     sizeof(struct pmap_pkru_range), NULL, NULL, NULL, NULL,
3368                     UMA_ALIGN_PTR, 0);
3369         }
3370 }
3371
3372 void
3373 pmap_pinit_pml4(vm_page_t pml4pg)
3374 {
3375         pml4_entry_t *pm_pml4;
3376         int i;
3377
3378         pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg));
3379
3380         /* Wire in kernel global address entries. */
3381         for (i = 0; i < NKPML4E; i++) {
3382                 pm_pml4[KPML4BASE + i] = (KPDPphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW |
3383                     X86_PG_V;
3384         }
3385         for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++) {
3386                 pm_pml4[DMPML4I + i] = (DMPDPphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW |
3387                     X86_PG_V;
3388         }
3389
3390         /* install self-referential address mapping entry(s) */
3391         pm_pml4[PML4PML4I] = VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg) | X86_PG_V | X86_PG_RW |
3392             X86_PG_A | X86_PG_M;
3393
3394         /* install large map entries if configured */
3395         for (i = 0; i < lm_ents; i++)
3396                 pm_pml4[LMSPML4I + i] = kernel_pmap->pm_pml4[LMSPML4I + i];
3397 }
3398
3399 static void
3400 pmap_pinit_pml4_pti(vm_page_t pml4pg)
3401 {
3402         pml4_entry_t *pm_pml4;
3403         int i;
3404
3405         pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg));
3406         for (i = 0; i < NPML4EPG; i++)
3407                 pm_pml4[i] = pti_pml4[i];
3408 }
3409
3410 /*
3411  * Initialize a preallocated and zeroed pmap structure,
3412  * such as one in a vmspace structure.
3413  */
3414 int
3415 pmap_pinit_type(pmap_t pmap, enum pmap_type pm_type, int flags)
3416 {
3417         vm_page_t pml4pg, pml4pgu;
3418         vm_paddr_t pml4phys;
3419         int i;
3420
3421         /*
3422          * allocate the page directory page
3423          */
3424         pml4pg = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
3425             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO | VM_ALLOC_WAITOK);
3426
3427         pml4phys = VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg);
3428         pmap->pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pml4phys);
3429         CPU_FOREACH(i) {
3430                 pmap->pm_pcids[i].pm_pcid = PMAP_PCID_NONE;
3431                 pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
3432         }
3433         pmap->pm_cr3 = PMAP_NO_CR3;     /* initialize to an invalid value */
3434         pmap->pm_ucr3 = PMAP_NO_CR3;
3435         pmap->pm_pml4u = NULL;
3436
3437         pmap->pm_type = pm_type;
3438         if ((pml4pg->flags & PG_ZERO) == 0)
3439                 pagezero(pmap->pm_pml4);
3440
3441         /*
3442          * Do not install the host kernel mappings in the nested page
3443          * tables. These mappings are meaningless in the guest physical
3444          * address space.
3445          * Install minimal kernel mappings in PTI case.
3446          */
3447         if (pm_type == PT_X86) {
3448                 pmap->pm_cr3 = pml4phys;
3449                 pmap_pinit_pml4(pml4pg);
3450                 if ((curproc->p_md.md_flags & P_MD_KPTI) != 0) {
3451                         pml4pgu = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL |
3452                             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_WAITOK);
3453                         pmap->pm_pml4u = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(
3454                             VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pgu));
3455                         pmap_pinit_pml4_pti(pml4pgu);
3456                         pmap->pm_ucr3 = VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pgu);
3457                 }
3458                 if ((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0) {
3459                         rangeset_init(&pmap->pm_pkru, pkru_dup_range,
3460                             pkru_free_range, pmap, M_NOWAIT);
3461                 }
3462         }
3463
3464         pmap->pm_root.rt_root = 0;
3465         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
3466         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
3467         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
3468         pmap->pm_flags = flags;
3469         pmap->pm_eptgen = 0;
3470
3471         return (1);
3472 }
3473
3474 int
3475 pmap_pinit(pmap_t pmap)
3476 {
3477
3478         return (pmap_pinit_type(pmap, PT_X86, pmap_flags));
3479 }
3480
3481 /*
3482  * This routine is called if the desired page table page does not exist.
3483  *
3484  * If page table page allocation fails, this routine may sleep before
3485  * returning NULL.  It sleeps only if a lock pointer was given.
3486  *
3487  * Note: If a page allocation fails at page table level two or three,
3488  * one or two pages may be held during the wait, only to be released
3489  * afterwards.  This conservative approach is easily argued to avoid
3490  * race conditions.
3491  */
3492 static vm_page_t
3493 _pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex, struct rwlock **lockp)
3494 {
3495         vm_page_t m, pdppg, pdpg;
3496         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
3497
3498         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3499
3500         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
3501         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
3502         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3503         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
3504
3505         /*
3506          * Allocate a page table page.
3507          */
3508         if ((m = vm_page_alloc(NULL, ptepindex, VM_ALLOC_NOOBJ |
3509             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO)) == NULL) {
3510                 if (lockp != NULL) {
3511                         RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
3512                         PMAP_UNLOCK(pmap);
3513                         PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI();
3514                         vm_wait(NULL);
3515                         PMAP_LOCK(pmap);
3516                 }
3517
3518                 /*
3519                  * Indicate the need to retry.  While waiting, the page table
3520                  * page may have been allocated.
3521                  */
3522                 return (NULL);
3523         }
3524         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0)
3525                 pmap_zero_page(m);
3526
3527         /*
3528          * Map the pagetable page into the process address space, if
3529          * it isn't already there.
3530          */
3531
3532         if (ptepindex >= (NUPDE + NUPDPE)) {
3533                 pml4_entry_t *pml4, *pml4u;
3534                 vm_pindex_t pml4index;
3535
3536                 /* Wire up a new PDPE page */
3537                 pml4index = ptepindex - (NUPDE + NUPDPE);
3538                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
3539                 *pml4 = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
3540                 if (pmap->pm_pml4u != NULL && pml4index < NUPML4E) {
3541                         /*
3542                          * PTI: Make all user-space mappings in the
3543                          * kernel-mode page table no-execute so that
3544                          * we detect any programming errors that leave
3545                          * the kernel-mode page table active on return
3546                          * to user space.
3547                          */
3548                         if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3)
3549                                 *pml4 |= pg_nx;
3550
3551                         pml4u = &pmap->pm_pml4u[pml4index];
3552                         *pml4u = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V |
3553                             PG_A | PG_M;
3554                 }
3555
3556         } else if (ptepindex >= NUPDE) {
3557                 vm_pindex_t pml4index;
3558                 vm_pindex_t pdpindex;
3559                 pml4_entry_t *pml4;
3560                 pdp_entry_t *pdp;
3561
3562                 /* Wire up a new PDE page */
3563                 pdpindex = ptepindex - NUPDE;
3564                 pml4index = pdpindex >> NPML4EPGSHIFT;
3565
3566                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
3567                 if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
3568                         /* Have to allocate a new pdp, recurse */
3569                         if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + NUPDPE + pml4index,
3570                             lockp) == NULL) {
3571                                 vm_page_unwire_noq(m);
3572                                 vm_page_free_zero(m);
3573                                 return (NULL);
3574                         }
3575                 } else {
3576                         /* Add reference to pdp page */
3577                         pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pml4 & PG_FRAME);
3578                         pdppg->wire_count++;
3579                 }
3580                 pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
3581
3582                 /* Now find the pdp page */
3583                 pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
3584                 *pdp = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
3585
3586         } else {
3587                 vm_pindex_t pml4index;
3588                 vm_pindex_t pdpindex;
3589                 pml4_entry_t *pml4;
3590                 pdp_entry_t *pdp;
3591                 pd_entry_t *pd;
3592
3593                 /* Wire up a new PTE page */
3594                 pdpindex = ptepindex >> NPDPEPGSHIFT;
3595                 pml4index = pdpindex >> NPML4EPGSHIFT;
3596
3597                 /* First, find the pdp and check that its valid. */
3598                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
3599                 if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
3600                         /* Have to allocate a new pd, recurse */
3601                         if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex,
3602                             lockp) == NULL) {
3603                                 vm_page_unwire_noq(m);
3604                                 vm_page_free_zero(m);
3605                                 return (NULL);
3606                         }
3607                         pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
3608                         pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
3609                 } else {
3610                         pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
3611                         pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
3612                         if ((*pdp & PG_V) == 0) {
3613                                 /* Have to allocate a new pd, recurse */
3614                                 if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex,
3615                                     lockp) == NULL) {
3616                                         vm_page_unwire_noq(m);
3617                                         vm_page_free_zero(m);
3618                                         return (NULL);
3619                                 }
3620                         } else {
3621                                 /* Add reference to the pd page */
3622                                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdp & PG_FRAME);
3623                                 pdpg->wire_count++;
3624                         }
3625                 }
3626                 pd = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdp & PG_FRAME);
3627
3628                 /* Now we know where the page directory page is */
3629                 pd = &pd[ptepindex & ((1ul << NPDEPGSHIFT) - 1)];
3630                 *pd = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
3631         }
3632
3633         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
3634
3635         return (m);
3636 }
3637
3638 static vm_page_t
3639 pmap_allocpde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct rwlock **lockp)
3640 {
3641         vm_pindex_t pdpindex, ptepindex;
3642         pdp_entry_t *pdpe, PG_V;
3643         vm_page_t pdpg;
3644
3645         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3646
3647 retry:
3648         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
3649         if (pdpe != NULL && (*pdpe & PG_V) != 0) {
3650                 /* Add a reference to the pd page. */
3651                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdpe & PG_FRAME);
3652                 pdpg->wire_count++;
3653         } else {
3654                 /* Allocate a pd page. */
3655                 ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
3656                 pdpindex = ptepindex >> NPDPEPGSHIFT;
3657                 pdpg = _pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex, lockp);
3658                 if (pdpg == NULL && lockp != NULL)
3659                         goto retry;
3660         }
3661         return (pdpg);
3662 }
3663
3664 static vm_page_t
3665 pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct rwlock **lockp)
3666 {
3667         vm_pindex_t ptepindex;
3668         pd_entry_t *pd, PG_V;
3669         vm_page_t m;
3670
3671         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3672
3673         /*
3674          * Calculate pagetable page index
3675          */
3676         ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
3677 retry:
3678         /*
3679          * Get the page directory entry
3680          */
3681         pd = pmap_pde(pmap, va);
3682
3683         /*
3684          * This supports switching from a 2MB page to a
3685          * normal 4K page.
3686          */
3687         if (pd != NULL && (*pd & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V)) {
3688                 if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pd, va, lockp)) {
3689                         /*
3690                          * Invalidation of the 2MB page mapping may have caused
3691                          * the deallocation of the underlying PD page.
3692                          */
3693                         pd = NULL;
3694                 }
3695         }
3696
3697         /*
3698          * If the page table page is mapped, we just increment the
3699          * hold count, and activate it.
3700          */
3701         if (pd != NULL && (*pd & PG_V) != 0) {
3702                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pd & PG_FRAME);
3703                 m->wire_count++;
3704         } else {
3705                 /*
3706                  * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been
3707                  * deallocated.
3708                  */
3709                 m = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex, lockp);
3710                 if (m == NULL && lockp != NULL)
3711                         goto retry;
3712         }
3713         return (m);
3714 }
3715
3716
3717 /***************************************************
3718  * Pmap allocation/deallocation routines.
3719  ***************************************************/
3720
3721 /*
3722  * Release any resources held by the given physical map.
3723  * Called when a pmap initialized by pmap_pinit is being released.
3724  * Should only be called if the map contains no valid mappings.
3725  */
3726 void
3727 pmap_release(pmap_t pmap)
3728 {
3729         vm_page_t m;
3730         int i;
3731
3732         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count == 0,
3733             ("pmap_release: pmap resident count %ld != 0",
3734             pmap->pm_stats.resident_count));
3735         KASSERT(vm_radix_is_empty(&pmap->pm_root),
3736             ("pmap_release: pmap has reserved page table page(s)"));
3737         KASSERT(CPU_EMPTY(&pmap->pm_active),
3738             ("releasing active pmap %p", pmap));
3739
3740         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pmap->pm_pml4));
3741
3742         for (i = 0; i < NKPML4E; i++)   /* KVA */
3743                 pmap->pm_pml4[KPML4BASE + i] = 0;
3744         for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++)/* Direct Map */
3745                 pmap->pm_pml4[DMPML4I + i] = 0;
3746         pmap->pm_pml4[PML4PML4I] = 0;   /* Recursive Mapping */
3747         for (i = 0; i < lm_ents; i++)   /* Large Map */
3748                 pmap->pm_pml4[LMSPML4I + i] = 0;
3749
3750         vm_page_unwire_noq(m);
3751         vm_page_free_zero(m);
3752
3753         if (pmap->pm_pml4u != NULL) {
3754                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pmap->pm_pml4u));
3755                 vm_page_unwire_noq(m);
3756                 vm_page_free(m);
3757         }
3758         if (pmap->pm_type == PT_X86 &&
3759             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0)
3760                 rangeset_fini(&pmap->pm_pkru);
3761 }
3762
3763 static int
3764 kvm_size(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
3765 {
3766         unsigned long ksize = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
3767
3768         return sysctl_handle_long(oidp, &ksize, 0, req);
3769 }
3770 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_size, CTLTYPE_LONG|CTLFLAG_RD, 
3771     0, 0, kvm_size, "LU", "Size of KVM");
3772
3773 static int
3774 kvm_free(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
3775 {
3776         unsigned long kfree = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - kernel_vm_end;
3777
3778         return sysctl_handle_long(oidp, &kfree, 0, req);
3779 }
3780 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_free, CTLTYPE_LONG|CTLFLAG_RD, 
3781     0, 0, kvm_free, "LU", "Amount of KVM free");
3782
3783 /*
3784  * grow the number of kernel page table entries, if needed
3785  */
3786 void
3787 pmap_growkernel(vm_offset_t addr)
3788 {
3789         vm_paddr_t paddr;
3790         vm_page_t nkpg;
3791         pd_entry_t *pde, newpdir;
3792         pdp_entry_t *pdpe;
3793
3794         mtx_assert(&kernel_map->system_mtx, MA_OWNED);
3795
3796         /*
3797          * Return if "addr" is within the range of kernel page table pages
3798          * that were preallocated during pmap bootstrap.  Moreover, leave
3799          * "kernel_vm_end" and the kernel page table as they were.
3800          *
3801          * The correctness of this action is based on the following
3802          * argument: vm_map_insert() allocates contiguous ranges of the
3803          * kernel virtual address space.  It calls this function if a range
3804          * ends after "kernel_vm_end".  If the kernel is mapped between
3805          * "kernel_vm_end" and "addr", then the range cannot begin at
3806          * "kernel_vm_end".  In fact, its beginning address cannot be less
3807          * than the kernel.  Thus, there is no immediate need to allocate
3808          * any new kernel page table pages between "kernel_vm_end" and
3809          * "KERNBASE".
3810          */
3811         if (KERNBASE < addr && addr <= KERNBASE + nkpt * NBPDR)
3812                 return;
3813
3814         addr = roundup2(addr, NBPDR);
3815         if (addr - 1 >= vm_map_max(kernel_map))
3816                 addr = vm_map_max(kernel_map);
3817         while (kernel_vm_end < addr) {
3818                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, kernel_vm_end);
3819                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0) {
3820                         /* We need a new PDP entry */
3821                         nkpg = vm_page_alloc(NULL, kernel_vm_end >> PDPSHIFT,
3822                             VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ |
3823                             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
3824                         if (nkpg == NULL)
3825                                 panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
3826                         if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
3827                                 pmap_zero_page(nkpg);
3828                         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
3829                         *pdpe = (pdp_entry_t)(paddr | X86_PG_V | X86_PG_RW |
3830                             X86_PG_A | X86_PG_M);
3831                         continue; /* try again */
3832                 }
3833                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, kernel_vm_end);
3834                 if ((*pde & X86_PG_V) != 0) {
3835                         kernel_vm_end = (kernel_vm_end + NBPDR) & ~PDRMASK;
3836                         if (kernel_vm_end - 1 >= vm_map_max(kernel_map)) {
3837                                 kernel_vm_end = vm_map_max(kernel_map);
3838                                 break;                       
3839                         }
3840                         continue;
3841                 }
3842
3843                 nkpg = vm_page_alloc(NULL, pmap_pde_pindex(kernel_vm_end),
3844                     VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED |
3845                     VM_ALLOC_ZERO);
3846                 if (nkpg == NULL)
3847                         panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
3848                 if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
3849                         pmap_zero_page(nkpg);
3850                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
3851                 newpdir = paddr | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A | X86_PG_M;
3852                 pde_store(pde, newpdir);
3853
3854                 kernel_vm_end = (kernel_vm_end + NBPDR) & ~PDRMASK;
3855                 if (kernel_vm_end - 1 >= vm_map_max(kernel_map)) {
3856                         kernel_vm_end = vm_map_max(kernel_map);
3857                         break;                       
3858                 }
3859         }
3860 }
3861
3862
3863 /***************************************************
3864  * page management routines.
3865  ***************************************************/
3866
3867 CTASSERT(sizeof(struct pv_chunk) == PAGE_SIZE);
3868 CTASSERT(_NPCM == 3);
3869 CTASSERT(_NPCPV == 168);
3870
3871 static __inline struct pv_chunk *
3872 pv_to_chunk(pv_entry_t pv)
3873 {
3874
3875         return ((struct pv_chunk *)((uintptr_t)pv & ~(uintptr_t)PAGE_MASK));
3876 }
3877
3878 #define PV_PMAP(pv) (pv_to_chunk(pv)->pc_pmap)
3879
3880 #define PC_FREE0        0xfffffffffffffffful
3881 #define PC_FREE1        0xfffffffffffffffful
3882 #define PC_FREE2        0x000000fffffffffful
3883
3884 static const uint64_t pc_freemask[_NPCM] = { PC_FREE0, PC_FREE1, PC_FREE2 };
3885
3886 #ifdef PV_STATS
3887 static int pc_chunk_count, pc_chunk_allocs, pc_chunk_frees, pc_chunk_tryfail;
3888
3889 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_count, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_count, 0,
3890         "Current number of pv entry chunks");
3891 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_allocs, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_allocs, 0,
3892         "Current number of pv entry chunks allocated");
3893 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_frees, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_frees, 0,
3894         "Current number of pv entry chunks frees");
3895 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_tryfail, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_tryfail, 0,
3896         "Number of times tried to get a chunk page but failed.");
3897
3898 static long pv_entry_frees, pv_entry_allocs, pv_entry_count;
3899 static int pv_entry_spare;
3900
3901 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_frees, CTLFLAG_RD, &pv_entry_frees, 0,
3902         "Current number of pv entry frees");
3903 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_allocs, CTLFLAG_RD, &pv_entry_allocs, 0,
3904         "Current number of pv entry allocs");
3905 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_count, CTLFLAG_RD, &pv_entry_count, 0,
3906         "Current number of pv entries");
3907 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_spare, CTLFLAG_RD, &pv_entry_spare, 0,
3908         "Current number of spare pv entries");
3909 #endif
3910
3911 static void
3912 reclaim_pv_chunk_leave_pmap(pmap_t pmap, pmap_t locked_pmap, bool start_di)
3913 {
3914
3915         if (pmap == NULL)
3916                 return;
3917         pmap_invalidate_all(pmap);
3918         if (pmap != locked_pmap)
3919                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3920         if (start_di)
3921                 pmap_delayed_invl_finish();
3922 }
3923
3924 /*
3925  * We are in a serious low memory condition.  Resort to
3926  * drastic measures to free some pages so we can allocate
3927  * another pv entry chunk.
3928  *
3929  * Returns NULL if PV entries were reclaimed from the specified pmap.
3930  *
3931  * We do not, however, unmap 2mpages because subsequent accesses will
3932  * allocate per-page pv entries until repromotion occurs, thereby
3933  * exacerbating the shortage of free pv entries.
3934  */
3935 static vm_page_t
3936 reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp)
3937 {
3938         struct pv_chunk *pc, *pc_marker, *pc_marker_end;
3939         struct pv_chunk_header pc_marker_b, pc_marker_end_b;
3940         struct md_page *pvh;
3941         pd_entry_t *pde;
3942         pmap_t next_pmap, pmap;
3943         pt_entry_t *pte, tpte;
3944         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW;
3945         pv_entry_t pv;
3946         vm_offset_t va;
3947         vm_page_t m, m_pc;
3948         struct spglist free;
3949         uint64_t inuse;
3950         int bit, field, freed;
3951         bool start_di;
3952         static int active_reclaims = 0;
3953
3954         PMAP_LOCK_ASSERT(locked_pmap, MA_OWNED);
3955         KASSERT(lockp != NULL, ("reclaim_pv_chunk: lockp is NULL"));
3956         pmap = NULL;
3957         m_pc = NULL;
3958         PG_G = PG_A = PG_M = PG_RW = 0;
3959         SLIST_INIT(&free);
3960         bzero(&pc_marker_b, sizeof(pc_marker_b));
3961         bzero(&pc_marker_end_b, sizeof(pc_marker_end_b));
3962         pc_marker = (struct pv_chunk *)&pc_marker_b;
3963         pc_marker_end = (struct pv_chunk *)&pc_marker_end_b;
3964
3965         /*
3966          * A delayed invalidation block should already be active if
3967          * pmap_advise() or pmap_remove() called this function by way
3968          * of pmap_demote_pde_locked().
3969          */
3970         start_di = pmap_not_in_di();
3971
3972         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
3973         active_reclaims++;
3974         TAILQ_INSERT_HEAD(&pv_chunks, pc_marker, pc_lru);
3975         TAILQ_INSERT_TAIL(&pv_chunks, pc_marker_end, pc_lru);
3976         while ((pc = TAILQ_NEXT(pc_marker, pc_lru)) != pc_marker_end &&
3977             SLIST_EMPTY(&free)) {
3978                 next_pmap = pc->pc_pmap;
3979                 if (next_pmap == NULL) {
3980                         /*
3981                          * The next chunk is a marker.  However, it is
3982                          * not our marker, so active_reclaims must be
3983                          * > 1.  Consequently, the next_chunk code
3984                          * will not rotate the pv_chunks list.
3985                          */
3986                         goto next_chunk;
3987                 }
3988                 mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
3989
3990                 /*
3991                  * A pv_chunk can only be removed from the pc_lru list
3992                  * when both pc_chunks_mutex is owned and the
3993                  * corresponding pmap is locked.
3994                  */
3995                 if (pmap != next_pmap) {
3996                         reclaim_pv_chunk_leave_pmap(pmap, locked_pmap,
3997                             start_di);
3998                         pmap = next_pmap;
3999                         /* Avoid deadlock and lock recursion. */
4000                         if (pmap > locked_pmap) {
4001                                 RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
4002                                 PMAP_LOCK(pmap);
4003                                 if (start_di)
4004                                         pmap_delayed_invl_start();
4005                                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
4006                                 continue;
4007                         } else if (pmap != locked_pmap) {
4008                                 if (PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
4009                                         if (start_di)
4010                                                 pmap_delayed_invl_start();
4011                                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
4012                                         continue;
4013                                 } else {
4014                                         pmap = NULL; /* pmap is not locked */
4015                                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
4016                                         pc = TAILQ_NEXT(pc_marker, pc_lru);
4017                                         if (pc == NULL ||
4018                                             pc->pc_pmap != next_pmap)
4019                                                 continue;
4020                                         goto next_chunk;
4021                                 }
4022                         } else if (start_di)
4023                                 pmap_delayed_invl_start();
4024                         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
4025                         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
4026                         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4027                         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4028                 }
4029
4030                 /*
4031                  * Destroy every non-wired, 4 KB page mapping in the chunk.
4032                  */
4033                 freed = 0;
4034                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
4035                         for (inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
4036                             inuse != 0; inuse &= ~(1UL << bit)) {
4037                                 bit = bsfq(inuse);
4038                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
4039                                 va = pv->pv_va;
4040                                 pde = pmap_pde(pmap, va);
4041                                 if ((*pde & PG_PS) != 0)
4042                                         continue;
4043                                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
4044                                 if ((*pte & PG_W) != 0)
4045                                         continue;
4046                                 tpte = pte_load_clear(pte);
4047                                 if ((tpte & PG_G) != 0)
4048                                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
4049                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpte & PG_FRAME);
4050                                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
4051                                         vm_page_dirty(m);
4052                                 if ((tpte & PG_A) != 0)
4053                                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
4054                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
4055                                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4056                                 m->md.pv_gen++;
4057                                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
4058                                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
4059                                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4060                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
4061                                                 vm_page_aflag_clear(m,
4062                                                     PGA_WRITEABLE);
4063                                         }
4064                                 }
4065                                 pmap_delayed_invl_page(m);
4066                                 pc->pc_map[field] |= 1UL << bit;
4067                                 pmap_unuse_pt(pmap, va, *pde, &free);
4068                                 freed++;
4069                         }
4070                 }
4071                 if (freed == 0) {
4072                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
4073                         goto next_chunk;
4074                 }
4075                 /* Every freed mapping is for a 4 KB page. */
4076                 pmap_resident_count_dec(pmap, freed);
4077                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
4078                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
4079                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
4080                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4081                 if (pc->pc_map[0] == PC_FREE0 && pc->pc_map[1] == PC_FREE1 &&
4082                     pc->pc_map[2] == PC_FREE2) {
4083                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
4084                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
4085                         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
4086                         /* Entire chunk is free; return it. */
4087                         m_pc = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
4088                         dump_drop_page(m_pc->phys_addr);
4089                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
4090                         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
4091                         break;
4092                 }
4093                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4094                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
4095                 /* One freed pv entry in locked_pmap is sufficient. */
4096                 if (pmap == locked_pmap)
4097                         break;
4098 next_chunk:
4099                 TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc_marker, pc_lru);
4100                 TAILQ_INSERT_AFTER(&pv_chunks, pc, pc_marker, pc_lru);
4101                 if (active_reclaims == 1 && pmap != NULL) {
4102                         /*
4103                          * Rotate the pv chunks list so that we do not
4104                          * scan the same pv chunks that could not be
4105                          * freed (because they contained a wired
4106                          * and/or superpage mapping) on every
4107                          * invocation of reclaim_pv_chunk().
4108                          */
4109                         while ((pc = TAILQ_FIRST(&pv_chunks)) != pc_marker) {
4110                                 MPASS(pc->pc_pmap != NULL);
4111                                 TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
4112                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pv_chunks, pc, pc_lru);
4113                         }
4114                 }
4115         }
4116         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc_marker, pc_lru);
4117         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc_marker_end, pc_lru);
4118         active_reclaims--;
4119         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
4120         reclaim_pv_chunk_leave_pmap(pmap, locked_pmap, start_di);
4121         if (m_pc == NULL && !SLIST_EMPTY(&free)) {
4122                 m_pc = SLIST_FIRST(&free);
4123                 SLIST_REMOVE_HEAD(&free, plinks.s.ss);
4124                 /* Recycle a freed page table page. */
4125                 m_pc->wire_count = 1;
4126         }
4127         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
4128         return (m_pc);
4129 }
4130
4131 /*
4132  * free the pv_entry back to the free list
4133  */
4134 static void
4135 free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv)
4136 {
4137         struct pv_chunk *pc;
4138         int idx, field, bit;
4139
4140         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4141         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, 1));
4142         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, 1));
4143         PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, 1));
4144         pc = pv_to_chunk(pv);
4145         idx = pv - &pc->pc_pventry[0];
4146         field = idx / 64;
4147         bit = idx % 64;
4148         pc->pc_map[field] |= 1ul << bit;
4149         if (pc->pc_map[0] != PC_FREE0 || pc->pc_map[1] != PC_FREE1 ||
4150             pc->pc_map[2] != PC_FREE2) {
4151                 /* 98% of the time, pc is already at the head of the list. */
4152                 if (__predict_false(pc != TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk))) {
4153                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4154                         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4155                 }
4156                 return;
4157         }
4158         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4159         free_pv_chunk(pc);
4160 }
4161
4162 static void
4163 free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc)
4164 {
4165         vm_page_t m;
4166
4167         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
4168         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
4169         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
4170         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
4171         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
4172         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
4173         /* entire chunk is free, return it */
4174         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
4175         dump_drop_page(m->phys_addr);
4176         vm_page_unwire_noq(m);
4177         vm_page_free(m);
4178 }
4179
4180 /*
4181  * Returns a new PV entry, allocating a new PV chunk from the system when
4182  * needed.  If this PV chunk allocation fails and a PV list lock pointer was
4183  * given, a PV chunk is reclaimed from an arbitrary pmap.  Otherwise, NULL is
4184  * returned.
4185  *
4186  * The given PV list lock may be released.
