]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/amd64/amd64/pmap.c
Introduce vm_page_astate.
[FreeBSD/FreeBSD.git] / sys / amd64 / amd64 / pmap.c
1 /*-
2  * SPDX-License-Identifier: BSD-4-Clause
3  *
4  * Copyright (c) 1991 Regents of the University of California.
5  * All rights reserved.
6  * Copyright (c) 1994 John S. Dyson
7  * All rights reserved.
8  * Copyright (c) 1994 David Greenman
9  * All rights reserved.
10  * Copyright (c) 2003 Peter Wemm
11  * All rights reserved.
12  * Copyright (c) 2005-2010 Alan L. Cox <alc@cs.rice.edu>
13  * All rights reserved.
14  *
15  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
16  * the Systems Programming Group of the University of Utah Computer
17  * Science Department and William Jolitz of UUNET Technologies Inc.
18  *
19  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
20  * modification, are permitted provided that the following conditions
21  * are met:
22  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
23  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
24  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
25  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
26  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
27  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
28  *    must display the following acknowledgement:
29  *      This product includes software developed by the University of
30  *      California, Berkeley and its contributors.
31  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
32  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
33  *    without specific prior written permission.
34  *
35  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
36  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
37  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
38  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
39  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
40  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
41  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
42  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
43  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
44  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
45  * SUCH DAMAGE.
46  *
47  *      from:   @(#)pmap.c      7.7 (Berkeley)  5/12/91
48  */
49 /*-
50  * Copyright (c) 2003 Networks Associates Technology, Inc.
51  * Copyright (c) 2014-2019 The FreeBSD Foundation
52  * All rights reserved.
53  *
54  * This software was developed for the FreeBSD Project by Jake Burkholder,
55  * Safeport Network Services, and Network Associates Laboratories, the
56  * Security Research Division of Network Associates, Inc. under
57  * DARPA/SPAWAR contract N66001-01-C-8035 ("CBOSS"), as part of the DARPA
58  * CHATS research program.
59  *
60  * Portions of this software were developed by
61  * Konstantin Belousov <kib@FreeBSD.org> under sponsorship from
62  * the FreeBSD Foundation.
63  *
64  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
65  * modification, are permitted provided that the following conditions
66  * are met:
67  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
68  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
69  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
70  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
71  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
72  *
73  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
74  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
75  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
76  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
77  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
78  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
79  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
80  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
81  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
82  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
83  * SUCH DAMAGE.
84  */
85
86 #define AMD64_NPT_AWARE
87
88 #include <sys/cdefs.h>
89 __FBSDID("$FreeBSD$");
90
91 /*
92  *      Manages physical address maps.
93  *
94  *      Since the information managed by this module is
95  *      also stored by the logical address mapping module,
96  *      this module may throw away valid virtual-to-physical
97  *      mappings at almost any time.  However, invalidations
98  *      of virtual-to-physical mappings must be done as
99  *      requested.
100  *
101  *      In order to cope with hardware architectures which
102  *      make virtual-to-physical map invalidates expensive,
103  *      this module may delay invalidate or reduced protection
104  *      operations until such time as they are actually
105  *      necessary.  This module is given full information as
106  *      to which processors are currently using which maps,
107  *      and to when physical maps must be made correct.
108  */
109
110 #include "opt_ddb.h"
111 #include "opt_pmap.h"
112 #include "opt_vm.h"
113
114 #include <sys/param.h>
115 #include <sys/bitstring.h>
116 #include <sys/bus.h>
117 #include <sys/systm.h>
118 #include <sys/kernel.h>
119 #include <sys/ktr.h>
120 #include <sys/lock.h>
121 #include <sys/malloc.h>
122 #include <sys/mman.h>
123 #include <sys/mutex.h>
124 #include <sys/proc.h>
125 #include <sys/rangeset.h>
126 #include <sys/rwlock.h>
127 #include <sys/sbuf.h>
128 #include <sys/sx.h>
129 #include <sys/turnstile.h>
130 #include <sys/vmem.h>
131 #include <sys/vmmeter.h>
132 #include <sys/sched.h>
133 #include <sys/sysctl.h>
134 #include <sys/smp.h>
135 #ifdef DDB
136 #include <sys/kdb.h>
137 #include <ddb/ddb.h>
138 #endif
139
140 #include <vm/vm.h>
141 #include <vm/vm_param.h>
142 #include <vm/vm_kern.h>
143 #include <vm/vm_page.h>
144 #include <vm/vm_map.h>
145 #include <vm/vm_object.h>
146 #include <vm/vm_extern.h>
147 #include <vm/vm_pageout.h>
148 #include <vm/vm_pager.h>
149 #include <vm/vm_phys.h>
150 #include <vm/vm_radix.h>
151 #include <vm/vm_reserv.h>
152 #include <vm/uma.h>
153
154 #include <machine/intr_machdep.h>
155 #include <x86/apicvar.h>
156 #include <x86/ifunc.h>
157 #include <machine/cpu.h>
158 #include <machine/cputypes.h>
159 #include <machine/md_var.h>
160 #include <machine/pcb.h>
161 #include <machine/specialreg.h>
162 #ifdef SMP
163 #include <machine/smp.h>
164 #endif
165 #include <machine/sysarch.h>
166 #include <machine/tss.h>
167
168 #ifdef NUMA
169 #define PMAP_MEMDOM     MAXMEMDOM
170 #else
171 #define PMAP_MEMDOM     1
172 #endif
173
174 static __inline boolean_t
175 pmap_type_guest(pmap_t pmap)
176 {
177
178         return ((pmap->pm_type == PT_EPT) || (pmap->pm_type == PT_RVI));
179 }
180
181 static __inline boolean_t
182 pmap_emulate_ad_bits(pmap_t pmap)
183 {
184
185         return ((pmap->pm_flags & PMAP_EMULATE_AD_BITS) != 0);
186 }
187
188 static __inline pt_entry_t
189 pmap_valid_bit(pmap_t pmap)
190 {
191         pt_entry_t mask;
192
193         switch (pmap->pm_type) {
194         case PT_X86:
195         case PT_RVI:
196                 mask = X86_PG_V;
197                 break;
198         case PT_EPT:
199                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
200                         mask = EPT_PG_EMUL_V;
201                 else
202                         mask = EPT_PG_READ;
203                 break;
204         default:
205                 panic("pmap_valid_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
206         }
207
208         return (mask);
209 }
210
211 static __inline pt_entry_t
212 pmap_rw_bit(pmap_t pmap)
213 {
214         pt_entry_t mask;
215
216         switch (pmap->pm_type) {
217         case PT_X86:
218         case PT_RVI:
219                 mask = X86_PG_RW;
220                 break;
221         case PT_EPT:
222                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
223                         mask = EPT_PG_EMUL_RW;
224                 else
225                         mask = EPT_PG_WRITE;
226                 break;
227         default:
228                 panic("pmap_rw_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
229         }
230
231         return (mask);
232 }
233
234 static pt_entry_t pg_g;
235
236 static __inline pt_entry_t
237 pmap_global_bit(pmap_t pmap)
238 {
239         pt_entry_t mask;
240
241         switch (pmap->pm_type) {
242         case PT_X86:
243                 mask = pg_g;
244                 break;
245         case PT_RVI:
246         case PT_EPT:
247                 mask = 0;
248                 break;
249         default:
250                 panic("pmap_global_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
251         }
252
253         return (mask);
254 }
255
256 static __inline pt_entry_t
257 pmap_accessed_bit(pmap_t pmap)
258 {
259         pt_entry_t mask;
260
261         switch (pmap->pm_type) {
262         case PT_X86:
263         case PT_RVI:
264                 mask = X86_PG_A;
265                 break;
266         case PT_EPT:
267                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
268                         mask = EPT_PG_READ;
269                 else
270                         mask = EPT_PG_A;
271                 break;
272         default:
273                 panic("pmap_accessed_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
274         }
275
276         return (mask);
277 }
278
279 static __inline pt_entry_t
280 pmap_modified_bit(pmap_t pmap)
281 {
282         pt_entry_t mask;
283
284         switch (pmap->pm_type) {
285         case PT_X86:
286         case PT_RVI:
287                 mask = X86_PG_M;
288                 break;
289         case PT_EPT:
290                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
291                         mask = EPT_PG_WRITE;
292                 else
293                         mask = EPT_PG_M;
294                 break;
295         default:
296                 panic("pmap_modified_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
297         }
298
299         return (mask);
300 }
301
302 static __inline pt_entry_t
303 pmap_pku_mask_bit(pmap_t pmap)
304 {
305
306         return (pmap->pm_type == PT_X86 ? X86_PG_PKU_MASK : 0);
307 }
308
309 #if !defined(DIAGNOSTIC)
310 #ifdef __GNUC_GNU_INLINE__
311 #define PMAP_INLINE     __attribute__((__gnu_inline__)) inline
312 #else
313 #define PMAP_INLINE     extern inline
314 #endif
315 #else
316 #define PMAP_INLINE
317 #endif
318
319 #ifdef PV_STATS
320 #define PV_STAT(x)      do { x ; } while (0)
321 #else
322 #define PV_STAT(x)      do { } while (0)
323 #endif
324
325 #undef pa_index
326 #define pa_index(pa)    ({                                      \
327         KASSERT((pa) <= vm_phys_segs[vm_phys_nsegs - 1].end,    \
328             ("address %lx beyond the last segment", (pa)));     \
329         (pa) >> PDRSHIFT;                                       \
330 })
331 #ifdef NUMA
332 #define pa_to_pmdp(pa)  (&pv_table[pa_index(pa)])
333 #define pa_to_pvh(pa)   (&(pa_to_pmdp(pa)->pv_page))
334 #define PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa)        ({                      \
335         struct rwlock *_lock;                                   \
336         if (__predict_false((pa) > pmap_last_pa))               \
337                 _lock = &pv_dummy_large.pv_lock;                \
338         else                                                    \
339                 _lock = &(pa_to_pmdp(pa)->pv_lock);             \
340         _lock;                                                  \
341 })
342 #else
343 #define pa_to_pvh(pa)   (&pv_table[pa_index(pa)])
344
345 #define NPV_LIST_LOCKS  MAXCPU
346
347 #define PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa)        \
348                         (&pv_list_locks[pa_index(pa) % NPV_LIST_LOCKS])
349 #endif
350
351 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa)  do {    \
352         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
353         struct rwlock *_new_lock;                       \
354                                                         \
355         _new_lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);           \
356         if (_new_lock != *_lockp) {                     \
357                 if (*_lockp != NULL)                    \
358                         rw_wunlock(*_lockp);            \
359                 *_lockp = _new_lock;                    \
360                 rw_wlock(*_lockp);                      \
361         }                                               \
362 } while (0)
363
364 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m)        \
365                         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, VM_PAGE_TO_PHYS(m))
366
367 #define RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp)             do {    \
368         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
369                                                         \
370         if (*_lockp != NULL) {                          \
371                 rw_wunlock(*_lockp);                    \
372                 *_lockp = NULL;                         \
373         }                                               \
374 } while (0)
375
376 #define VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m)      \
377                         PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(VM_PAGE_TO_PHYS(m))
378
379 struct pmap kernel_pmap_store;
380
381 vm_offset_t virtual_avail;      /* VA of first avail page (after kernel bss) */
382 vm_offset_t virtual_end;        /* VA of last avail page (end of kernel AS) */
383
384 int nkpt;
385 SYSCTL_INT(_machdep, OID_AUTO, nkpt, CTLFLAG_RD, &nkpt, 0,
386     "Number of kernel page table pages allocated on bootup");
387
388 static int ndmpdp;
389 vm_paddr_t dmaplimit;
390 vm_offset_t kernel_vm_end = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
391 pt_entry_t pg_nx;
392
393 static SYSCTL_NODE(_vm, OID_AUTO, pmap, CTLFLAG_RD, 0, "VM/pmap parameters");
394
395 static int pg_ps_enabled = 1;
396 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pg_ps_enabled, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
397     &pg_ps_enabled, 0, "Are large page mappings enabled?");
398
399 #define PAT_INDEX_SIZE  8
400 static int pat_index[PAT_INDEX_SIZE];   /* cache mode to PAT index conversion */
401
402 static u_int64_t        KPTphys;        /* phys addr of kernel level 1 */
403 static u_int64_t        KPDphys;        /* phys addr of kernel level 2 */
404 u_int64_t               KPDPphys;       /* phys addr of kernel level 3 */
405 u_int64_t               KPML4phys;      /* phys addr of kernel level 4 */
406
407 static u_int64_t        DMPDphys;       /* phys addr of direct mapped level 2 */
408 static u_int64_t        DMPDPphys;      /* phys addr of direct mapped level 3 */
409 static int              ndmpdpphys;     /* number of DMPDPphys pages */
410
411 static vm_paddr_t       KERNend;        /* phys addr of end of bootstrap data */
412
413 /*
414  * pmap_mapdev support pre initialization (i.e. console)
415  */
416 #define PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT      8
417 static struct pmap_preinit_mapping {
418         vm_paddr_t      pa;
419         vm_offset_t     va;
420         vm_size_t       sz;
421         int             mode;
422 } pmap_preinit_mapping[PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT];
423 static int pmap_initialized;
424
425 /*
426  * Data for the pv entry allocation mechanism.
427  * Updates to pv_invl_gen are protected by the pv list lock but reads are not.