4187  */
4188 static pv_entry_t
4189 get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp)
4190 {
4191         int bit, field;
4192         pv_entry_t pv;
4193         struct pv_chunk *pc;
4194         vm_page_t m;
4195
4196         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4197         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, 1));
4198 retry:
4199         pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
4200         if (pc != NULL) {
4201                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
4202                         if (pc->pc_map[field]) {
4203                                 bit = bsfq(pc->pc_map[field]);
4204                                 break;
4205                         }
4206                 }
4207                 if (field < _NPCM) {
4208                         pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
4209                         pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
4210                         /* If this was the last item, move it to tail */
4211                         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 &&
4212                             pc->pc_map[2] == 0) {
4213                                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4214                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc,
4215                                     pc_list);
4216                         }
4217                         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
4218                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, 1));
4219                         return (pv);
4220                 }
4221         }
4222         /* No free items, allocate another chunk */
4223         m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
4224             VM_ALLOC_WIRED);
4225         if (m == NULL) {
4226                 if (lockp == NULL) {
4227                         PV_STAT(pc_chunk_tryfail++);
4228                         return (NULL);
4229                 }
4230                 m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
4231                 if (m == NULL)
4232                         goto retry;
4233         }
4234         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
4235         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
4236         dump_add_page(m->phys_addr);
4237         pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
4238         pc->pc_pmap = pmap;
4239         pc->pc_map[0] = PC_FREE0 & ~1ul;        /* preallocated bit 0 */
4240         pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
4241         pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
4242         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
4243         TAILQ_INSERT_TAIL(&pv_chunks, pc, pc_lru);
4244         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
4245         pv = &pc->pc_pventry[0];
4246         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4247         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
4248         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV - 1));
4249         return (pv);
4250 }
4251
4252 /*
4253  * Returns the number of one bits within the given PV chunk map.
4254  *
4255  * The erratas for Intel processors state that "POPCNT Instruction May
4256  * Take Longer to Execute Than Expected".  It is believed that the
4257  * issue is the spurious dependency on the destination register.
4258  * Provide a hint to the register rename logic that the destination
4259  * value is overwritten, by clearing it, as suggested in the
4260  * optimization manual.  It should be cheap for unaffected processors
4261  * as well.
4262  *
4263  * Reference numbers for erratas are
4264  * 4th Gen Core: HSD146
4265  * 5th Gen Core: BDM85
4266  * 6th Gen Core: SKL029
4267  */
4268 static int
4269 popcnt_pc_map_pq(uint64_t *map)
4270 {
4271         u_long result, tmp;
4272
4273         __asm __volatile("xorl %k0,%k0;popcntq %2,%0;"
4274             "xorl %k1,%k1;popcntq %3,%1;addl %k1,%k0;"
4275             "xorl %k1,%k1;popcntq %4,%1;addl %k1,%k0"
4276             : "=&r" (result), "=&r" (tmp)
4277             : "m" (map[0]), "m" (map[1]), "m" (map[2]));
4278         return (result);
4279 }
4280
4281 /*
4282  * Ensure that the number of spare PV entries in the specified pmap meets or
4283  * exceeds the given count, "needed".
4284  *
4285  * The given PV list lock may be released.
4286  */
4287 static void
4288 reserve_pv_entries(pmap_t pmap, int needed, struct rwlock **lockp)
4289 {
4290         struct pch new_tail;
4291         struct pv_chunk *pc;
4292         vm_page_t m;
4293         int avail, free;
4294         bool reclaimed;
4295
4296         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4297         KASSERT(lockp != NULL, ("reserve_pv_entries: lockp is NULL"));
4298
4299         /*
4300          * Newly allocated PV chunks must be stored in a private list until
4301          * the required number of PV chunks have been allocated.  Otherwise,
4302          * reclaim_pv_chunk() could recycle one of these chunks.  In
4303          * contrast, these chunks must be added to the pmap upon allocation.
4304          */
4305         TAILQ_INIT(&new_tail);
4306 retry:
4307         avail = 0;
4308         TAILQ_FOREACH(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list) {
4309 #ifndef __POPCNT__
4310                 if ((cpu_feature2 & CPUID2_POPCNT) == 0)
4311                         bit_count((bitstr_t *)pc->pc_map, 0,
4312                             sizeof(pc->pc_map) * NBBY, &free);
4313                 else
4314 #endif
4315                 free = popcnt_pc_map_pq(pc->pc_map);
4316                 if (free == 0)
4317                         break;
4318                 avail += free;
4319                 if (avail >= needed)
4320                         break;
4321         }
4322         for (reclaimed = false; avail < needed; avail += _NPCPV) {
4323                 m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
4324                     VM_ALLOC_WIRED);
4325                 if (m == NULL) {
4326                         m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
4327                         if (m == NULL)
4328                                 goto retry;
4329                         reclaimed = true;
4330                 }
4331                 PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
4332                 PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
4333                 dump_add_page(m->phys_addr);
4334                 pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
4335                 pc->pc_pmap = pmap;
4336                 pc->pc_map[0] = PC_FREE0;
4337                 pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
4338                 pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
4339                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4340                 TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail, pc, pc_lru);
4341                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
4342
4343                 /*
4344                  * The reclaim might have freed a chunk from the current pmap.
4345                  * If that chunk contained available entries, we need to
4346                  * re-count the number of available entries.
4347                  */
4348                 if (reclaimed)
4349                         goto retry;
4350         }
4351         if (!TAILQ_EMPTY(&new_tail)) {
4352                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
4353                 TAILQ_CONCAT(&pv_chunks, &new_tail, pc_lru);
4354                 mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
4355         }
4356 }
4357
4358 /*
4359  * First find and then remove the pv entry for the specified pmap and virtual
4360  * address from the specified pv list.  Returns the pv entry if found and NULL
4361  * otherwise.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or
4362  * 2MB page mappings.
4363  */
4364 static __inline pv_entry_t
4365 pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
4366 {
4367         pv_entry_t pv;
4368
4369         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
4370                 if (pmap == PV_PMAP(pv) && va == pv->pv_va) {
4371                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
4372                         pvh->pv_gen++;
4373                         break;
4374                 }
4375         }
4376         return (pv);
4377 }
4378
4379 /*
4380  * After demotion from a 2MB page mapping to 512 4KB page mappings,
4381  * destroy the pv entry for the 2MB page mapping and reinstantiate the pv
4382  * entries for each of the 4KB page mappings.
4383  */
4384 static void
4385 pmap_pv_demote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
4386     struct rwlock **lockp)
4387 {
4388         struct md_page *pvh;
4389         struct pv_chunk *pc;
4390         pv_entry_t pv;
4391         vm_offset_t va_last;
4392         vm_page_t m;
4393         int bit, field;
4394
4395         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4396         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
4397             ("pmap_pv_demote_pde: pa is not 2mpage aligned"));
4398         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
4399
4400         /*
4401          * Transfer the 2mpage's pv entry for this mapping to the first
4402          * page's pv list.  Once this transfer begins, the pv list lock
4403          * must not be released until the last pv entry is reinstantiated.
4404          */
4405         pvh = pa_to_pvh(pa);
4406         va = trunc_2mpage(va);
4407         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
4408         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_demote_pde: pv not found"));
4409         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
4410         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4411         m->md.pv_gen++;
4412         /* Instantiate the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
4413         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, NPTEPG - 1));
4414         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
4415         for (;;) {
4416                 pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
4417                 KASSERT(pc->pc_map[0] != 0 || pc->pc_map[1] != 0 ||
4418                     pc->pc_map[2] != 0, ("pmap_pv_demote_pde: missing spare"));
4419                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
4420                         while (pc->pc_map[field]) {
4421                                 bit = bsfq(pc->pc_map[field]);
4422                                 pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
4423                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
4424                                 va += PAGE_SIZE;
4425                                 pv->pv_va = va;
4426                                 m++;
4427                                 KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4428                             ("pmap_pv_demote_pde: page %p is not managed", m));
4429                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4430                                 m->md.pv_gen++;
4431                                 if (va == va_last)
4432                                         goto out;
4433                         }
4434                 }
4435                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4436                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4437         }
4438 out:
4439         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 && pc->pc_map[2] == 0) {
4440                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4441                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4442         }
4443         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, NPTEPG - 1));
4444         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, NPTEPG - 1));
4445 }
4446
4447 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
4448 /*
4449  * After promotion from 512 4KB page mappings to a single 2MB page mapping,
4450  * replace the many pv entries for the 4KB page mappings by a single pv entry
4451  * for the 2MB page mapping.
4452  */
4453 static void
4454 pmap_pv_promote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
4455     struct rwlock **lockp)
4456 {
4457         struct md_page *pvh;
4458         pv_entry_t pv;
4459         vm_offset_t va_last;
4460         vm_page_t m;
4461
4462         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
4463             ("pmap_pv_promote_pde: pa is not 2mpage aligned"));
4464         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
4465
4466         /*
4467          * Transfer the first page's pv entry for this mapping to the 2mpage's
4468          * pv list.  Aside from avoiding the cost of a call to get_pv_entry(),
4469          * a transfer avoids the possibility that get_pv_entry() calls
4470          * reclaim_pv_chunk() and that reclaim_pv_chunk() removes one of the
4471          * mappings that is being promoted.
4472          */
4473         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
4474         va = trunc_2mpage(va);
4475         pv = pmap_pvh_remove(&m->md, pmap, va);
4476         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_promote_pde: pv not found"));
4477         pvh = pa_to_pvh(pa);
4478         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
4479         pvh->pv_gen++;
4480         /* Free the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
4481         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
4482         do {
4483                 m++;
4484                 va += PAGE_SIZE;
4485                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
4486         } while (va < va_last);
4487 }
4488 #endif /* VM_NRESERVLEVEL > 0 */
4489
4490 /*
4491  * First find and then destroy the pv entry for the specified pmap and virtual
4492  * address.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or 2MB
4493  * page mappings.
4494  */
4495 static void
4496 pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
4497 {
4498         pv_entry_t pv;
4499
4500         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
4501         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pvh_free: pv not found"));
4502         free_pv_entry(pmap, pv);
4503 }
4504
4505 /*
4506  * Conditionally create the PV entry for a 4KB page mapping if the required
4507  * memory can be allocated without resorting to reclamation.
4508  */
4509 static boolean_t
4510 pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
4511     struct rwlock **lockp)
4512 {
4513         pv_entry_t pv;
4514
4515         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4516         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
4517         if ((pv = get_pv_entry(pmap, NULL)) != NULL) {
4518                 pv->pv_va = va;
4519                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
4520                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4521                 m->md.pv_gen++;
4522                 return (TRUE);
4523         } else
4524                 return (FALSE);
4525 }
4526
4527 /*
4528  * Create the PV entry for a 2MB page mapping.  Always returns true unless the
4529  * flag PMAP_ENTER_NORECLAIM is specified.  If that flag is specified, returns
4530  * false if the PV entry cannot be allocated without resorting to reclamation.
4531  */
4532 static bool
4533 pmap_pv_insert_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde, u_int flags,
4534     struct rwlock **lockp)
4535 {
4536         struct md_page *pvh;
4537         pv_entry_t pv;
4538         vm_paddr_t pa;
4539
4540         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4541         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
4542         if ((pv = get_pv_entry(pmap, (flags & PMAP_ENTER_NORECLAIM) != 0 ?
4543             NULL : lockp)) == NULL)
4544                 return (false);
4545         pv->pv_va = va;
4546         pa = pde & PG_PS_FRAME;
4547         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
4548         pvh = pa_to_pvh(pa);
4549         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
4550         pvh->pv_gen++;
4551         return (true);
4552 }
4553
4554 /*
4555  * Fills a page table page with mappings to consecutive physical pages.
4556  */
4557 static void
4558 pmap_fill_ptp(pt_entry_t *firstpte, pt_entry_t newpte)
4559 {
4560         pt_entry_t *pte;
4561
4562         for (pte = firstpte; pte < firstpte + NPTEPG; pte++) {
4563                 *pte = newpte;
4564                 newpte += PAGE_SIZE;
4565         }
4566 }
4567
4568 /*
4569  * Tries to demote a 2MB page mapping.  If demotion fails, the 2MB page
4570  * mapping is invalidated.
4571  */
4572 static boolean_t
4573 pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
4574 {
4575         struct rwlock *lock;
4576         boolean_t rv;
4577
4578         lock = NULL;
4579         rv = pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
4580         if (lock != NULL)
4581                 rw_wunlock(lock);
4582         return (rv);
4583 }
4584
4585 static void
4586 pmap_demote_pde_check(pt_entry_t *firstpte __unused, pt_entry_t newpte __unused)
4587 {
4588 #ifdef INVARIANTS
4589 #ifdef DIAGNOSTIC
4590         pt_entry_t *xpte, *ypte;
4591
4592         for (xpte = firstpte; xpte < firstpte + NPTEPG;
4593             xpte++, newpte += PAGE_SIZE) {
4594                 if ((*xpte & PG_FRAME) != (newpte & PG_FRAME)) {
4595                         printf("pmap_demote_pde: xpte %zd and newpte map "
4596                             "different pages: found %#lx, expected %#lx\n",
4597                             xpte - firstpte, *xpte, newpte);
4598                         printf("page table dump\n");
4599                         for (ypte = firstpte; ypte < firstpte + NPTEPG; ypte++)
4600                                 printf("%zd %#lx\n", ypte - firstpte, *ypte);
4601                         panic("firstpte");
4602                 }
4603         }
4604 #else
4605         KASSERT((*firstpte & PG_FRAME) == (newpte & PG_FRAME),
4606             ("pmap_demote_pde: firstpte and newpte map different physical"
4607             " addresses"));
4608 #endif
4609 #endif
4610 }
4611
4612 static void
4613 pmap_demote_pde_abort(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
4614     pd_entry_t oldpde, struct rwlock **lockp)
4615 {
4616         struct spglist free;
4617         vm_offset_t sva;
4618
4619         SLIST_INIT(&free);
4620         sva = trunc_2mpage(va);
4621         pmap_remove_pde(pmap, pde, sva, &free, lockp);
4622         if ((oldpde & pmap_global_bit(pmap)) == 0)
4623                 pmap_invalidate_pde_page(pmap, sva, oldpde);
4624         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
4625         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: failure for va %#lx in pmap %p",
4626             va, pmap);
4627 }
4628
4629 static boolean_t
4630 pmap_demote_pde_locked(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
4631     struct rwlock **lockp)
4632 {
4633         pd_entry_t newpde, oldpde;
4634         pt_entry_t *firstpte, newpte;
4635         pt_entry_t PG_A, PG_G, PG_M, PG_PKU_MASK, PG_RW, PG_V;
4636         vm_paddr_t mptepa;
4637         vm_page_t mpte;
4638         int PG_PTE_CACHE;
4639         bool in_kernel;
4640
4641         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
4642         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
4643         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4644         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4645         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4646         PG_PTE_CACHE = pmap_cache_mask(pmap, 0);
4647         PG_PKU_MASK = pmap_pku_mask_bit(pmap);
4648
4649         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4650         in_kernel = va >= VM_MAXUSER_ADDRESS;
4651         oldpde = *pde;
4652         KASSERT((oldpde & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V),
4653             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_PS and/or PG_V"));
4654
4655         /*
4656          * Invalidate the 2MB page mapping and return "failure" if the
4657          * mapping was never accessed.
4658          */
4659         if ((oldpde & PG_A) == 0) {
4660                 KASSERT((oldpde & PG_W) == 0,
4661                     ("pmap_demote_pde: a wired mapping is missing PG_A"));
4662                 pmap_demote_pde_abort(pmap, va, pde, oldpde, lockp);
4663                 return (FALSE);
4664         }
4665
4666         mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, va);
4667         if (mpte == NULL) {
4668                 KASSERT((oldpde & PG_W) == 0,
4669                     ("pmap_demote_pde: page table page for a wired mapping"
4670                     " is missing"));
4671
4672                 /*
4673                  * If the page table page is missing and the mapping
4674                  * is for a kernel address, the mapping must belong to
4675                  * the direct map.  Page table pages are preallocated
4676                  * for every other part of the kernel address space,
4677                  * so the direct map region is the only part of the
4678                  * kernel address space that must be handled here.
4679                  */
4680                 KASSERT(!in_kernel || (va >= DMAP_MIN_ADDRESS &&
4681                     va < DMAP_MAX_ADDRESS),
4682                     ("pmap_demote_pde: No saved mpte for va %#lx", va));
4683
4684                 /*
4685                  * If the 2MB page mapping belongs to the direct map
4686                  * region of the kernel's address space, then the page
4687                  * allocation request specifies the highest possible
4688                  * priority (VM_ALLOC_INTERRUPT).  Otherwise, the
4689                  * priority is normal.
4690                  */
4691                 mpte = vm_page_alloc(NULL, pmap_pde_pindex(va),
4692                     (in_kernel ? VM_ALLOC_INTERRUPT : VM_ALLOC_NORMAL) |
4693                     VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED);
4694
4695                 /*
4696                  * If the allocation of the new page table page fails,
4697                  * invalidate the 2MB page mapping and return "failure".
4698                  */
4699                 if (mpte == NULL) {
4700                         pmap_demote_pde_abort(pmap, va, pde, oldpde, lockp);
4701                         return (FALSE);
4702                 }
4703
4704                 if (!in_kernel) {
4705                         mpte->wire_count = NPTEPG;
4706                         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
4707                 }
4708         }
4709         mptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpte);
4710         firstpte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mptepa);
4711         newpde = mptepa | PG_M | PG_A | (oldpde & PG_U) | PG_RW | PG_V;
4712         KASSERT((oldpde & (PG_M | PG_RW)) != PG_RW,
4713             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_M"));
4714         newpte = oldpde & ~PG_PS;
4715         newpte = pmap_swap_pat(pmap, newpte);
4716
4717         /*
4718          * If the page table page is not leftover from an earlier promotion,
4719          * initialize it.
4720          */
4721         if (mpte->valid == 0)
4722                 pmap_fill_ptp(firstpte, newpte);
4723
4724         pmap_demote_pde_check(firstpte, newpte);
4725
4726         /*
4727          * If the mapping has changed attributes, update the page table
4728          * entries.
4729          */
4730         if ((*firstpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpte & PG_PTE_PROMOTE))
4731                 pmap_fill_ptp(firstpte, newpte);
4732
4733         /*
4734          * The spare PV entries must be reserved prior to demoting the
4735          * mapping, that is, prior to changing the PDE.  Otherwise, the state
4736          * of the PDE and the PV lists will be inconsistent, which can result
4737          * in reclaim_pv_chunk() attempting to remove a PV entry from the
4738          * wrong PV list and pmap_pv_demote_pde() failing to find the expected
4739          * PV entry for the 2MB page mapping that is being demoted.
4740          */
4741         if ((oldpde & PG_MANAGED) != 0)
4742                 reserve_pv_entries(pmap, NPTEPG - 1, lockp);
4743
4744         /*
4745          * Demote the mapping.  This pmap is locked.  The old PDE has
4746          * PG_A set.  If the old PDE has PG_RW set, it also has PG_M
4747          * set.  Thus, there is no danger of a race with another
4748          * processor changing the setting of PG_A and/or PG_M between
4749          * the read above and the store below. 
4750          */
4751         if (workaround_erratum383)
4752                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, newpde);
4753         else
4754                 pde_store(pde, newpde);
4755
4756         /*
4757          * Invalidate a stale recursive mapping of the page table page.
4758          */
4759         if (in_kernel)
4760                 pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopte(va));
4761
4762         /*
4763          * Demote the PV entry.
4764          */
4765         if ((oldpde & PG_MANAGED) != 0)
4766                 pmap_pv_demote_pde(pmap, va, oldpde & PG_PS_FRAME, lockp);
4767
4768         atomic_add_long(&pmap_pde_demotions, 1);
4769         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: success for va %#lx in pmap %p",
4770             va, pmap);
4771         return (TRUE);
4772 }
4773
4774 /*
4775  * pmap_remove_kernel_pde: Remove a kernel superpage mapping.
4776  */
4777 static void
4778 pmap_remove_kernel_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
4779 {
4780         pd_entry_t newpde;
4781         vm_paddr_t mptepa;
4782         vm_page_t mpte;
4783
4784         KASSERT(pmap == kernel_pmap, ("pmap %p is not kernel_pmap", pmap));
4785         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4786         mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, va);
4787         if (mpte == NULL)
4788                 panic("pmap_remove_kernel_pde: Missing pt page.");
4789
4790         mptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpte);
4791         newpde = mptepa | X86_PG_M | X86_PG_A | X86_PG_RW | X86_PG_V;
4792
4793         /*
4794          * If this page table page was unmapped by a promotion, then it
4795          * contains valid mappings.  Zero it to invalidate those mappings.
4796          */
4797         if (mpte->valid != 0)
4798                 pagezero((void *)PHYS_TO_DMAP(mptepa));
4799
4800         /*
4801          * Demote the mapping.
4802          */
4803         if (workaround_erratum383)
4804                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, newpde);
4805         else
4806                 pde_store(pde, newpde);
4807
4808         /*
4809          * Invalidate a stale recursive mapping of the page table page.
4810          */
4811         pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopte(va));
4812 }
4813
4814 /*
4815  * pmap_remove_pde: do the things to unmap a superpage in a process
4816  */
4817 static int
4818 pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
4819     struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
4820 {
4821         struct md_page *pvh;
4822         pd_entry_t oldpde;
4823         vm_offset_t eva, va;
4824         vm_page_t m, mpte;
4825         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW;
4826
4827         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
4828         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
4829         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4830         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4831
4832         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4833         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
4834             ("pmap_remove_pde: sva is not 2mpage aligned"));
4835         oldpde = pte_load_clear(pdq);
4836         if (oldpde & PG_W)
4837                 pmap->pm_stats.wired_count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
4838         if ((oldpde & PG_G) != 0)
4839                 pmap_invalidate_pde_page(kernel_pmap, sva, oldpde);
4840         pmap_resident_count_dec(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
4841         if (oldpde & PG_MANAGED) {
4842                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, oldpde & PG_PS_FRAME);
4843                 pvh = pa_to_pvh(oldpde & PG_PS_FRAME);
4844                 pmap_pvh_free(pvh, pmap, sva);
4845                 eva = sva + NBPDR;
4846                 for (va = sva, m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
4847                     va < eva; va += PAGE_SIZE, m++) {
4848                         if ((oldpde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
4849                                 vm_page_dirty(m);
4850                         if (oldpde & PG_A)
4851                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
4852                         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
4853                             TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
4854                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
4855                         pmap_delayed_invl_page(m);
4856                 }
4857         }
4858         if (pmap == kernel_pmap) {
4859                 pmap_remove_kernel_pde(pmap, pdq, sva);
4860         } else {
4861                 mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, sva);
4862                 if (mpte != NULL) {
4863                         KASSERT(mpte->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
4864                             ("pmap_remove_pde: pte page not promoted"));
4865                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
4866                         KASSERT(mpte->wire_count == NPTEPG,
4867                             ("pmap_remove_pde: pte page wire count error"));
4868                         mpte->wire_count = 0;
4869                         pmap_add_delayed_free_list(mpte, free, FALSE);
4870                 }
4871         }
4872         return (pmap_unuse_pt(pmap, sva, *pmap_pdpe(pmap, sva), free));
4873 }
4874
4875 /*
4876  * pmap_remove_pte: do the things to unmap a page in a process
4877  */
4878 static int
4879 pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t va, 
4880     pd_entry_t ptepde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
4881 {
4882         struct md_page *pvh;
4883         pt_entry_t oldpte, PG_A, PG_M, PG_RW;
4884         vm_page_t m;
4885
4886         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
4887         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4888         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4889
4890         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4891         oldpte = pte_load_clear(ptq);
4892         if (oldpte & PG_W)
4893                 pmap->pm_stats.wired_count -= 1;
4894         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
4895         if (oldpte & PG_MANAGED) {
4896                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpte & PG_FRAME);
4897                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
4898                         vm_page_dirty(m);
4899                 if (oldpte & PG_A)
4900                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
4901                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
4902                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
4903                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
4904                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
4905                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4906                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
4907                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
4908                 }
4909                 pmap_delayed_invl_page(m);
4910         }
4911         return (pmap_unuse_pt(pmap, va, ptepde, free));
4912 }
4913
4914 /*
4915  * Remove a single page from a process address space
4916  */
4917 static void
4918 pmap_remove_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
4919     struct spglist *free)
4920 {
4921         struct rwlock *lock;
4922         pt_entry_t *pte, PG_V;
4923
4924         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4925         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4926         if ((*pde & PG_V) == 0)
4927                 return;
4928         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
4929         if ((*pte & PG_V) == 0)
4930                 return;
4931         lock = NULL;
4932         pmap_remove_pte(pmap, pte, va, *pde, free, &lock);
4933         if (lock != NULL)
4934                 rw_wunlock(lock);
4935         pmap_invalidate_page(pmap, va);
4936 }
4937
4938 /*
4939  * Removes the specified range of addresses from the page table page.
4940  */
4941 static bool
4942 pmap_remove_ptes(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
4943     pd_entry_t *pde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
4944 {
4945         pt_entry_t PG_G, *pte;
4946         vm_offset_t va;
4947         bool anyvalid;
4948
4949         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4950         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
4951         anyvalid = false;
4952         va = eva;
4953         for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != eva; pte++,
4954             sva += PAGE_SIZE) {
4955                 if (*pte == 0) {
4956                         if (va != eva) {
4957                                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
4958                                 va = eva;
4959                         }
4960                         continue;
4961                 }
4962                 if ((*pte & PG_G) == 0)
4963                         anyvalid = true;
4964                 else if (va == eva)
4965                         va = sva;
4966                 if (pmap_remove_pte(pmap, pte, sva, *pde, free, lockp)) {
4967                         sva += PAGE_SIZE;
4968                         break;
4969                 }
4970         }
4971         if (va != eva)
4972                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
4973         return (anyvalid);
4974 }
4975
4976 /*
4977  *      Remove the given range of addresses from the specified map.
4978  *
4979  *      It is assumed that the start and end are properly
4980  *      rounded to the page size.
4981  */
4982 void
4983 pmap_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
4984 {
4985         struct rwlock *lock;
4986         vm_offset_t va_next;
4987         pml4_entry_t *pml4e;
4988         pdp_entry_t *pdpe;
4989         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
4990         pt_entry_t PG_G, PG_V;
4991         struct spglist free;
4992         int anyvalid;
4993
4994         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
4995         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4996
4997         /*
4998          * Perform an unsynchronized read.  This is, however, safe.
4999          */
5000         if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
5001                 return;
5002
5003         anyvalid = 0;
5004         SLIST_INIT(&free);
5005
5006         pmap_delayed_invl_start();
5007         PMAP_LOCK(pmap);
5008         pmap_pkru_on_remove(pmap, sva, eva);
5009
5010         /*
5011          * special handling of removing one page.  a very
5012          * common operation and easy to short circuit some
5013          * code.
5014          */
5015         if (sva + PAGE_SIZE == eva) {
5016                 pde = pmap_pde(pmap, sva);
5017                 if (pde && (*pde & PG_PS) == 0) {
5018                         pmap_remove_page(pmap, sva, pde, &free);
5019                         goto out;
5020                 }
5021         }
5022
5023         lock = NULL;
5024         for (; sva < eva; sva = va_next) {
5025
5026                 if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
5027                         break;
5028
5029                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
5030                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
5031                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
5032                         if (va_next < sva)
5033                                 va_next = eva;
5034                         continue;
5035                 }
5036
5037                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
5038                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
5039                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
5040                         if (va_next < sva)
5041                                 va_next = eva;
5042                         continue;
5043                 }
5044
5045                 /*
5046                  * Calculate index for next page table.
5047                  */
5048                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
5049                 if (va_next < sva)
5050                         va_next = eva;
5051
5052                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
5053                 ptpaddr = *pde;
5054
5055                 /*
5056                  * Weed out invalid mappings.
5057                  */
5058                 if (ptpaddr == 0)
5059                         continue;
5060
5061                 /*
5062                  * Check for large page.
5063                  */
5064                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
5065                         /*
5066                          * Are we removing the entire large page?  If not,
5067                          * demote the mapping and fall through.
5068                          */
5069                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
5070                                 /*
5071                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
5072                                  * invalidated by pmap_remove_pde().
5073                                  */
5074                                 if ((ptpaddr & PG_G) == 0)
5075                                         anyvalid = 1;
5076                                 pmap_remove_pde(pmap, pde, sva, &free, &lock);
5077                                 continue;
5078                         } else if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, sva,
5079                             &lock)) {
5080                                 /* The large page mapping was destroyed. */
5081                                 continue;
5082                         } else
5083                                 ptpaddr = *pde;
5084                 }
5085
5086                 /*
5087                  * Limit our scan to either the end of the va represented
5088                  * by the current page table page, or to the end of the
5089                  * range being removed.