428  */
429 #ifdef NUMA
430 static __inline int
431 pc_to_domain(struct pv_chunk *pc)
432 {
433
434         return (_vm_phys_domain(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc)));
435 }
436 #else
437 static __inline int
438 pc_to_domain(struct pv_chunk *pc __unused)
439 {
440
441         return (0);
442 }
443 #endif
444
445 struct pv_chunks_list {
446         struct mtx pvc_lock;
447         TAILQ_HEAD(pch, pv_chunk) pvc_list;
448         int active_reclaims;
449 } __aligned(CACHE_LINE_SIZE);
450
451 struct pv_chunks_list __exclusive_cache_line pv_chunks[PMAP_MEMDOM];
452
453 #ifdef  NUMA
454 struct pmap_large_md_page {
455         struct rwlock   pv_lock;
456         struct md_page  pv_page;
457         u_long pv_invl_gen;
458 };
459 __exclusive_cache_line static struct pmap_large_md_page pv_dummy_large;
460 #define pv_dummy pv_dummy_large.pv_page
461 __read_mostly static struct pmap_large_md_page *pv_table;
462 __read_mostly vm_paddr_t pmap_last_pa;
463 #else
464 static struct rwlock __exclusive_cache_line pv_list_locks[NPV_LIST_LOCKS];
465 static u_long pv_invl_gen[NPV_LIST_LOCKS];
466 static struct md_page *pv_table;
467 static struct md_page pv_dummy;
468 #endif
469
470 /*
471  * All those kernel PT submaps that BSD is so fond of
472  */
473 pt_entry_t *CMAP1 = NULL;
474 caddr_t CADDR1 = 0;
475 static vm_offset_t qframe = 0;
476 static struct mtx qframe_mtx;
477
478 static int pmap_flags = PMAP_PDE_SUPERPAGE;     /* flags for x86 pmaps */
479
480 static vmem_t *large_vmem;
481 static u_int lm_ents;
482 #define PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(va)    ((va) >= LARGEMAP_MIN_ADDRESS && \
483         (va) < LARGEMAP_MIN_ADDRESS + NBPML4 * (u_long)lm_ents)
484
485 int pmap_pcid_enabled = 1;
486 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pcid_enabled, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
487     &pmap_pcid_enabled, 0, "Is TLB Context ID enabled ?");
488 int invpcid_works = 0;
489 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, invpcid_works, CTLFLAG_RD, &invpcid_works, 0,
490     "Is the invpcid instruction available ?");
491
492 int __read_frequently pti = 0;
493 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pti, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
494     &pti, 0,
495     "Page Table Isolation enabled");
496 static vm_object_t pti_obj;
497 static pml4_entry_t *pti_pml4;
498 static vm_pindex_t pti_pg_idx;
499 static bool pti_finalized;
500
501 struct pmap_pkru_range {
502         struct rs_el    pkru_rs_el;
503         u_int           pkru_keyidx;
504         int             pkru_flags;
505 };
506
507 static uma_zone_t pmap_pkru_ranges_zone;
508 static bool pmap_pkru_same(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva);
509 static pt_entry_t pmap_pkru_get(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
510 static void pmap_pkru_on_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva);
511 static void *pkru_dup_range(void *ctx, void *data);
512 static void pkru_free_range(void *ctx, void *node);
513 static int pmap_pkru_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap);
514 static int pmap_pkru_deassign(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva);
515 static void pmap_pkru_deassign_all(pmap_t pmap);
516
517 static int
518 pmap_pcid_save_cnt_proc(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
519 {
520         int i;
521         uint64_t res;
522
523         res = 0;
524         CPU_FOREACH(i) {
525                 res += cpuid_to_pcpu[i]->pc_pm_save_cnt;
526         }
527         return (sysctl_handle_64(oidp, &res, 0, req));
528 }
529 SYSCTL_PROC(_vm_pmap, OID_AUTO, pcid_save_cnt, CTLTYPE_U64 | CTLFLAG_RD |
530     CTLFLAG_MPSAFE, NULL, 0, pmap_pcid_save_cnt_proc, "QU",
531     "Count of saved TLB context on switch");
532
533 static LIST_HEAD(, pmap_invl_gen) pmap_invl_gen_tracker =
534     LIST_HEAD_INITIALIZER(&pmap_invl_gen_tracker);
535 static struct mtx invl_gen_mtx;
536 /* Fake lock object to satisfy turnstiles interface. */
537 static struct lock_object invl_gen_ts = {
538         .lo_name = "invlts",
539 };
540 static struct pmap_invl_gen pmap_invl_gen_head = {
541         .gen = 1,
542         .next = NULL,
543 };
544 static u_long pmap_invl_gen = 1;
545 static int pmap_invl_waiters;
546 static struct callout pmap_invl_callout;
547 static bool pmap_invl_callout_inited;
548
549 #define PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI() \
550     KASSERT(pmap_not_in_di(), ("DI already started"))
551
552 static bool
553 pmap_di_locked(void)
554 {
555         int tun;
556
557         if ((cpu_feature2 & CPUID2_CX16) == 0)
558                 return (true);
559         tun = 0;
560         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.di_locked", &tun);
561         return (tun != 0);
562 }
563
564 static int
565 sysctl_pmap_di_locked(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
566 {
567         int locked;
568
569         locked = pmap_di_locked();
570         return (sysctl_handle_int(oidp, &locked, 0, req));
571 }
572 SYSCTL_PROC(_vm_pmap, OID_AUTO, di_locked, CTLTYPE_INT | CTLFLAG_RDTUN |
573     CTLFLAG_MPSAFE, 0, 0, sysctl_pmap_di_locked, "",
574     "Locked delayed invalidation");
575
576 static bool pmap_not_in_di_l(void);
577 static bool pmap_not_in_di_u(void);
578 DEFINE_IFUNC(, bool, pmap_not_in_di, (void))
579 {
580
581         return (pmap_di_locked() ? pmap_not_in_di_l : pmap_not_in_di_u);
582 }
583
584 static bool
585 pmap_not_in_di_l(void)
586 {
587         struct pmap_invl_gen *invl_gen;
588
589         invl_gen = &curthread->td_md.md_invl_gen;
590         return (invl_gen->gen == 0);
591 }
592
593 static void
594 pmap_thread_init_invl_gen_l(struct thread *td)
595 {
596         struct pmap_invl_gen *invl_gen;
597
598         invl_gen = &td->td_md.md_invl_gen;
599         invl_gen->gen = 0;
600 }
601
602 static void
603 pmap_delayed_invl_wait_block(u_long *m_gen, u_long *invl_gen)
604 {
605         struct turnstile *ts;
606
607         ts = turnstile_trywait(&invl_gen_ts);
608         if (*m_gen > atomic_load_long(invl_gen))
609                 turnstile_wait(ts, NULL, TS_SHARED_QUEUE);
610         else
611                 turnstile_cancel(ts);
612 }
613
614 static void
615 pmap_delayed_invl_finish_unblock(u_long new_gen)
616 {
617         struct turnstile *ts;
618
619         turnstile_chain_lock(&invl_gen_ts);
620         ts = turnstile_lookup(&invl_gen_ts);
621         if (new_gen != 0)
622                 pmap_invl_gen = new_gen;
623         if (ts != NULL) {
624                 turnstile_broadcast(ts, TS_SHARED_QUEUE);
625                 turnstile_unpend(ts);
626         }
627         turnstile_chain_unlock(&invl_gen_ts);
628 }
629
630 /*
631  * Start a new Delayed Invalidation (DI) block of code, executed by
632  * the current thread.  Within a DI block, the current thread may
633  * destroy both the page table and PV list entries for a mapping and
634  * then release the corresponding PV list lock before ensuring that
635  * the mapping is flushed from the TLBs of any processors with the
636  * pmap active.
637  */
638 static void
639 pmap_delayed_invl_start_l(void)
640 {
641         struct pmap_invl_gen *invl_gen;
642         u_long currgen;
643
644         invl_gen = &curthread->td_md.md_invl_gen;
645         PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI();
646         mtx_lock(&invl_gen_mtx);
647         if (LIST_EMPTY(&pmap_invl_gen_tracker))
648                 currgen = pmap_invl_gen;
649         else
650                 currgen = LIST_FIRST(&pmap_invl_gen_tracker)->gen;
651         invl_gen->gen = currgen + 1;
652         LIST_INSERT_HEAD(&pmap_invl_gen_tracker, invl_gen, link);
653         mtx_unlock(&invl_gen_mtx);
654 }
655
656 /*
657  * Finish the DI block, previously started by the current thread.  All
658  * required TLB flushes for the pages marked by
659  * pmap_delayed_invl_page() must be finished before this function is
660  * called.
661  *
662  * This function works by bumping the global DI generation number to
663  * the generation number of the current thread's DI, unless there is a
664  * pending DI that started earlier.  In the latter case, bumping the
665  * global DI generation number would incorrectly signal that the
666  * earlier DI had finished.  Instead, this function bumps the earlier
667  * DI's generation number to match the generation number of the
668  * current thread's DI.
669  */
670 static void
671 pmap_delayed_invl_finish_l(void)
672 {
673         struct pmap_invl_gen *invl_gen, *next;
674
675         invl_gen = &curthread->td_md.md_invl_gen;
676         KASSERT(invl_gen->gen != 0, ("missed invl_start"));
677         mtx_lock(&invl_gen_mtx);
678         next = LIST_NEXT(invl_gen, link);
679         if (next == NULL)
680                 pmap_delayed_invl_finish_unblock(invl_gen->gen);
681         else
682                 next->gen = invl_gen->gen;
683         LIST_REMOVE(invl_gen, link);
684         mtx_unlock(&invl_gen_mtx);
685         invl_gen->gen = 0;
686 }
687
688 static bool
689 pmap_not_in_di_u(void)
690 {
691         struct pmap_invl_gen *invl_gen;
692
693         invl_gen = &curthread->td_md.md_invl_gen;
694         return (((uintptr_t)invl_gen->next & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) != 0);
695 }
696
697 static void
698 pmap_thread_init_invl_gen_u(struct thread *td)
699 {
700         struct pmap_invl_gen *invl_gen;
701
702         invl_gen = &td->td_md.md_invl_gen;
703         invl_gen->gen = 0;
704         invl_gen->next = (void *)PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID;
705 }
706
707 static bool
708 pmap_di_load_invl(struct pmap_invl_gen *ptr, struct pmap_invl_gen *out)
709 {
710         uint64_t new_high, new_low, old_high, old_low;
711         char res;
712
713         old_low = new_low = 0;
714         old_high = new_high = (uintptr_t)0;
715
716         __asm volatile("lock;cmpxchg16b\t%1;sete\t%0"
717             : "=r" (res), "+m" (*ptr), "+a" (old_low), "+d" (old_high)
718             : "b"(new_low), "c" (new_high)
719             : "memory", "cc");
720         if (res == 0) {
721                 if ((old_high & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) != 0)
722                         return (false);
723                 out->gen = old_low;
724                 out->next = (void *)old_high;
725         } else {
726                 out->gen = new_low;
727                 out->next = (void *)new_high;
728         }
729         return (true);
730 }
731
732 static bool
733 pmap_di_store_invl(struct pmap_invl_gen *ptr, struct pmap_invl_gen *old_val,
734     struct pmap_invl_gen *new_val)
735 {
736         uint64_t new_high, new_low, old_high, old_low;
737         char res;
738
739         new_low = new_val->gen;
740         new_high = (uintptr_t)new_val->next;
741         old_low = old_val->gen;
742         old_high = (uintptr_t)old_val->next;
743
744         __asm volatile("lock;cmpxchg16b\t%1;sete\t%0"
745             : "=r" (res), "+m" (*ptr), "+a" (old_low), "+d" (old_high)
746             : "b"(new_low), "c" (new_high)
747             : "memory", "cc");
748         return (res);
749 }
750
751 #ifdef PV_STATS
752 static long invl_start_restart;
753 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, invl_start_restart, CTLFLAG_RD,
754     &invl_start_restart, 0,
755     "");
756 static long invl_finish_restart;
757 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, invl_finish_restart, CTLFLAG_RD,
758     &invl_finish_restart, 0,
759     "");
760 static int invl_max_qlen;
761 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, invl_max_qlen, CTLFLAG_RD,
762     &invl_max_qlen, 0,
763     "");
764 #endif
765
766 static struct lock_delay_config __read_frequently di_delay;
767 LOCK_DELAY_SYSINIT_DEFAULT(di_delay);
768
769 static void
770 pmap_delayed_invl_start_u(void)
771 {
772         struct pmap_invl_gen *invl_gen, *p, prev, new_prev;
773         struct thread *td;
774         struct lock_delay_arg lda;
775         uintptr_t prevl;
776         u_char pri;
777 #ifdef PV_STATS
778         int i, ii;
779 #endif
780
781         td = curthread;
782         invl_gen = &td->td_md.md_invl_gen;
783         PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI();
784         lock_delay_arg_init(&lda, &di_delay);
785         invl_gen->saved_pri = 0;
786         pri = td->td_base_pri;
787         if (pri > PVM) {
788                 thread_lock(td);
789                 pri = td->td_base_pri;
790                 if (pri > PVM) {
791                         invl_gen->saved_pri = pri;
792                         sched_prio(td, PVM);
793                 }
794                 thread_unlock(td);
795         }
796 again:
797         PV_STAT(i = 0);
798         for (p = &pmap_invl_gen_head;; p = prev.next) {
799                 PV_STAT(i++);
800                 prevl = atomic_load_ptr(&p->next);
801                 if ((prevl & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) != 0) {
802                         PV_STAT(atomic_add_long(&invl_start_restart, 1));
803                         lock_delay(&lda);
804                         goto again;
805                 }
806                 if (prevl == 0)
807                         break;
808                 prev.next = (void *)prevl;
809         }
810 #ifdef PV_STATS
811         if ((ii = invl_max_qlen) < i)
812                 atomic_cmpset_int(&invl_max_qlen, ii, i);
813 #endif
814
815         if (!pmap_di_load_invl(p, &prev) || prev.next != NULL) {
816                 PV_STAT(atomic_add_long(&invl_start_restart, 1));
817                 lock_delay(&lda);
818                 goto again;
819         }
820
821         new_prev.gen = prev.gen;
822         new_prev.next = invl_gen;
823         invl_gen->gen = prev.gen + 1;
824
825         /* Formal fence between store to invl->gen and updating *p. */
826         atomic_thread_fence_rel();
827
828         /*
829          * After inserting an invl_gen element with invalid bit set,
830          * this thread blocks any other thread trying to enter the
831          * delayed invalidation block.  Do not allow to remove us from
832          * the CPU, because it causes starvation for other threads.
833          */
834         critical_enter();
835
836         /*
837          * ABA for *p is not possible there, since p->gen can only
838          * increase.  So if the *p thread finished its di, then
839          * started a new one and got inserted into the list at the
840          * same place, its gen will appear greater than the previously
841          * read gen.
842          */
843         if (!pmap_di_store_invl(p, &prev, &new_prev)) {
844                 critical_exit();
845                 PV_STAT(atomic_add_long(&invl_start_restart, 1));
846                 lock_delay(&lda);
847                 goto again;
848         }
849
850         /*
851          * There we clear PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID in
852          * invl_gen->next, allowing other threads to iterate past us.
853          * pmap_di_store_invl() provides fence between the generation
854          * write and the update of next.
855          */
856         invl_gen->next = NULL;
857         critical_exit();
858 }
859
860 static bool
861 pmap_delayed_invl_finish_u_crit(struct pmap_invl_gen *invl_gen,
862     struct pmap_invl_gen *p)
863 {
864         struct pmap_invl_gen prev, new_prev;
865         u_long mygen;
866
867         /*
868          * Load invl_gen->gen after setting invl_gen->next
869          * PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID.  This prevents larger
870          * generations to propagate to our invl_gen->gen.  Lock prefix
871          * in atomic_set_ptr() worked as seq_cst fence.
872          */
873         mygen = atomic_load_long(&invl_gen->gen);
874
875         if (!pmap_di_load_invl(p, &prev) || prev.next != invl_gen)
876                 return (false);
877
878         KASSERT(prev.gen < mygen,
879             ("invalid di gen sequence %lu %lu", prev.gen, mygen));
880         new_prev.gen = mygen;
881         new_prev.next = (void *)((uintptr_t)invl_gen->next &
882             ~PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID);
883
884         /* Formal fence between load of prev and storing update to it. */
885         atomic_thread_fence_rel();
886
887         return (pmap_di_store_invl(p, &prev, &new_prev));
888 }
889
890 static void
891 pmap_delayed_invl_finish_u(void)
892 {
893         struct pmap_invl_gen *invl_gen, *p;
894         struct thread *td;
895         struct lock_delay_arg lda;
896         uintptr_t prevl;
897
898         td = curthread;
899         invl_gen = &td->td_md.md_invl_gen;
900         KASSERT(invl_gen->gen != 0, ("missed invl_start: gen 0"));
901         KASSERT(((uintptr_t)invl_gen->next & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) == 0,
902             ("missed invl_start: INVALID"));
903         lock_delay_arg_init(&lda, &di_delay);
904
905 again:
906         for (p = &pmap_invl_gen_head; p != NULL; p = (void *)prevl) {
907                 prevl = atomic_load_ptr(&p->next);
908                 if ((prevl & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) != 0) {
909                         PV_STAT(atomic_add_long(&invl_finish_restart, 1));
910                         lock_delay(&lda);
911                         goto again;
912                 }
913                 if ((void *)prevl == invl_gen)
914                         break;
915         }
916
917         /*
918          * It is legitimate to not find ourself on the list if a
919          * thread before us finished its DI and started it again.
920          */
921         if (__predict_false(p == NULL)) {
922                 PV_STAT(atomic_add_long(&invl_finish_restart, 1));
923                 lock_delay(&lda);
924                 goto again;
925         }
926
927         critical_enter();
928         atomic_set_ptr((uintptr_t *)&invl_gen->next,
929             PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID);
930         if (!pmap_delayed_invl_finish_u_crit(invl_gen, p)) {
931                 atomic_clear_ptr((uintptr_t *)&invl_gen->next,
932                     PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID);
933                 critical_exit();
934                 PV_STAT(atomic_add_long(&invl_finish_restart, 1));
935                 lock_delay(&lda);
936                 goto again;
937         }
938         critical_exit();
939         if (atomic_load_int(&pmap_invl_waiters) > 0)
940                 pmap_delayed_invl_finish_unblock(0);
941         if (invl_gen->saved_pri != 0) {
942                 thread_lock(td);
943                 sched_prio(td, invl_gen->saved_pri);
944                 thread_unlock(td);
945         }
946 }
947
948 #ifdef DDB
949 DB_SHOW_COMMAND(di_queue, pmap_di_queue)
950 {
951         struct pmap_invl_gen *p, *pn;
952         struct thread *td;
953         uintptr_t nextl;
954         bool first;
955
956         for (p = &pmap_invl_gen_head, first = true; p != NULL; p = pn,
957             first = false) {
958                 nextl = atomic_load_ptr(&p->next);
959                 pn = (void *)(nextl & ~PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID);
960                 td = first ? NULL : __containerof(p, struct thread,
961                     td_md.md_invl_gen);
962                 db_printf("gen %lu inv %d td %p tid %d\n", p->gen,
963                     (nextl & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) != 0, td,
964                     td != NULL ? td->td_tid : -1);
965         }
966 }
967 #endif
968
969 #ifdef PV_STATS
970 static long invl_wait;
971 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, invl_wait, CTLFLAG_RD, &invl_wait, 0,
972     "Number of times DI invalidation blocked pmap_remove_all/write");
973 static long invl_wait_slow;
974 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, invl_wait_slow, CTLFLAG_RD, &invl_wait_slow, 0,
975     "Number of slow invalidation waits for lockless DI");
976 #endif
977
978 #ifdef NUMA
979 static u_long *
980 pmap_delayed_invl_genp(vm_page_t m)
981 {
982         vm_paddr_t pa;
983         u_long *gen;
984
985         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
986         if (__predict_false((pa) > pmap_last_pa))
987                 gen = &pv_dummy_large.pv_invl_gen;
988         else
989                 gen = &(pa_to_pmdp(pa)->pv_invl_gen);
990
991         return (gen);
992 }
993 #else
994 static u_long *
995 pmap_delayed_invl_genp(vm_page_t m)
996 {
997
998         return (&pv_invl_gen[pa_index(VM_PAGE_TO_PHYS(m)) % NPV_LIST_LOCKS]);
999 }
1000 #endif
1001
1002 static void
1003 pmap_delayed_invl_callout_func(void *arg __unused)
1004 {
1005
1006         if (atomic_load_int(&pmap_invl_waiters) == 0)
1007                 return;
1008         pmap_delayed_invl_finish_unblock(0);
1009 }
1010
1011 static void
1012 pmap_delayed_invl_callout_init(void *arg __unused)
1013 {
1014
1015         if (pmap_di_locked())
1016                 return;
1017         callout_init(&pmap_invl_callout, 1);
1018         pmap_invl_callout_inited = true;
1019 }
1020 SYSINIT(pmap_di_callout, SI_SUB_CPU + 1, SI_ORDER_ANY,
1021     pmap_delayed_invl_callout_init, NULL);
1022
1023 /*
1024  * Ensure that all currently executing DI blocks, that need to flush
1025  * TLB for the given page m, actually flushed the TLB at the time the
1026  * function returned.  If the page m has an empty PV list and we call
1027  * pmap_delayed_invl_wait(), upon its return we know that no CPU has a
1028  * valid mapping for the page m in either its page table or TLB.
1029  *
1030  * This function works by blocking until the global DI generation
1031  * number catches up with the generation number associated with the
1032  * given page m and its PV list.  Since this function's callers
1033  * typically own an object lock and sometimes own a page lock, it
1034  * cannot sleep.  Instead, it blocks on a turnstile to relinquish the
1035  * processor.
1036  */
1037 static void
1038 pmap_delayed_invl_wait_l(vm_page_t m)
1039 {
1040         u_long *m_gen;
1041 #ifdef PV_STATS
1042         bool accounted = false;
1043 #endif
1044
1045         m_gen = pmap_delayed_invl_genp(m);
1046         while (*m_gen > pmap_invl_gen) {
1047 #ifdef PV_STATS
1048                 if (!accounted) {
1049                         atomic_add_long(&invl_wait, 1);
1050                         accounted = true;
1051                 }
1052 #endif
1053                 pmap_delayed_invl_wait_block(m_gen, &pmap_invl_gen);
1054         }
1055 }
1056
1057 static void
1058 pmap_delayed_invl_wait_u(vm_page_t m)
1059 {
1060         u_long *m_gen;
1061         struct lock_delay_arg lda;
1062         bool fast;
1063
1064         fast = true;
1065         m_gen = pmap_delayed_invl_genp(m);
1066         lock_delay_arg_init(&lda, &di_delay);
1067         while (*m_gen > atomic_load_long(&pmap_invl_gen_head.gen)) {
1068                 if (fast || !pmap_invl_callout_inited) {
1069                         PV_STAT(atomic_add_long(&invl_wait, 1));
1070                         lock_delay(&lda);
1071                         fast = false;
1072                 } else {
1073                         /*
1074                          * The page's invalidation generation number
1075                          * is still below the current thread's number.
1076                          * Prepare to block so that we do not waste
1077                          * CPU cycles or worse, suffer livelock.
1078                          *
1079                          * Since it is impossible to block without
1080                          * racing with pmap_delayed_invl_finish_u(),
1081                          * prepare for the race by incrementing
1082                          * pmap_invl_waiters and arming a 1-tick
1083                          * callout which will unblock us if we lose
1084                          * the race.
1085                          */
1086                         atomic_add_int(&pmap_invl_waiters, 1);
1087
1088                         /*
1089                          * Re-check the current thread's invalidation
1090                          * generation after incrementing
1091                          * pmap_invl_waiters, so that there is no race
1092                          * with pmap_delayed_invl_finish_u() setting
1093                          * the page generation and checking
1094                          * pmap_invl_waiters.  The only race allowed
1095                          * is for a missed unblock, which is handled
1096                          * by the callout.
1097                          */
1098                         if (*m_gen >
1099                             atomic_load_long(&pmap_invl_gen_head.gen)) {
1100                                 callout_reset(&pmap_invl_callout, 1,
1101                                     pmap_delayed_invl_callout_func, NULL);
1102                                 PV_STAT(atomic_add_long(&invl_wait_slow, 1));
1103                                 pmap_delayed_invl_wait_block(m_gen,
1104                                     &pmap_invl_gen_head.gen);
1105                         }
1106                         atomic_add_int(&pmap_invl_waiters, -1);
1107                 }
1108         }
1109 }
1110
1111 DEFINE_IFUNC(, void, pmap_thread_init_invl_gen, (struct thread *))
1112 {
1113
1114         return (pmap_di_locked() ? pmap_thread_init_invl_gen_l :
1115             pmap_thread_init_invl_gen_u);
1116 }
1117
1118 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_delayed_invl_start, (void))
1119 {
1120
1121         return (pmap_di_locked() ? pmap_delayed_invl_start_l :
1122             pmap_delayed_invl_start_u);
1123 }
1124
1125 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_delayed_invl_finish, (void))
1126 {
1127
1128         return (pmap_di_locked() ? pmap_delayed_invl_finish_l :
1129             pmap_delayed_invl_finish_u);
1130 }
1131
1132 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_delayed_invl_wait, (vm_page_t))
1133 {
1134
1135         return (pmap_di_locked() ? pmap_delayed_invl_wait_l :
1136             pmap_delayed_invl_wait_u);
1137 }
1138
1139 /*
1140  * Mark the page m's PV list as participating in the current thread's
1141  * DI block.  Any threads concurrently using m's PV list to remove or
1142  * restrict all mappings to m will wait for the current thread's DI
1143  * block to complete before proceeding.
1144  *
1145  * The function works by setting the DI generation number for m's PV
1146  * list to at least the DI generation number of the current thread.
1147  * This forces a caller of pmap_delayed_invl_wait() to block until
1148  * current thread calls pmap_delayed_invl_finish().
1149  */
1150 static void
1151 pmap_delayed_invl_page(vm_page_t m)
1152 {
1153         u_long gen, *m_gen;
1154
1155         rw_assert(VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), RA_WLOCKED);
1156         gen = curthread->td_md.md_invl_gen.gen;
1157         if (gen == 0)
1158                 return;
1159         m_gen = pmap_delayed_invl_genp(m);
1160         if (*m_gen < gen)
1161                 *m_gen = gen;
1162 }
1163
1164 /*
1165  * Crashdump maps.
1166  */
1167 static caddr_t crashdumpmap;
1168
1169 /*
1170  * Internal flags for pmap_enter()'s helper functions.
1171  */
1172 #define PMAP_ENTER_NORECLAIM    0x1000000       /* Don't reclaim PV entries. */
1173 #define PMAP_ENTER_NOREPLACE    0x2000000       /* Don't replace mappings. */
1174
1175 /*
1176  * Internal flags for pmap_mapdev_internal() and
1177  * pmap_change_props_locked().