5090                  */
5091                 if (va_next > eva)
5092                         va_next = eva;
5093
5094                 if (pmap_remove_ptes(pmap, sva, va_next, pde, &free, &lock))
5095                         anyvalid = 1;
5096         }
5097         if (lock != NULL)
5098                 rw_wunlock(lock);
5099 out:
5100         if (anyvalid)
5101                 pmap_invalidate_all(pmap);
5102         PMAP_UNLOCK(pmap);
5103         pmap_delayed_invl_finish();
5104         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
5105 }
5106
5107 /*
5108  *      Routine:        pmap_remove_all
5109  *      Function:
5110  *              Removes this physical page from
5111  *              all physical maps in which it resides.
5112  *              Reflects back modify bits to the pager.
5113  *
5114  *      Notes:
5115  *              Original versions of this routine were very
5116  *              inefficient because they iteratively called
5117  *              pmap_remove (slow...)
5118  */
5119
5120 void
5121 pmap_remove_all(vm_page_t m)
5122 {
5123         struct md_page *pvh;
5124         pv_entry_t pv;
5125         pmap_t pmap;
5126         struct rwlock *lock;
5127         pt_entry_t *pte, tpte, PG_A, PG_M, PG_RW;
5128         pd_entry_t *pde;
5129         vm_offset_t va;
5130         struct spglist free;
5131         int pvh_gen, md_gen;
5132
5133         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5134             ("pmap_remove_all: page %p is not managed", m));
5135         SLIST_INIT(&free);
5136         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5137         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
5138             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5139 retry:
5140         rw_wlock(lock);
5141         while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != NULL) {
5142                 pmap = PV_PMAP(pv);
5143                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5144                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5145                         rw_wunlock(lock);
5146                         PMAP_LOCK(pmap);
5147                         rw_wlock(lock);
5148                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
5149                                 rw_wunlock(lock);
5150                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5151                                 goto retry;
5152                         }
5153                 }
5154                 va = pv->pv_va;
5155                 pde = pmap_pde(pmap, va);
5156                 (void)pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
5157                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5158         }
5159         while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
5160                 pmap = PV_PMAP(pv);
5161                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5162                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5163                         md_gen = m->md.pv_gen;
5164                         rw_wunlock(lock);
5165                         PMAP_LOCK(pmap);
5166                         rw_wlock(lock);
5167                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
5168                                 rw_wunlock(lock);
5169                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5170                                 goto retry;
5171                         }
5172                 }
5173                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5174                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5175                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5176                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
5177                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
5178                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_remove_all: found"
5179                     " a 2mpage in page %p's pv list", m));
5180                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
5181                 tpte = pte_load_clear(pte);
5182                 if (tpte & PG_W)
5183                         pmap->pm_stats.wired_count--;
5184                 if (tpte & PG_A)
5185                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
5186
5187                 /*
5188                  * Update the vm_page_t clean and reference bits.
5189                  */
5190                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
5191                         vm_page_dirty(m);
5192                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, *pde, &free);
5193                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
5194                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5195                 m->md.pv_gen++;
5196                 free_pv_entry(pmap, pv);
5197                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5198         }
5199         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
5200         rw_wunlock(lock);
5201         pmap_delayed_invl_wait(m);
5202         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
5203 }
5204
5205 /*
5206  * pmap_protect_pde: do the things to protect a 2mpage in a process
5207  */
5208 static boolean_t
5209 pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva, vm_prot_t prot)
5210 {
5211         pd_entry_t newpde, oldpde;
5212         vm_page_t m, mt;
5213         boolean_t anychanged;
5214         pt_entry_t PG_G, PG_M, PG_RW;
5215
5216         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5217         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5218         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5219
5220         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5221         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
5222             ("pmap_protect_pde: sva is not 2mpage aligned"));
5223         anychanged = FALSE;
5224 retry:
5225         oldpde = newpde = *pde;
5226         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
5227                 if ((oldpde & (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) ==
5228                     (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) {
5229                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
5230                         for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
5231                                 vm_page_dirty(mt);
5232                 }
5233                 newpde &= ~(PG_RW | PG_M);
5234         }
5235         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
5236                 newpde |= pg_nx;
5237         if (newpde != oldpde) {
5238                 /*
5239                  * As an optimization to future operations on this PDE, clear
5240                  * PG_PROMOTED.  The impending invalidation will remove any
5241                  * lingering 4KB page mappings from the TLB.
5242                  */
5243                 if (!atomic_cmpset_long(pde, oldpde, newpde & ~PG_PROMOTED))
5244                         goto retry;
5245                 if ((oldpde & PG_G) != 0)
5246                         pmap_invalidate_pde_page(kernel_pmap, sva, oldpde);
5247                 else
5248                         anychanged = TRUE;
5249         }
5250         return (anychanged);
5251 }
5252
5253 /*
5254  *      Set the physical protection on the
5255  *      specified range of this map as requested.
5256  */
5257 void
5258 pmap_protect(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, vm_prot_t prot)
5259 {
5260         vm_offset_t va_next;
5261         pml4_entry_t *pml4e;
5262         pdp_entry_t *pdpe;
5263         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
5264         pt_entry_t *pte, PG_G, PG_M, PG_RW, PG_V;
5265         boolean_t anychanged;
5266
5267         KASSERT((prot & ~VM_PROT_ALL) == 0, ("invalid prot %x", prot));
5268         if (prot == VM_PROT_NONE) {
5269                 pmap_remove(pmap, sva, eva);
5270                 return;
5271         }
5272
5273         if ((prot & (VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE)) ==
5274             (VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE))
5275                 return;
5276
5277         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5278         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5279         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5280         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5281         anychanged = FALSE;
5282
5283         /*
5284          * Although this function delays and batches the invalidation
5285          * of stale TLB entries, it does not need to call
5286          * pmap_delayed_invl_start() and
5287          * pmap_delayed_invl_finish(), because it does not
5288          * ordinarily destroy mappings.  Stale TLB entries from
5289          * protection-only changes need only be invalidated before the
5290          * pmap lock is released, because protection-only changes do
5291          * not destroy PV entries.  Even operations that iterate over
5292          * a physical page's PV list of mappings, like
5293          * pmap_remove_write(), acquire the pmap lock for each
5294          * mapping.  Consequently, for protection-only changes, the
5295          * pmap lock suffices to synchronize both page table and TLB
5296          * updates.
5297          *
5298          * This function only destroys a mapping if pmap_demote_pde()
5299          * fails.  In that case, stale TLB entries are immediately
5300          * invalidated.
5301          */
5302         
5303         PMAP_LOCK(pmap);
5304         for (; sva < eva; sva = va_next) {
5305
5306                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
5307                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
5308                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
5309                         if (va_next < sva)
5310                                 va_next = eva;
5311                         continue;
5312                 }
5313
5314                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
5315                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
5316                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
5317                         if (va_next < sva)
5318                                 va_next = eva;
5319                         continue;
5320                 }
5321
5322                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
5323                 if (va_next < sva)
5324                         va_next = eva;
5325
5326                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
5327                 ptpaddr = *pde;
5328
5329                 /*
5330                  * Weed out invalid mappings.
5331                  */
5332                 if (ptpaddr == 0)
5333                         continue;
5334
5335                 /*
5336                  * Check for large page.
5337                  */
5338                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
5339                         /*
5340                          * Are we protecting the entire large page?  If not,
5341                          * demote the mapping and fall through.
5342                          */
5343                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
5344                                 /*
5345                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
5346                                  * invalidated by pmap_protect_pde().
5347                                  */
5348                                 if (pmap_protect_pde(pmap, pde, sva, prot))
5349                                         anychanged = TRUE;
5350                                 continue;
5351                         } else if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, sva)) {
5352                                 /*
5353                                  * The large page mapping was destroyed.
5354                                  */
5355                                 continue;
5356                         }
5357                 }
5358
5359                 if (va_next > eva)
5360                         va_next = eva;
5361
5362                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
5363                     sva += PAGE_SIZE) {
5364                         pt_entry_t obits, pbits;
5365                         vm_page_t m;
5366
5367 retry:
5368                         obits = pbits = *pte;
5369                         if ((pbits & PG_V) == 0)
5370                                 continue;
5371
5372                         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
5373                                 if ((pbits & (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) ==
5374                                     (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) {
5375                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pbits & PG_FRAME);
5376                                         vm_page_dirty(m);
5377                                 }
5378                                 pbits &= ~(PG_RW | PG_M);
5379                         }
5380                         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
5381                                 pbits |= pg_nx;
5382
5383                         if (pbits != obits) {
5384                                 if (!atomic_cmpset_long(pte, obits, pbits))
5385                                         goto retry;
5386                                 if (obits & PG_G)
5387                                         pmap_invalidate_page(pmap, sva);
5388                                 else
5389                                         anychanged = TRUE;
5390                         }
5391                 }
5392         }
5393         if (anychanged)
5394                 pmap_invalidate_all(pmap);
5395         PMAP_UNLOCK(pmap);
5396 }
5397
5398 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
5399 /*
5400  * Tries to promote the 512, contiguous 4KB page mappings that are within a
5401  * single page table page (PTP) to a single 2MB page mapping.  For promotion
5402  * to occur, two conditions must be met: (1) the 4KB page mappings must map
5403  * aligned, contiguous physical memory and (2) the 4KB page mappings must have
5404  * identical characteristics. 
5405  */
5406 static void
5407 pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
5408     struct rwlock **lockp)
5409 {
5410         pd_entry_t newpde;
5411         pt_entry_t *firstpte, oldpte, pa, *pte;
5412         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V, PG_PKU_MASK;
5413         vm_page_t mpte;
5414         int PG_PTE_CACHE;
5415
5416         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5417         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5418         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5419         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5420         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5421         PG_PKU_MASK = pmap_pku_mask_bit(pmap);
5422         PG_PTE_CACHE = pmap_cache_mask(pmap, 0);
5423
5424         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5425
5426         /*
5427          * Examine the first PTE in the specified PTP.  Abort if this PTE is
5428          * either invalid, unused, or does not map the first 4KB physical page
5429          * within a 2MB page. 
5430          */
5431         firstpte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pde & PG_FRAME);
5432 setpde:
5433         newpde = *firstpte;
5434         if ((newpde & ((PG_FRAME & PDRMASK) | PG_A | PG_V)) != (PG_A | PG_V)) {
5435                 atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
5436                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
5437                     " in pmap %p", va, pmap);
5438                 return;
5439         }
5440         if ((newpde & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
5441                 /*
5442                  * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared without
5443                  * a TLB invalidation.
5444                  */
5445                 if (!atomic_cmpset_long(firstpte, newpde, newpde & ~PG_RW))
5446                         goto setpde;
5447                 newpde &= ~PG_RW;
5448         }
5449
5450         /*
5451          * Examine each of the other PTEs in the specified PTP.  Abort if this
5452          * PTE maps an unexpected 4KB physical page or does not have identical
5453          * characteristics to the first PTE.
5454          */
5455         pa = (newpde & (PG_PS_FRAME | PG_A | PG_V)) + NBPDR - PAGE_SIZE;
5456         for (pte = firstpte + NPTEPG - 1; pte > firstpte; pte--) {
5457 setpte:
5458                 oldpte = *pte;
5459                 if ((oldpte & (PG_FRAME | PG_A | PG_V)) != pa) {
5460                         atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
5461                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
5462                             " in pmap %p", va, pmap);
5463                         return;
5464                 }
5465                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
5466                         /*
5467                          * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared
5468                          * without a TLB invalidation.
5469                          */
5470                         if (!atomic_cmpset_long(pte, oldpte, oldpte & ~PG_RW))
5471                                 goto setpte;
5472                         oldpte &= ~PG_RW;
5473                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: protect for va %#lx"
5474                             " in pmap %p", (oldpte & PG_FRAME & PDRMASK) |
5475                             (va & ~PDRMASK), pmap);
5476                 }
5477                 if ((oldpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpde & PG_PTE_PROMOTE)) {
5478                         atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
5479                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
5480                             " in pmap %p", va, pmap);
5481                         return;
5482                 }
5483                 pa -= PAGE_SIZE;
5484         }
5485
5486         /*
5487          * Save the page table page in its current state until the PDE
5488          * mapping the superpage is demoted by pmap_demote_pde() or
5489          * destroyed by pmap_remove_pde(). 
5490          */
5491         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
5492         KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
5493             mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
5494             ("pmap_promote_pde: page table page is out of range"));
5495         KASSERT(mpte->pindex == pmap_pde_pindex(va),
5496             ("pmap_promote_pde: page table page's pindex is wrong"));
5497         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mpte, true)) {
5498                 atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
5499                 CTR2(KTR_PMAP,
5500                     "pmap_promote_pde: failure for va %#lx in pmap %p", va,
5501                     pmap);
5502                 return;
5503         }
5504
5505         /*
5506          * Promote the pv entries.
5507          */
5508         if ((newpde & PG_MANAGED) != 0)
5509                 pmap_pv_promote_pde(pmap, va, newpde & PG_PS_FRAME, lockp);
5510
5511         /*
5512          * Propagate the PAT index to its proper position.
5513          */
5514         newpde = pmap_swap_pat(pmap, newpde);
5515
5516         /*
5517          * Map the superpage.
5518          */
5519         if (workaround_erratum383)
5520                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, PG_PS | newpde);
5521         else
5522                 pde_store(pde, PG_PROMOTED | PG_PS | newpde);
5523
5524         atomic_add_long(&pmap_pde_promotions, 1);
5525         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: success for va %#lx"
5526             " in pmap %p", va, pmap);
5527 }
5528 #endif /* VM_NRESERVLEVEL > 0 */
5529
5530 /*
5531  *      Insert the given physical page (p) at
5532  *      the specified virtual address (v) in the
5533  *      target physical map with the protection requested.
5534  *
5535  *      If specified, the page will be wired down, meaning
5536  *      that the related pte can not be reclaimed.
5537  *
5538  *      NB:  This is the only routine which MAY NOT lazy-evaluate
5539  *      or lose information.  That is, this routine must actually
5540  *      insert this page into the given map NOW.
5541  *
5542  *      When destroying both a page table and PV entry, this function
5543  *      performs the TLB invalidation before releasing the PV list
5544  *      lock, so we do not need pmap_delayed_invl_page() calls here.
5545  */
5546 int
5547 pmap_enter(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
5548     u_int flags, int8_t psind)
5549 {
5550         struct rwlock *lock;
5551         pd_entry_t *pde;
5552         pt_entry_t *pte, PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
5553         pt_entry_t newpte, origpte;
5554         pv_entry_t pv;
5555         vm_paddr_t opa, pa;
5556         vm_page_t mpte, om;
5557         int rv;
5558         boolean_t nosleep;
5559
5560         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5561         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5562         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5563         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5564         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5565
5566         va = trunc_page(va);
5567         KASSERT(va <= VM_MAX_KERNEL_ADDRESS, ("pmap_enter: toobig"));
5568         KASSERT(va < UPT_MIN_ADDRESS || va >= UPT_MAX_ADDRESS,
5569             ("pmap_enter: invalid to pmap_enter page table pages (va: 0x%lx)",
5570             va));
5571         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0 || va < kmi.clean_sva ||
5572             va >= kmi.clean_eva,
5573             ("pmap_enter: managed mapping within the clean submap"));
5574         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 && !vm_page_xbusied(m))
5575                 VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m->object);
5576         KASSERT((flags & PMAP_ENTER_RESERVED) == 0,
5577             ("pmap_enter: flags %u has reserved bits set", flags));
5578         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
5579         newpte = (pt_entry_t)(pa | PG_A | PG_V);
5580         if ((flags & VM_PROT_WRITE) != 0)
5581                 newpte |= PG_M;
5582         if ((prot & VM_PROT_WRITE) != 0)
5583                 newpte |= PG_RW;
5584         KASSERT((newpte & (PG_M | PG_RW)) != PG_M,
5585             ("pmap_enter: flags includes VM_PROT_WRITE but prot doesn't"));
5586         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
5587                 newpte |= pg_nx;
5588         if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) != 0)
5589                 newpte |= PG_W;
5590         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
5591                 newpte |= PG_U;
5592         if (pmap == kernel_pmap)
5593                 newpte |= PG_G;
5594         newpte |= pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, psind > 0);
5595
5596         /*
5597          * Set modified bit gratuitously for writeable mappings if
5598          * the page is unmanaged. We do not want to take a fault
5599          * to do the dirty bit accounting for these mappings.
5600          */
5601         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0) {
5602                 if ((newpte & PG_RW) != 0)
5603                         newpte |= PG_M;
5604         } else
5605                 newpte |= PG_MANAGED;
5606
5607         lock = NULL;
5608         PMAP_LOCK(pmap);
5609         if (psind == 1) {
5610                 /* Assert the required virtual and physical alignment. */ 
5611                 KASSERT((va & PDRMASK) == 0, ("pmap_enter: va unaligned"));
5612                 KASSERT(m->psind > 0, ("pmap_enter: m->psind < psind"));
5613                 rv = pmap_enter_pde(pmap, va, newpte | PG_PS, flags, m, &lock);
5614                 goto out;
5615         }
5616         mpte = NULL;
5617
5618         /*
5619          * In the case that a page table page is not
5620          * resident, we are creating it here.
5621          */
5622 retry:
5623         pde = pmap_pde(pmap, va);
5624         if (pde != NULL && (*pde & PG_V) != 0 && ((*pde & PG_PS) == 0 ||
5625             pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock))) {
5626                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
5627                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS && mpte == NULL) {
5628                         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
5629                         mpte->wire_count++;
5630                 }
5631         } else if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
5632                 /*
5633                  * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been
5634                  * deallocated.
5635                  */
5636                 nosleep = (flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0;
5637                 mpte = _pmap_allocpte(pmap, pmap_pde_pindex(va),
5638                     nosleep ? NULL : &lock);
5639                 if (mpte == NULL && nosleep) {
5640                         rv = KERN_RESOURCE_SHORTAGE;
5641                         goto out;
5642                 }
5643                 goto retry;
5644         } else
5645                 panic("pmap_enter: invalid page directory va=%#lx", va);
5646
5647         origpte = *pte;
5648         pv = NULL;
5649         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS && pmap->pm_type == PT_X86)
5650                 newpte |= pmap_pkru_get(pmap, va);
5651
5652         /*
5653          * Is the specified virtual address already mapped?
5654          */
5655         if ((origpte & PG_V) != 0) {
5656                 /*
5657                  * Wiring change, just update stats. We don't worry about
5658                  * wiring PT pages as they remain resident as long as there
5659                  * are valid mappings in them. Hence, if a user page is wired,
5660                  * the PT page will be also.
5661                  */
5662                 if ((newpte & PG_W) != 0 && (origpte & PG_W) == 0)
5663                         pmap->pm_stats.wired_count++;
5664                 else if ((newpte & PG_W) == 0 && (origpte & PG_W) != 0)
5665                         pmap->pm_stats.wired_count--;
5666
5667                 /*
5668                  * Remove the extra PT page reference.
5669                  */
5670                 if (mpte != NULL) {
5671                         mpte->wire_count--;
5672                         KASSERT(mpte->wire_count > 0,
5673                             ("pmap_enter: missing reference to page table page,"
5674                              " va: 0x%lx", va));
5675                 }
5676
5677                 /*
5678                  * Has the physical page changed?
5679                  */
5680                 opa = origpte & PG_FRAME;
5681                 if (opa == pa) {
5682                         /*
5683                          * No, might be a protection or wiring change.
5684                          */
5685                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0 &&
5686                             (newpte & PG_RW) != 0)
5687                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
5688                         if (((origpte ^ newpte) & ~(PG_M | PG_A)) == 0)
5689                                 goto unchanged;
5690                         goto validate;
5691                 }
5692
5693                 /*
5694                  * The physical page has changed.  Temporarily invalidate
5695                  * the mapping.  This ensures that all threads sharing the
5696                  * pmap keep a consistent view of the mapping, which is
5697                  * necessary for the correct handling of COW faults.  It
5698                  * also permits reuse of the old mapping's PV entry,
5699                  * avoiding an allocation.
5700                  *
5701                  * For consistency, handle unmanaged mappings the same way.
5702                  */
5703                 origpte = pte_load_clear(pte);
5704                 KASSERT((origpte & PG_FRAME) == opa,
5705                     ("pmap_enter: unexpected pa update for %#lx", va));
5706                 if ((origpte & PG_MANAGED) != 0) {
5707                         om = PHYS_TO_VM_PAGE(opa);
5708
5709                         /*
5710                          * The pmap lock is sufficient to synchronize with
5711                          * concurrent calls to pmap_page_test_mappings() and
5712                          * pmap_ts_referenced().
5713                          */
5714                         if ((origpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
5715                                 vm_page_dirty(om);
5716                         if ((origpte & PG_A) != 0)
5717                                 vm_page_aflag_set(om, PGA_REFERENCED);
5718                         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, opa);
5719                         pv = pmap_pvh_remove(&om->md, pmap, va);
5720                         KASSERT(pv != NULL,
5721                             ("pmap_enter: no PV entry for %#lx", va));
5722                         if ((newpte & PG_MANAGED) == 0)
5723                                 free_pv_entry(pmap, pv);
5724                         if ((om->aflags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
5725                             TAILQ_EMPTY(&om->md.pv_list) &&
5726                             ((om->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
5727                             TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(opa)->pv_list)))
5728                                 vm_page_aflag_clear(om, PGA_WRITEABLE);
5729                 }
5730                 if ((origpte & PG_A) != 0)
5731                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
5732                 origpte = 0;
5733         } else {
5734                 /*
5735                  * Increment the counters.
5736                  */
5737                 if ((newpte & PG_W) != 0)
5738                         pmap->pm_stats.wired_count++;
5739                 pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
5740         }
5741
5742         /*
5743          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
5744          */
5745         if ((newpte & PG_MANAGED) != 0) {
5746                 if (pv == NULL) {
5747                         pv = get_pv_entry(pmap, &lock);
5748                         pv->pv_va = va;
5749                 }
5750                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, pa);
5751                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5752                 m->md.pv_gen++;
5753                 if ((newpte & PG_RW) != 0)
5754                         vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
5755         }
5756
5757         /*
5758          * Update the PTE.
5759          */
5760         if ((origpte & PG_V) != 0) {
5761 validate:
5762                 origpte = pte_load_store(pte, newpte);
5763                 KASSERT((origpte & PG_FRAME) == pa,
5764                     ("pmap_enter: unexpected pa update for %#lx", va));
5765                 if ((newpte & PG_M) == 0 && (origpte & (PG_M | PG_RW)) ==
5766                     (PG_M | PG_RW)) {
5767                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0)
5768                                 vm_page_dirty(m);
5769
5770                         /*
5771                          * Although the PTE may still have PG_RW set, TLB
5772                          * invalidation may nonetheless be required because
5773                          * the PTE no longer has PG_M set.
5774                          */
5775                 } else if ((origpte & PG_NX) != 0 || (newpte & PG_NX) == 0) {
5776                         /*
5777                          * This PTE change does not require TLB invalidation.
5778                          */
5779                         goto unchanged;
5780                 }
5781                 if ((origpte & PG_A) != 0)
5782                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
5783         } else
5784                 pte_store(pte, newpte);
5785
5786 unchanged:
5787
5788 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
5789         /*
5790          * If both the page table page and the reservation are fully
5791          * populated, then attempt promotion.
5792          */
5793         if ((mpte == NULL || mpte->wire_count == NPTEPG) &&
5794             pmap_ps_enabled(pmap) &&
5795             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
5796             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0)
5797                 pmap_promote_pde(pmap, pde, va, &lock);
5798 #endif
5799
5800         rv = KERN_SUCCESS;
5801 out:
5802         if (lock != NULL)
5803                 rw_wunlock(lock);
5804         PMAP_UNLOCK(pmap);
5805         return (rv);
5806 }
5807
5808 /*
5809  * Tries to create a read- and/or execute-only 2MB page mapping.  Returns true
5810  * if successful.  Returns false if (1) a page table page cannot be allocated
5811  * without sleeping, (2) a mapping already exists at the specified virtual
5812  * address, or (3) a PV entry cannot be allocated without reclaiming another
5813  * PV entry.
5814  */
5815 static bool
5816 pmap_enter_2mpage(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
5817     struct rwlock **lockp)
5818 {
5819         pd_entry_t newpde;
5820         pt_entry_t PG_V;
5821
5822         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5823         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5824         newpde = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, 1) |
5825             PG_PS | PG_V;
5826         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
5827                 newpde |= PG_MANAGED;
5828         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
5829                 newpde |= pg_nx;
5830         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
5831                 newpde |= PG_U;
5832         return (pmap_enter_pde(pmap, va, newpde, PMAP_ENTER_NOSLEEP |
5833             PMAP_ENTER_NOREPLACE | PMAP_ENTER_NORECLAIM, NULL, lockp) ==
5834             KERN_SUCCESS);
5835 }
5836
5837 /*
5838  * Tries to create the specified 2MB page mapping.  Returns KERN_SUCCESS if
5839  * the mapping was created, and either KERN_FAILURE or KERN_RESOURCE_SHORTAGE
5840  * otherwise.  Returns KERN_FAILURE if PMAP_ENTER_NOREPLACE was specified and
5841  * a mapping already exists at the specified virtual address.  Returns
5842  * KERN_RESOURCE_SHORTAGE if PMAP_ENTER_NOSLEEP was specified and a page table
5843  * page allocation failed.  Returns KERN_RESOURCE_SHORTAGE if
5844  * PMAP_ENTER_NORECLAIM was specified and a PV entry allocation failed.
5845  *
5846  * The parameter "m" is only used when creating a managed, writeable mapping.
5847  */
5848 static int
5849 pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t newpde, u_int flags,
5850     vm_page_t m, struct rwlock **lockp)
5851 {
5852         struct spglist free;
5853         pd_entry_t oldpde, *pde;
5854         pt_entry_t PG_G, PG_RW, PG_V;
5855         vm_page_t mt, pdpg;
5856
5857         KASSERT(pmap == kernel_pmap || (newpde & PG_W) == 0,
5858             ("pmap_enter_pde: cannot create wired user mapping"));
5859         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5860         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5861         KASSERT((newpde & (pmap_modified_bit(pmap) | PG_RW)) != PG_RW,
5862             ("pmap_enter_pde: newpde is missing PG_M"));
5863         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5864         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5865
5866         if ((pdpg = pmap_allocpde(pmap, va, (flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0 ?
5867             NULL : lockp)) == NULL) {
5868                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
5869                     " in pmap %p", va, pmap);
5870                 return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
5871         }
5872
5873         /*
5874          * If pkru is not same for the whole pde range, return failure
5875          * and let vm_fault() cope.  Check after pde allocation, since
5876          * it could sleep.
5877          */
5878         if (!pmap_pkru_same(pmap, va, va + NBPDR)) {
5879                 SLIST_INIT(&free);
5880                 if (pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdpg, &free)) {
5881                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
5882                         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
5883                 }
5884                 return (KERN_FAILURE);
5885         }
5886         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS && pmap->pm_type == PT_X86) {
5887                 newpde &= ~X86_PG_PKU_MASK;
5888                 newpde |= pmap_pkru_get(pmap, va);
5889         }
5890
5891         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pdpg));
5892         pde = &pde[pmap_pde_index(va)];
5893         oldpde = *pde;
5894         if ((oldpde & PG_V) != 0) {
5895                 KASSERT(pdpg->wire_count > 1,
5896                     ("pmap_enter_pde: pdpg's wire count is too low"));
5897                 if ((flags & PMAP_ENTER_NOREPLACE) != 0) {
5898                         pdpg->wire_count--;
5899                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
5900                             " in pmap %p", va, pmap);
5901                         return (KERN_FAILURE);
5902                 }
5903                 /* Break the existing mapping(s). */
5904                 SLIST_INIT(&free);
5905                 if ((oldpde & PG_PS) != 0) {
5906                         /*
5907                          * The reference to the PD page that was acquired by
5908                          * pmap_allocpde() ensures that it won't be freed.
5909                          * However, if the PDE resulted from a promotion, then
5910                          * a reserved PT page could be freed.
5911                          */
5912                         (void)pmap_remove_pde(pmap, pde, va, &free, lockp);
5913                         if ((oldpde & PG_G) == 0)
5914                                 pmap_invalidate_pde_page(pmap, va, oldpde);
5915                 } else {
5916                         pmap_delayed_invl_start();
5917                         if (pmap_remove_ptes(pmap, va, va + NBPDR, pde, &free,
5918                             lockp))
5919                                pmap_invalidate_all(pmap);
5920                         pmap_delayed_invl_finish();
5921                 }
5922                 vm_page_free_pages_toq(&free, true);
5923                 if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS) {
5924                         /*
5925                          * Both pmap_remove_pde() and pmap_remove_ptes() will
5926                          * leave the kernel page table page zero filled.