1178  */
1179 #define MAPDEV_FLUSHCACHE       0x00000001      /* Flush cache after mapping. */
1180 #define MAPDEV_SETATTR          0x00000002      /* Modify existing attrs. */
1181 #define MAPDEV_ASSERTVALID      0x00000004      /* Assert mapping validity. */
1182
1183 TAILQ_HEAD(pv_chunklist, pv_chunk);
1184
1185 static void     free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc);
1186 static void     free_pv_chunk_batch(struct pv_chunklist *batch);
1187 static void     free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv);
1188 static pv_entry_t get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp);
1189 static int      popcnt_pc_map_pq(uint64_t *map);
1190 static vm_page_t reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp);
1191 static void     reserve_pv_entries(pmap_t pmap, int needed,
1192                     struct rwlock **lockp);
1193 static void     pmap_pv_demote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
1194                     struct rwlock **lockp);
1195 static bool     pmap_pv_insert_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde,
1196                     u_int flags, struct rwlock **lockp);
1197 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
1198 static void     pmap_pv_promote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
1199                     struct rwlock **lockp);
1200 #endif
1201 static void     pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va);
1202 static pv_entry_t pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap,
1203                     vm_offset_t va);
1204
1205 static int pmap_change_props_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size,
1206     vm_prot_t prot, int mode, int flags);
1207 static boolean_t pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va);
1208 static boolean_t pmap_demote_pde_locked(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde,
1209     vm_offset_t va, struct rwlock **lockp);
1210 static boolean_t pmap_demote_pdpe(pmap_t pmap, pdp_entry_t *pdpe,
1211     vm_offset_t va);
1212 static bool     pmap_enter_2mpage(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
1213                     vm_prot_t prot, struct rwlock **lockp);
1214 static int      pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t newpde,
1215                     u_int flags, vm_page_t m, struct rwlock **lockp);
1216 static vm_page_t pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
1217     vm_page_t m, vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp);
1218 static void pmap_fill_ptp(pt_entry_t *firstpte, pt_entry_t newpte);
1219 static int pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte, bool promoted);
1220 static void pmap_invalidate_cache_range_selfsnoop(vm_offset_t sva,
1221     vm_offset_t eva);
1222 static void pmap_invalidate_cache_range_all(vm_offset_t sva,
1223     vm_offset_t eva);
1224 static void pmap_invalidate_pde_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
1225                     pd_entry_t pde);
1226 static void pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode);
1227 static vm_page_t pmap_large_map_getptp_unlocked(void);
1228 static vm_paddr_t pmap_large_map_kextract(vm_offset_t va);
1229 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
1230 static void pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
1231     struct rwlock **lockp);
1232 #endif
1233 static boolean_t pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva,
1234     vm_prot_t prot);
1235 static void pmap_pte_props(pt_entry_t *pte, u_long bits, u_long mask);
1236 static void pmap_pti_add_kva_locked(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
1237     bool exec);
1238 static pdp_entry_t *pmap_pti_pdpe(vm_offset_t va);
1239 static pd_entry_t *pmap_pti_pde(vm_offset_t va);
1240 static void pmap_pti_wire_pte(void *pte);
1241 static int pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
1242     struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
1243 static int pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t sva,
1244     pd_entry_t ptepde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
1245 static vm_page_t pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
1246 static void pmap_remove_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
1247     struct spglist *free);
1248 static bool     pmap_remove_ptes(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
1249                     pd_entry_t *pde, struct spglist *free,
1250                     struct rwlock **lockp);
1251 static boolean_t pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
1252     vm_page_t m, struct rwlock **lockp);
1253 static void pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
1254     pd_entry_t newpde);
1255 static void pmap_update_pde_invalidate(pmap_t, vm_offset_t va, pd_entry_t pde);
1256
1257 static vm_page_t _pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex,
1258                 struct rwlock **lockp);
1259 static vm_page_t pmap_allocpde(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
1260                 struct rwlock **lockp);
1261 static vm_page_t pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
1262                 struct rwlock **lockp);
1263
1264 static void _pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
1265     struct spglist *free);
1266 static int pmap_unuse_pt(pmap_t, vm_offset_t, pd_entry_t, struct spglist *);
1267
1268 /********************/
1269 /* Inline functions */
1270 /********************/
1271
1272 /* Return a non-clipped PD index for a given VA */
1273 static __inline vm_pindex_t
1274 pmap_pde_pindex(vm_offset_t va)
1275 {
1276         return (va >> PDRSHIFT);
1277 }
1278
1279
1280 /* Return a pointer to the PML4 slot that corresponds to a VA */
1281 static __inline pml4_entry_t *
1282 pmap_pml4e(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1283 {
1284
1285         return (&pmap->pm_pml4[pmap_pml4e_index(va)]);
1286 }
1287
1288 /* Return a pointer to the PDP slot that corresponds to a VA */
1289 static __inline pdp_entry_t *
1290 pmap_pml4e_to_pdpe(pml4_entry_t *pml4e, vm_offset_t va)
1291 {
1292         pdp_entry_t *pdpe;
1293
1294         pdpe = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4e & PG_FRAME);
1295         return (&pdpe[pmap_pdpe_index(va)]);
1296 }
1297
1298 /* Return a pointer to the PDP slot that corresponds to a VA */
1299 static __inline pdp_entry_t *
1300 pmap_pdpe(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1301 {
1302         pml4_entry_t *pml4e;
1303         pt_entry_t PG_V;
1304
1305         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
1306         pml4e = pmap_pml4e(pmap, va);
1307         if ((*pml4e & PG_V) == 0)
1308                 return (NULL);
1309         return (pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, va));
1310 }
1311
1312 /* Return a pointer to the PD slot that corresponds to a VA */
1313 static __inline pd_entry_t *
1314 pmap_pdpe_to_pde(pdp_entry_t *pdpe, vm_offset_t va)
1315 {
1316         pd_entry_t *pde;
1317
1318         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdpe & PG_FRAME);
1319         return (&pde[pmap_pde_index(va)]);
1320 }
1321
1322 /* Return a pointer to the PD slot that corresponds to a VA */
1323 static __inline pd_entry_t *
1324 pmap_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1325 {
1326         pdp_entry_t *pdpe;
1327         pt_entry_t PG_V;
1328
1329         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
1330         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
1331         if (pdpe == NULL || (*pdpe & PG_V) == 0)
1332                 return (NULL);
1333         return (pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va));
1334 }
1335
1336 /* Return a pointer to the PT slot that corresponds to a VA */
1337 static __inline pt_entry_t *
1338 pmap_pde_to_pte(pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
1339 {
1340         pt_entry_t *pte;
1341
1342         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pde & PG_FRAME);
1343         return (&pte[pmap_pte_index(va)]);
1344 }
1345
1346 /* Return a pointer to the PT slot that corresponds to a VA */
1347 static __inline pt_entry_t *
1348 pmap_pte(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1349 {
1350         pd_entry_t *pde;
1351         pt_entry_t PG_V;
1352
1353         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
1354         pde = pmap_pde(pmap, va);
1355         if (pde == NULL || (*pde & PG_V) == 0)
1356                 return (NULL);
1357         if ((*pde & PG_PS) != 0)        /* compat with i386 pmap_pte() */
1358                 return ((pt_entry_t *)pde);
1359         return (pmap_pde_to_pte(pde, va));
1360 }
1361
1362 static __inline void
1363 pmap_resident_count_inc(pmap_t pmap, int count)
1364 {
1365
1366         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1367         pmap->pm_stats.resident_count += count;
1368 }
1369
1370 static __inline void
1371 pmap_resident_count_dec(pmap_t pmap, int count)
1372 {
1373
1374         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1375         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count >= count,
1376             ("pmap %p resident count underflow %ld %d", pmap,
1377             pmap->pm_stats.resident_count, count));
1378         pmap->pm_stats.resident_count -= count;
1379 }
1380
1381 PMAP_INLINE pt_entry_t *
1382 vtopte(vm_offset_t va)
1383 {
1384         u_int64_t mask = ((1ul << (NPTEPGSHIFT + NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT)) - 1);
1385
1386         KASSERT(va >= VM_MAXUSER_ADDRESS, ("vtopte on a uva/gpa 0x%0lx", va));
1387
1388         return (PTmap + ((va >> PAGE_SHIFT) & mask));
1389 }
1390
1391 static __inline pd_entry_t *
1392 vtopde(vm_offset_t va)
1393 {
1394         u_int64_t mask = ((1ul << (NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT)) - 1);
1395
1396         KASSERT(va >= VM_MAXUSER_ADDRESS, ("vtopde on a uva/gpa 0x%0lx", va));
1397
1398         return (PDmap + ((va >> PDRSHIFT) & mask));
1399 }
1400
1401 static u_int64_t
1402 allocpages(vm_paddr_t *firstaddr, int n)
1403 {
1404         u_int64_t ret;
1405
1406         ret = *firstaddr;
1407         bzero((void *)ret, n * PAGE_SIZE);
1408         *firstaddr += n * PAGE_SIZE;
1409         return (ret);
1410 }
1411
1412 CTASSERT(powerof2(NDMPML4E));
1413
1414 /* number of kernel PDP slots */
1415 #define NKPDPE(ptpgs)           howmany(ptpgs, NPDEPG)
1416
1417 static void
1418 nkpt_init(vm_paddr_t addr)
1419 {
1420         int pt_pages;
1421         
1422 #ifdef NKPT
1423         pt_pages = NKPT;
1424 #else
1425         pt_pages = howmany(addr, 1 << PDRSHIFT);
1426         pt_pages += NKPDPE(pt_pages);
1427
1428         /*
1429          * Add some slop beyond the bare minimum required for bootstrapping
1430          * the kernel.
1431          *
1432          * This is quite important when allocating KVA for kernel modules.
1433          * The modules are required to be linked in the negative 2GB of
1434          * the address space.  If we run out of KVA in this region then
1435          * pmap_growkernel() will need to allocate page table pages to map
1436          * the entire 512GB of KVA space which is an unnecessary tax on
1437          * physical memory.
1438          *
1439          * Secondly, device memory mapped as part of setting up the low-
1440          * level console(s) is taken from KVA, starting at virtual_avail.
1441          * This is because cninit() is called after pmap_bootstrap() but
1442          * before vm_init() and pmap_init(). 20MB for a frame buffer is
1443          * not uncommon.
1444          */
1445         pt_pages += 32;         /* 64MB additional slop. */
1446 #endif
1447         nkpt = pt_pages;
1448 }
1449
1450 /*
1451  * Returns the proper write/execute permission for a physical page that is
1452  * part of the initial boot allocations.
1453  *
1454  * If the page has kernel text, it is marked as read-only. If the page has
1455  * kernel read-only data, it is marked as read-only/not-executable. If the
1456  * page has only read-write data, it is marked as read-write/not-executable.
1457  * If the page is below/above the kernel range, it is marked as read-write.
1458  *
1459  * This function operates on 2M pages, since we map the kernel space that
1460  * way.
1461  */
1462 static inline pt_entry_t
1463 bootaddr_rwx(vm_paddr_t pa)
1464 {
1465
1466         /*
1467          * The kernel is loaded at a 2MB-aligned address, and memory below that
1468          * need not be executable.  The .bss section is padded to a 2MB
1469          * boundary, so memory following the kernel need not be executable
1470          * either.  Preloaded kernel modules have their mapping permissions
1471          * fixed up by the linker.
1472          */
1473         if (pa < trunc_2mpage(btext - KERNBASE) ||
1474             pa >= trunc_2mpage(_end - KERNBASE))
1475                 return (X86_PG_RW | pg_nx);
1476
1477         /*
1478          * The linker should ensure that the read-only and read-write
1479          * portions don't share the same 2M page, so this shouldn't
1480          * impact read-only data. However, in any case, any page with
1481          * read-write data needs to be read-write.
1482          */
1483         if (pa >= trunc_2mpage(brwsection - KERNBASE))
1484                 return (X86_PG_RW | pg_nx);
1485
1486         /*
1487          * Mark any 2M page containing kernel text as read-only. Mark
1488          * other pages with read-only data as read-only and not executable.
1489          * (It is likely a small portion of the read-only data section will
1490          * be marked as read-only, but executable. This should be acceptable
1491          * since the read-only protection will keep the data from changing.)
1492          * Note that fixups to the .text section will still work until we
1493          * set CR0.WP.
1494          */
1495         if (pa < round_2mpage(etext - KERNBASE))
1496                 return (0);
1497         return (pg_nx);
1498 }
1499
1500 static void
1501 create_pagetables(vm_paddr_t *firstaddr)
1502 {
1503         int i, j, ndm1g, nkpdpe, nkdmpde;
1504         pd_entry_t *pd_p;
1505         pdp_entry_t *pdp_p;
1506         pml4_entry_t *p4_p;
1507         uint64_t DMPDkernphys;
1508
1509         /* Allocate page table pages for the direct map */
1510         ndmpdp = howmany(ptoa(Maxmem), NBPDP);
1511         if (ndmpdp < 4)         /* Minimum 4GB of dirmap */
1512                 ndmpdp = 4;
1513         ndmpdpphys = howmany(ndmpdp, NPDPEPG);
1514         if (ndmpdpphys > NDMPML4E) {
1515                 /*
1516                  * Each NDMPML4E allows 512 GB, so limit to that,
1517                  * and then readjust ndmpdp and ndmpdpphys.
1518                  */
1519                 printf("NDMPML4E limits system to %d GB\n", NDMPML4E * 512);
1520                 Maxmem = atop(NDMPML4E * NBPML4);
1521                 ndmpdpphys = NDMPML4E;
1522                 ndmpdp = NDMPML4E * NPDEPG;
1523         }
1524         DMPDPphys = allocpages(firstaddr, ndmpdpphys);
1525         ndm1g = 0;
1526         if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0) {
1527                 /*
1528                  * Calculate the number of 1G pages that will fully fit in
1529                  * Maxmem.
1530                  */
1531                 ndm1g = ptoa(Maxmem) >> PDPSHIFT;
1532
1533                 /*
1534                  * Allocate 2M pages for the kernel. These will be used in
1535                  * place of the first one or more 1G pages from ndm1g.
1536                  */
1537                 nkdmpde = howmany((vm_offset_t)(brwsection - KERNBASE), NBPDP);
1538                 DMPDkernphys = allocpages(firstaddr, nkdmpde);
1539         }
1540         if (ndm1g < ndmpdp)
1541                 DMPDphys = allocpages(firstaddr, ndmpdp - ndm1g);
1542         dmaplimit = (vm_paddr_t)ndmpdp << PDPSHIFT;
1543
1544         /* Allocate pages */
1545         KPML4phys = allocpages(firstaddr, 1);
1546         KPDPphys = allocpages(firstaddr, NKPML4E);
1547
1548         /*
1549          * Allocate the initial number of kernel page table pages required to
1550          * bootstrap.  We defer this until after all memory-size dependent
1551          * allocations are done (e.g. direct map), so that we don't have to
1552          * build in too much slop in our estimate.
1553          *
1554          * Note that when NKPML4E > 1, we have an empty page underneath
1555          * all but the KPML4I'th one, so we need NKPML4E-1 extra (zeroed)
1556          * pages.  (pmap_enter requires a PD page to exist for each KPML4E.)
1557          */
1558         nkpt_init(*firstaddr);
1559         nkpdpe = NKPDPE(nkpt);
1560
1561         KPTphys = allocpages(firstaddr, nkpt);
1562         KPDphys = allocpages(firstaddr, nkpdpe);
1563
1564         /*
1565          * Connect the zero-filled PT pages to their PD entries.  This
1566          * implicitly maps the PT pages at their correct locations within
1567          * the PTmap.
1568          */
1569         pd_p = (pd_entry_t *)KPDphys;
1570         for (i = 0; i < nkpt; i++)
1571                 pd_p[i] = (KPTphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW | X86_PG_V;
1572
1573         /*
1574          * Map from physical address zero to the end of loader preallocated
1575          * memory using 2MB pages.  This replaces some of the PD entries
1576          * created above.
1577          */
1578         for (i = 0; (i << PDRSHIFT) < KERNend; i++)
1579                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
1580                 pd_p[i] = (i << PDRSHIFT) | X86_PG_V | PG_PS | pg_g |
1581                     X86_PG_M | X86_PG_A | bootaddr_rwx(i << PDRSHIFT);
1582
1583         /*
1584          * Because we map the physical blocks in 2M pages, adjust firstaddr
1585          * to record the physical blocks we've actually mapped into kernel
1586          * virtual address space.
1587          */
1588         if (*firstaddr < round_2mpage(KERNend))
1589                 *firstaddr = round_2mpage(KERNend);
1590
1591         /* And connect up the PD to the PDP (leaving room for L4 pages) */
1592         pdp_p = (pdp_entry_t *)(KPDPphys + ptoa(KPML4I - KPML4BASE));
1593         for (i = 0; i < nkpdpe; i++)
1594                 pdp_p[i + KPDPI] = (KPDphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW | X86_PG_V;
1595
1596         /*
1597          * Now, set up the direct map region using 2MB and/or 1GB pages.  If
1598          * the end of physical memory is not aligned to a 1GB page boundary,
1599          * then the residual physical memory is mapped with 2MB pages.  Later,
1600          * if pmap_mapdev{_attr}() uses the direct map for non-write-back
1601          * memory, pmap_change_attr() will demote any 2MB or 1GB page mappings
1602          * that are partially used. 
1603          */
1604         pd_p = (pd_entry_t *)DMPDphys;
1605         for (i = NPDEPG * ndm1g, j = 0; i < NPDEPG * ndmpdp; i++, j++) {
1606                 pd_p[j] = (vm_paddr_t)i << PDRSHIFT;
1607                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
1608                 pd_p[j] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_PS | pg_g |
1609                     X86_PG_M | X86_PG_A | pg_nx;
1610         }
1611         pdp_p = (pdp_entry_t *)DMPDPphys;
1612         for (i = 0; i < ndm1g; i++) {
1613                 pdp_p[i] = (vm_paddr_t)i << PDPSHIFT;
1614                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
1615                 pdp_p[i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_PS | pg_g |
1616                     X86_PG_M | X86_PG_A | pg_nx;
1617         }
1618         for (j = 0; i < ndmpdp; i++, j++) {
1619                 pdp_p[i] = DMPDphys + ptoa(j);
1620                 pdp_p[i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
1621         }
1622
1623         /*
1624          * Instead of using a 1G page for the memory containing the kernel,
1625          * use 2M pages with read-only and no-execute permissions.  (If using 1G
1626          * pages, this will partially overwrite the PDPEs above.)
1627          */
1628         if (ndm1g) {
1629                 pd_p = (pd_entry_t *)DMPDkernphys;
1630                 for (i = 0; i < (NPDEPG * nkdmpde); i++)
1631                         pd_p[i] = (i << PDRSHIFT) | X86_PG_V | PG_PS | pg_g |
1632                             X86_PG_M | X86_PG_A | pg_nx |
1633                             bootaddr_rwx(i << PDRSHIFT);
1634                 for (i = 0; i < nkdmpde; i++)
1635                         pdp_p[i] = (DMPDkernphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW |
1636                             X86_PG_V | pg_nx;
1637         }
1638
1639         /* And recursively map PML4 to itself in order to get PTmap */
1640         p4_p = (pml4_entry_t *)KPML4phys;
1641         p4_p[PML4PML4I] = KPML4phys;
1642         p4_p[PML4PML4I] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
1643
1644         /* Connect the Direct Map slot(s) up to the PML4. */
1645         for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++) {
1646                 p4_p[DMPML4I + i] = DMPDPphys + ptoa(i);
1647                 p4_p[DMPML4I + i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
1648         }
1649
1650         /* Connect the KVA slots up to the PML4 */
1651         for (i = 0; i < NKPML4E; i++) {
1652                 p4_p[KPML4BASE + i] = KPDPphys + ptoa(i);
1653                 p4_p[KPML4BASE + i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V;
1654         }
1655 }
1656
1657 /*
1658  *      Bootstrap the system enough to run with virtual memory.
1659  *
1660  *      On amd64 this is called after mapping has already been enabled
1661  *      and just syncs the pmap module with what has already been done.
1662  *      [We can't call it easily with mapping off since the kernel is not
1663  *      mapped with PA == VA, hence we would have to relocate every address
1664  *      from the linked base (virtual) address "KERNBASE" to the actual
1665  *      (physical) address starting relative to 0]
1666  */
1667 void
1668 pmap_bootstrap(vm_paddr_t *firstaddr)
1669 {
1670         vm_offset_t va;
1671         pt_entry_t *pte, *pcpu_pte;
1672         struct region_descriptor r_gdt;
1673         uint64_t cr4, pcpu_phys;
1674         u_long res;
1675         int i;
1676
1677         KERNend = *firstaddr;
1678         res = atop(KERNend - (vm_paddr_t)kernphys);
1679
1680         if (!pti)
1681                 pg_g = X86_PG_G;
1682
1683         /*
1684          * Create an initial set of page tables to run the kernel in.
1685          */
1686         create_pagetables(firstaddr);
1687
1688         pcpu_phys = allocpages(firstaddr, MAXCPU);
1689
1690         /*
1691          * Add a physical memory segment (vm_phys_seg) corresponding to the
1692          * preallocated kernel page table pages so that vm_page structures
1693          * representing these pages will be created.  The vm_page structures
1694          * are required for promotion of the corresponding kernel virtual
1695          * addresses to superpage mappings.
1696          */
1697         vm_phys_add_seg(KPTphys, KPTphys + ptoa(nkpt));
1698
1699         /*
1700          * Account for the virtual addresses mapped by create_pagetables().
1701          */
1702         virtual_avail = (vm_offset_t)KERNBASE + round_2mpage(KERNend);
1703         virtual_end = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS;
1704
1705         /*
1706          * Enable PG_G global pages, then switch to the kernel page
1707          * table from the bootstrap page table.  After the switch, it
1708          * is possible to enable SMEP and SMAP since PG_U bits are
1709          * correct now.
1710          */
1711         cr4 = rcr4();
1712         cr4 |= CR4_PGE;
1713         load_cr4(cr4);
1714         load_cr3(KPML4phys);
1715         if (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_SMEP)
1716                 cr4 |= CR4_SMEP;
1717         if (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_SMAP)
1718                 cr4 |= CR4_SMAP;
1719         load_cr4(cr4);
1720
1721         /*
1722          * Initialize the kernel pmap (which is statically allocated).
1723          * Count bootstrap data as being resident in case any of this data is
1724          * later unmapped (using pmap_remove()) and freed.
1725          */
1726         PMAP_LOCK_INIT(kernel_pmap);
1727         kernel_pmap->pm_pml4 = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(KPML4phys);
1728         kernel_pmap->pm_cr3 = KPML4phys;
1729         kernel_pmap->pm_ucr3 = PMAP_NO_CR3;
1730         CPU_FILL(&kernel_pmap->pm_active);      /* don't allow deactivation */
1731         TAILQ_INIT(&kernel_pmap->pm_pvchunk);
1732         kernel_pmap->pm_stats.resident_count = res;
1733         kernel_pmap->pm_flags = pmap_flags;
1734
1735         /*
1736          * Initialize the TLB invalidations generation number lock.
1737          */
1738         mtx_init(&invl_gen_mtx, "invlgn", NULL, MTX_DEF);
1739
1740         /*
1741          * Reserve some special page table entries/VA space for temporary
1742          * mapping of pages.
1743          */
1744 #define SYSMAP(c, p, v, n)      \
1745         v = (c)va; va += ((n)*PAGE_SIZE); p = pte; pte += (n);
1746
1747         va = virtual_avail;
1748         pte = vtopte(va);
1749
1750         /*
1751          * Crashdump maps.  The first page is reused as CMAP1 for the
1752          * memory test.
1753          */
1754         SYSMAP(caddr_t, CMAP1, crashdumpmap, MAXDUMPPGS)
1755         CADDR1 = crashdumpmap;
1756
1757         SYSMAP(struct pcpu *, pcpu_pte, __pcpu, MAXCPU);
1758         virtual_avail = va;
1759
1760         for (i = 0; i < MAXCPU; i++) {
1761                 pcpu_pte[i] = (pcpu_phys + ptoa(i)) | X86_PG_V | X86_PG_RW |
1762                     pg_g | pg_nx | X86_PG_M | X86_PG_A;
1763         }
1764
1765         /*
1766          * Re-initialize PCPU area for BSP after switching.
1767          * Make hardware use gdt and common_tss from the new PCPU.
1768          */
1769         STAILQ_INIT(&cpuhead);
1770         wrmsr(MSR_GSBASE, (uint64_t)&__pcpu[0]);
1771         pcpu_init(&__pcpu[0], 0, sizeof(struct pcpu));
1772         amd64_bsp_pcpu_init1(&__pcpu[0]);
1773         amd64_bsp_ist_init(&__pcpu[0]);
1774         __pcpu[0].pc_common_tss.tss_iobase = sizeof(struct amd64tss) +
1775             IOPERM_BITMAP_SIZE;
1776         memcpy(__pcpu[0].pc_gdt, temp_bsp_pcpu.pc_gdt, NGDT *
1777             sizeof(struct user_segment_descriptor));
1778         gdt_segs[GPROC0_SEL].ssd_base = (uintptr_t)&__pcpu[0].pc_common_tss;
1779         ssdtosyssd(&gdt_segs[GPROC0_SEL],
1780             (struct system_segment_descriptor *)&__pcpu[0].pc_gdt[GPROC0_SEL]);
1781         r_gdt.rd_limit = NGDT * sizeof(struct user_segment_descriptor) - 1;
1782         r_gdt.rd_base = (long)__pcpu[0].pc_gdt;
1783         lgdt(&r_gdt);
1784         wrmsr(MSR_GSBASE, (uint64_t)&__pcpu[0]);
1785         ltr(GSEL(GPROC0_SEL, SEL_KPL));
1786         __pcpu[0].pc_dynamic = temp_bsp_pcpu.pc_dynamic;
1787         __pcpu[0].pc_acpi_id = temp_bsp_pcpu.pc_acpi_id;
1788
1789         /*
1790          * Initialize the PAT MSR.
1791          * pmap_init_pat() clears and sets CR4_PGE, which, as a
1792          * side-effect, invalidates stale PG_G TLB entries that might
1793          * have been created in our pre-boot environment.
1794          */
1795         pmap_init_pat();
1796
1797         /* Initialize TLB Context Id. */
1798         if (pmap_pcid_enabled) {
1799                 for (i = 0; i < MAXCPU; i++) {
1800                         kernel_pmap->pm_pcids[i].pm_pcid = PMAP_PCID_KERN;
1801                         kernel_pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 1;
1802                 }
1803
1804                 /*
1805                  * PMAP_PCID_KERN + 1 is used for initialization of
1806                  * proc0 pmap.  The pmap' pcid state might be used by
1807                  * EFIRT entry before first context switch, so it
1808                  * needs to be valid.
1809                  */
1810                 PCPU_SET(pcid_next, PMAP_PCID_KERN + 2);
1811                 PCPU_SET(pcid_gen, 1);
1812
1813                 /*
1814                  * pcpu area for APs is zeroed during AP startup.
1815                  * pc_pcid_next and pc_pcid_gen are initialized by AP
1816                  * during pcpu setup.
1817                  */
1818                 load_cr4(rcr4() | CR4_PCIDE);
1819         }
1820 }
1821
1822 /*
1823  * Setup the PAT MSR.
1824  */
1825 void
1826 pmap_init_pat(void)
1827 {
1828         uint64_t pat_msr;
1829         u_long cr0, cr4;
1830         int i;
1831
1832         /* Bail if this CPU doesn't implement PAT. */
1833         if ((cpu_feature & CPUID_PAT) == 0)
1834                 panic("no PAT??");
1835
1836         /* Set default PAT index table. */
1837         for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
1838                 pat_index[i] = -1;
1839         pat_index[PAT_WRITE_BACK] = 0;
1840         pat_index[PAT_WRITE_THROUGH] = 1;
1841         pat_index[PAT_UNCACHEABLE] = 3;
1842         pat_index[PAT_WRITE_COMBINING] = 6;
1843         pat_index[PAT_WRITE_PROTECTED] = 5;
1844         pat_index[PAT_UNCACHED] = 2;
1845
1846         /*
1847          * Initialize default PAT entries.