5927                          */
5928                         mt = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
5929                         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mt, false))
5930                                 panic("pmap_enter_pde: trie insert failed");
5931                 } else
5932                         KASSERT(*pde == 0, ("pmap_enter_pde: non-zero pde %p",
5933                             pde));
5934         }
5935         if ((newpde & PG_MANAGED) != 0) {
5936                 /*
5937                  * Abort this mapping if its PV entry could not be created.
5938                  */
5939                 if (!pmap_pv_insert_pde(pmap, va, newpde, flags, lockp)) {
5940                         SLIST_INIT(&free);
5941                         if (pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdpg, &free)) {
5942                                 /*
5943                                  * Although "va" is not mapped, paging-
5944                                  * structure caches could nonetheless have
5945                                  * entries that refer to the freed page table
5946                                  * pages.  Invalidate those entries.
5947                                  */
5948                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
5949                                 vm_page_free_pages_toq(&free, true);
5950                         }
5951                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
5952                             " in pmap %p", va, pmap);
5953                         return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
5954                 }
5955                 if ((newpde & PG_RW) != 0) {
5956                         for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
5957                                 vm_page_aflag_set(mt, PGA_WRITEABLE);
5958                 }
5959         }
5960
5961         /*
5962          * Increment counters.
5963          */
5964         if ((newpde & PG_W) != 0)
5965                 pmap->pm_stats.wired_count += NBPDR / PAGE_SIZE;
5966         pmap_resident_count_inc(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
5967
5968         /*
5969          * Map the superpage.  (This is not a promoted mapping; there will not
5970          * be any lingering 4KB page mappings in the TLB.)
5971          */
5972         pde_store(pde, newpde);
5973
5974         atomic_add_long(&pmap_pde_mappings, 1);
5975         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: success for va %#lx"
5976             " in pmap %p", va, pmap);
5977         return (KERN_SUCCESS);
5978 }
5979
5980 /*
5981  * Maps a sequence of resident pages belonging to the same object.
5982  * The sequence begins with the given page m_start.  This page is
5983  * mapped at the given virtual address start.  Each subsequent page is
5984  * mapped at a virtual address that is offset from start by the same
5985  * amount as the page is offset from m_start within the object.  The
5986  * last page in the sequence is the page with the largest offset from
5987  * m_start that can be mapped at a virtual address less than the given
5988  * virtual address end.  Not every virtual page between start and end
5989  * is mapped; only those for which a resident page exists with the
5990  * corresponding offset from m_start are mapped.
5991  */
5992 void
5993 pmap_enter_object(pmap_t pmap, vm_offset_t start, vm_offset_t end,
5994     vm_page_t m_start, vm_prot_t prot)
5995 {
5996         struct rwlock *lock;
5997         vm_offset_t va;
5998         vm_page_t m, mpte;
5999         vm_pindex_t diff, psize;
6000
6001         VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m_start->object);
6002
6003         psize = atop(end - start);
6004         mpte = NULL;
6005         m = m_start;
6006         lock = NULL;
6007         PMAP_LOCK(pmap);
6008         while (m != NULL && (diff = m->pindex - m_start->pindex) < psize) {
6009                 va = start + ptoa(diff);
6010                 if ((va & PDRMASK) == 0 && va + NBPDR <= end &&
6011                     m->psind == 1 && pmap_ps_enabled(pmap) &&
6012                     pmap_enter_2mpage(pmap, va, m, prot, &lock))
6013                         m = &m[NBPDR / PAGE_SIZE - 1];
6014                 else
6015                         mpte = pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot,
6016                             mpte, &lock);
6017                 m = TAILQ_NEXT(m, listq);
6018         }
6019         if (lock != NULL)
6020                 rw_wunlock(lock);
6021         PMAP_UNLOCK(pmap);
6022 }
6023
6024 /*
6025  * this code makes some *MAJOR* assumptions:
6026  * 1. Current pmap & pmap exists.
6027  * 2. Not wired.
6028  * 3. Read access.
6029  * 4. No page table pages.
6030  * but is *MUCH* faster than pmap_enter...
6031  */
6032
6033 void
6034 pmap_enter_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot)
6035 {
6036         struct rwlock *lock;
6037
6038         lock = NULL;
6039         PMAP_LOCK(pmap);
6040         (void)pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot, NULL, &lock);
6041         if (lock != NULL)
6042                 rw_wunlock(lock);
6043         PMAP_UNLOCK(pmap);
6044 }
6045
6046 static vm_page_t
6047 pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
6048     vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp)
6049 {
6050         struct spglist free;
6051         pt_entry_t newpte, *pte, PG_V;
6052
6053         KASSERT(va < kmi.clean_sva || va >= kmi.clean_eva ||
6054             (m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0,
6055             ("pmap_enter_quick_locked: managed mapping within the clean submap"));
6056         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6057         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6058
6059         /*
6060          * In the case that a page table page is not
6061          * resident, we are creating it here.
6062          */
6063         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
6064                 vm_pindex_t ptepindex;
6065                 pd_entry_t *ptepa;
6066
6067                 /*
6068                  * Calculate pagetable page index
6069                  */
6070                 ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
6071                 if (mpte && (mpte->pindex == ptepindex)) {
6072                         mpte->wire_count++;
6073                 } else {
6074                         /*
6075                          * Get the page directory entry
6076                          */
6077                         ptepa = pmap_pde(pmap, va);
6078
6079                         /*
6080                          * If the page table page is mapped, we just increment
6081                          * the hold count, and activate it.  Otherwise, we
6082                          * attempt to allocate a page table page.  If this
6083                          * attempt fails, we don't retry.  Instead, we give up.
6084                          */
6085                         if (ptepa && (*ptepa & PG_V) != 0) {
6086                                 if (*ptepa & PG_PS)
6087                                         return (NULL);
6088                                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*ptepa & PG_FRAME);
6089                                 mpte->wire_count++;
6090                         } else {
6091                                 /*
6092                                  * Pass NULL instead of the PV list lock
6093                                  * pointer, because we don't intend to sleep.
6094                                  */
6095                                 mpte = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex, NULL);
6096                                 if (mpte == NULL)
6097                                         return (mpte);
6098                         }
6099                 }
6100                 pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mpte));
6101                 pte = &pte[pmap_pte_index(va)];
6102         } else {
6103                 mpte = NULL;
6104                 pte = vtopte(va);
6105         }
6106         if (*pte) {
6107                 if (mpte != NULL) {
6108                         mpte->wire_count--;
6109                         mpte = NULL;
6110                 }
6111                 return (mpte);
6112         }
6113
6114         /*
6115          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
6116          */
6117         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 &&
6118             !pmap_try_insert_pv_entry(pmap, va, m, lockp)) {
6119                 if (mpte != NULL) {
6120                         SLIST_INIT(&free);
6121                         if (pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpte, &free)) {
6122                                 /*
6123                                  * Although "va" is not mapped, paging-
6124                                  * structure caches could nonetheless have
6125                                  * entries that refer to the freed page table
6126                                  * pages.  Invalidate those entries.
6127                                  */
6128                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
6129                                 vm_page_free_pages_toq(&free, true);
6130                         }
6131                         mpte = NULL;
6132                 }
6133                 return (mpte);
6134         }
6135
6136         /*
6137          * Increment counters
6138          */
6139         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
6140
6141         newpte = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_V |
6142             pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, 0);
6143         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
6144                 newpte |= PG_MANAGED;
6145         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
6146                 newpte |= pg_nx;
6147         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
6148                 newpte |= PG_U | pmap_pkru_get(pmap, va);
6149         pte_store(pte, newpte);
6150         return (mpte);
6151 }
6152
6153 /*
6154  * Make a temporary mapping for a physical address.  This is only intended
6155  * to be used for panic dumps.
6156  */
6157 void *
6158 pmap_kenter_temporary(vm_paddr_t pa, int i)
6159 {
6160         vm_offset_t va;
6161
6162         va = (vm_offset_t)crashdumpmap + (i * PAGE_SIZE);
6163         pmap_kenter(va, pa);
6164         invlpg(va);
6165         return ((void *)crashdumpmap);
6166 }
6167
6168 /*
6169  * This code maps large physical mmap regions into the
6170  * processor address space.  Note that some shortcuts
6171  * are taken, but the code works.
6172  */
6173 void
6174 pmap_object_init_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_object_t object,
6175     vm_pindex_t pindex, vm_size_t size)
6176 {
6177         pd_entry_t *pde;
6178         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
6179         vm_paddr_t pa, ptepa;
6180         vm_page_t p, pdpg;
6181         int pat_mode;
6182
6183         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6184         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6185         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6186         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6187
6188         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
6189         KASSERT(object->type == OBJT_DEVICE || object->type == OBJT_SG,
6190             ("pmap_object_init_pt: non-device object"));
6191         if ((addr & (NBPDR - 1)) == 0 && (size & (NBPDR - 1)) == 0) {
6192                 if (!pmap_ps_enabled(pmap))
6193                         return;
6194                 if (!vm_object_populate(object, pindex, pindex + atop(size)))
6195                         return;
6196                 p = vm_page_lookup(object, pindex);
6197                 KASSERT(p->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
6198                     ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
6199                 pat_mode = p->md.pat_mode;
6200
6201                 /*
6202                  * Abort the mapping if the first page is not physically
6203                  * aligned to a 2MB page boundary.
6204                  */
6205                 ptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(p);
6206                 if (ptepa & (NBPDR - 1))
6207                         return;
6208
6209                 /*
6210                  * Skip the first page.  Abort the mapping if the rest of
6211                  * the pages are not physically contiguous or have differing
6212                  * memory attributes.
6213                  */
6214                 p = TAILQ_NEXT(p, listq);
6215                 for (pa = ptepa + PAGE_SIZE; pa < ptepa + size;
6216                     pa += PAGE_SIZE) {
6217                         KASSERT(p->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
6218                             ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
6219                         if (pa != VM_PAGE_TO_PHYS(p) ||
6220                             pat_mode != p->md.pat_mode)
6221                                 return;
6222                         p = TAILQ_NEXT(p, listq);
6223                 }
6224
6225                 /*
6226                  * Map using 2MB pages.  Since "ptepa" is 2M aligned and
6227                  * "size" is a multiple of 2M, adding the PAT setting to "pa"
6228                  * will not affect the termination of this loop.
6229                  */ 
6230                 PMAP_LOCK(pmap);
6231                 for (pa = ptepa | pmap_cache_bits(pmap, pat_mode, 1);
6232                     pa < ptepa + size; pa += NBPDR) {
6233                         pdpg = pmap_allocpde(pmap, addr, NULL);
6234                         if (pdpg == NULL) {
6235                                 /*
6236                                  * The creation of mappings below is only an
6237                                  * optimization.  If a page directory page
6238                                  * cannot be allocated without blocking,
6239                                  * continue on to the next mapping rather than
6240                                  * blocking.
6241                                  */
6242                                 addr += NBPDR;
6243                                 continue;
6244                         }
6245                         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pdpg));
6246                         pde = &pde[pmap_pde_index(addr)];
6247                         if ((*pde & PG_V) == 0) {
6248                                 pde_store(pde, pa | PG_PS | PG_M | PG_A |
6249                                     PG_U | PG_RW | PG_V);
6250                                 pmap_resident_count_inc(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
6251                                 atomic_add_long(&pmap_pde_mappings, 1);
6252                         } else {
6253                                 /* Continue on if the PDE is already valid. */
6254                                 pdpg->wire_count--;
6255                                 KASSERT(pdpg->wire_count > 0,
6256                                     ("pmap_object_init_pt: missing reference "
6257                                     "to page directory page, va: 0x%lx", addr));
6258                         }
6259                         addr += NBPDR;
6260                 }
6261                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6262         }
6263 }
6264
6265 /*
6266  *      Clear the wired attribute from the mappings for the specified range of
6267  *      addresses in the given pmap.  Every valid mapping within that range
6268  *      must have the wired attribute set.  In contrast, invalid mappings
6269  *      cannot have the wired attribute set, so they are ignored.
6270  *
6271  *      The wired attribute of the page table entry is not a hardware
6272  *      feature, so there is no need to invalidate any TLB entries.
6273  *      Since pmap_demote_pde() for the wired entry must never fail,
6274  *      pmap_delayed_invl_start()/finish() calls around the
6275  *      function are not needed.
6276  */
6277 void
6278 pmap_unwire(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
6279 {
6280         vm_offset_t va_next;
6281         pml4_entry_t *pml4e;
6282         pdp_entry_t *pdpe;
6283         pd_entry_t *pde;
6284         pt_entry_t *pte, PG_V;
6285
6286         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6287         PMAP_LOCK(pmap);
6288         for (; sva < eva; sva = va_next) {
6289                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
6290                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
6291                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
6292                         if (va_next < sva)
6293                                 va_next = eva;
6294                         continue;
6295                 }
6296                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
6297                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
6298                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
6299                         if (va_next < sva)
6300                                 va_next = eva;
6301                         continue;
6302                 }
6303                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
6304                 if (va_next < sva)
6305                         va_next = eva;
6306                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
6307                 if ((*pde & PG_V) == 0)
6308                         continue;
6309                 if ((*pde & PG_PS) != 0) {
6310                         if ((*pde & PG_W) == 0)
6311                                 panic("pmap_unwire: pde %#jx is missing PG_W",
6312                                     (uintmax_t)*pde);
6313
6314                         /*
6315                          * Are we unwiring the entire large page?  If not,
6316                          * demote the mapping and fall through.
6317                          */
6318                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
6319                                 atomic_clear_long(pde, PG_W);
6320                                 pmap->pm_stats.wired_count -= NBPDR /
6321                                     PAGE_SIZE;
6322                                 continue;
6323                         } else if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, sva))
6324                                 panic("pmap_unwire: demotion failed");
6325                 }
6326                 if (va_next > eva)
6327                         va_next = eva;
6328                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
6329                     sva += PAGE_SIZE) {
6330                         if ((*pte & PG_V) == 0)
6331                                 continue;
6332                         if ((*pte & PG_W) == 0)
6333                                 panic("pmap_unwire: pte %#jx is missing PG_W",
6334                                     (uintmax_t)*pte);
6335
6336                         /*
6337                          * PG_W must be cleared atomically.  Although the pmap
6338                          * lock synchronizes access to PG_W, another processor
6339                          * could be setting PG_M and/or PG_A concurrently.
6340                          */
6341                         atomic_clear_long(pte, PG_W);
6342                         pmap->pm_stats.wired_count--;
6343                 }
6344         }
6345         PMAP_UNLOCK(pmap);
6346 }
6347
6348 /*
6349  *      Copy the range specified by src_addr/len
6350  *      from the source map to the range dst_addr/len
6351  *      in the destination map.
6352  *
6353  *      This routine is only advisory and need not do anything.
6354  */
6355 void
6356 pmap_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap, vm_offset_t dst_addr, vm_size_t len,
6357     vm_offset_t src_addr)
6358 {
6359         struct rwlock *lock;
6360         struct spglist free;
6361         pml4_entry_t *pml4e;
6362         pdp_entry_t *pdpe;
6363         pd_entry_t *pde, srcptepaddr;
6364         pt_entry_t *dst_pte, PG_A, PG_M, PG_V, ptetemp, *src_pte;
6365         vm_offset_t addr, end_addr, va_next;
6366         vm_page_t dst_pdpg, dstmpte, srcmpte;
6367
6368         if (dst_addr != src_addr)
6369                 return;
6370
6371         if (dst_pmap->pm_type != src_pmap->pm_type)
6372                 return;
6373
6374         /*
6375          * EPT page table entries that require emulation of A/D bits are
6376          * sensitive to clearing the PG_A bit (aka EPT_PG_READ). Although
6377          * we clear PG_M (aka EPT_PG_WRITE) concomitantly, the PG_U bit
6378          * (aka EPT_PG_EXECUTE) could still be set. Since some EPT
6379          * implementations flag an EPT misconfiguration for exec-only
6380          * mappings we skip this function entirely for emulated pmaps.
6381          */
6382         if (pmap_emulate_ad_bits(dst_pmap))
6383                 return;
6384
6385         end_addr = src_addr + len;
6386         lock = NULL;
6387         if (dst_pmap < src_pmap) {
6388                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
6389                 PMAP_LOCK(src_pmap);
6390         } else {
6391                 PMAP_LOCK(src_pmap);
6392                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
6393         }
6394
6395         PG_A = pmap_accessed_bit(dst_pmap);
6396         PG_M = pmap_modified_bit(dst_pmap);
6397         PG_V = pmap_valid_bit(dst_pmap);
6398
6399         for (addr = src_addr; addr < end_addr; addr = va_next) {
6400                 KASSERT(addr < UPT_MIN_ADDRESS,
6401                     ("pmap_copy: invalid to pmap_copy page tables"));
6402
6403                 pml4e = pmap_pml4e(src_pmap, addr);
6404                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
6405                         va_next = (addr + NBPML4) & ~PML4MASK;
6406                         if (va_next < addr)
6407                                 va_next = end_addr;
6408                         continue;
6409                 }
6410
6411                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, addr);
6412                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
6413                         va_next = (addr + NBPDP) & ~PDPMASK;
6414                         if (va_next < addr)
6415                                 va_next = end_addr;
6416                         continue;
6417                 }
6418
6419                 va_next = (addr + NBPDR) & ~PDRMASK;
6420                 if (va_next < addr)
6421                         va_next = end_addr;
6422
6423                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, addr);
6424                 srcptepaddr = *pde;
6425                 if (srcptepaddr == 0)
6426                         continue;
6427                         
6428                 if (srcptepaddr & PG_PS) {
6429                         if ((addr & PDRMASK) != 0 || addr + NBPDR > end_addr)
6430                                 continue;
6431                         dst_pdpg = pmap_allocpde(dst_pmap, addr, NULL);
6432                         if (dst_pdpg == NULL)
6433                                 break;
6434                         pde = (pd_entry_t *)
6435                             PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(dst_pdpg));
6436                         pde = &pde[pmap_pde_index(addr)];
6437                         if (*pde == 0 && ((srcptepaddr & PG_MANAGED) == 0 ||
6438                             pmap_pv_insert_pde(dst_pmap, addr, srcptepaddr,
6439                             PMAP_ENTER_NORECLAIM, &lock))) {
6440                                 *pde = srcptepaddr & ~PG_W;
6441                                 pmap_resident_count_inc(dst_pmap, NBPDR /
6442                                     PAGE_SIZE);
6443                                 atomic_add_long(&pmap_pde_mappings, 1);
6444                         } else
6445                                 dst_pdpg->wire_count--;
6446                         continue;
6447                 }
6448
6449                 srcptepaddr &= PG_FRAME;
6450                 srcmpte = PHYS_TO_VM_PAGE(srcptepaddr);
6451                 KASSERT(srcmpte->wire_count > 0,
6452                     ("pmap_copy: source page table page is unused"));
6453
6454                 if (va_next > end_addr)
6455                         va_next = end_addr;
6456
6457                 src_pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(srcptepaddr);
6458                 src_pte = &src_pte[pmap_pte_index(addr)];
6459                 dstmpte = NULL;
6460                 for (; addr < va_next; addr += PAGE_SIZE, src_pte++) {
6461                         ptetemp = *src_pte;
6462
6463                         /*
6464                          * We only virtual copy managed pages.
6465                          */
6466                         if ((ptetemp & PG_MANAGED) == 0)
6467                                 continue;
6468
6469                         if (dstmpte != NULL) {
6470                                 KASSERT(dstmpte->pindex ==
6471                                     pmap_pde_pindex(addr),
6472                                     ("dstmpte pindex/addr mismatch"));
6473                                 dstmpte->wire_count++;
6474                         } else if ((dstmpte = pmap_allocpte(dst_pmap, addr,
6475                             NULL)) == NULL)
6476                                 goto out;
6477                         dst_pte = (pt_entry_t *)
6478                             PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(dstmpte));
6479                         dst_pte = &dst_pte[pmap_pte_index(addr)];
6480                         if (*dst_pte == 0 &&
6481                             pmap_try_insert_pv_entry(dst_pmap, addr,
6482                             PHYS_TO_VM_PAGE(ptetemp & PG_FRAME), &lock)) {
6483                                 /*
6484                                  * Clear the wired, modified, and accessed
6485                                  * (referenced) bits during the copy.
6486                                  */
6487                                 *dst_pte = ptetemp & ~(PG_W | PG_M | PG_A);
6488                                 pmap_resident_count_inc(dst_pmap, 1);
6489                         } else {
6490                                 SLIST_INIT(&free);
6491                                 if (pmap_unwire_ptp(dst_pmap, addr, dstmpte,
6492                                     &free)) {
6493                                         /*
6494                                          * Although "addr" is not mapped,
6495                                          * paging-structure caches could
6496                                          * nonetheless have entries that refer
6497                                          * to the freed page table pages.
6498                                          * Invalidate those entries.
6499                                          */
6500                                         pmap_invalidate_page(dst_pmap, addr);
6501                                         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
6502                                 }
6503                                 goto out;
6504                         }
6505                         /* Have we copied all of the valid mappings? */ 
6506                         if (dstmpte->wire_count >= srcmpte->wire_count)
6507                                 break;
6508                 }
6509         }
6510 out:
6511         if (lock != NULL)
6512                 rw_wunlock(lock);
6513         PMAP_UNLOCK(src_pmap);
6514         PMAP_UNLOCK(dst_pmap);
6515 }
6516
6517 int
6518 pmap_vmspace_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap)
6519 {
6520         int error;
6521
6522         if (dst_pmap->pm_type != src_pmap->pm_type ||
6523             dst_pmap->pm_type != PT_X86 ||
6524             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) == 0)
6525                 return (0);
6526         for (;;) {
6527                 if (dst_pmap < src_pmap) {
6528                         PMAP_LOCK(dst_pmap);
6529                         PMAP_LOCK(src_pmap);
6530                 } else {
6531                         PMAP_LOCK(src_pmap);
6532                         PMAP_LOCK(dst_pmap);
6533                 }
6534                 error = pmap_pkru_copy(dst_pmap, src_pmap);
6535                 /* Clean up partial copy on failure due to no memory. */
6536                 if (error == ENOMEM)
6537                         pmap_pkru_deassign_all(dst_pmap);
6538                 PMAP_UNLOCK(src_pmap);
6539                 PMAP_UNLOCK(dst_pmap);
6540                 if (error != ENOMEM)
6541                         break;
6542                 vm_wait(NULL);
6543         }
6544         return (error);
6545 }
6546
6547 /*
6548  * Zero the specified hardware page.
6549  */
6550 void
6551 pmap_zero_page(vm_page_t m)
6552 {
6553         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
6554
6555         pagezero((void *)va);
6556 }
6557
6558 /*
6559  * Zero an an area within a single hardware page.  off and size must not
6560  * cover an area beyond a single hardware page.
6561  */
6562 void
6563 pmap_zero_page_area(vm_page_t m, int off, int size)
6564 {
6565         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
6566
6567         if (off == 0 && size == PAGE_SIZE)
6568                 pagezero((void *)va);
6569         else
6570                 bzero((char *)va + off, size);
6571 }
6572
6573 /*
6574  * Copy 1 specified hardware page to another.
6575  */
6576 void
6577 pmap_copy_page(vm_page_t msrc, vm_page_t mdst)
6578 {
6579         vm_offset_t src = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(msrc));
6580         vm_offset_t dst = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mdst));
6581
6582         pagecopy((void *)src, (void *)dst);
6583 }
6584
6585 int unmapped_buf_allowed = 1;
6586
6587 void
6588 pmap_copy_pages(vm_page_t ma[], vm_offset_t a_offset, vm_page_t mb[],
6589     vm_offset_t b_offset, int xfersize)
6590 {
6591         void *a_cp, *b_cp;
6592         vm_page_t pages[2];
6593         vm_offset_t vaddr[2], a_pg_offset, b_pg_offset;
6594         int cnt;
6595         boolean_t mapped;
6596
6597         while (xfersize > 0) {
6598                 a_pg_offset = a_offset & PAGE_MASK;
6599                 pages[0] = ma[a_offset >> PAGE_SHIFT];
6600                 b_pg_offset = b_offset & PAGE_MASK;
6601                 pages[1] = mb[b_offset >> PAGE_SHIFT];
6602                 cnt = min(xfersize, PAGE_SIZE - a_pg_offset);
6603                 cnt = min(cnt, PAGE_SIZE - b_pg_offset);
6604                 mapped = pmap_map_io_transient(pages, vaddr, 2, FALSE);
6605                 a_cp = (char *)vaddr[0] + a_pg_offset;
6606                 b_cp = (char *)vaddr[1] + b_pg_offset;
6607                 bcopy(a_cp, b_cp, cnt);
6608                 if (__predict_false(mapped))
6609                         pmap_unmap_io_transient(pages, vaddr, 2, FALSE);
6610                 a_offset += cnt;
6611                 b_offset += cnt;
6612                 xfersize -= cnt;
6613         }
6614 }
6615
6616 /*
6617  * Returns true if the pmap's pv is one of the first
6618  * 16 pvs linked to from this page.  This count may
6619  * be changed upwards or downwards in the future; it
6620  * is only necessary that true be returned for a small
6621  * subset of pmaps for proper page aging.
6622  */
6623 boolean_t
6624 pmap_page_exists_quick(pmap_t pmap, vm_page_t m)
6625 {
6626         struct md_page *pvh;
6627         struct rwlock *lock;
6628         pv_entry_t pv;
6629         int loops = 0;
6630         boolean_t rv;
6631
6632         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
6633             ("pmap_page_exists_quick: page %p is not managed", m));
6634         rv = FALSE;
6635         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
6636         rw_rlock(lock);
6637         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
6638                 if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
6639                         rv = TRUE;
6640                         break;
6641                 }
6642                 loops++;
6643                 if (loops >= 16)
6644                         break;
6645         }
6646         if (!rv && loops < 16 && (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
6647                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
6648                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
6649                         if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
6650                                 rv = TRUE;
6651                                 break;
6652                         }
6653                         loops++;
6654                         if (loops >= 16)
6655                                 break;
6656                 }
6657         }
6658         rw_runlock(lock);
6659         return (rv);
6660 }
6661
6662 /*
6663  *      pmap_page_wired_mappings:
6664  *
6665  *      Return the number of managed mappings to the given physical page
6666  *      that are wired.
6667  */
6668 int
6669 pmap_page_wired_mappings(vm_page_t m)
6670 {
6671         struct rwlock *lock;
6672         struct md_page *pvh;
6673         pmap_t pmap;
6674         pt_entry_t *pte;
6675         pv_entry_t pv;
6676         int count, md_gen, pvh_gen;
6677
6678         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
6679                 return (0);
6680         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
6681         rw_rlock(lock);
6682 restart:
6683         count = 0;
6684         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
6685                 pmap = PV_PMAP(pv);
6686                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6687                         md_gen = m->md.pv_gen;
6688                         rw_runlock(lock);
6689                         PMAP_LOCK(pmap);
6690                         rw_rlock(lock);
6691                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
6692                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6693                                 goto restart;
6694                         }
6695                 }
6696                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va);
6697                 if ((*pte & PG_W) != 0)
6698                         count++;
6699                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6700         }
6701         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
6702                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
6703                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
6704                         pmap = PV_PMAP(pv);
6705                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6706                                 md_gen = m->md.pv_gen;
6707                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
6708                                 rw_runlock(lock);
6709                                 PMAP_LOCK(pmap);
6710                                 rw_rlock(lock);
6711                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
6712                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
6713                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
6714                                         goto restart;
6715                                 }
6716                         }
6717                         pte = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
6718                         if ((*pte & PG_W) != 0)
6719                                 count++;
6720                         PMAP_UNLOCK(pmap);
6721                 }
6722         }
6723         rw_runlock(lock);
6724         return (count);
6725 }
6726
6727 /*
6728  * Returns TRUE if the given page is mapped individually or as part of
6729  * a 2mpage.  Otherwise, returns FALSE.
6730  */
6731 boolean_t
6732 pmap_page_is_mapped(vm_page_t m)
6733 {
6734         struct rwlock *lock;
6735         boolean_t rv;
6736
6737         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
6738                 return (FALSE);
6739         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
6740         rw_rlock(lock);
6741         rv = !TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) ||
6742             ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
6743             !TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m))->pv_list));
6744         rw_runlock(lock);
6745         return (rv);
6746 }
6747
6748 /*
6749  * Destroy all managed, non-wired mappings in the given user-space
6750  * pmap.  This pmap cannot be active on any processor besides the
6751  * caller.