1848          * Leave the indices 0-3 at the default of WB, WT, UC-, and UC.
1849          * Program 5 and 6 as WP and WC.
1850          *
1851          * Leave 4 and 7 as WB and UC.  Note that a recursive page table
1852          * mapping for a 2M page uses a PAT value with the bit 3 set due
1853          * to its overload with PG_PS.
1854          */
1855         pat_msr = PAT_VALUE(0, PAT_WRITE_BACK) |
1856             PAT_VALUE(1, PAT_WRITE_THROUGH) |
1857             PAT_VALUE(2, PAT_UNCACHED) |
1858             PAT_VALUE(3, PAT_UNCACHEABLE) |
1859             PAT_VALUE(4, PAT_WRITE_BACK) |
1860             PAT_VALUE(5, PAT_WRITE_PROTECTED) |
1861             PAT_VALUE(6, PAT_WRITE_COMBINING) |
1862             PAT_VALUE(7, PAT_UNCACHEABLE);
1863
1864         /* Disable PGE. */
1865         cr4 = rcr4();
1866         load_cr4(cr4 & ~CR4_PGE);
1867
1868         /* Disable caches (CD = 1, NW = 0). */
1869         cr0 = rcr0();
1870         load_cr0((cr0 & ~CR0_NW) | CR0_CD);
1871
1872         /* Flushes caches and TLBs. */
1873         wbinvd();
1874         invltlb();
1875
1876         /* Update PAT and index table. */
1877         wrmsr(MSR_PAT, pat_msr);
1878
1879         /* Flush caches and TLBs again. */
1880         wbinvd();
1881         invltlb();
1882
1883         /* Restore caches and PGE. */
1884         load_cr0(cr0);
1885         load_cr4(cr4);
1886 }
1887
1888 /*
1889  *      Initialize a vm_page's machine-dependent fields.
1890  */
1891 void
1892 pmap_page_init(vm_page_t m)
1893 {
1894
1895         TAILQ_INIT(&m->md.pv_list);
1896         m->md.pat_mode = PAT_WRITE_BACK;
1897 }
1898
1899 static int pmap_allow_2m_x_ept;
1900 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, allow_2m_x_ept, CTLFLAG_RWTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
1901     &pmap_allow_2m_x_ept, 0,
1902     "Allow executable superpage mappings in EPT");
1903
1904 void
1905 pmap_allow_2m_x_ept_recalculate(void)
1906 {
1907         /*
1908          * SKL002, SKL012S.  Since the EPT format is only used by
1909          * Intel CPUs, the vendor check is merely a formality.
1910          */
1911         if (!(cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL ||
1912             (cpu_ia32_arch_caps & IA32_ARCH_CAP_IF_PSCHANGE_MC_NO) != 0 ||
1913             (CPUID_TO_FAMILY(cpu_id) == 0x6 &&
1914             (CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x26 ||  /* Atoms */
1915             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x27 ||
1916             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x35 ||
1917             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x36 ||
1918             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x37 ||
1919             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x86 ||
1920             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x1c ||
1921             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x4a ||
1922             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x4c ||
1923             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x4d ||
1924             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x5a ||
1925             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x5c ||
1926             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x5d ||
1927             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x5f ||
1928             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x6e ||
1929             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x7a ||
1930             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x57 ||   /* Knights */
1931             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x85))))
1932                 pmap_allow_2m_x_ept = 1;
1933         TUNABLE_INT_FETCH("hw.allow_2m_x_ept", &pmap_allow_2m_x_ept);
1934 }
1935
1936 static bool
1937 pmap_allow_2m_x_page(pmap_t pmap, bool executable)
1938 {
1939
1940         return (pmap->pm_type != PT_EPT || !executable ||
1941             !pmap_allow_2m_x_ept);
1942 }
1943
1944 #ifdef NUMA
1945 static void
1946 pmap_init_pv_table(void)
1947 {
1948         struct pmap_large_md_page *pvd;
1949         vm_size_t s;
1950         long start, end, highest, pv_npg;
1951         int domain, i, j, pages;
1952
1953         /*
1954          * We strongly depend on the size being a power of two, so the assert
1955          * is overzealous. However, should the struct be resized to a
1956          * different power of two, the code below needs to be revisited.
1957          */
1958         CTASSERT((sizeof(*pvd) == 64));
1959
1960         /*
1961          * Calculate the size of the array.
1962          */
1963         pmap_last_pa = vm_phys_segs[vm_phys_nsegs - 1].end;
1964         pv_npg = howmany(pmap_last_pa, NBPDR);
1965         s = (vm_size_t)pv_npg * sizeof(struct pmap_large_md_page);
1966         s = round_page(s);
1967         pv_table = (struct pmap_large_md_page *)kva_alloc(s);
1968         if (pv_table == NULL)
1969                 panic("%s: kva_alloc failed\n", __func__);
1970
1971         /*
1972          * Iterate physical segments to allocate space for respective pages.
1973          */
1974         highest = -1;
1975         s = 0;
1976         for (i = 0; i < vm_phys_nsegs; i++) {
1977                 end = vm_phys_segs[i].end / NBPDR;
1978                 domain = vm_phys_segs[i].domain;
1979
1980                 if (highest >= end)
1981                         continue;
1982
1983                 start = highest + 1;
1984                 pvd = &pv_table[start];
1985
1986                 pages = end - start + 1;
1987                 s = round_page(pages * sizeof(*pvd));
1988                 highest = start + (s / sizeof(*pvd)) - 1;
1989
1990                 for (j = 0; j < s; j += PAGE_SIZE) {
1991                         vm_page_t m = vm_page_alloc_domain(NULL, 0,
1992                             domain, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ);
1993                         if (m == NULL)
1994                                 panic("vm_page_alloc_domain failed for %lx\n", (vm_offset_t)pvd + j);
1995                         pmap_qenter((vm_offset_t)pvd + j, &m, 1);
1996                 }
1997
1998                 for (j = 0; j < s / sizeof(*pvd); j++) {
1999                         rw_init_flags(&pvd->pv_lock, "pmap pv list", RW_NEW);
2000                         TAILQ_INIT(&pvd->pv_page.pv_list);
2001                         pvd->pv_page.pv_gen = 0;
2002                         pvd->pv_page.pat_mode = 0;
2003                         pvd->pv_invl_gen = 0;
2004                         pvd++;
2005                 }
2006         }
2007         pvd = &pv_dummy_large;
2008         rw_init_flags(&pvd->pv_lock, "pmap pv list dummy", RW_NEW);
2009         TAILQ_INIT(&pvd->pv_page.pv_list);
2010         pvd->pv_page.pv_gen = 0;
2011         pvd->pv_page.pat_mode = 0;
2012         pvd->pv_invl_gen = 0;
2013 }
2014 #else
2015 static void
2016 pmap_init_pv_table(void)
2017 {
2018         vm_size_t s;
2019         long i, pv_npg;
2020
2021         /*
2022          * Initialize the pool of pv list locks.
2023          */
2024         for (i = 0; i < NPV_LIST_LOCKS; i++)
2025                 rw_init(&pv_list_locks[i], "pmap pv list");
2026
2027         /*
2028          * Calculate the size of the pv head table for superpages.
2029          */
2030         pv_npg = howmany(vm_phys_segs[vm_phys_nsegs - 1].end, NBPDR);
2031
2032         /*
2033          * Allocate memory for the pv head table for superpages.
2034          */
2035         s = (vm_size_t)pv_npg * sizeof(struct md_page);
2036         s = round_page(s);
2037         pv_table = (struct md_page *)kmem_malloc(s, M_WAITOK | M_ZERO);
2038         for (i = 0; i < pv_npg; i++)
2039                 TAILQ_INIT(&pv_table[i].pv_list);
2040         TAILQ_INIT(&pv_dummy.pv_list);
2041 }
2042 #endif
2043
2044 /*
2045  *      Initialize the pmap module.
2046  *      Called by vm_init, to initialize any structures that the pmap
2047  *      system needs to map virtual memory.
2048  */
2049 void
2050 pmap_init(void)
2051 {
2052         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
2053         vm_page_t m, mpte;
2054         int error, i, ret, skz63;
2055
2056         /* L1TF, reserve page @0 unconditionally */
2057         vm_page_blacklist_add(0, bootverbose);
2058
2059         /* Detect bare-metal Skylake Server and Skylake-X. */
2060         if (vm_guest == VM_GUEST_NO && cpu_vendor_id == CPU_VENDOR_INTEL &&
2061             CPUID_TO_FAMILY(cpu_id) == 0x6 && CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x55) {
2062                 /*
2063                  * Skylake-X errata SKZ63. Processor May Hang When
2064                  * Executing Code In an HLE Transaction Region between
2065                  * 40000000H and 403FFFFFH.
2066                  *
2067                  * Mark the pages in the range as preallocated.  It
2068                  * seems to be impossible to distinguish between
2069                  * Skylake Server and Skylake X.
2070                  */
2071                 skz63 = 1;
2072                 TUNABLE_INT_FETCH("hw.skz63_enable", &skz63);
2073                 if (skz63 != 0) {
2074                         if (bootverbose)
2075                                 printf("SKZ63: skipping 4M RAM starting "
2076                                     "at physical 1G\n");
2077                         for (i = 0; i < atop(0x400000); i++) {
2078                                 ret = vm_page_blacklist_add(0x40000000 +
2079                                     ptoa(i), FALSE);
2080                                 if (!ret && bootverbose)
2081                                         printf("page at %#lx already used\n",
2082                                             0x40000000 + ptoa(i));
2083                         }
2084                 }
2085         }
2086
2087         /* IFU */
2088         pmap_allow_2m_x_ept_recalculate();
2089
2090         /*
2091          * Initialize the vm page array entries for the kernel pmap's
2092          * page table pages.
2093          */ 
2094         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
2095         for (i = 0; i < nkpt; i++) {
2096                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(KPTphys + (i << PAGE_SHIFT));
2097                 KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
2098                     mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
2099                     ("pmap_init: page table page is out of range"));
2100                 mpte->pindex = pmap_pde_pindex(KERNBASE) + i;
2101                 mpte->phys_addr = KPTphys + (i << PAGE_SHIFT);
2102                 mpte->ref_count = 1;
2103
2104                 /*
2105                  * Collect the page table pages that were replaced by a 2MB
2106                  * page in create_pagetables().  They are zero filled.
2107                  */
2108                 if (i << PDRSHIFT < KERNend &&
2109                     pmap_insert_pt_page(kernel_pmap, mpte, false))
2110                         panic("pmap_init: pmap_insert_pt_page failed");
2111         }
2112         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
2113         vm_wire_add(nkpt);
2114
2115         /*
2116          * If the kernel is running on a virtual machine, then it must assume
2117          * that MCA is enabled by the hypervisor.  Moreover, the kernel must
2118          * be prepared for the hypervisor changing the vendor and family that
2119          * are reported by CPUID.  Consequently, the workaround for AMD Family
2120          * 10h Erratum 383 is enabled if the processor's feature set does not
2121          * include at least one feature that is only supported by older Intel
2122          * or newer AMD processors.
2123          */
2124         if (vm_guest != VM_GUEST_NO && (cpu_feature & CPUID_SS) == 0 &&
2125             (cpu_feature2 & (CPUID2_SSSE3 | CPUID2_SSE41 | CPUID2_AESNI |
2126             CPUID2_AVX | CPUID2_XSAVE)) == 0 && (amd_feature2 & (AMDID2_XOP |
2127             AMDID2_FMA4)) == 0)
2128                 workaround_erratum383 = 1;
2129
2130         /*
2131          * Are large page mappings enabled?
2132          */
2133         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.pg_ps_enabled", &pg_ps_enabled);
2134         if (pg_ps_enabled) {
2135                 KASSERT(MAXPAGESIZES > 1 && pagesizes[1] == 0,
2136                     ("pmap_init: can't assign to pagesizes[1]"));
2137                 pagesizes[1] = NBPDR;
2138         }
2139
2140         /*
2141          * Initialize pv chunk lists.