6752  *
6753  * This function cannot be applied to the kernel pmap.  Moreover, it
6754  * is not intended for general use.  It is only to be used during
6755  * process termination.  Consequently, it can be implemented in ways
6756  * that make it faster than pmap_remove().  First, it can more quickly
6757  * destroy mappings by iterating over the pmap's collection of PV
6758  * entries, rather than searching the page table.  Second, it doesn't
6759  * have to test and clear the page table entries atomically, because
6760  * no processor is currently accessing the user address space.  In
6761  * particular, a page table entry's dirty bit won't change state once
6762  * this function starts.
6763  *
6764  * Although this function destroys all of the pmap's managed,
6765  * non-wired mappings, it can delay and batch the invalidation of TLB
6766  * entries without calling pmap_delayed_invl_start() and
6767  * pmap_delayed_invl_finish().  Because the pmap is not active on
6768  * any other processor, none of these TLB entries will ever be used
6769  * before their eventual invalidation.  Consequently, there is no need
6770  * for either pmap_remove_all() or pmap_remove_write() to wait for
6771  * that eventual TLB invalidation.
6772  */
6773 void
6774 pmap_remove_pages(pmap_t pmap)
6775 {
6776         pd_entry_t ptepde;
6777         pt_entry_t *pte, tpte;
6778         pt_entry_t PG_M, PG_RW, PG_V;
6779         struct spglist free;
6780         vm_page_t m, mpte, mt;
6781         pv_entry_t pv;
6782         struct md_page *pvh;
6783         struct pv_chunk *pc, *npc;
6784         struct rwlock *lock;
6785         int64_t bit;
6786         uint64_t inuse, bitmask;
6787         int allfree, field, freed, idx;
6788         boolean_t superpage;
6789         vm_paddr_t pa;
6790
6791         /*
6792          * Assert that the given pmap is only active on the current
6793          * CPU.  Unfortunately, we cannot block another CPU from
6794          * activating the pmap while this function is executing.
6795          */
6796         KASSERT(pmap == PCPU_GET(curpmap), ("non-current pmap %p", pmap));
6797 #ifdef INVARIANTS
6798         {
6799                 cpuset_t other_cpus;
6800
6801                 other_cpus = all_cpus;
6802                 critical_enter();
6803                 CPU_CLR(PCPU_GET(cpuid), &other_cpus);
6804                 CPU_AND(&other_cpus, &pmap->pm_active);
6805                 critical_exit();
6806                 KASSERT(CPU_EMPTY(&other_cpus), ("pmap active %p", pmap));
6807         }
6808 #endif
6809
6810         lock = NULL;
6811         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6812         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6813         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6814
6815         SLIST_INIT(&free);
6816         PMAP_LOCK(pmap);
6817         TAILQ_FOREACH_SAFE(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list, npc) {
6818                 allfree = 1;
6819                 freed = 0;
6820                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
6821                         inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
6822                         while (inuse != 0) {
6823                                 bit = bsfq(inuse);
6824                                 bitmask = 1UL << bit;
6825                                 idx = field * 64 + bit;
6826                                 pv = &pc->pc_pventry[idx];
6827                                 inuse &= ~bitmask;
6828
6829                                 pte = pmap_pdpe(pmap, pv->pv_va);
6830                                 ptepde = *pte;
6831                                 pte = pmap_pdpe_to_pde(pte, pv->pv_va);
6832                                 tpte = *pte;
6833                                 if ((tpte & (PG_PS | PG_V)) == PG_V) {
6834                                         superpage = FALSE;
6835                                         ptepde = tpte;
6836                                         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(tpte &
6837                                             PG_FRAME);
6838                                         pte = &pte[pmap_pte_index(pv->pv_va)];
6839                                         tpte = *pte;
6840                                 } else {
6841                                         /*
6842                                          * Keep track whether 'tpte' is a
6843                                          * superpage explicitly instead of
6844                                          * relying on PG_PS being set.
6845                                          *
6846                                          * This is because PG_PS is numerically
6847                                          * identical to PG_PTE_PAT and thus a
6848                                          * regular page could be mistaken for
6849                                          * a superpage.
6850                                          */
6851                                         superpage = TRUE;
6852                                 }
6853
6854                                 if ((tpte & PG_V) == 0) {
6855                                         panic("bad pte va %lx pte %lx",
6856                                             pv->pv_va, tpte);
6857                                 }
6858
6859 /*
6860  * We cannot remove wired pages from a process' mapping at this time
6861  */
6862                                 if (tpte & PG_W) {
6863                                         allfree = 0;
6864                                         continue;
6865                                 }
6866
6867                                 if (superpage)
6868                                         pa = tpte & PG_PS_FRAME;
6869                                 else
6870                                         pa = tpte & PG_FRAME;
6871
6872                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
6873                                 KASSERT(m->phys_addr == pa,
6874                                     ("vm_page_t %p phys_addr mismatch %016jx %016jx",
6875                                     m, (uintmax_t)m->phys_addr,
6876                                     (uintmax_t)tpte));
6877
6878                                 KASSERT((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
6879                                     m < &vm_page_array[vm_page_array_size],
6880                                     ("pmap_remove_pages: bad tpte %#jx",
6881                                     (uintmax_t)tpte));
6882
6883                                 pte_clear(pte);
6884
6885                                 /*
6886                                  * Update the vm_page_t clean/reference bits.
6887                                  */
6888                                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
6889                                         if (superpage) {
6890                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
6891                                                         vm_page_dirty(mt);
6892                                         } else
6893                                                 vm_page_dirty(m);
6894                                 }
6895
6896                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(&lock, m);
6897
6898                                 /* Mark free */
6899                                 pc->pc_map[field] |= bitmask;
6900                                 if (superpage) {
6901                                         pmap_resident_count_dec(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
6902                                         pvh = pa_to_pvh(tpte & PG_PS_FRAME);
6903                                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
6904                                         pvh->pv_gen++;
6905                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
6906                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
6907                                                         if ((mt->aflags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
6908                                                             TAILQ_EMPTY(&mt->md.pv_list))
6909                                                                 vm_page_aflag_clear(mt, PGA_WRITEABLE);
6910                                         }
6911                                         mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, pv->pv_va);
6912                                         if (mpte != NULL) {
6913                                                 KASSERT(mpte->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
6914                                                     ("pmap_remove_pages: pte page not promoted"));
6915                                                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
6916                                                 KASSERT(mpte->wire_count == NPTEPG,
6917                                                     ("pmap_remove_pages: pte page wire count error"));
6918                                                 mpte->wire_count = 0;
6919                                                 pmap_add_delayed_free_list(mpte, &free, FALSE);
6920                                         }
6921                                 } else {
6922                                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
6923                                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
6924                                         m->md.pv_gen++;
6925                                         if ((m->aflags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
6926                                             TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
6927                                             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
6928                                                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
6929                                                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
6930                                                         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
6931                                         }
6932                                 }
6933                                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, ptepde, &free);
6934                                 freed++;
6935                         }
6936                 }
6937                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
6938                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
6939                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
6940                 if (allfree) {
6941                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
6942                         free_pv_chunk(pc);
6943                 }
6944         }
6945         if (lock != NULL)
6946                 rw_wunlock(lock);
6947         pmap_invalidate_all(pmap);
6948         pmap_pkru_deassign_all(pmap);
6949         PMAP_UNLOCK(pmap);
6950         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
6951 }
6952
6953 static boolean_t
6954 pmap_page_test_mappings(vm_page_t m, boolean_t accessed, boolean_t modified)
6955 {
6956         struct rwlock *lock;
6957         pv_entry_t pv;
6958         struct md_page *pvh;
6959         pt_entry_t *pte, mask;
6960         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
6961         pmap_t pmap;
6962         int md_gen, pvh_gen;
6963         boolean_t rv;
6964
6965         rv = FALSE;
6966         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
6967         rw_rlock(lock);
6968 restart:
6969         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
6970                 pmap = PV_PMAP(pv);
6971                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6972                         md_gen = m->md.pv_gen;
6973                         rw_runlock(lock);
6974                         PMAP_LOCK(pmap);
6975                         rw_rlock(lock);
6976                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
6977                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6978                                 goto restart;
6979                         }
6980                 }
6981                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va);
6982                 mask = 0;
6983                 if (modified) {
6984                         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6985                         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6986                         mask |= PG_RW | PG_M;
6987                 }
6988                 if (accessed) {
6989                         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6990                         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6991                         mask |= PG_V | PG_A;
6992                 }
6993                 rv = (*pte & mask) == mask;
6994                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6995                 if (rv)
6996                         goto out;
6997         }
6998         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
6999                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
7000                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
7001                         pmap = PV_PMAP(pv);
7002                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
7003                                 md_gen = m->md.pv_gen;
7004                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
7005                                 rw_runlock(lock);
7006                                 PMAP_LOCK(pmap);
7007                                 rw_rlock(lock);
7008                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
7009                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
7010                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
7011                                         goto restart;
7012                                 }
7013                         }
7014                         pte = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
7015                         mask = 0;
7016                         if (modified) {
7017                                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7018                                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7019                                 mask |= PG_RW | PG_M;
7020                         }
7021                         if (accessed) {
7022                                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
7023                                 PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7024                                 mask |= PG_V | PG_A;
7025                         }
7026                         rv = (*pte & mask) == mask;
7027                         PMAP_UNLOCK(pmap);
7028                         if (rv)
7029                                 goto out;
7030                 }
7031         }
7032 out:
7033         rw_runlock(lock);
7034         return (rv);
7035 }
7036
7037 /*
7038  *      pmap_is_modified:
7039  *
7040  *      Return whether or not the specified physical page was modified
7041  *      in any physical maps.
7042  */
7043 boolean_t
7044 pmap_is_modified(vm_page_t m)
7045 {
7046
7047         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
7048             ("pmap_is_modified: page %p is not managed", m));
7049
7050         /*
7051          * If the page is not exclusive busied, then PGA_WRITEABLE cannot be
7052          * concurrently set while the object is locked.  Thus, if PGA_WRITEABLE
7053          * is clear, no PTEs can have PG_M set.
7054          */
7055         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
7056         if (!vm_page_xbusied(m) && (m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
7057                 return (FALSE);
7058         return (pmap_page_test_mappings(m, FALSE, TRUE));
7059 }
7060
7061 /*
7062  *      pmap_is_prefaultable:
7063  *
7064  *      Return whether or not the specified virtual address is eligible
7065  *      for prefault.
7066  */
7067 boolean_t
7068 pmap_is_prefaultable(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
7069 {
7070         pd_entry_t *pde;
7071         pt_entry_t *pte, PG_V;
7072         boolean_t rv;
7073
7074         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7075         rv = FALSE;
7076         PMAP_LOCK(pmap);
7077         pde = pmap_pde(pmap, addr);
7078         if (pde != NULL && (*pde & (PG_PS | PG_V)) == PG_V) {
7079                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, addr);
7080                 rv = (*pte & PG_V) == 0;
7081         }
7082         PMAP_UNLOCK(pmap);
7083         return (rv);
7084 }
7085
7086 /*
7087  *      pmap_is_referenced:
7088  *
7089  *      Return whether or not the specified physical page was referenced
7090  *      in any physical maps.
7091  */
7092 boolean_t
7093 pmap_is_referenced(vm_page_t m)
7094 {
7095
7096         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
7097             ("pmap_is_referenced: page %p is not managed", m));
7098         return (pmap_page_test_mappings(m, TRUE, FALSE));
7099 }
7100
7101 /*
7102  * Clear the write and modified bits in each of the given page's mappings.
7103  */
7104 void
7105 pmap_remove_write(vm_page_t m)
7106 {
7107         struct md_page *pvh;
7108         pmap_t pmap;
7109         struct rwlock *lock;
7110         pv_entry_t next_pv, pv;
7111         pd_entry_t *pde;
7112         pt_entry_t oldpte, *pte, PG_M, PG_RW;
7113         vm_offset_t va;
7114         int pvh_gen, md_gen;
7115
7116         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
7117             ("pmap_remove_write: page %p is not managed", m));
7118
7119         /*
7120          * If the page is not exclusive busied, then PGA_WRITEABLE cannot be
7121          * set by another thread while the object is locked.  Thus,
7122          * if PGA_WRITEABLE is clear, no page table entries need updating.
7123          */
7124         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
7125         if (!vm_page_xbusied(m) && (m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
7126                 return;
7127         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
7128         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
7129             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
7130 retry_pv_loop:
7131         rw_wlock(lock);
7132         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
7133                 pmap = PV_PMAP(pv);
7134                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
7135                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
7136                         rw_wunlock(lock);
7137                         PMAP_LOCK(pmap);
7138                         rw_wlock(lock);
7139                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
7140                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7141                                 rw_wunlock(lock);
7142                                 goto retry_pv_loop;
7143                         }
7144                 }
7145                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7146                 va = pv->pv_va;
7147                 pde = pmap_pde(pmap, va);
7148                 if ((*pde & PG_RW) != 0)
7149                         (void)pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
7150                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
7151                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
7152                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
7153                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7154         }
7155         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
7156                 pmap = PV_PMAP(pv);
7157                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
7158                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
7159                         md_gen = m->md.pv_gen;
7160                         rw_wunlock(lock);
7161                         PMAP_LOCK(pmap);
7162                         rw_wlock(lock);
7163                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen ||
7164                             md_gen != m->md.pv_gen) {
7165                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7166                                 rw_wunlock(lock);
7167                                 goto retry_pv_loop;
7168                         }
7169                 }
7170                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7171                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7172                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
7173                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0,
7174                     ("pmap_remove_write: found a 2mpage in page %p's pv list",
7175                     m));
7176                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
7177 retry:
7178                 oldpte = *pte;
7179                 if (oldpte & PG_RW) {
7180                         if (!atomic_cmpset_long(pte, oldpte, oldpte &
7181                             ~(PG_RW | PG_M)))
7182                                 goto retry;
7183                         if ((oldpte & PG_M) != 0)
7184                                 vm_page_dirty(m);
7185                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
7186                 }
7187                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7188         }
7189         rw_wunlock(lock);
7190         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
7191         pmap_delayed_invl_wait(m);
7192 }
7193
7194 static __inline boolean_t
7195 safe_to_clear_referenced(pmap_t pmap, pt_entry_t pte)
7196 {
7197
7198         if (!pmap_emulate_ad_bits(pmap))
7199                 return (TRUE);
7200
7201         KASSERT(pmap->pm_type == PT_EPT, ("invalid pm_type %d", pmap->pm_type));
7202
7203         /*
7204          * XWR = 010 or 110 will cause an unconditional EPT misconfiguration
7205          * so we don't let the referenced (aka EPT_PG_READ) bit to be cleared
7206          * if the EPT_PG_WRITE bit is set.
7207          */
7208         if ((pte & EPT_PG_WRITE) != 0)
7209                 return (FALSE);
7210
7211         /*
7212          * XWR = 100 is allowed only if the PMAP_SUPPORTS_EXEC_ONLY is set.
7213          */
7214         if ((pte & EPT_PG_EXECUTE) == 0 ||
7215             ((pmap->pm_flags & PMAP_SUPPORTS_EXEC_ONLY) != 0))
7216                 return (TRUE);
7217         else
7218                 return (FALSE);
7219 }
7220
7221 /*
7222  *      pmap_ts_referenced:
7223  *
7224  *      Return a count of reference bits for a page, clearing those bits.
7225  *      It is not necessary for every reference bit to be cleared, but it
7226  *      is necessary that 0 only be returned when there are truly no
7227  *      reference bits set.
7228  *
7229  *      As an optimization, update the page's dirty field if a modified bit is
7230  *      found while counting reference bits.  This opportunistic update can be
7231  *      performed at low cost and can eliminate the need for some future calls
7232  *      to pmap_is_modified().  However, since this function stops after
7233  *      finding PMAP_TS_REFERENCED_MAX reference bits, it may not detect some
7234  *      dirty pages.  Those dirty pages will only be detected by a future call
7235  *      to pmap_is_modified().
7236  *
7237  *      A DI block is not needed within this function, because
7238  *      invalidations are performed before the PV list lock is
7239  *      released.
7240  */
7241 int
7242 pmap_ts_referenced(vm_page_t m)
7243 {
7244         struct md_page *pvh;
7245         pv_entry_t pv, pvf;
7246         pmap_t pmap;
7247         struct rwlock *lock;
7248         pd_entry_t oldpde, *pde;
7249         pt_entry_t *pte, PG_A, PG_M, PG_RW;
7250         vm_offset_t va;
7251         vm_paddr_t pa;
7252         int cleared, md_gen, not_cleared, pvh_gen;
7253         struct spglist free;
7254         boolean_t demoted;
7255
7256         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
7257             ("pmap_ts_referenced: page %p is not managed", m));
7258         SLIST_INIT(&free);
7259         cleared = 0;
7260         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
7261         lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);
7262         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy : pa_to_pvh(pa);
7263         rw_wlock(lock);
7264 retry:
7265         not_cleared = 0;
7266         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) == NULL)
7267                 goto small_mappings;
7268         pv = pvf;
7269         do {
7270                 if (pvf == NULL)
7271                         pvf = pv;
7272                 pmap = PV_PMAP(pv);
7273                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
7274                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
7275                         rw_wunlock(lock);
7276                         PMAP_LOCK(pmap);
7277                         rw_wlock(lock);
7278                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
7279                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7280                                 goto retry;
7281                         }
7282                 }
7283                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
7284                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7285                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7286                 va = pv->pv_va;
7287                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
7288                 oldpde = *pde;
7289                 if ((oldpde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
7290                         /*
7291                          * Although "oldpde" is mapping a 2MB page, because
7292                          * this function is called at a 4KB page granularity,
7293                          * we only update the 4KB page under test.
7294                          */
7295                         vm_page_dirty(m);
7296                 }
7297                 if ((oldpde & PG_A) != 0) {
7298                         /*
7299                          * Since this reference bit is shared by 512 4KB
7300                          * pages, it should not be cleared every time it is
7301                          * tested.  Apply a simple "hash" function on the
7302                          * physical page number, the virtual superpage number,
7303                          * and the pmap address to select one 4KB page out of
7304                          * the 512 on which testing the reference bit will
7305                          * result in clearing that reference bit.  This
7306                          * function is designed to avoid the selection of the
7307                          * same 4KB page for every 2MB page mapping.
7308                          *
7309                          * On demotion, a mapping that hasn't been referenced
7310                          * is simply destroyed.  To avoid the possibility of a
7311                          * subsequent page fault on a demoted wired mapping,
7312                          * always leave its reference bit set.  Moreover,
7313                          * since the superpage is wired, the current state of
7314                          * its reference bit won't affect page replacement.
7315                          */
7316                         if ((((pa >> PAGE_SHIFT) ^ (pv->pv_va >> PDRSHIFT) ^
7317                             (uintptr_t)pmap) & (NPTEPG - 1)) == 0 &&
7318                             (oldpde & PG_W) == 0) {
7319                                 if (safe_to_clear_referenced(pmap, oldpde)) {
7320                                         atomic_clear_long(pde, PG_A);
7321                                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
7322                                         demoted = FALSE;
7323                                 } else if (pmap_demote_pde_locked(pmap, pde,
7324                                     pv->pv_va, &lock)) {
7325                                         /*
7326                                          * Remove the mapping to a single page
7327                                          * so that a subsequent access may
7328                                          * repromote.  Since the underlying
7329                                          * page table page is fully populated,
7330                                          * this removal never frees a page
7331                                          * table page.
7332                                          */
7333                                         demoted = TRUE;
7334                                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde &
7335                                             PG_PS_FRAME);
7336                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
7337                                         pmap_remove_pte(pmap, pte, va, *pde,
7338                                             NULL, &lock);
7339                                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
7340                                 } else
7341                                         demoted = TRUE;
7342
7343                                 if (demoted) {
7344                                         /*
7345                                          * The superpage mapping was removed
7346                                          * entirely and therefore 'pv' is no
7347                                          * longer valid.
7348                                          */
7349                                         if (pvf == pv)
7350                                                 pvf = NULL;
7351                                         pv = NULL;
7352                                 }
7353                                 cleared++;
7354                                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
7355                                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
7356                                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
7357                         } else
7358                                 not_cleared++;
7359                 }
7360                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7361                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
7362                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
7363                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
7364                         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
7365                         pvh->pv_gen++;
7366                 }
7367                 if (cleared + not_cleared >= PMAP_TS_REFERENCED_MAX)
7368                         goto out;
7369         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != pvf);
7370 small_mappings:
7371         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) == NULL)
7372                 goto out;
7373         pv = pvf;
7374         do {
7375                 if (pvf == NULL)
7376                         pvf = pv;
7377                 pmap = PV_PMAP(pv);
7378                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
7379                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
7380                         md_gen = m->md.pv_gen;
7381                         rw_wunlock(lock);
7382                         PMAP_LOCK(pmap);
7383                         rw_wlock(lock);
7384                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
7385                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7386                                 goto retry;
7387                         }
7388                 }
7389                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
7390                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7391                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7392                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
7393                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0,
7394                     ("pmap_ts_referenced: found a 2mpage in page %p's pv list",
7395                     m));
7396                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
7397                 if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
7398                         vm_page_dirty(m);
7399                 if ((*pte & PG_A) != 0) {
7400                         if (safe_to_clear_referenced(pmap, *pte)) {
7401                                 atomic_clear_long(pte, PG_A);
7402                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
7403                                 cleared++;
7404                         } else if ((*pte & PG_W) == 0) {
7405                                 /*
7406                                  * Wired pages cannot be paged out so
7407                                  * doing accessed bit emulation for
7408                                  * them is wasted effort. We do the
7409                                  * hard work for unwired pages only.
7410                                  */
7411                                 pmap_remove_pte(pmap, pte, pv->pv_va,
7412                                     *pde, &free, &lock);
7413                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
7414                                 cleared++;
7415                                 if (pvf == pv)
7416                                         pvf = NULL;
7417                                 pv = NULL;
7418                                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
7419                                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
7420                                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
7421                         } else
7422                                 not_cleared++;
7423                 }
7424                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7425                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
7426                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
7427                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
7428                         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
7429                         m->md.pv_gen++;
7430                 }
7431         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != pvf && cleared +
7432             not_cleared < PMAP_TS_REFERENCED_MAX);
7433 out:
7434         rw_wunlock(lock);
7435         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
7436         return (cleared + not_cleared);
7437 }
7438
7439 /*
7440  *      Apply the given advice to the specified range of addresses within the
7441  *      given pmap.  Depending on the advice, clear the referenced and/or
7442  *      modified flags in each mapping and set the mapped page's dirty field.
7443  */
7444 void
7445 pmap_advise(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, int advice)
7446 {
7447         struct rwlock *lock;
7448         pml4_entry_t *pml4e;
7449         pdp_entry_t *pdpe;
7450         pd_entry_t oldpde, *pde;
7451         pt_entry_t *pte, PG_A, PG_G, PG_M, PG_RW, PG_V;
7452         vm_offset_t va, va_next;
7453         vm_page_t m;
7454         bool anychanged;
7455
7456         if (advice != MADV_DONTNEED && advice != MADV_FREE)
7457                 return;
7458
7459         /*
7460          * A/D bit emulation requires an alternate code path when clearing
7461          * the modified and accessed bits below. Since this function is
7462          * advisory in nature we skip it entirely for pmaps that require
7463          * A/D bit emulation.
7464          */
7465         if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
7466                 return;
7467
7468         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
7469         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
7470         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7471         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7472         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7473         anychanged = false;
7474         pmap_delayed_invl_start();
7475         PMAP_LOCK(pmap);
7476         for (; sva < eva; sva = va_next) {
7477                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
7478                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
7479                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
7480                         if (va_next < sva)
7481                                 va_next = eva;
7482                         continue;
7483                 }
7484                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
7485                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
7486                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
7487                         if (va_next < sva)
7488                                 va_next = eva;
7489                         continue;
7490                 }
7491                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
7492                 if (va_next < sva)
7493                         va_next = eva;
7494                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
7495                 oldpde = *pde;
7496                 if ((oldpde & PG_V) == 0)
7497                         continue;
7498                 else if ((oldpde & PG_PS) != 0) {
7499                         if ((oldpde & PG_MANAGED) == 0)
7500                                 continue;
7501                         lock = NULL;
7502                         if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, sva, &lock)) {
7503                                 if (lock != NULL)
7504                                         rw_wunlock(lock);
7505
7506                                 /*
7507                                  * The large page mapping was destroyed.
7508                                  */
7509                                 continue;
7510                         }
7511
7512                         /*
7513                          * Unless the page mappings are wired, remove the
7514                          * mapping to a single page so that a subsequent
7515                          * access may repromote.  Choosing the last page
7516                          * within the address range [sva, min(va_next, eva))
7517                          * generally results in more repromotions.  Since the
7518                          * underlying page table page is fully populated, this
7519                          * removal never frees a page table page.
7520                          */
7521                         if ((oldpde & PG_W) == 0) {
7522                                 va = eva;
7523                                 if (va > va_next)
7524                                         va = va_next;
7525                                 va -= PAGE_SIZE;
7526                                 KASSERT(va >= sva,
7527                                     ("pmap_advise: no address gap"));
7528                                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
7529                                 KASSERT((*pte & PG_V) != 0,
7530                                     ("pmap_advise: invalid PTE"));
7531                                 pmap_remove_pte(pmap, pte, va, *pde, NULL,
7532                                     &lock);
7533                                 anychanged = true;
7534                         }
7535                         if (lock != NULL)
7536                                 rw_wunlock(lock);
7537                 }
7538                 if (va_next > eva)
7539                         va_next = eva;
7540                 va = va_next;
7541                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
7542                     sva += PAGE_SIZE) {
7543                         if ((*pte & (PG_MANAGED | PG_V)) != (PG_MANAGED | PG_V))
7544                                 goto maybe_invlrng;
7545                         else if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
7546                                 if (advice == MADV_DONTNEED) {
7547                                         /*
7548                                          * Future calls to pmap_is_modified()
7549                                          * can be avoided by making the page
7550                                          * dirty now.
7551                                          */
7552                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pte & PG_FRAME);
7553                                         vm_page_dirty(m);
7554                                 }
7555                                 atomic_clear_long(pte, PG_M | PG_A);
7556                         } else if ((*pte & PG_A) != 0)
7557                                 atomic_clear_long(pte, PG_A);
7558                         else
7559                                 goto maybe_invlrng;
7560
7561                         if ((*pte & PG_G) != 0) {
7562                                 if (va == va_next)
7563                                         va = sva;
7564                         } else
7565                                 anychanged = true;
7566                         continue;
7567 maybe_invlrng:
7568                         if (va != va_next) {
7569                                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
7570                                 va = va_next;
7571                         }
7572                 }
7573                 if (va != va_next)
7574                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
7575         }
7576         if (anychanged)
7577                 pmap_invalidate_all(pmap);
7578         PMAP_UNLOCK(pmap);
7579         pmap_delayed_invl_finish();
7580 }
7581
7582 /*
7583  *      Clear the modify bits on the specified physical page.
7584  */
7585 void
7586 pmap_clear_modify(vm_page_t m)
7587 {
7588         struct md_page *pvh;
7589         pmap_t pmap;
7590         pv_entry_t next_pv, pv;
7591         pd_entry_t oldpde, *pde;
7592         pt_entry_t *pte, PG_M, PG_RW;
7593         struct rwlock *lock;
7594         vm_offset_t va;
7595         int md_gen, pvh_gen;
7596
7597         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
7598             ("pmap_clear_modify: page %p is not managed", m));
7599         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
7600         KASSERT(!vm_page_xbusied(m),
7601             ("pmap_clear_modify: page %p is exclusive busied", m));
7602
7603         /*
7604          * If the page is not PGA_WRITEABLE, then no PTEs can have PG_M set.
7605          * If the object containing the page is locked and the page is not
7606          * exclusive busied, then PGA_WRITEABLE cannot be concurrently set.
7607          */
7608         if ((m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
7609                 return;
7610         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
7611             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
7612         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
7613         rw_wlock(lock);
7614 restart:
7615         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
7616                 pmap = PV_PMAP(pv);
7617                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
7618                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
7619                         rw_wunlock(lock);
7620                         PMAP_LOCK(pmap);
7621                         rw_wlock(lock);
7622                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
7623                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7624                                 goto restart;
7625                         }
7626                 }
7627                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7628                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7629                 va = pv->pv_va;
7630                 pde = pmap_pde(pmap, va);
7631                 oldpde = *pde;
7632                 /* If oldpde has PG_RW set, then it also has PG_M set. */
7633                 if ((oldpde & PG_RW) != 0 &&
7634                     pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock) &&
7635                     (oldpde & PG_W) == 0) {
7636                         /*
7637                          * Write protect the mapping to a single page so that
7638                          * a subsequent write access may repromote.
7639                          */
7640                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde & PG_PS_FRAME);
7641                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
7642                         atomic_clear_long(pte, PG_M | PG_RW);
7643                         vm_page_dirty(m);
7644                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
7645                 }
7646                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7647         }
7648         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
7649                 pmap = PV_PMAP(pv);
7650                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
7651                         md_gen = m->md.pv_gen;
7652                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
7653                         rw_wunlock(lock);
7654                         PMAP_LOCK(pmap);
7655                         rw_wlock(lock);
7656                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
7657                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7658                                 goto restart;
7659                         }
7660                 }
7661                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7662                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7663                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
7664                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_clear_modify: found"
7665                     " a 2mpage in page %p's pv list", m));
7666                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
7667                 if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
7668                         atomic_clear_long(pte, PG_M);
7669                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
7670                 }
7671                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7672         }
7673         rw_wunlock(lock);
7674 }
7675
7676 /*
7677  * Miscellaneous support routines follow
7678  */
7679
7680 /* Adjust the cache mode for a 4KB page mapped via a PTE. */
7681 static __inline void
7682 pmap_pte_attr(pt_entry_t *pte, int cache_bits, int mask)
7683 {
7684         u_int opte, npte;
7685
7686         /*
7687          * The cache mode bits are all in the low 32-bits of the
7688          * PTE, so we can just spin on updating the low 32-bits.
7689          */
7690         do {
7691                 opte = *(u_int *)pte;
7692                 npte = opte & ~mask;
7693                 npte |= cache_bits;
7694         } while (npte != opte && !atomic_cmpset_int((u_int *)pte, opte, npte));
7695 }
7696
7697 /* Adjust the cache mode for a 2MB page mapped via a PDE. */
7698 static __inline void
7699 pmap_pde_attr(pd_entry_t *pde, int cache_bits, int mask)
7700 {
7701         u_int opde, npde;
7702
7703         /*
7704          * The cache mode bits are all in the low 32-bits of the
7705          * PDE, so we can just spin on updating the low 32-bits.
7706          */
7707         do {
7708                 opde = *(u_int *)pde;
7709                 npde = opde & ~mask;
7710                 npde |= cache_bits;
7711         } while (npde != opde && !atomic_cmpset_int((u_int *)pde, opde, npde));
7712 }
7713
7714 /*
7715  * Map a set of physical memory pages into the kernel virtual
7716  * address space. Return a pointer to where it is mapped. This
7717  * routine is intended to be used for mapping device memory,
7718  * NOT real memory.
7719  */
7720 static void *
7721 pmap_mapdev_internal(vm_paddr_t pa, vm_size_t size, int mode, int flags)
7722 {
7723         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
7724         vm_offset_t va, offset;
7725         vm_size_t tmpsize;
7726         int i;
7727
7728         offset = pa & PAGE_MASK;
7729         size = round_page(offset + size);
7730         pa = trunc_page(pa);
7731
7732         if (!pmap_initialized) {
7733                 va = 0;
7734                 for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
7735                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
7736                         if (ppim->va == 0) {
7737                                 ppim->pa = pa;
7738                                 ppim->sz = size;
7739                                 ppim->mode = mode;
7740                                 ppim->va = virtual_avail;
7741                                 virtual_avail += size;
7742                                 va = ppim->va;
7743                                 break;
7744                         }
7745                 }
7746                 if (va == 0)
7747                         panic("%s: too many preinit mappings", __func__);
7748         } else {
7749                 /*
7750                  * If we have a preinit mapping, re-use it.
7751                  */
7752                 for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
7753                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
7754                         if (ppim->pa == pa && ppim->sz == size &&
7755                             (ppim->mode == mode ||
7756                             (flags & MAPDEV_SETATTR) == 0))
7757                                 return ((void *)(ppim->va + offset));
7758                 }
7759                 /*
7760                  * If the specified range of physical addresses fits within
7761                  * the direct map window, use the direct map.
7762                  */
7763                 if (pa < dmaplimit && pa + size <= dmaplimit) {
7764                         va = PHYS_TO_DMAP(pa);
7765                         if ((flags & MAPDEV_SETATTR) != 0) {
7766                                 PMAP_LOCK(kernel_pmap);
7767                                 i = pmap_change_attr_locked(va, size, mode, flags);
7768                                 PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
7769                         } else
7770                                 i = 0;
7771                         if (!i)
7772                                 return ((void *)(va + offset));
7773                 }
7774                 va = kva_alloc(size);
7775                 if (va == 0)
7776                         panic("%s: Couldn't allocate KVA", __func__);
7777         }
7778         for (tmpsize = 0; tmpsize < size; tmpsize += PAGE_SIZE)
7779                 pmap_kenter_attr(va + tmpsize, pa + tmpsize, mode);
7780         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, va, va + tmpsize);
7781         if ((flags & MAPDEV_FLUSHCACHE) != 0)
7782                 pmap_invalidate_cache_range(va, va + tmpsize);
7783         return ((void *)(va + offset));
7784 }
7785
7786 void *
7787 pmap_mapdev_attr(vm_paddr_t pa, vm_size_t size, int mode)
7788 {
7789
7790         return (pmap_mapdev_internal(pa, size, mode, MAPDEV_FLUSHCACHE |
7791             MAPDEV_SETATTR));
7792 }
7793
7794 void *
7795 pmap_mapdev(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
7796 {
7797
7798         return (pmap_mapdev_attr(pa, size, PAT_UNCACHEABLE));
7799 }
7800
7801 void *
7802 pmap_mapdev_pciecfg(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
7803 {
7804
7805         return (pmap_mapdev_internal(pa, size, PAT_UNCACHEABLE,
7806             MAPDEV_SETATTR));
7807 }
7808
7809 void *
7810 pmap_mapbios(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
7811 {
7812
7813         return (pmap_mapdev_internal(pa, size, PAT_WRITE_BACK,
7814             MAPDEV_FLUSHCACHE));
7815 }
7816
7817 void
7818 pmap_unmapdev(vm_offset_t va, vm_size_t size)
7819 {
7820         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
7821         vm_offset_t offset;
7822         int i;
7823
7824         /* If we gave a direct map region in pmap_mapdev, do nothing */
7825         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS)
7826                 return;
7827         offset = va & PAGE_MASK;
7828         size = round_page(offset + size);
7829         va = trunc_page(va);
7830         for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
7831                 ppim = pmap_preinit_mapping + i;
7832                 if (ppim->va == va && ppim->sz == size) {
7833                         if (pmap_initialized)
7834                                 return;
7835                         ppim->pa = 0;
7836                         ppim->va = 0;
7837                         ppim->sz = 0;
7838                         ppim->mode = 0;
7839                         if (va + size == virtual_avail)
7840                                 virtual_avail = va;
7841                         return;
7842                 }
7843         }
7844         if (pmap_initialized)
7845                 kva_free(va, size);
7846 }
7847
7848 /*
7849  * Tries to demote a 1GB page mapping.
7850  */
7851 static boolean_t
7852 pmap_demote_pdpe(pmap_t pmap, pdp_entry_t *pdpe, vm_offset_t va)
7853 {
7854         pdp_entry_t newpdpe, oldpdpe;
7855         pd_entry_t *firstpde, newpde, *pde;
7856         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
7857         vm_paddr_t pdpgpa;
7858         vm_page_t pdpg;
7859
7860         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
7861         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7862         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7863         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7864
7865         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
7866         oldpdpe = *pdpe;
7867         KASSERT((oldpdpe & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V),
7868             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_PS and/or PG_V"));
7869         if ((pdpg = vm_page_alloc(NULL, va >> PDPSHIFT, VM_ALLOC_INTERRUPT |
7870             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED)) == NULL) {
7871                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pdpe: failure for va %#lx"
7872                     " in pmap %p", va, pmap);
7873                 return (FALSE);
7874         }
7875         pdpgpa = VM_PAGE_TO_PHYS(pdpg);
7876         firstpde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pdpgpa);
7877         newpdpe = pdpgpa | PG_M | PG_A | (oldpdpe & PG_U) | PG_RW | PG_V;
7878         KASSERT((oldpdpe & PG_A) != 0,
7879             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_A"));
7880         KASSERT((oldpdpe & (PG_M | PG_RW)) != PG_RW,
7881             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_M"));
7882         newpde = oldpdpe;
7883
7884         /*
7885          * Initialize the page directory page.
7886          */
7887         for (pde = firstpde; pde < firstpde + NPDEPG; pde++) {
7888                 *pde = newpde;
7889                 newpde += NBPDR;
7890         }
7891
7892         /*
7893          * Demote the mapping.
7894          */
7895         *pdpe = newpdpe;
7896
7897         /*
7898          * Invalidate a stale recursive mapping of the page directory page.
7899          */
7900         pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopde(va));
7901
7902         pmap_pdpe_demotions++;
7903         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pdpe: success for va %#lx"
7904             " in pmap %p", va, pmap);
7905         return (TRUE);
7906 }
7907
7908 /*
7909  * Sets the memory attribute for the specified page.
7910  */
7911 void
7912 pmap_page_set_memattr(vm_page_t m, vm_memattr_t ma)
7913 {
7914
7915         m->md.pat_mode = ma;
7916
7917         /*
7918          * If "m" is a normal page, update its direct mapping.  This update
7919          * can be relied upon to perform any cache operations that are
7920          * required for data coherence.
7921          */
7922         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
7923             pmap_change_attr(PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m)), PAGE_SIZE,
7924             m->md.pat_mode))
7925                 panic("memory attribute change on the direct map failed");
7926 }
7927
7928 /*
7929  * Changes the specified virtual address range's memory type to that given by
7930  * the parameter "mode".  The specified virtual address range must be
7931  * completely contained within either the direct map or the kernel map.  If
7932  * the virtual address range is contained within the kernel map, then the
7933  * memory type for each of the corresponding ranges of the direct map is also
7934  * changed.  (The corresponding ranges of the direct map are those ranges that
7935  * map the same physical pages as the specified virtual address range.)  These
7936  * changes to the direct map are necessary because Intel describes the
7937  * behavior of their processors as "undefined" if two or more mappings to the
7938  * same physical page have different memory types.
7939  *
7940  * Returns zero if the change completed successfully, and either EINVAL or
7941  * ENOMEM if the change failed.  Specifically, EINVAL is returned if some part
7942  * of the virtual address range was not mapped, and ENOMEM is returned if
7943  * there was insufficient memory available to complete the change.  In the
7944  * latter case, the memory type may have been changed on some part of the
7945  * virtual address range or the direct map.
7946  */
7947 int
7948 pmap_change_attr(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
7949 {
7950         int error;
7951
7952         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
7953         error = pmap_change_attr_locked(va, size, mode, MAPDEV_FLUSHCACHE);
7954         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
7955         return (error);
7956 }
7957
7958 static int
7959 pmap_change_attr_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode, int flags)
7960 {
7961         vm_offset_t base, offset, tmpva;
7962         vm_paddr_t pa_start, pa_end, pa_end1;
7963         pdp_entry_t *pdpe;
7964         pd_entry_t *pde;
7965         pt_entry_t *pte;
7966         int cache_bits_pte, cache_bits_pde, error;
7967         boolean_t changed;
7968
7969         PMAP_LOCK_ASSERT(kernel_pmap, MA_OWNED);
7970         base = trunc_page(va);
7971         offset = va & PAGE_MASK;
7972         size = round_page(offset + size);
7973
7974         /*
7975          * Only supported on kernel virtual addresses, including the direct
7976          * map but excluding the recursive map.
7977          */
7978         if (base < DMAP_MIN_ADDRESS)
7979                 return (EINVAL);
7980
7981         cache_bits_pde = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, 1);
7982         cache_bits_pte = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, 0);
7983         changed = FALSE;
7984
7985         /*
7986          * Pages that aren't mapped aren't supported.  Also break down 2MB pages
7987          * into 4KB pages if required.
7988          */
7989         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
7990                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, tmpva);
7991                 if (pdpe == NULL || *pdpe == 0)
7992                         return (EINVAL);
7993                 if (*pdpe & PG_PS) {
7994                         /*
7995                          * If the current 1GB page already has the required
7996                          * memory type, then we need not demote this page. Just
7997                          * increment tmpva to the next 1GB page frame.
7998                          */
7999                         if ((*pdpe & X86_PG_PDE_CACHE) == cache_bits_pde) {
8000                                 tmpva = trunc_1gpage(tmpva) + NBPDP;
8001                                 continue;
8002                         }
8003
8004                         /*
8005                          * If the current offset aligns with a 1GB page frame
8006                          * and there is at least 1GB left within the range, then
8007                          * we need not break down this page into 2MB pages.
8008                          */
8009                         if ((tmpva & PDPMASK) == 0 &&
8010                             tmpva + PDPMASK < base + size) {
8011                                 tmpva += NBPDP;
8012                                 continue;
8013                         }
8014                         if (!pmap_demote_pdpe(kernel_pmap, pdpe, tmpva))
8015                                 return (ENOMEM);
8016                 }
8017                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, tmpva);
8018                 if (*pde == 0)
8019                         return (EINVAL);
8020                 if (*pde & PG_PS) {
8021                         /*
8022                          * If the current 2MB page already has the required
8023                          * memory type, then we need not demote this page. Just
8024                          * increment tmpva to the next 2MB page frame.
8025                          */
8026                         if ((*pde & X86_PG_PDE_CACHE) == cache_bits_pde) {
8027                                 tmpva = trunc_2mpage(tmpva) + NBPDR;
8028                                 continue;
8029                         }
8030
8031                         /*
8032                          * If the current offset aligns with a 2MB page frame
8033                          * and there is at least 2MB left within the range, then
8034                          * we need not break down this page into 4KB pages.
8035                          */
8036                         if ((tmpva & PDRMASK) == 0 &&
8037                             tmpva + PDRMASK < base + size) {
8038                                 tmpva += NBPDR;
8039                                 continue;
8040                         }
8041                         if (!pmap_demote_pde(kernel_pmap, pde, tmpva))
8042                                 return (ENOMEM);
8043                 }
8044                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, tmpva);
8045                 if (*pte == 0)
8046                         return (EINVAL);
8047                 tmpva += PAGE_SIZE;
8048         }
8049         error = 0;
8050
8051         /*
8052          * Ok, all the pages exist, so run through them updating their
8053          * cache mode if required.
8054          */
8055         pa_start = pa_end = 0;
8056         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
8057                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, tmpva);
8058                 if (*pdpe & PG_PS) {
8059                         if ((*pdpe & X86_PG_PDE_CACHE) != cache_bits_pde) {
8060                                 pmap_pde_attr(pdpe, cache_bits_pde,
8061                                     X86_PG_PDE_CACHE);
8062                                 changed = TRUE;
8063                         }
8064                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS &&
8065                             (*pdpe & PG_PS_FRAME) < dmaplimit) {
8066                                 if (pa_start == pa_end) {
8067                                         /* Start physical address run. */
8068                                         pa_start = *pdpe & PG_PS_FRAME;
8069                                         pa_end = pa_start + NBPDP;
8070                                 } else if (pa_end == (*pdpe & PG_PS_FRAME))
8071                                         pa_end += NBPDP;
8072                                 else {
8073                                         /* Run ended, update direct map. */
8074                                         error = pmap_change_attr_locked(
8075                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
8076                                             pa_end - pa_start, mode, flags);
8077                                         if (error != 0)
8078                                                 break;
8079                                         /* Start physical address run. */
8080                                         pa_start = *pdpe & PG_PS_FRAME;
8081                                         pa_end = pa_start + NBPDP;
8082                                 }
8083                         }
8084                         tmpva = trunc_1gpage(tmpva) + NBPDP;
8085                         continue;
8086                 }
8087                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, tmpva);
8088                 if (*pde & PG_PS) {
8089                         if ((*pde & X86_PG_PDE_CACHE) != cache_bits_pde) {
8090                                 pmap_pde_attr(pde, cache_bits_pde,
8091                                     X86_PG_PDE_CACHE);
8092                                 changed = TRUE;
8093                         }
8094                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS &&
8095                             (*pde & PG_PS_FRAME) < dmaplimit) {
8096                                 if (pa_start == pa_end) {
8097                                         /* Start physical address run. */
8098                                         pa_start = *pde & PG_PS_FRAME;
8099                                         pa_end = pa_start + NBPDR;
8100                                 } else if (pa_end == (*pde & PG_PS_FRAME))
8101                                         pa_end += NBPDR;
8102                                 else {
8103                                         /* Run ended, update direct map. */
8104                                         error = pmap_change_attr_locked(
8105                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
8106                                             pa_end - pa_start, mode, flags);
8107                                         if (error != 0)
8108                                                 break;
8109                                         /* Start physical address run. */
8110                                         pa_start = *pde & PG_PS_FRAME;
8111                                         pa_end = pa_start + NBPDR;
8112                                 }
8113                         }
8114                         tmpva = trunc_2mpage(tmpva) + NBPDR;
8115                 } else {
8116                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, tmpva);
8117                         if ((*pte & X86_PG_PTE_CACHE) != cache_bits_pte) {
8118                                 pmap_pte_attr(pte, cache_bits_pte,
8119                                     X86_PG_PTE_CACHE);
8120                                 changed = TRUE;
8121                         }
8122                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS &&
8123                             (*pte & PG_FRAME) < dmaplimit) {
8124                                 if (pa_start == pa_end) {
8125                                         /* Start physical address run. */
8126                                         pa_start = *pte & PG_FRAME;
8127                                         pa_end = pa_start + PAGE_SIZE;
8128                                 } else if (pa_end == (*pte & PG_FRAME))
8129                                         pa_end += PAGE_SIZE;
8130                                 else {
8131                                         /* Run ended, update direct map. */
8132                                         error = pmap_change_attr_locked(
8133                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
8134                                             pa_end - pa_start, mode, flags);
8135                                         if (error != 0)
8136                                                 break;
8137                                         /* Start physical address run. */
8138                                         pa_start = *pte & PG_FRAME;
8139                                         pa_end = pa_start + PAGE_SIZE;
8140                                 }
8141                         }
8142                         tmpva += PAGE_SIZE;
8143                 }
8144         }
8145         if (error == 0 && pa_start != pa_end && pa_start < dmaplimit) {
8146                 pa_end1 = MIN(pa_end, dmaplimit);
8147                 if (pa_start != pa_end1)
8148                         error = pmap_change_attr_locked(PHYS_TO_DMAP(pa_start),
8149                             pa_end1 - pa_start, mode, flags);
8150         }
8151
8152         /*
8153          * Flush CPU caches if required to make sure any data isn't cached that
8154          * shouldn't be, etc.
8155          */
8156         if (changed) {
8157                 pmap_invalidate_range(kernel_pmap, base, tmpva);
8158                 if ((flags & MAPDEV_FLUSHCACHE) != 0)
8159                         pmap_invalidate_cache_range(base, tmpva);
8160         }
8161         return (error);
8162 }
8163
8164 /*
8165  * Demotes any mapping within the direct map region that covers more than the
8166  * specified range of physical addresses.  This range's size must be a power
8167  * of two and its starting address must be a multiple of its size.  Since the
8168  * demotion does not change any attributes of the mapping, a TLB invalidation
8169  * is not mandatory.  The caller may, however, request a TLB invalidation.
8170  */
8171 void
8172 pmap_demote_DMAP(vm_paddr_t base, vm_size_t len, boolean_t invalidate)
8173 {
8174         pdp_entry_t *pdpe;
8175         pd_entry_t *pde;
8176         vm_offset_t va;
8177         boolean_t changed;
8178
8179         if (len == 0)
8180                 return;
8181         KASSERT(powerof2(len), ("pmap_demote_DMAP: len is not a power of 2"));
8182         KASSERT((base & (len - 1)) == 0,
8183             ("pmap_demote_DMAP: base is not a multiple of len"));
8184         if (len < NBPDP && base < dmaplimit) {
8185                 va = PHYS_TO_DMAP(base);
8186                 changed = FALSE;
8187                 PMAP_LOCK(kernel_pmap);
8188                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, va);
8189                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0)
8190                         panic("pmap_demote_DMAP: invalid PDPE");
8191                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0) {
8192                         if (!pmap_demote_pdpe(kernel_pmap, pdpe, va))
8193                                 panic("pmap_demote_DMAP: PDPE failed");
8194                         changed = TRUE;
8195                 }
8196                 if (len < NBPDR) {
8197                         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
8198                         if ((*pde & X86_PG_V) == 0)
8199                                 panic("pmap_demote_DMAP: invalid PDE");
8200                         if ((*pde & PG_PS) != 0) {
8201                                 if (!pmap_demote_pde(kernel_pmap, pde, va))
8202                                         panic("pmap_demote_DMAP: PDE failed");
8203                                 changed = TRUE;
8204                         }
8205                 }
8206                 if (changed && invalidate)
8207                         pmap_invalidate_page(kernel_pmap, va);
8208                 PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
8209         }
8210 }
8211
8212 /*
8213  * perform the pmap work for mincore
8214  */
8215 int
8216 pmap_mincore(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_paddr_t *locked_pa)
8217 {
8218         pd_entry_t *pdep;
8219         pt_entry_t pte, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
8220         vm_paddr_t pa;
8221         int val;
8222
8223         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
8224         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
8225         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
8226         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8227
8228         PMAP_LOCK(pmap);
8229 retry:
8230         pdep = pmap_pde(pmap, addr);
8231         if (pdep != NULL && (*pdep & PG_V)) {
8232                 if (*pdep & PG_PS) {
8233                         pte = *pdep;
8234                         /* Compute the physical address of the 4KB page. */
8235                         pa = ((*pdep & PG_PS_FRAME) | (addr & PDRMASK)) &
8236                             PG_FRAME;
8237                         val = MINCORE_SUPER;
8238                 } else {
8239                         pte = *pmap_pde_to_pte(pdep, addr);
8240                         pa = pte & PG_FRAME;
8241                         val = 0;
8242                 }
8243         } else {
8244                 pte = 0;
8245                 pa = 0;
8246                 val = 0;
8247         }
8248         if ((pte & PG_V) != 0) {
8249                 val |= MINCORE_INCORE;
8250                 if ((pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
8251                         val |= MINCORE_MODIFIED | MINCORE_MODIFIED_OTHER;
8252                 if ((pte & PG_A) != 0)
8253                         val |= MINCORE_REFERENCED | MINCORE_REFERENCED_OTHER;
8254         }
8255         if ((val & (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER)) !=
8256             (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER) &&
8257             (pte & (PG_MANAGED | PG_V)) == (PG_MANAGED | PG_V)) {
8258                 /* Ensure that "PHYS_TO_VM_PAGE(pa)->object" doesn't change. */
8259                 if (vm_page_pa_tryrelock(pmap, pa, locked_pa))
8260                         goto retry;
8261         } else
8262                 PA_UNLOCK_COND(*locked_pa);
8263         PMAP_UNLOCK(pmap);
8264         return (val);
8265 }
8266
8267 static uint64_t
8268 pmap_pcid_alloc(pmap_t pmap, u_int cpuid)
8269 {
8270         uint32_t gen, new_gen, pcid_next;
8271
8272         CRITICAL_ASSERT(curthread);
8273         gen = PCPU_GET(pcid_gen);
8274         if (pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid == PMAP_PCID_KERN)
8275                 return (pti ? 0 : CR3_PCID_SAVE);
8276         if (pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen == gen)
8277                 return (CR3_PCID_SAVE);
8278         pcid_next = PCPU_GET(pcid_next);
8279         KASSERT((!pti && pcid_next <= PMAP_PCID_OVERMAX) ||
8280             (pti && pcid_next <= PMAP_PCID_OVERMAX_KERN),
8281             ("cpu %d pcid_next %#x", cpuid, pcid_next));
8282         if ((!pti && pcid_next == PMAP_PCID_OVERMAX) ||
8283             (pti && pcid_next == PMAP_PCID_OVERMAX_KERN)) {
8284                 new_gen = gen + 1;
8285                 if (new_gen == 0)
8286                         new_gen = 1;
8287                 PCPU_SET(pcid_gen, new_gen);
8288                 pcid_next = PMAP_PCID_KERN + 1;
8289         } else {
8290                 new_gen = gen;
8291         }
8292         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid = pcid_next;
8293         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = new_gen;
8294         PCPU_SET(pcid_next, pcid_next + 1);
8295         return (0);
8296 }
8297
8298 static uint64_t
8299 pmap_pcid_alloc_checked(pmap_t pmap, u_int cpuid)
8300 {
8301         uint64_t cached;
8302
8303         cached = pmap_pcid_alloc(pmap, cpuid);
8304         KASSERT(pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid < PMAP_PCID_OVERMAX,
8305             ("pmap %p cpu %d pcid %#x", pmap, cpuid,
8306             pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid));
8307         KASSERT(pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid != PMAP_PCID_KERN ||
8308             pmap == kernel_pmap,
8309             ("non-kernel pmap pmap %p cpu %d pcid %#x",
8310             pmap, cpuid, pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid));
8311         return (cached);
8312 }
8313
8314 static void
8315 pmap_activate_sw_pti_post(struct thread *td, pmap_t pmap)
8316 {
8317
8318         PCPU_GET(tssp)->tss_rsp0 = pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3 ?
8319             PCPU_GET(pti_rsp0) : (uintptr_t)td->td_pcb;
8320 }
8321
8322 static void inline
8323 pmap_activate_sw_pcid_pti(pmap_t pmap, u_int cpuid, const bool invpcid_works1)
8324 {
8325         struct invpcid_descr d;
8326         uint64_t cached, cr3, kcr3, ucr3;
8327
8328         cached = pmap_pcid_alloc_checked(pmap, cpuid);
8329         cr3 = rcr3();
8330         if ((cr3 & ~CR3_PCID_MASK) != pmap->pm_cr3)
8331                 load_cr3(pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid);
8332         PCPU_SET(curpmap, pmap);
8333         kcr3 = pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
8334         ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid |
8335             PMAP_PCID_USER_PT;
8336
8337         if (!cached && pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
8338                 /*
8339                  * Explicitly invalidate translations cached from the
8340                  * user page table.  They are not automatically
8341                  * flushed by reload of cr3 with the kernel page table
8342                  * pointer above.
8343                  *
8344                  * Note that the if() condition is resolved statically
8345                  * by using the function argument instead of
8346                  * runtime-evaluated invpcid_works value.
8347                  */
8348                 if (invpcid_works1) {
8349                         d.pcid = PMAP_PCID_USER_PT |
8350                             pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
8351                         d.pad = 0;
8352                         d.addr = 0;
8353                         invpcid(&d, INVPCID_CTX);
8354                 } else {
8355                         pmap_pti_pcid_invalidate(ucr3, kcr3);
8356                 }
8357         }
8358
8359         PCPU_SET(kcr3, kcr3 | CR3_PCID_SAVE);
8360         PCPU_SET(ucr3, ucr3 | CR3_PCID_SAVE);
8361         if (cached)
8362                 PCPU_INC(pm_save_cnt);
8363 }
8364
8365 static void
8366 pmap_activate_sw_pcid_invpcid_pti(struct thread *td, pmap_t pmap, u_int cpuid)
8367 {
8368
8369         pmap_activate_sw_pcid_pti(pmap, cpuid, true);
8370         pmap_activate_sw_pti_post(td, pmap);
8371 }
8372
8373 static void
8374 pmap_activate_sw_pcid_noinvpcid_pti(struct thread *td, pmap_t pmap,
8375     u_int cpuid)
8376 {
8377         register_t rflags;
8378
8379         /*
8380          * If the INVPCID instruction is not available,
8381          * invltlb_pcid_handler() is used to handle an invalidate_all
8382          * IPI, which checks for curpmap == smp_tlb_pmap.  The below
8383          * sequence of operations has a window where %CR3 is loaded
8384          * with the new pmap's PML4 address, but the curpmap value has
8385          * not yet been updated.  This causes the invltlb IPI handler,
8386          * which is called between the updates, to execute as a NOP,
8387          * which leaves stale TLB entries.
8388          *
8389          * Note that the most typical use of pmap_activate_sw(), from
8390          * the context switch, is immune to this race, because
8391          * interrupts are disabled (while the thread lock is owned),
8392          * and the IPI happens after curpmap is updated.  Protect
8393          * other callers in a similar way, by disabling interrupts
8394          * around the %cr3 register reload and curpmap assignment.