2142          */
2143         for (i = 0; i < PMAP_MEMDOM; i++) {
2144                 mtx_init(&pv_chunks[i].pvc_lock, "pmap pv chunk list", NULL, MTX_DEF);
2145                 TAILQ_INIT(&pv_chunks[i].pvc_list);
2146         }
2147         pmap_init_pv_table();
2148
2149         pmap_initialized = 1;
2150         for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
2151                 ppim = pmap_preinit_mapping + i;
2152                 if (ppim->va == 0)
2153                         continue;
2154                 /* Make the direct map consistent */
2155                 if (ppim->pa < dmaplimit && ppim->pa + ppim->sz <= dmaplimit) {
2156                         (void)pmap_change_attr(PHYS_TO_DMAP(ppim->pa),
2157                             ppim->sz, ppim->mode);
2158                 }
2159                 if (!bootverbose)
2160                         continue;
2161                 printf("PPIM %u: PA=%#lx, VA=%#lx, size=%#lx, mode=%#x\n", i,
2162                     ppim->pa, ppim->va, ppim->sz, ppim->mode);
2163         }
2164
2165         mtx_init(&qframe_mtx, "qfrmlk", NULL, MTX_SPIN);
2166         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE, M_BESTFIT | M_WAITOK,
2167             (vmem_addr_t *)&qframe);
2168         if (error != 0)
2169                 panic("qframe allocation failed");
2170
2171         lm_ents = 8;
2172         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.large_map_pml4_entries", &lm_ents);
2173         if (lm_ents > LMEPML4I - LMSPML4I + 1)
2174                 lm_ents = LMEPML4I - LMSPML4I + 1;
2175         if (bootverbose)
2176                 printf("pmap: large map %u PML4 slots (%lu GB)\n",
2177                     lm_ents, (u_long)lm_ents * (NBPML4 / 1024 / 1024 / 1024));
2178         if (lm_ents != 0) {
2179                 large_vmem = vmem_create("large", LARGEMAP_MIN_ADDRESS,
2180                     (vmem_size_t)lm_ents * NBPML4, PAGE_SIZE, 0, M_WAITOK);
2181                 if (large_vmem == NULL) {
2182                         printf("pmap: cannot create large map\n");
2183                         lm_ents = 0;
2184                 }
2185                 for (i = 0; i < lm_ents; i++) {
2186                         m = pmap_large_map_getptp_unlocked();
2187                         kernel_pmap->pm_pml4[LMSPML4I + i] = X86_PG_V |
2188                             X86_PG_RW | X86_PG_A | X86_PG_M | pg_nx |
2189                             VM_PAGE_TO_PHYS(m);
2190                 }
2191         }
2192 }
2193
2194 SYSCTL_UINT(_vm_pmap, OID_AUTO, large_map_pml4_entries,
2195     CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH, &lm_ents, 0,
2196     "Maximum number of PML4 entries for use by large map (tunable).  "
2197     "Each entry corresponds to 512GB of address space.");
2198
2199 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, pde, CTLFLAG_RD, 0,
2200     "2MB page mapping counters");
2201
2202 static u_long pmap_pde_demotions;
2203 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
2204     &pmap_pde_demotions, 0, "2MB page demotions");
2205
2206 static u_long pmap_pde_mappings;
2207 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, mappings, CTLFLAG_RD,
2208     &pmap_pde_mappings, 0, "2MB page mappings");
2209
2210 static u_long pmap_pde_p_failures;
2211 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, p_failures, CTLFLAG_RD,
2212     &pmap_pde_p_failures, 0, "2MB page promotion failures");
2213
2214 static u_long pmap_pde_promotions;
2215 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, promotions, CTLFLAG_RD,
2216     &pmap_pde_promotions, 0, "2MB page promotions");
2217
2218 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, pdpe, CTLFLAG_RD, 0,
2219     "1GB page mapping counters");
2220
2221 static u_long pmap_pdpe_demotions;
2222 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pdpe, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
2223     &pmap_pdpe_demotions, 0, "1GB page demotions");
2224
2225 /***************************************************
2226  * Low level helper routines.....
2227  ***************************************************/
2228
2229 static pt_entry_t
2230 pmap_swap_pat(pmap_t pmap, pt_entry_t entry)
2231 {
2232         int x86_pat_bits = X86_PG_PTE_PAT | X86_PG_PDE_PAT;
2233
2234         switch (pmap->pm_type) {
2235         case PT_X86:
2236         case PT_RVI:
2237                 /* Verify that both PAT bits are not set at the same time */
2238                 KASSERT((entry & x86_pat_bits) != x86_pat_bits,
2239                     ("Invalid PAT bits in entry %#lx", entry));
2240
2241                 /* Swap the PAT bits if one of them is set */
2242                 if ((entry & x86_pat_bits) != 0)
2243                         entry ^= x86_pat_bits;
2244                 break;
2245         case PT_EPT:
2246                 /*
2247                  * Nothing to do - the memory attributes are represented
2248                  * the same way for regular pages and superpages.
2249                  */
2250                 break;
2251         default:
2252                 panic("pmap_switch_pat_bits: bad pm_type %d", pmap->pm_type);
2253         }
2254
2255         return (entry);
2256 }
2257
2258 boolean_t
2259 pmap_is_valid_memattr(pmap_t pmap __unused, vm_memattr_t mode)
2260 {
2261
2262         return (mode >= 0 && mode < PAT_INDEX_SIZE &&
2263             pat_index[(int)mode] >= 0);
2264 }
2265
2266 /*
2267  * Determine the appropriate bits to set in a PTE or PDE for a specified
2268  * caching mode.
2269  */
2270 int
2271 pmap_cache_bits(pmap_t pmap, int mode, boolean_t is_pde)
2272 {
2273         int cache_bits, pat_flag, pat_idx;
2274
2275         if (!pmap_is_valid_memattr(pmap, mode))
2276                 panic("Unknown caching mode %d\n", mode);
2277
2278         switch (pmap->pm_type) {
2279         case PT_X86:
2280         case PT_RVI:
2281                 /* The PAT bit is different for PTE's and PDE's. */
2282                 pat_flag = is_pde ? X86_PG_PDE_PAT : X86_PG_PTE_PAT;
2283
2284                 /* Map the caching mode to a PAT index. */
2285                 pat_idx = pat_index[mode];
2286
2287                 /* Map the 3-bit index value into the PAT, PCD, and PWT bits. */
2288                 cache_bits = 0;
2289                 if (pat_idx & 0x4)
2290                         cache_bits |= pat_flag;
2291                 if (pat_idx & 0x2)
2292                         cache_bits |= PG_NC_PCD;
2293                 if (pat_idx & 0x1)
2294                         cache_bits |= PG_NC_PWT;
2295                 break;
2296
2297         case PT_EPT:
2298                 cache_bits = EPT_PG_IGNORE_PAT | EPT_PG_MEMORY_TYPE(mode);
2299                 break;
2300
2301         default:
2302                 panic("unsupported pmap type %d", pmap->pm_type);
2303         }
2304
2305         return (cache_bits);
2306 }
2307
2308 static int
2309 pmap_cache_mask(pmap_t pmap, boolean_t is_pde)
2310 {
2311         int mask;
2312
2313         switch (pmap->pm_type) {
2314         case PT_X86:
2315         case PT_RVI:
2316                 mask = is_pde ? X86_PG_PDE_CACHE : X86_PG_PTE_CACHE;
2317                 break;
2318         case PT_EPT:
2319                 mask = EPT_PG_IGNORE_PAT | EPT_PG_MEMORY_TYPE(0x7);
2320                 break;
2321         default:
2322                 panic("pmap_cache_mask: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
2323         }
2324
2325         return (mask);
2326 }
2327
2328 static int
2329 pmap_pat_index(pmap_t pmap, pt_entry_t pte, bool is_pde)
2330 {
2331         int pat_flag, pat_idx;
2332
2333         pat_idx = 0;
2334         switch (pmap->pm_type) {
2335         case PT_X86:
2336         case PT_RVI:
2337                 /* The PAT bit is different for PTE's and PDE's. */
2338                 pat_flag = is_pde ? X86_PG_PDE_PAT : X86_PG_PTE_PAT;
2339
2340                 if ((pte & pat_flag) != 0)
2341                         pat_idx |= 0x4;
2342                 if ((pte & PG_NC_PCD) != 0)
2343                         pat_idx |= 0x2;
2344                 if ((pte & PG_NC_PWT) != 0)
2345                         pat_idx |= 0x1;
2346                 break;
2347         case PT_EPT:
2348                 if ((pte & EPT_PG_IGNORE_PAT) != 0)
2349                         panic("EPT PTE %#lx has no PAT memory type", pte);
2350                 pat_idx = (pte & EPT_PG_MEMORY_TYPE(0x7)) >> 3;
2351                 break;
2352         }
2353
2354         /* See pmap_init_pat(). */
2355         if (pat_idx == 4)
2356                 pat_idx = 0;
2357         if (pat_idx == 7)
2358                 pat_idx = 3;
2359
2360         return (pat_idx);
2361 }
2362
2363 bool
2364 pmap_ps_enabled(pmap_t pmap)
2365 {
2366
2367         return (pg_ps_enabled && (pmap->pm_flags & PMAP_PDE_SUPERPAGE) != 0);
2368 }
2369
2370 static void
2371 pmap_update_pde_store(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
2372 {
2373
2374         switch (pmap->pm_type) {
2375         case PT_X86:
2376                 break;
2377         case PT_RVI:
2378         case PT_EPT:
2379                 /*
2380                  * XXX
2381                  * This is a little bogus since the generation number is
2382                  * supposed to be bumped up when a region of the address
2383                  * space is invalidated in the page tables.
2384                  *
2385                  * In this case the old PDE entry is valid but yet we want
2386                  * to make sure that any mappings using the old entry are
2387                  * invalidated in the TLB.
2388                  *
2389                  * The reason this works as expected is because we rendezvous
2390                  * "all" host cpus and force any vcpu context to exit as a
2391                  * side-effect.
2392                  */
2393                 atomic_add_acq_long(&pmap->pm_eptgen, 1);
2394                 break;
2395         default:
2396                 panic("pmap_update_pde_store: bad pm_type %d", pmap->pm_type);
2397         }
2398         pde_store(pde, newpde);
2399 }
2400
2401 /*
2402  * After changing the page size for the specified virtual address in the page
2403  * table, flush the corresponding entries from the processor's TLB.  Only the
2404  * calling processor's TLB is affected.
2405  *
2406  * The calling thread must be pinned to a processor.
2407  */
2408 static void
2409 pmap_update_pde_invalidate(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t newpde)
2410 {
2411         pt_entry_t PG_G;
2412
2413         if (pmap_type_guest(pmap))
2414                 return;
2415
2416         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
2417             ("pmap_update_pde_invalidate: invalid type %d", pmap->pm_type));
2418
2419         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
2420
2421         if ((newpde & PG_PS) == 0)
2422                 /* Demotion: flush a specific 2MB page mapping. */
2423                 invlpg(va);
2424         else if ((newpde & PG_G) == 0)
2425                 /*
2426                  * Promotion: flush every 4KB page mapping from the TLB
2427                  * because there are too many to flush individually.
2428                  */
2429                 invltlb();
2430         else {
2431                 /*
2432                  * Promotion: flush every 4KB page mapping from the TLB,
2433                  * including any global (PG_G) mappings.
2434                  */
2435                 invltlb_glob();
2436         }
2437 }
2438 #ifdef SMP
2439
2440 /*
2441  * For SMP, these functions have to use the IPI mechanism for coherence.
2442  *
2443  * N.B.: Before calling any of the following TLB invalidation functions,
2444  * the calling processor must ensure that all stores updating a non-
2445  * kernel page table are globally performed.  Otherwise, another
2446  * processor could cache an old, pre-update entry without being
2447  * invalidated.  This can happen one of two ways: (1) The pmap becomes
2448  * active on another processor after its pm_active field is checked by
2449  * one of the following functions but before a store updating the page
2450  * table is globally performed. (2) The pmap becomes active on another
2451  * processor before its pm_active field is checked but due to
2452  * speculative loads one of the following functions stills reads the
2453  * pmap as inactive on the other processor.
2454  * 
2455  * The kernel page table is exempt because its pm_active field is
2456  * immutable.  The kernel page table is always active on every
2457  * processor.
2458  */
2459
2460 /*
2461  * Interrupt the cpus that are executing in the guest context.
2462  * This will force the vcpu to exit and the cached EPT mappings
2463  * will be invalidated by the host before the next vmresume.
2464  */
2465 static __inline void
2466 pmap_invalidate_ept(pmap_t pmap)
2467 {
2468         int ipinum;
2469
2470         sched_pin();
2471         KASSERT(!CPU_ISSET(curcpu, &pmap->pm_active),
2472             ("pmap_invalidate_ept: absurd pm_active"));
2473
2474         /*
2475          * The TLB mappings associated with a vcpu context are not
2476          * flushed each time a different vcpu is chosen to execute.
2477          *
2478          * This is in contrast with a process's vtop mappings that
2479          * are flushed from the TLB on each context switch.
2480          *
2481          * Therefore we need to do more than just a TLB shootdown on
2482          * the active cpus in 'pmap->pm_active'. To do this we keep
2483          * track of the number of invalidations performed on this pmap.
2484          *
2485          * Each vcpu keeps a cache of this counter and compares it
2486          * just before a vmresume. If the counter is out-of-date an
2487          * invept will be done to flush stale mappings from the TLB.
2488          */
2489         atomic_add_acq_long(&pmap->pm_eptgen, 1);
2490
2491         /*
2492          * Force the vcpu to exit and trap back into the hypervisor.
2493          */
2494         ipinum = pmap->pm_flags & PMAP_NESTED_IPIMASK;
2495         ipi_selected(pmap->pm_active, ipinum);
2496         sched_unpin();
2497 }
2498
2499 static cpuset_t
2500 pmap_invalidate_cpu_mask(pmap_t pmap)
2501 {
2502
2503         return (pmap == kernel_pmap ? all_cpus : pmap->pm_active);
2504 }
2505
2506 static inline void
2507 pmap_invalidate_page_pcid(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
2508     const bool invpcid_works1)
2509 {
2510         struct invpcid_descr d;
2511         uint64_t kcr3, ucr3;
2512         uint32_t pcid;
2513         u_int cpuid, i;
2514
2515         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
2516         if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
2517                 if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
2518                         /*
2519                          * Because pm_pcid is recalculated on a
2520                          * context switch, we must disable switching.
2521                          * Otherwise, we might use a stale value
2522                          * below.