8395          */
8396         rflags = intr_disable();
8397         pmap_activate_sw_pcid_pti(pmap, cpuid, false);
8398         intr_restore(rflags);
8399         pmap_activate_sw_pti_post(td, pmap);
8400 }
8401
8402 static void
8403 pmap_activate_sw_pcid_nopti(struct thread *td __unused, pmap_t pmap,
8404     u_int cpuid)
8405 {
8406         uint64_t cached, cr3;
8407
8408         cached = pmap_pcid_alloc_checked(pmap, cpuid);
8409         cr3 = rcr3();
8410         if (!cached || (cr3 & ~CR3_PCID_MASK) != pmap->pm_cr3)
8411                 load_cr3(pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid |
8412                     cached);
8413         PCPU_SET(curpmap, pmap);
8414         if (cached)
8415                 PCPU_INC(pm_save_cnt);
8416 }
8417
8418 static void
8419 pmap_activate_sw_pcid_noinvpcid_nopti(struct thread *td __unused, pmap_t pmap,
8420     u_int cpuid)
8421 {
8422         register_t rflags;
8423
8424         rflags = intr_disable();
8425         pmap_activate_sw_pcid_nopti(td, pmap, cpuid);
8426         intr_restore(rflags);
8427 }
8428
8429 static void
8430 pmap_activate_sw_nopcid_nopti(struct thread *td __unused, pmap_t pmap,
8431     u_int cpuid __unused)
8432 {
8433
8434         load_cr3(pmap->pm_cr3);
8435         PCPU_SET(curpmap, pmap);
8436 }
8437
8438 static void
8439 pmap_activate_sw_nopcid_pti(struct thread *td, pmap_t pmap,
8440     u_int cpuid __unused)
8441 {
8442
8443         pmap_activate_sw_nopcid_nopti(td, pmap, cpuid);
8444         PCPU_SET(kcr3, pmap->pm_cr3);
8445         PCPU_SET(ucr3, pmap->pm_ucr3);
8446         pmap_activate_sw_pti_post(td, pmap);
8447 }
8448
8449 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_activate_sw_mode, (struct thread *, pmap_t,
8450     u_int))
8451 {
8452
8453         if (pmap_pcid_enabled && pti && invpcid_works)
8454                 return (pmap_activate_sw_pcid_invpcid_pti);
8455         else if (pmap_pcid_enabled && pti && !invpcid_works)
8456                 return (pmap_activate_sw_pcid_noinvpcid_pti);
8457         else if (pmap_pcid_enabled && !pti && invpcid_works)
8458                 return (pmap_activate_sw_pcid_nopti);
8459         else if (pmap_pcid_enabled && !pti && !invpcid_works)
8460                 return (pmap_activate_sw_pcid_noinvpcid_nopti);
8461         else if (!pmap_pcid_enabled && pti)
8462                 return (pmap_activate_sw_nopcid_pti);
8463         else /* if (!pmap_pcid_enabled && !pti) */
8464                 return (pmap_activate_sw_nopcid_nopti);
8465 }
8466
8467 void
8468 pmap_activate_sw(struct thread *td)
8469 {
8470         pmap_t oldpmap, pmap;
8471         u_int cpuid;
8472
8473         oldpmap = PCPU_GET(curpmap);
8474         pmap = vmspace_pmap(td->td_proc->p_vmspace);
8475         if (oldpmap == pmap)
8476                 return;
8477         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
8478 #ifdef SMP
8479         CPU_SET_ATOMIC(cpuid, &pmap->pm_active);
8480 #else
8481         CPU_SET(cpuid, &pmap->pm_active);
8482 #endif
8483         pmap_activate_sw_mode(td, pmap, cpuid);
8484 #ifdef SMP
8485         CPU_CLR_ATOMIC(cpuid, &oldpmap->pm_active);
8486 #else
8487         CPU_CLR(cpuid, &oldpmap->pm_active);
8488 #endif
8489 }
8490
8491 void
8492 pmap_activate(struct thread *td)
8493 {
8494
8495         critical_enter();
8496         pmap_activate_sw(td);
8497         critical_exit();
8498 }
8499
8500 void
8501 pmap_activate_boot(pmap_t pmap)
8502 {
8503         uint64_t kcr3;
8504         u_int cpuid;
8505
8506         /*
8507          * kernel_pmap must be never deactivated, and we ensure that
8508          * by never activating it at all.
8509          */
8510         MPASS(pmap != kernel_pmap);
8511
8512         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
8513 #ifdef SMP
8514         CPU_SET_ATOMIC(cpuid, &pmap->pm_active);
8515 #else
8516         CPU_SET(cpuid, &pmap->pm_active);
8517 #endif
8518         PCPU_SET(curpmap, pmap);
8519         if (pti) {
8520                 kcr3 = pmap->pm_cr3;
8521                 if (pmap_pcid_enabled)
8522                         kcr3 |= pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid | CR3_PCID_SAVE;
8523         } else {
8524                 kcr3 = PMAP_NO_CR3;
8525         }
8526         PCPU_SET(kcr3, kcr3);
8527         PCPU_SET(ucr3, PMAP_NO_CR3);
8528 }
8529
8530 void
8531 pmap_sync_icache(pmap_t pm, vm_offset_t va, vm_size_t sz)
8532 {
8533 }
8534
8535 /*
8536  *      Increase the starting virtual address of the given mapping if a
8537  *      different alignment might result in more superpage mappings.
8538  */
8539 void
8540 pmap_align_superpage(vm_object_t object, vm_ooffset_t offset,
8541     vm_offset_t *addr, vm_size_t size)
8542 {
8543         vm_offset_t superpage_offset;
8544
8545         if (size < NBPDR)
8546                 return;
8547         if (object != NULL && (object->flags & OBJ_COLORED) != 0)
8548                 offset += ptoa(object->pg_color);
8549         superpage_offset = offset & PDRMASK;
8550         if (size - ((NBPDR - superpage_offset) & PDRMASK) < NBPDR ||
8551             (*addr & PDRMASK) == superpage_offset)
8552                 return;
8553         if ((*addr & PDRMASK) < superpage_offset)
8554                 *addr = (*addr & ~PDRMASK) + superpage_offset;
8555         else
8556                 *addr = ((*addr + PDRMASK) & ~PDRMASK) + superpage_offset;
8557 }
8558
8559 #ifdef INVARIANTS
8560 static unsigned long num_dirty_emulations;
8561 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_dirty_emulations, CTLFLAG_RW,
8562              &num_dirty_emulations, 0, NULL);
8563
8564 static unsigned long num_accessed_emulations;
8565 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_accessed_emulations, CTLFLAG_RW,
8566              &num_accessed_emulations, 0, NULL);
8567
8568 static unsigned long num_superpage_accessed_emulations;
8569 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_superpage_accessed_emulations, CTLFLAG_RW,
8570              &num_superpage_accessed_emulations, 0, NULL);
8571
8572 static unsigned long ad_emulation_superpage_promotions;
8573 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, ad_emulation_superpage_promotions, CTLFLAG_RW,
8574              &ad_emulation_superpage_promotions, 0, NULL);
8575 #endif  /* INVARIANTS */
8576
8577 int
8578 pmap_emulate_accessed_dirty(pmap_t pmap, vm_offset_t va, int ftype)
8579 {
8580         int rv;
8581         struct rwlock *lock;
8582 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
8583         vm_page_t m, mpte;
8584 #endif
8585         pd_entry_t *pde;
8586         pt_entry_t *pte, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
8587
8588         KASSERT(ftype == VM_PROT_READ || ftype == VM_PROT_WRITE,
8589             ("pmap_emulate_accessed_dirty: invalid fault type %d", ftype));
8590
8591         if (!pmap_emulate_ad_bits(pmap))
8592                 return (-1);
8593
8594         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
8595         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
8596         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
8597         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8598
8599         rv = -1;
8600         lock = NULL;
8601         PMAP_LOCK(pmap);
8602
8603         pde = pmap_pde(pmap, va);
8604         if (pde == NULL || (*pde & PG_V) == 0)
8605                 goto done;
8606
8607         if ((*pde & PG_PS) != 0) {
8608                 if (ftype == VM_PROT_READ) {
8609 #ifdef INVARIANTS
8610                         atomic_add_long(&num_superpage_accessed_emulations, 1);
8611 #endif
8612                         *pde |= PG_A;
8613                         rv = 0;
8614                 }
8615                 goto done;
8616         }
8617
8618         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
8619         if ((*pte & PG_V) == 0)
8620                 goto done;
8621
8622         if (ftype == VM_PROT_WRITE) {
8623                 if ((*pte & PG_RW) == 0)
8624                         goto done;
8625                 /*
8626                  * Set the modified and accessed bits simultaneously.
8627                  *
8628                  * Intel EPT PTEs that do software emulation of A/D bits map
8629                  * PG_A and PG_M to EPT_PG_READ and EPT_PG_WRITE respectively.
8630                  * An EPT misconfiguration is triggered if the PTE is writable
8631                  * but not readable (WR=10). This is avoided by setting PG_A
8632                  * and PG_M simultaneously.
8633                  */
8634                 *pte |= PG_M | PG_A;
8635         } else {
8636                 *pte |= PG_A;
8637         }
8638
8639 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
8640         /* try to promote the mapping */
8641         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
8642                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
8643         else
8644                 mpte = NULL;
8645
8646         m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pte & PG_FRAME);
8647
8648         if ((mpte == NULL || mpte->wire_count == NPTEPG) &&
8649             pmap_ps_enabled(pmap) &&
8650             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
8651             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0) {
8652                 pmap_promote_pde(pmap, pde, va, &lock);
8653 #ifdef INVARIANTS
8654                 atomic_add_long(&ad_emulation_superpage_promotions, 1);
8655 #endif
8656         }
8657 #endif
8658
8659 #ifdef INVARIANTS
8660         if (ftype == VM_PROT_WRITE)
8661                 atomic_add_long(&num_dirty_emulations, 1);
8662         else
8663                 atomic_add_long(&num_accessed_emulations, 1);
8664 #endif
8665         rv = 0;         /* success */
8666 done:
8667         if (lock != NULL)
8668                 rw_wunlock(lock);
8669         PMAP_UNLOCK(pmap);
8670         return (rv);
8671 }
8672
8673 void
8674 pmap_get_mapping(pmap_t pmap, vm_offset_t va, uint64_t *ptr, int *num)
8675 {
8676         pml4_entry_t *pml4;
8677         pdp_entry_t *pdp;
8678         pd_entry_t *pde;
8679         pt_entry_t *pte, PG_V;
8680         int idx;
8681
8682         idx = 0;
8683         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
8684         PMAP_LOCK(pmap);
8685
8686         pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
8687         ptr[idx++] = *pml4;
8688         if ((*pml4 & PG_V) == 0)
8689                 goto done;
8690
8691         pdp = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4, va);
8692         ptr[idx++] = *pdp;
8693         if ((*pdp & PG_V) == 0 || (*pdp & PG_PS) != 0)
8694                 goto done;
8695
8696         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdp, va);
8697         ptr[idx++] = *pde;
8698         if ((*pde & PG_V) == 0 || (*pde & PG_PS) != 0)
8699                 goto done;
8700
8701         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
8702         ptr[idx++] = *pte;
8703
8704 done:
8705         PMAP_UNLOCK(pmap);
8706         *num = idx;
8707 }
8708
8709 /**
8710  * Get the kernel virtual address of a set of physical pages. If there are
8711  * physical addresses not covered by the DMAP perform a transient mapping
8712  * that will be removed when calling pmap_unmap_io_transient.
8713  *
8714  * \param page        The pages the caller wishes to obtain the virtual
8715  *                    address on the kernel memory map.
8716  * \param vaddr       On return contains the kernel virtual memory address
8717  *                    of the pages passed in the page parameter.
8718  * \param count       Number of pages passed in.
8719  * \param can_fault   TRUE if the thread using the mapped pages can take
8720  *                    page faults, FALSE otherwise.
8721  *
8722  * \returns TRUE if the caller must call pmap_unmap_io_transient when
8723  *          finished or FALSE otherwise.
8724  *
8725  */
8726 boolean_t
8727 pmap_map_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
8728     boolean_t can_fault)
8729 {
8730         vm_paddr_t paddr;
8731         boolean_t needs_mapping;
8732         pt_entry_t *pte;
8733         int cache_bits, error __unused, i;
8734
8735         /*
8736          * Allocate any KVA space that we need, this is done in a separate
8737          * loop to prevent calling vmem_alloc while pinned.
8738          */
8739         needs_mapping = FALSE;
8740         for (i = 0; i < count; i++) {
8741                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
8742                 if (__predict_false(paddr >= dmaplimit)) {
8743                         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE,
8744                             M_BESTFIT | M_WAITOK, &vaddr[i]);
8745                         KASSERT(error == 0, ("vmem_alloc failed: %d", error));
8746                         needs_mapping = TRUE;
8747                 } else {
8748                         vaddr[i] = PHYS_TO_DMAP(paddr);
8749                 }
8750         }
8751
8752         /* Exit early if everything is covered by the DMAP */
8753         if (!needs_mapping)
8754                 return (FALSE);
8755
8756         /*
8757          * NB:  The sequence of updating a page table followed by accesses
8758          * to the corresponding pages used in the !DMAP case is subject to
8759          * the situation described in the "AMD64 Architecture Programmer's
8760          * Manual Volume 2: System Programming" rev. 3.23, "7.3.1 Special
8761          * Coherency Considerations".  Therefore, issuing the INVLPG right
8762          * after modifying the PTE bits is crucial.
8763          */
8764         if (!can_fault)
8765                 sched_pin();
8766         for (i = 0; i < count; i++) {
8767                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
8768                 if (paddr >= dmaplimit) {
8769                         if (can_fault) {
8770                                 /*
8771                                  * Slow path, since we can get page faults
8772                                  * while mappings are active don't pin the
8773                                  * thread to the CPU and instead add a global
8774                                  * mapping visible to all CPUs.
8775                                  */
8776                                 pmap_qenter(vaddr[i], &page[i], 1);
8777                         } else {
8778                                 pte = vtopte(vaddr[i]);
8779                                 cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap,
8780                                     page[i]->md.pat_mode, 0);
8781                                 pte_store(pte, paddr | X86_PG_RW | X86_PG_V |
8782                                     cache_bits);
8783                                 invlpg(vaddr[i]);
8784                         }
8785                 }
8786         }
8787
8788         return (needs_mapping);
8789 }
8790
8791 void
8792 pmap_unmap_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
8793     boolean_t can_fault)
8794 {
8795         vm_paddr_t paddr;
8796         int i;
8797
8798         if (!can_fault)
8799                 sched_unpin();
8800         for (i = 0; i < count; i++) {
8801                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
8802                 if (paddr >= dmaplimit) {
8803                         if (can_fault)
8804                                 pmap_qremove(vaddr[i], 1);
8805                         vmem_free(kernel_arena, vaddr[i], PAGE_SIZE);
8806                 }
8807         }
8808 }
8809
8810 vm_offset_t
8811 pmap_quick_enter_page(vm_page_t m)
8812 {
8813         vm_paddr_t paddr;
8814
8815         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
8816         if (paddr < dmaplimit)
8817                 return (PHYS_TO_DMAP(paddr));
8818         mtx_lock_spin(&qframe_mtx);
8819         KASSERT(*vtopte(qframe) == 0, ("qframe busy"));
8820         pte_store(vtopte(qframe), paddr | X86_PG_RW | X86_PG_V | X86_PG_A |
8821             X86_PG_M | pmap_cache_bits(kernel_pmap, m->md.pat_mode, 0));
8822         return (qframe);
8823 }
8824
8825 void
8826 pmap_quick_remove_page(vm_offset_t addr)
8827 {
8828
8829         if (addr != qframe)
8830                 return;
8831         pte_store(vtopte(qframe), 0);
8832         invlpg(qframe);
8833         mtx_unlock_spin(&qframe_mtx);
8834 }
8835
8836 /*
8837  * Pdp pages from the large map are managed differently from either
8838  * kernel or user page table pages.  They are permanently allocated at
8839  * initialization time, and their wire count is permanently set to
8840  * zero.  The pml4 entries pointing to those pages are copied into
8841  * each allocated pmap.
8842  *
8843  * In contrast, pd and pt pages are managed like user page table
8844  * pages.  They are dynamically allocated, and their wire count
8845  * represents the number of valid entries within the page.
8846  */
8847 static vm_page_t
8848 pmap_large_map_getptp_unlocked(void)
8849 {
8850         vm_page_t m;
8851
8852         m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
8853             VM_ALLOC_ZERO);
8854         if (m != NULL && (m->flags & PG_ZERO) == 0)
8855                 pmap_zero_page(m);
8856         return (m);
8857 }
8858
8859 static vm_page_t
8860 pmap_large_map_getptp(void)
8861 {
8862         vm_page_t m;
8863
8864         PMAP_LOCK_ASSERT(kernel_pmap, MA_OWNED);
8865         m = pmap_large_map_getptp_unlocked();
8866         if (m == NULL) {
8867                 PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
8868                 vm_wait(NULL);
8869                 PMAP_LOCK(kernel_pmap);
8870                 /* Callers retry. */
8871         }
8872         return (m);
8873 }
8874
8875 static pdp_entry_t *
8876 pmap_large_map_pdpe(vm_offset_t va)
8877 {
8878         vm_pindex_t pml4_idx;
8879         vm_paddr_t mphys;
8880
8881         pml4_idx = pmap_pml4e_index(va);
8882         KASSERT(LMSPML4I <= pml4_idx && pml4_idx < LMSPML4I + lm_ents,
8883             ("pmap_large_map_pdpe: va %#jx out of range idx %#jx LMSPML4I "
8884             "%#jx lm_ents %d",
8885             (uintmax_t)va, (uintmax_t)pml4_idx, LMSPML4I, lm_ents));
8886         KASSERT((kernel_pmap->pm_pml4[pml4_idx] & X86_PG_V) != 0,
8887             ("pmap_large_map_pdpe: invalid pml4 for va %#jx idx %#jx "
8888             "LMSPML4I %#jx lm_ents %d",
8889             (uintmax_t)va, (uintmax_t)pml4_idx, LMSPML4I, lm_ents));
8890         mphys = kernel_pmap->pm_pml4[pml4_idx] & PG_FRAME;
8891         return ((pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys) + pmap_pdpe_index(va));
8892 }
8893
8894 static pd_entry_t *
8895 pmap_large_map_pde(vm_offset_t va)
8896 {
8897         pdp_entry_t *pdpe;
8898         vm_page_t m;
8899         vm_paddr_t mphys;
8900
8901 retry:
8902         pdpe = pmap_large_map_pdpe(va);
8903         if (*pdpe == 0) {
8904                 m = pmap_large_map_getptp();
8905                 if (m == NULL)
8906                         goto retry;
8907                 mphys = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
8908                 *pdpe = mphys | X86_PG_A | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
8909         } else {
8910                 MPASS((*pdpe & X86_PG_PS) == 0);
8911                 mphys = *pdpe & PG_FRAME;
8912         }
8913         return ((pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys) + pmap_pde_index(va));
8914 }
8915
8916 static pt_entry_t *
8917 pmap_large_map_pte(vm_offset_t va)
8918 {
8919         pd_entry_t *pde;
8920         vm_page_t m;
8921         vm_paddr_t mphys;
8922
8923 retry:
8924         pde = pmap_large_map_pde(va);
8925         if (*pde == 0) {
8926                 m = pmap_large_map_getptp();
8927                 if (m == NULL)
8928                         goto retry;
8929                 mphys = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
8930                 *pde = mphys | X86_PG_A | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
8931                 PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pde))->wire_count++;
8932         } else {
8933                 MPASS((*pde & X86_PG_PS) == 0);
8934                 mphys = *pde & PG_FRAME;
8935         }
8936         return ((pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys) + pmap_pte_index(va));
8937 }
8938
8939 static vm_paddr_t
8940 pmap_large_map_kextract(vm_offset_t va)
8941 {
8942         pdp_entry_t *pdpe, pdp;
8943         pd_entry_t *pde, pd;
8944         pt_entry_t *pte, pt;
8945
8946         KASSERT(LARGEMAP_MIN_ADDRESS <= va && va < PMAP_LARGEMAP_MAX_ADDRESS(),
8947             ("not largemap range %#lx", (u_long)va));
8948         pdpe = pmap_large_map_pdpe(va);
8949         pdp = *pdpe;
8950         KASSERT((pdp & X86_PG_V) != 0,
8951             ("invalid pdp va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
8952             (u_long)pdpe, pdp));
8953         if ((pdp & X86_PG_PS) != 0) {
8954                 KASSERT((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0,
8955                     ("no 1G pages, va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
8956                     (u_long)pdpe, pdp));
8957                 return ((pdp & PG_PS_PDP_FRAME) | (va & PDPMASK));
8958         }
8959         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
8960         pd = *pde;
8961         KASSERT((pd & X86_PG_V) != 0,
8962             ("invalid pd va %#lx pde %#lx pd %#lx", va, (u_long)pde, pd));
8963         if ((pd & X86_PG_PS) != 0)
8964                 return ((pd & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK));
8965         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
8966         pt = *pte;
8967         KASSERT((pt & X86_PG_V) != 0,
8968             ("invalid pte va %#lx pte %#lx pt %#lx", va, (u_long)pte, pt));
8969         return ((pt & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK));
8970 }
8971
8972 static int
8973 pmap_large_map_getva(vm_size_t len, vm_offset_t align, vm_offset_t phase,
8974     vmem_addr_t *vmem_res)
8975 {
8976
8977         /*
8978          * Large mappings are all but static.  Consequently, there
8979          * is no point in waiting for an earlier allocation to be
8980          * freed.
8981          */
8982         return (vmem_xalloc(large_vmem, len, align, phase, 0, VMEM_ADDR_MIN,
8983             VMEM_ADDR_MAX, M_NOWAIT | M_BESTFIT, vmem_res));
8984 }
8985
8986 int
8987 pmap_large_map(vm_paddr_t spa, vm_size_t len, void **addr,
8988     vm_memattr_t mattr)
8989 {
8990         pdp_entry_t *pdpe;
8991         pd_entry_t *pde;
8992         pt_entry_t *pte;
8993         vm_offset_t va, inc;
8994         vmem_addr_t vmem_res;
8995         vm_paddr_t pa;
8996         int error;
8997
8998         if (len == 0 || spa + len < spa)
8999                 return (EINVAL);
9000
9001         /* See if DMAP can serve. */
9002         if (spa + len <= dmaplimit) {
9003                 va = PHYS_TO_DMAP(spa);
9004                 *addr = (void *)va;
9005                 return (pmap_change_attr(va, len, mattr));
9006         }
9007
9008         /*
9009          * No, allocate KVA.  Fit the address with best possible
9010          * alignment for superpages.  Fall back to worse align if
9011          * failed.
9012          */
9013         error = ENOMEM;
9014         if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0 && rounddown2(spa + len,
9015             NBPDP) >= roundup2(spa, NBPDP) + NBPDP)
9016                 error = pmap_large_map_getva(len, NBPDP, spa & PDPMASK,
9017                     &vmem_res);
9018         if (error != 0 && rounddown2(spa + len, NBPDR) >= roundup2(spa,
9019             NBPDR) + NBPDR)
9020                 error = pmap_large_map_getva(len, NBPDR, spa & PDRMASK,
9021                     &vmem_res);
9022         if (error != 0)
9023                 error = pmap_large_map_getva(len, PAGE_SIZE, 0, &vmem_res);
9024         if (error != 0)
9025                 return (error);
9026
9027         /*
9028          * Fill pagetable.  PG_M is not pre-set, we scan modified bits
9029          * in the pagetable to minimize flushing.  No need to
9030          * invalidate TLB, since we only update invalid entries.
9031          */
9032         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
9033         for (pa = spa, va = vmem_res; len > 0; pa += inc, va += inc,
9034             len -= inc) {
9035                 if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0 && len >= NBPDP &&
9036                     (pa & PDPMASK) == 0 && (va & PDPMASK) == 0) {
9037                         pdpe = pmap_large_map_pdpe(va);
9038                         MPASS(*pdpe == 0);
9039                         *pdpe = pa | pg_g | X86_PG_PS | X86_PG_RW |
9040                             X86_PG_V | X86_PG_A | pg_nx |
9041                             pmap_cache_bits(kernel_pmap, mattr, TRUE);
9042                         inc = NBPDP;
9043                 } else if (len >= NBPDR && (pa & PDRMASK) == 0 &&
9044                     (va & PDRMASK) == 0) {
9045                         pde = pmap_large_map_pde(va);
9046                         MPASS(*pde == 0);
9047                         *pde = pa | pg_g | X86_PG_PS | X86_PG_RW |
9048                             X86_PG_V | X86_PG_A | pg_nx |
9049                             pmap_cache_bits(kernel_pmap, mattr, TRUE);
9050                         PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pde))->
9051                             wire_count++;
9052                         inc = NBPDR;
9053                 } else {
9054                         pte = pmap_large_map_pte(va);
9055                         MPASS(*pte == 0);
9056                         *pte = pa | pg_g | X86_PG_RW | X86_PG_V |
9057                             X86_PG_A | pg_nx | pmap_cache_bits(kernel_pmap,
9058                             mattr, FALSE);
9059                         PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pte))->
9060                             wire_count++;
9061                         inc = PAGE_SIZE;
9062                 }
9063         }
9064         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
9065         MPASS(len == 0);
9066
9067         *addr = (void *)vmem_res;
9068         return (0);
9069 }
9070
9071 void
9072 pmap_large_unmap(void *svaa, vm_size_t len)
9073 {
9074         vm_offset_t sva, va;
9075         vm_size_t inc;
9076         pdp_entry_t *pdpe, pdp;
9077         pd_entry_t *pde, pd;
9078         pt_entry_t *pte;
9079         vm_page_t m;
9080         struct spglist spgf;
9081
9082         sva = (vm_offset_t)svaa;
9083         if (len == 0 || sva + len < sva || (sva >= DMAP_MIN_ADDRESS &&
9084             sva + len <= DMAP_MIN_ADDRESS + dmaplimit))
9085                 return;
9086
9087         SLIST_INIT(&spgf);
9088         KASSERT(LARGEMAP_MIN_ADDRESS <= sva &&
9089             sva + len <= PMAP_LARGEMAP_MAX_ADDRESS(),
9090             ("not largemap range %#lx %#lx", (u_long)svaa, (u_long)svaa + len));
9091         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
9092         for (va = sva; va < sva + len; va += inc) {
9093                 pdpe = pmap_large_map_pdpe(va);
9094                 pdp = *pdpe;
9095                 KASSERT((pdp & X86_PG_V) != 0,
9096                     ("invalid pdp va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
9097                     (u_long)pdpe, pdp));
9098                 if ((pdp & X86_PG_PS) != 0) {
9099                         KASSERT((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0,
9100                             ("no 1G pages, va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
9101                             (u_long)pdpe, pdp));
9102                         KASSERT((va & PDPMASK) == 0,
9103                             ("PDPMASK bit set, va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
9104                             (u_long)pdpe, pdp));
9105                         KASSERT(va + NBPDP <= sva + len,
9106                             ("unmap covers partial 1GB page, sva %#lx va %#lx "
9107                             "pdpe %#lx pdp %#lx len %#lx", sva, va,
9108                             (u_long)pdpe, pdp, len));
9109                         *pdpe = 0;
9110                         inc = NBPDP;
9111                         continue;
9112                 }
9113                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
9114                 pd = *pde;
9115                 KASSERT((pd & X86_PG_V) != 0,
9116                     ("invalid pd va %#lx pde %#lx pd %#lx", va,
9117                     (u_long)pde, pd));
9118                 if ((pd & X86_PG_PS) != 0) {
9119                         KASSERT((va & PDRMASK) == 0,
9120                             ("PDRMASK bit set, va %#lx pde %#lx pd %#lx", va,
9121                             (u_long)pde, pd));
9122                         KASSERT(va + NBPDR <= sva + len,
9123                             ("unmap covers partial 2MB page, sva %#lx va %#lx "
9124                             "pde %#lx pd %#lx len %#lx", sva, va, (u_long)pde,
9125                             pd, len));
9126                         pde_store(pde, 0);
9127                         inc = NBPDR;
9128                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pde));
9129                         m->wire_count--;
9130                         if (m->wire_count == 0) {
9131                                 *pdpe = 0;
9132                                 SLIST_INSERT_HEAD(&spgf, m, plinks.s.ss);
9133                         }
9134                         continue;
9135                 }
9136                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
9137                 KASSERT((*pte & X86_PG_V) != 0,
9138                     ("invalid pte va %#lx pte %#lx pt %#lx", va,
9139                     (u_long)pte, *pte));
9140                 pte_clear(pte);
9141                 inc = PAGE_SIZE;
9142                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pte));
9143                 m->wire_count--;
9144                 if (m->wire_count == 0) {
9145                         *pde = 0;
9146                         SLIST_INSERT_HEAD(&spgf, m, plinks.s.ss);
9147                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pde));
9148                         m->wire_count--;
9149                         if (m->wire_count == 0) {
9150                                 *pdpe = 0;
9151                                 SLIST_INSERT_HEAD(&spgf, m, plinks.s.ss);
9152                         }
9153                 }
9154         }
9155         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, sva + len);
9156         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
9157         vm_page_free_pages_toq(&spgf, false);
9158         vmem_free(large_vmem, sva, len);
9159 }
9160
9161 static void
9162 pmap_large_map_wb_fence_mfence(void)
9163 {
9164
9165         mfence();
9166 }
9167
9168 static void
9169 pmap_large_map_wb_fence_sfence(void)
9170 {
9171
9172         sfence();
9173 }
9174
9175 static void
9176 pmap_large_map_wb_fence_nop(void)
9177 {
9178 }
9179
9180 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_large_map_wb_fence, (void))
9181 {
9182
9183         if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
9184                 return (pmap_large_map_wb_fence_mfence);
9185         else if ((cpu_stdext_feature & (CPUID_STDEXT_CLWB |
9186             CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT)) == 0)
9187                 return (pmap_large_map_wb_fence_sfence);
9188         else
9189                 /* clflush is strongly enough ordered */
9190                 return (pmap_large_map_wb_fence_nop);
9191 }
9192
9193 static void
9194 pmap_large_map_flush_range_clwb(vm_offset_t va, vm_size_t len)
9195 {
9196
9197         for (; len > 0; len -= cpu_clflush_line_size,
9198             va += cpu_clflush_line_size)
9199                 clwb(va);
9200 }
9201
9202 static void
9203 pmap_large_map_flush_range_clflushopt(vm_offset_t va, vm_size_t len)
9204 {
9205
9206         for (; len > 0; len -= cpu_clflush_line_size,
9207             va += cpu_clflush_line_size)
9208                 clflushopt(va);
9209 }
9210
9211 static void
9212 pmap_large_map_flush_range_clflush(vm_offset_t va, vm_size_t len)
9213 {
9214
9215         for (; len > 0; len -= cpu_clflush_line_size,
9216             va += cpu_clflush_line_size)
9217                 clflush(va);
9218 }
9219
9220 static void
9221 pmap_large_map_flush_range_nop(vm_offset_t sva __unused, vm_size_t len __unused)
9222 {
9223 }
9224
9225 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_large_map_flush_range, (vm_offset_t, vm_size_t))
9226 {
9227
9228         if ((cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLWB) != 0)
9229                 return (pmap_large_map_flush_range_clwb);
9230         else if ((cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT) != 0)
9231                 return (pmap_large_map_flush_range_clflushopt);
9232         else if ((cpu_feature & CPUID_CLFSH) != 0)
9233                 return (pmap_large_map_flush_range_clflush);
9234         else
9235                 return (pmap_large_map_flush_range_nop);
9236 }
9237
9238 static void
9239 pmap_large_map_wb_large(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
9240 {
9241         volatile u_long *pe;
9242         u_long p;
9243         vm_offset_t va;
9244         vm_size_t inc;
9245         bool seen_other;
9246
9247         for (va = sva; va < eva; va += inc) {
9248                 inc = 0;
9249                 if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0) {
9250                         pe = (volatile u_long *)pmap_large_map_pdpe(va);
9251                         p = *pe;
9252                         if ((p & X86_PG_PS) != 0)
9253                                 inc = NBPDP;
9254                 }
9255                 if (inc == 0) {
9256                         pe = (volatile u_long *)pmap_large_map_pde(va);
9257                         p = *pe;
9258                         if ((p & X86_PG_PS) != 0)
9259                                 inc = NBPDR;
9260                 }
9261                 if (inc == 0) {
9262                         pe = (volatile u_long *)pmap_large_map_pte(va);
9263                         p = *pe;
9264                         inc = PAGE_SIZE;
9265                 }
9266                 seen_other = false;
9267                 for (;;) {
9268                         if ((p & X86_PG_AVAIL1) != 0) {
9269                                 /*
9270                                  * Spin-wait for the end of a parallel
9271                                  * write-back.
9272                                  */
9273                                 cpu_spinwait();
9274                                 p = *pe;
9275
9276                                 /*
9277                                  * If we saw other write-back
9278                                  * occuring, we cannot rely on PG_M to
9279                                  * indicate state of the cache.  The
9280                                  * PG_M bit is cleared before the
9281                                  * flush to avoid ignoring new writes,
9282                                  * and writes which are relevant for
9283                                  * us might happen after.
9284                                  */
9285                                 seen_other = true;
9286                                 continue;
9287                         }
9288
9289                         if ((p & X86_PG_M) != 0 || seen_other) {
9290                                 if (!atomic_fcmpset_long(pe, &p,
9291                                     (p & ~X86_PG_M) | X86_PG_AVAIL1))
9292                                         /*
9293                                          * If we saw PG_M without
9294                                          * PG_AVAIL1, and then on the
9295                                          * next attempt we do not
9296                                          * observe either PG_M or
9297                                          * PG_AVAIL1, the other
9298                                          * write-back started after us
9299                                          * and finished before us.  We
9300                                          * can rely on it doing our
9301                                          * work.
9302                                          */
9303                                         continue;
9304                                 pmap_large_map_flush_range(va, inc);
9305                                 atomic_clear_long(pe, X86_PG_AVAIL1);
9306                         }
9307                         break;
9308                 }
9309                 maybe_yield();
9310         }
9311 }
9312
9313 /*
9314  * Write-back cache lines for the given address range.
9315  *
9316  * Must be called only on the range or sub-range returned from
9317  * pmap_large_map().  Must not be called on the coalesced ranges.
9318  *
9319  * Does nothing on CPUs without CLWB, CLFLUSHOPT, or CLFLUSH
9320  * instructions support.
9321  */
9322 void
9323 pmap_large_map_wb(void *svap, vm_size_t len)
9324 {
9325         vm_offset_t eva, sva;
9326
9327         sva = (vm_offset_t)svap;
9328         eva = sva + len;
9329         pmap_large_map_wb_fence();
9330         if (sva >= DMAP_MIN_ADDRESS && eva <= DMAP_MIN_ADDRESS + dmaplimit) {
9331                 pmap_large_map_flush_range(sva, len);
9332         } else {
9333                 KASSERT(sva >= LARGEMAP_MIN_ADDRESS &&
9334                     eva <= LARGEMAP_MIN_ADDRESS + lm_ents * NBPML4,
9335                     ("pmap_large_map_wb: not largemap %#lx %#lx", sva, len));
9336                 pmap_large_map_wb_large(sva, eva);
9337         }
9338         pmap_large_map_wb_fence();
9339 }
9340
9341 static vm_page_t
9342 pmap_pti_alloc_page(void)
9343 {
9344         vm_page_t m;
9345
9346         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
9347         m = vm_page_grab(pti_obj, pti_pg_idx++, VM_ALLOC_NOBUSY |
9348             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
9349         return (m);
9350 }
9351
9352 static bool
9353 pmap_pti_free_page(vm_page_t m)
9354 {
9355
9356         KASSERT(m->wire_count > 0, ("page %p not wired", m));
9357         if (!vm_page_unwire_noq(m))
9358                 return (false);
9359         vm_page_free_zero(m);
9360         return (true);
9361 }
9362
9363 static void
9364 pmap_pti_init(void)
9365 {
9366         vm_page_t pml4_pg;
9367         pdp_entry_t *pdpe;
9368         vm_offset_t va;
9369         int i;
9370
9371         if (!pti)
9372                 return;
9373         pti_obj = vm_pager_allocate(OBJT_PHYS, NULL, 0, VM_PROT_ALL, 0, NULL);
9374         VM_OBJECT_WLOCK(pti_obj);
9375         pml4_pg = pmap_pti_alloc_page();
9376         pti_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml4_pg));
9377         for (va = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS; va <= VM_MAX_KERNEL_ADDRESS &&
9378             va >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS && va > NBPML4; va += NBPML4) {
9379                 pdpe = pmap_pti_pdpe(va);
9380                 pmap_pti_wire_pte(pdpe);
9381         }
9382         pmap_pti_add_kva_locked((vm_offset_t)&__pcpu[0],
9383             (vm_offset_t)&__pcpu[0] + sizeof(__pcpu[0]) * MAXCPU, false);
9384         pmap_pti_add_kva_locked((vm_offset_t)gdt, (vm_offset_t)gdt +
9385             sizeof(struct user_segment_descriptor) * NGDT * MAXCPU, false);
9386         pmap_pti_add_kva_locked((vm_offset_t)idt, (vm_offset_t)idt +
9387             sizeof(struct gate_descriptor) * NIDT, false);
9388         pmap_pti_add_kva_locked((vm_offset_t)common_tss,
9389             (vm_offset_t)common_tss + sizeof(struct amd64tss) * MAXCPU, false);
9390         CPU_FOREACH(i) {
9391                 /* Doublefault stack IST 1 */
9392                 va = common_tss[i].tss_ist1;
9393                 pmap_pti_add_kva_locked(va - PAGE_SIZE, va, false);
9394                 /* NMI stack IST 2 */
9395                 va = common_tss[i].tss_ist2 + sizeof(struct nmi_pcpu);
9396                 pmap_pti_add_kva_locked(va - PAGE_SIZE, va, false);
9397                 /* MC# stack IST 3 */
9398                 va = common_tss[i].tss_ist3 + sizeof(struct nmi_pcpu);
9399                 pmap_pti_add_kva_locked(va - PAGE_SIZE, va, false);
9400                 /* DB# stack IST 4 */
9401                 va = common_tss[i].tss_ist4 + sizeof(struct nmi_pcpu);
9402                 pmap_pti_add_kva_locked(va - PAGE_SIZE, va, false);
9403         }
9404         pmap_pti_add_kva_locked((vm_offset_t)kernphys + KERNBASE,
9405             (vm_offset_t)etext, true);
9406         pti_finalized = true;
9407         VM_OBJECT_WUNLOCK(pti_obj);
9408 }
9409 SYSINIT(pmap_pti, SI_SUB_CPU + 1, SI_ORDER_ANY, pmap_pti_init, NULL);
9410
9411 static pdp_entry_t *
9412 pmap_pti_pdpe(vm_offset_t va)
9413 {
9414         pml4_entry_t *pml4e;
9415         pdp_entry_t *pdpe;
9416         vm_page_t m;
9417         vm_pindex_t pml4_idx;
9418         vm_paddr_t mphys;
9419
9420         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
9421
9422         pml4_idx = pmap_pml4e_index(va);
9423         pml4e = &pti_pml4[pml4_idx];
9424         m = NULL;
9425         if (*pml4e == 0) {
9426                 if (pti_finalized)
9427                         panic("pml4 alloc after finalization\n");
9428                 m = pmap_pti_alloc_page();
9429                 if (*pml4e != 0) {
9430                         pmap_pti_free_page(m);
9431                         mphys = *pml4e & ~PAGE_MASK;
9432                 } else {
9433                         mphys = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
9434                         *pml4e = mphys | X86_PG_RW | X86_PG_V;
9435                 }
9436         } else {
9437                 mphys = *pml4e & ~PAGE_MASK;
9438         }
9439         pdpe = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys) + pmap_pdpe_index(va);
9440         return (pdpe);
9441 }
9442
9443 static void
9444 pmap_pti_wire_pte(void *pte)
9445 {
9446         vm_page_t m;
9447
9448         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
9449         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pte));
9450         m->wire_count++;
9451 }
9452
9453 static void
9454 pmap_pti_unwire_pde(void *pde, bool only_ref)
9455 {
9456         vm_page_t m;
9457
9458         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
9459         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pde));
9460         MPASS(m->wire_count > 0);
9461         MPASS(only_ref || m->wire_count > 1);
9462         pmap_pti_free_page(m);
9463 }
9464
9465 static void
9466 pmap_pti_unwire_pte(void *pte, vm_offset_t va)
9467 {
9468         vm_page_t m;
9469         pd_entry_t *pde;
9470
9471         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
9472         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pte));
9473         MPASS(m->wire_count > 0);
9474         if (pmap_pti_free_page(m)) {
9475                 pde = pmap_pti_pde(va);
9476                 MPASS((*pde & (X86_PG_PS | X86_PG_V)) == X86_PG_V);
9477                 *pde = 0;
9478                 pmap_pti_unwire_pde(pde, false);
9479         }
9480 }
9481
9482 static pd_entry_t *
9483 pmap_pti_pde(vm_offset_t va)
9484 {
9485         pdp_entry_t *pdpe;
9486         pd_entry_t *pde;
9487         vm_page_t m;
9488         vm_pindex_t pd_idx;
9489         vm_paddr_t mphys;
9490
9491         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
9492
9493         pdpe = pmap_pti_pdpe(va);
9494         if (*pdpe == 0) {
9495                 m = pmap_pti_alloc_page();
9496                 if (*pdpe != 0) {
9497                         pmap_pti_free_page(m);
9498                         MPASS((*pdpe & X86_PG_PS) == 0);
9499                         mphys = *pdpe & ~PAGE_MASK;
9500                 } else {
9501                         mphys =  VM_PAGE_TO_PHYS(m);
9502                         *pdpe = mphys | X86_PG_RW | X86_PG_V;
9503                 }
9504         } else {
9505                 MPASS((*pdpe & X86_PG_PS) == 0);
9506                 mphys = *pdpe & ~PAGE_MASK;
9507         }
9508
9509         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys);
9510         pd_idx = pmap_pde_index(va);
9511         pde += pd_idx;
9512         return (pde);
9513 }
9514
9515 static pt_entry_t *
9516 pmap_pti_pte(vm_offset_t va, bool *unwire_pde)
9517 {
9518         pd_entry_t *pde;
9519         pt_entry_t *pte;
9520         vm_page_t m;
9521         vm_paddr_t mphys;
9522
9523         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
9524
9525         pde = pmap_pti_pde(va);
9526         if (unwire_pde != NULL) {
9527                 *unwire_pde = true;
9528                 pmap_pti_wire_pte(pde);
9529         }
9530         if (*pde == 0) {
9531                 m = pmap_pti_alloc_page();
9532                 if (*pde != 0) {
9533                         pmap_pti_free_page(m);
9534                         MPASS((*pde & X86_PG_PS) == 0);
9535                         mphys = *pde & ~(PAGE_MASK | pg_nx);
9536                 } else {
9537                         mphys = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
9538                         *pde = mphys | X86_PG_RW | X86_PG_V;
9539                         if (unwire_pde != NULL)
9540                                 *unwire_pde = false;
9541                 }
9542         } else {
9543                 MPASS((*pde & X86_PG_PS) == 0);
9544                 mphys = *pde & ~(PAGE_MASK | pg_nx);
9545         }
9546
9547         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys);
9548         pte += pmap_pte_index(va);
9549
9550         return (pte);
9551 }
9552
9553 static void
9554 pmap_pti_add_kva_locked(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, bool exec)
9555 {
9556         vm_paddr_t pa;
9557         pd_entry_t *pde;
9558         pt_entry_t *pte, ptev;
9559         bool unwire_pde;
9560
9561         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
9562
9563         sva = trunc_page(sva);
9564         MPASS(sva > VM_MAXUSER_ADDRESS);
9565         eva = round_page(eva);
9566         MPASS(sva < eva);
9567         for (; sva < eva; sva += PAGE_SIZE) {
9568                 pte = pmap_pti_pte(sva, &unwire_pde);
9569                 pa = pmap_kextract(sva);
9570                 ptev = pa | X86_PG_RW | X86_PG_V | X86_PG_A | X86_PG_G |
9571                     (exec ? 0 : pg_nx) | pmap_cache_bits(kernel_pmap,
9572                     VM_MEMATTR_DEFAULT, FALSE);
9573                 if (*pte == 0) {
9574                         pte_store(pte, ptev);
9575                         pmap_pti_wire_pte(pte);
9576                 } else {
9577                         KASSERT(!pti_finalized,
9578                             ("pti overlap after fin %#lx %#lx %#lx",
9579                             sva, *pte, ptev));
9580                         KASSERT(*pte == ptev,
9581                             ("pti non-identical pte after fin %#lx %#lx %#lx",
9582                             sva, *pte, ptev));
9583                 }
9584                 if (unwire_pde) {
9585                         pde = pmap_pti_pde(sva);
9586                         pmap_pti_unwire_pde(pde, true);
9587                 }
9588         }
9589 }
9590
9591 void
9592 pmap_pti_add_kva(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, bool exec)
9593 {
9594
9595         if (!pti)
9596                 return;
9597         VM_OBJECT_WLOCK(pti_obj);
9598         pmap_pti_add_kva_locked(sva, eva, exec);
9599         VM_OBJECT_WUNLOCK(pti_obj);
9600 }
9601
9602 void
9603 pmap_pti_remove_kva(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
9604 {
9605         pt_entry_t *pte;
9606         vm_offset_t va;
9607
9608         if (!pti)
9609                 return;
9610         sva = rounddown2(sva, PAGE_SIZE);
9611         MPASS(sva > VM_MAXUSER_ADDRESS);
9612         eva = roundup2(eva, PAGE_SIZE);
9613         MPASS(sva < eva);
9614         VM_OBJECT_WLOCK(pti_obj);
9615         for (va = sva; va < eva; va += PAGE_SIZE) {
9616                 pte = pmap_pti_pte(va, NULL);
9617                 KASSERT((*pte & X86_PG_V) != 0,
9618                     ("invalid pte va %#lx pte %#lx pt %#lx", va,
9619                     (u_long)pte, *pte));
9620                 pte_clear(pte);
9621                 pmap_pti_unwire_pte(pte, va);
9622         }
9623         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, eva);
9624         VM_OBJECT_WUNLOCK(pti_obj);
9625 }
9626
9627 static void *
9628 pkru_dup_range(void *ctx __unused, void *data)
9629 {
9630         struct pmap_pkru_range *node, *new_node;
9631
9632         new_node = uma_zalloc(pmap_pkru_ranges_zone, M_NOWAIT);
9633         if (new_node == NULL)
9634                 return (NULL);
9635         node = data;
9636         memcpy(new_node, node, sizeof(*node));
9637         return (new_node);
9638 }
9639
9640 static void
9641 pkru_free_range(void *ctx __unused, void *node)
9642 {
9643
9644         uma_zfree(pmap_pkru_ranges_zone, node);
9645 }
9646
9647 static int
9648 pmap_pkru_assign(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, u_int keyidx,
9649     int flags)
9650 {
9651         struct pmap_pkru_range *ppr;
9652         int error;
9653
9654         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
9655         MPASS(pmap->pm_type == PT_X86);
9656         MPASS((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0);
9657         if ((flags & AMD64_PKRU_EXCL) != 0 &&
9658             !rangeset_check_empty(&pmap->pm_pkru, sva, eva))
9659                 return (EBUSY);
9660         ppr = uma_zalloc(pmap_pkru_ranges_zone, M_NOWAIT);
9661         if (ppr == NULL)
9662                 return (ENOMEM);
9663         ppr->pkru_keyidx = keyidx;
9664         ppr->pkru_flags = flags & AMD64_PKRU_PERSIST;
9665         error = rangeset_insert(&pmap->pm_pkru, sva, eva, ppr);
9666         if (error != 0)
9667                 uma_zfree(pmap_pkru_ranges_zone, ppr);
9668         return (error);
9669 }
9670
9671 static int
9672 pmap_pkru_deassign(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
9673 {
9674
9675         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
9676         MPASS(pmap->pm_type == PT_X86);
9677         MPASS((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0);
9678         return (rangeset_remove(&pmap->pm_pkru, sva, eva));
9679 }
9680
9681 static void
9682 pmap_pkru_deassign_all(pmap_t pmap)
9683 {
9684
9685         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
9686         if (pmap->pm_type == PT_X86 &&
9687             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0)
9688                 rangeset_remove_all(&pmap->pm_pkru);
9689 }
9690
9691 static bool
9692 pmap_pkru_same(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
9693 {
9694         struct pmap_pkru_range *ppr, *prev_ppr;
9695         vm_offset_t va;
9696
9697         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
9698         if (pmap->pm_type != PT_X86 ||
9699             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) == 0 ||
9700             sva >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
9701                 return (true);
9702         MPASS(eva <= VM_MAXUSER_ADDRESS);
9703         for (va = sva, prev_ppr = NULL; va < eva;) {
9704                 ppr = rangeset_lookup(&pmap->pm_pkru, va);
9705                 if ((ppr == NULL) ^ (prev_ppr == NULL))
9706                         return (false);
9707                 if (ppr == NULL) {
9708                         va += PAGE_SIZE;
9709                         continue;
9710                 }
9711                 if (prev_ppr->pkru_keyidx != ppr->pkru_keyidx)
9712                         return (false);
9713                 va = ppr->pkru_rs_el.re_end;
9714         }
9715         return (true);
9716 }
9717
9718 static pt_entry_t
9719 pmap_pkru_get(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
9720 {
9721         struct pmap_pkru_range *ppr;
9722
9723         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
9724         if (pmap->pm_type != PT_X86 ||
9725             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) == 0 ||
9726             va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
9727                 return (0);
9728         ppr = rangeset_lookup(&pmap->pm_pkru, va);
9729         if (ppr != NULL)
9730                 return (X86_PG_PKU(ppr->pkru_keyidx));
9731         return (0);
9732 }
9733
9734 static bool
9735 pred_pkru_on_remove(void *ctx __unused, void *r)
9736 {
9737         struct pmap_pkru_range *ppr;
9738
9739         ppr = r;
9740         return ((ppr->pkru_flags & AMD64_PKRU_PERSIST) == 0);
9741 }
9742
9743 static void
9744 pmap_pkru_on_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
9745 {
9746
9747         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
9748         if (pmap->pm_type == PT_X86 &&
9749             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0) {
9750                 rangeset_remove_pred(&pmap->pm_pkru, sva, eva,
9751                     pred_pkru_on_remove);
9752         }
9753 }
9754
9755 static int
9756 pmap_pkru_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap)
9757 {
9758
9759         PMAP_LOCK_ASSERT(dst_pmap, MA_OWNED);
9760         PMAP_LOCK_ASSERT(src_pmap, MA_OWNED);
9761         MPASS(dst_pmap->pm_type == PT_X86);
9762         MPASS(src_pmap->pm_type == PT_X86);
9763         MPASS((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0);
9764         if (src_pmap->pm_pkru.rs_data_ctx == NULL)
9765                 return (0);
9766         return (rangeset_copy(&dst_pmap->pm_pkru, &src_pmap->pm_pkru));
9767 }
9768
9769 static void
9770 pmap_pkru_update_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
9771     u_int keyidx)
9772 {
9773         pml4_entry_t *pml4e;
9774         pdp_entry_t *pdpe;
9775         pd_entry_t newpde, ptpaddr, *pde;
9776         pt_entry_t newpte, *ptep, pte;
9777         vm_offset_t va, va_next;
9778         bool changed;
9779
9780         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
9781         MPASS(pmap->pm_type == PT_X86);
9782         MPASS(keyidx <= PMAP_MAX_PKRU_IDX);
9783
9784         for (changed = false, va = sva; va < eva; va = va_next) {
9785                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, va);
9786                 if ((*pml4e & X86_PG_V) == 0) {
9787                         va_next = (va + NBPML4) & ~PML4MASK;
9788                         if (va_next < va)
9789                                 va_next = eva;
9790                         continue;
9791                 }
9792
9793                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, va);
9794                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0) {
9795                         va_next = (va + NBPDP) & ~PDPMASK;
9796                         if (va_next < va)
9797                                 va_next = eva;
9798                         continue;
9799                 }
9800
9801                 va_next = (va + NBPDR) & ~PDRMASK;
9802                 if (va_next < va)
9803                         va_next = eva;
9804
9805                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
9806                 ptpaddr = *pde;
9807                 if (ptpaddr == 0)
9808                         continue;
9809
9810                 MPASS((ptpaddr & X86_PG_V) != 0);
9811                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
9812                         if (va + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
9813                                 newpde = (ptpaddr & ~X86_PG_PKU_MASK) |
9814                                     X86_PG_PKU(keyidx);
9815                                 if (newpde != ptpaddr) {
9816                                         *pde = newpde;
9817                                         changed = true;
9818                                 }
9819                                 continue;
9820                         } else if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, va)) {
9821                                 continue;
9822                         }
9823                 }
9824
9825                 if (va_next > eva)
9826                         va_next = eva;
9827
9828                 for (ptep = pmap_pde_to_pte(pde, va); va != va_next;
9829                     ptep++, va += PAGE_SIZE) {
9830                         pte = *ptep;
9831                         if ((pte & X86_PG_V) == 0)
9832                                 continue;
9833                         newpte = (pte & ~X86_PG_PKU_MASK) | X86_PG_PKU(keyidx);
9834                         if (newpte != pte) {
9835                                 *ptep = newpte;
9836                                 changed = true;
9837                         }
9838                 }
9839         }
9840         if (changed)
9841                 pmap_invalidate_range(pmap, sva, eva);
9842 }
9843
9844 static int
9845 pmap_pkru_check_uargs(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
9846     u_int keyidx, int flags)
9847 {
9848
9849         if (pmap->pm_type != PT_X86 || keyidx > PMAP_MAX_PKRU_IDX ||
9850             (flags & ~(AMD64_PKRU_PERSIST | AMD64_PKRU_EXCL)) != 0)
9851                 return (EINVAL);
9852         if (eva <= sva || eva > VM_MAXUSER_ADDRESS)
9853                 return (EFAULT);
9854         if ((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) == 0)
9855                 return (ENOTSUP);
9856         return (0);
9857 }
9858
9859 int
9860 pmap_pkru_set(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, u_int keyidx,
9861     int flags)
9862 {
9863         int error;
9864
9865         sva = trunc_page(sva);
9866         eva = round_page(eva);
9867         error = pmap_pkru_check_uargs(pmap, sva, eva, keyidx, flags);
9868         if (error != 0)
9869                 return (error);
9870         for (;;) {
9871                 PMAP_LOCK(pmap);
9872                 error = pmap_pkru_assign(pmap, sva, eva, keyidx, flags);
9873                 if (error == 0)
9874                         pmap_pkru_update_range(pmap, sva, eva, keyidx);
9875                 PMAP_UNLOCK(pmap);
9876                 if (error != ENOMEM)
9877                         break;
9878                 vm_wait(NULL);
9879         }
9880         return (error);
9881 }
9882
9883 int
9884 pmap_pkru_clear(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
9885 {
9886         int error;
9887
9888         sva = trunc_page(sva);
9889         eva = round_page(eva);
9890         error = pmap_pkru_check_uargs(pmap, sva, eva, 0, 0);
9891         if (error != 0)
9892                 return (error);
9893         for (;;) {
9894                 PMAP_LOCK(pmap);
9895                 error = pmap_pkru_deassign(pmap, sva, eva);
9896                 if (error == 0)
9897                         pmap_pkru_update_range(pmap, sva, eva, 0);
9898                 PMAP_UNLOCK(pmap);
9899                 if (error != ENOMEM)
9900                         break;
9901                 vm_wait(NULL);
9902         }
9903         return (error);
9904 }
9905
9906 #ifdef DDB
9907 DB_SHOW_COMMAND(pte, pmap_print_pte)
9908 {
9909         pmap_t pmap;
9910         pml4_entry_t *pml4;
9911         pdp_entry_t *pdp;
9912         pd_entry_t *pde;
9913         pt_entry_t *pte, PG_V;
9914         vm_offset_t va;
9915
9916         if (!have_addr) {
9917                 db_printf("show pte addr\n");
9918                 return;
9919         }
9920         va = (vm_offset_t)addr;
9921
9922         if (kdb_thread != NULL)
9923                 pmap = vmspace_pmap(kdb_thread->td_proc->p_vmspace);
9924         else
9925                 pmap = PCPU_GET(curpmap);
9926
9927         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
9928         pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
9929         db_printf("VA %#016lx pml4e %#016lx", va, *pml4);
9930         if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
9931                 db_printf("\n");
9932                 return;
9933         }
9934         pdp = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4, va);
9935         db_printf(" pdpe %#016lx", *pdp);
9936         if ((*pdp & PG_V) == 0 || (*pdp & PG_PS) != 0) {
9937                 db_printf("\n");
9938                 return;
9939         }
9940         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdp, va);
9941         db_printf(" pde %#016lx", *pde);
9942         if ((*pde & PG_V) == 0 || (*pde & PG_PS) != 0) {
9943                 db_printf("\n");
9944                 return;
9945         }
9946         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
9947         db_printf(" pte %#016lx\n", *pte);
9948 }
9949
9950 DB_SHOW_COMMAND(phys2dmap, pmap_phys2dmap)
9951 {
9952         vm_paddr_t a;
9953
9954         if (have_addr) {
9955                 a = (vm_paddr_t)addr;
9956                 db_printf("0x%jx\n", (uintmax_t)PHYS_TO_DMAP(a));
9957         } else {
9958                 db_printf("show phys2dmap addr\n");
9959         }
9960 }
9961 #endif