2523                          */
2524                         critical_enter();
2525                         pcid = pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
2526                         if (invpcid_works1) {
2527                                 d.pcid = pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
2528                                 d.pad = 0;
2529                                 d.addr = va;
2530                                 invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
2531                         } else {
2532                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pcid | CR3_PCID_SAVE;
2533                                 ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pcid |
2534                                     PMAP_PCID_USER_PT | CR3_PCID_SAVE;
2535                                 pmap_pti_pcid_invlpg(ucr3, kcr3, va);
2536                         }
2537                         critical_exit();
2538                 }
2539         } else
2540                 pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = 0;
2541
2542         CPU_FOREACH(i) {
2543                 if (cpuid != i)
2544                         pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
2545         }
2546
2547         /*
2548          * The fence is between stores to pm_gen and the read of the
2549          * pm_active mask.  We need to ensure that it is impossible
2550          * for us to miss the bit update in pm_active and
2551          * simultaneously observe a non-zero pm_gen in
2552          * pmap_activate_sw(), otherwise TLB update is missed.
2553          * Without the fence, IA32 allows such an outcome.  Note that
2554          * pm_active is updated by a locked operation, which provides
2555          * the reciprocal fence.
2556          */
2557         atomic_thread_fence_seq_cst();
2558 }
2559
2560 static void
2561 pmap_invalidate_page_pcid_invpcid(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2562 {
2563
2564         pmap_invalidate_page_pcid(pmap, va, true);
2565 }
2566
2567 static void
2568 pmap_invalidate_page_pcid_noinvpcid(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2569 {
2570
2571         pmap_invalidate_page_pcid(pmap, va, false);
2572 }
2573
2574 static void
2575 pmap_invalidate_page_nopcid(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2576 {
2577 }
2578
2579 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_invalidate_page_mode, (pmap_t, vm_offset_t))
2580 {
2581
2582         if (pmap_pcid_enabled)
2583                 return (invpcid_works ? pmap_invalidate_page_pcid_invpcid :
2584                     pmap_invalidate_page_pcid_noinvpcid);
2585         return (pmap_invalidate_page_nopcid);
2586 }
2587
2588 void
2589 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2590 {
2591
2592         if (pmap_type_guest(pmap)) {
2593                 pmap_invalidate_ept(pmap);
2594                 return;
2595         }
2596
2597         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
2598             ("pmap_invalidate_page: invalid type %d", pmap->pm_type));
2599
2600         sched_pin();
2601         if (pmap == kernel_pmap) {
2602                 invlpg(va);
2603         } else {
2604                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap))
2605                         invlpg(va);
2606                 pmap_invalidate_page_mode(pmap, va);
2607         }
2608         smp_masked_invlpg(pmap_invalidate_cpu_mask(pmap), va, pmap);
2609         sched_unpin();
2610 }
2611
2612 /* 4k PTEs -- Chosen to exceed the total size of Broadwell L2 TLB */
2613 #define PMAP_INVLPG_THRESHOLD   (4 * 1024 * PAGE_SIZE)
2614
2615 static void
2616 pmap_invalidate_range_pcid(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
2617     const bool invpcid_works1)
2618 {
2619         struct invpcid_descr d;
2620         uint64_t kcr3, ucr3;
2621         uint32_t pcid;
2622         u_int cpuid, i;
2623
2624         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
2625         if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
2626                 if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
2627                         critical_enter();
2628                         pcid = pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
2629                         if (invpcid_works1) {
2630                                 d.pcid = pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
2631                                 d.pad = 0;
2632                                 d.addr = sva;
2633                                 for (; d.addr < eva; d.addr += PAGE_SIZE)
2634                                         invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
2635                         } else {
2636                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pcid | CR3_PCID_SAVE;
2637                                 ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pcid |
2638                                     PMAP_PCID_USER_PT | CR3_PCID_SAVE;
2639                                 pmap_pti_pcid_invlrng(ucr3, kcr3, sva, eva);
2640                         }
2641                         critical_exit();
2642                 }
2643         } else
2644                 pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = 0;
2645
2646         CPU_FOREACH(i) {
2647                 if (cpuid != i)
2648                         pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
2649         }
2650         /* See the comment in pmap_invalidate_page_pcid(). */
2651         atomic_thread_fence_seq_cst();
2652 }
2653
2654 static void
2655 pmap_invalidate_range_pcid_invpcid(pmap_t pmap, vm_offset_t sva,
2656     vm_offset_t eva)
2657 {
2658
2659         pmap_invalidate_range_pcid(pmap, sva, eva, true);
2660 }
2661
2662 static void
2663 pmap_invalidate_range_pcid_noinvpcid(pmap_t pmap, vm_offset_t sva,
2664     vm_offset_t eva)
2665 {
2666
2667         pmap_invalidate_range_pcid(pmap, sva, eva, false);
2668 }
2669
2670 static void
2671 pmap_invalidate_range_nopcid(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2672 {
2673 }
2674
2675 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_invalidate_range_mode, (pmap_t, vm_offset_t,
2676     vm_offset_t))
2677 {
2678
2679         if (pmap_pcid_enabled)
2680                 return (invpcid_works ? pmap_invalidate_range_pcid_invpcid :
2681                     pmap_invalidate_range_pcid_noinvpcid);
2682         return (pmap_invalidate_range_nopcid);
2683 }
2684
2685 void
2686 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2687 {
2688         vm_offset_t addr;
2689
2690         if (eva - sva >= PMAP_INVLPG_THRESHOLD) {
2691                 pmap_invalidate_all(pmap);
2692                 return;
2693         }
2694
2695         if (pmap_type_guest(pmap)) {
2696                 pmap_invalidate_ept(pmap);
2697                 return;
2698         }
2699
2700         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
2701             ("pmap_invalidate_range: invalid type %d", pmap->pm_type));
2702
2703         sched_pin();
2704         if (pmap == kernel_pmap) {
2705                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
2706                         invlpg(addr);
2707         } else {
2708                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
2709                         for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
2710                                 invlpg(addr);
2711                 }
2712                 pmap_invalidate_range_mode(pmap, sva, eva);
2713         }
2714         smp_masked_invlpg_range(pmap_invalidate_cpu_mask(pmap), sva, eva, pmap);
2715         sched_unpin();
2716 }
2717
2718 static inline void
2719 pmap_invalidate_all_pcid(pmap_t pmap, bool invpcid_works1)
2720 {
2721         struct invpcid_descr d;
2722         uint64_t kcr3, ucr3;
2723         uint32_t pcid;
2724         u_int cpuid, i;
2725
2726         if (pmap == kernel_pmap) {
2727                 if (invpcid_works1) {
2728                         bzero(&d, sizeof(d));
2729                         invpcid(&d, INVPCID_CTXGLOB);
2730                 } else {
2731                         invltlb_glob();
2732                 }
2733         } else {
2734                 cpuid = PCPU_GET(cpuid);
2735                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
2736                         critical_enter();
2737                         pcid = pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
2738                         if (invpcid_works1) {
2739                                 d.pcid = pcid;
2740                                 d.pad = 0;
2741                                 d.addr = 0;
2742                                 invpcid(&d, INVPCID_CTX);
2743                                 if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
2744                                         d.pcid |= PMAP_PCID_USER_PT;
2745                                         invpcid(&d, INVPCID_CTX);
2746                                 }
2747                         } else {
2748                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pcid;
2749                                 ucr3 = pmap->pm_ucr3;
2750                                 if (ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
2751                                         ucr3 |= pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
2752                                         pmap_pti_pcid_invalidate(ucr3, kcr3);
2753                                 } else {
2754                                         load_cr3(kcr3);
2755                                 }
2756                         }
2757                         critical_exit();
2758                 } else
2759                         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = 0;
2760                 CPU_FOREACH(i) {
2761                         if (cpuid != i)
2762                                 pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
2763                 }
2764         }
2765         /* See the comment in pmap_invalidate_page_pcid(). */
2766         atomic_thread_fence_seq_cst();
2767 }
2768
2769 static void
2770 pmap_invalidate_all_pcid_invpcid(pmap_t pmap)
2771 {
2772
2773         pmap_invalidate_all_pcid(pmap, true);
2774 }
2775
2776 static void
2777 pmap_invalidate_all_pcid_noinvpcid(pmap_t pmap)
2778 {
2779
2780         pmap_invalidate_all_pcid(pmap, false);
2781 }
2782
2783 static void
2784 pmap_invalidate_all_nopcid(pmap_t pmap)
2785 {
2786
2787         if (pmap == kernel_pmap)
2788                 invltlb_glob();
2789         else if (pmap == PCPU_GET(curpmap))
2790                 invltlb();
2791 }
2792
2793 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_invalidate_all_mode, (pmap_t))
2794 {
2795
2796         if (pmap_pcid_enabled)
2797                 return (invpcid_works ? pmap_invalidate_all_pcid_invpcid :
2798                     pmap_invalidate_all_pcid_noinvpcid);
2799         return (pmap_invalidate_all_nopcid);
2800 }
2801
2802 void
2803 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
2804 {
2805
2806         if (pmap_type_guest(pmap)) {
2807                 pmap_invalidate_ept(pmap);
2808                 return;
2809         }
2810
2811         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
2812             ("pmap_invalidate_all: invalid type %d", pmap->pm_type));
2813
2814         sched_pin();
2815         pmap_invalidate_all_mode(pmap);
2816         smp_masked_invltlb(pmap_invalidate_cpu_mask(pmap), pmap);
2817         sched_unpin();
2818 }
2819
2820 void
2821 pmap_invalidate_cache(void)
2822 {
2823
2824         sched_pin();
2825         wbinvd();
2826         smp_cache_flush();
2827         sched_unpin();
2828 }
2829
2830 struct pde_action {
2831         cpuset_t invalidate;    /* processors that invalidate their TLB */
2832         pmap_t pmap;
2833         vm_offset_t va;
2834         pd_entry_t *pde;
2835         pd_entry_t newpde;
2836         u_int store;            /* processor that updates the PDE */
2837 };
2838
2839 static void
2840 pmap_update_pde_action(void *arg)
2841 {
2842         struct pde_action *act = arg;
2843
2844         if (act->store == PCPU_GET(cpuid))
2845                 pmap_update_pde_store(act->pmap, act->pde, act->newpde);
2846 }
2847
2848 static void
2849 pmap_update_pde_teardown(void *arg)
2850 {
2851         struct pde_action *act = arg;
2852
2853         if (CPU_ISSET(PCPU_GET(cpuid), &act->invalidate))
2854                 pmap_update_pde_invalidate(act->pmap, act->va, act->newpde);
2855 }
2856
2857 /*
2858  * Change the page size for the specified virtual address in a way that
2859  * prevents any possibility of the TLB ever having two entries that map the
2860  * same virtual address using different page sizes.  This is the recommended
2861  * workaround for Erratum 383 on AMD Family 10h processors.  It prevents a
2862  * machine check exception for a TLB state that is improperly diagnosed as a
2863  * hardware error.
2864  */
2865 static void
2866 pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
2867 {
2868         struct pde_action act;
2869         cpuset_t active, other_cpus;
2870         u_int cpuid;
2871
2872         sched_pin();
2873         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
2874         other_cpus = all_cpus;
2875         CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
2876         if (pmap == kernel_pmap || pmap_type_guest(pmap)) 
2877                 active = all_cpus;
2878         else {
2879                 active = pmap->pm_active;
2880         }
2881         if (CPU_OVERLAP(&active, &other_cpus)) { 
2882                 act.store = cpuid;
2883                 act.invalidate = active;
2884                 act.va = va;
2885                 act.pmap = pmap;
2886                 act.pde = pde;
2887                 act.newpde = newpde;
2888                 CPU_SET(cpuid, &active);
2889                 smp_rendezvous_cpus(active,
2890                     smp_no_rendezvous_barrier, pmap_update_pde_action,
2891                     pmap_update_pde_teardown, &act);
2892         } else {
2893                 pmap_update_pde_store(pmap, pde, newpde);
2894                 if (CPU_ISSET(cpuid, &active))
2895                         pmap_update_pde_invalidate(pmap, va, newpde);
2896         }
2897         sched_unpin();
2898 }
2899 #else /* !SMP */
2900 /*
2901  * Normal, non-SMP, invalidation functions.
2902  */
2903 void
2904 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2905 {
2906         struct invpcid_descr d;
2907         uint64_t kcr3, ucr3;
2908         uint32_t pcid;
2909
2910         if (pmap->pm_type == PT_RVI || pmap->pm_type == PT_EPT) {
2911                 pmap->pm_eptgen++;
2912                 return;
2913         }
2914         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
2915             ("pmap_invalidate_range: unknown type %d", pmap->pm_type));
2916
2917         if (pmap == kernel_pmap || pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
2918                 invlpg(va);
2919                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap) && pmap_pcid_enabled &&
2920                     pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
2921                         critical_enter();
2922                         pcid = pmap->pm_pcids[0].pm_pcid;
2923                         if (invpcid_works) {
2924                                 d.pcid = pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
2925                                 d.pad = 0;
2926                                 d.addr = va;
2927                                 invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
2928                         } else {
2929                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pcid | CR3_PCID_SAVE;
2930                                 ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pcid |
2931                                     PMAP_PCID_USER_PT | CR3_PCID_SAVE;
2932                                 pmap_pti_pcid_invlpg(ucr3, kcr3, va);
2933                         }
2934                         critical_exit();
2935                 }
2936         } else if (pmap_pcid_enabled)
2937                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
2938 }
2939
2940 void
2941 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2942 {
2943         struct invpcid_descr d;
2944         vm_offset_t addr;
2945         uint64_t kcr3, ucr3;
2946
2947         if (pmap->pm_type == PT_RVI || pmap->pm_type == PT_EPT) {
2948                 pmap->pm_eptgen++;
2949                 return;
2950         }
2951         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
2952             ("pmap_invalidate_range: unknown type %d", pmap->pm_type));
2953
2954         if (pmap == kernel_pmap || pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
2955                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
2956                         invlpg(addr);
2957                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap) && pmap_pcid_enabled &&
2958                     pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
2959                         critical_enter();
2960                         if (invpcid_works) {
2961                                 d.pcid = pmap->pm_pcids[0].pm_pcid |
2962                                     PMAP_PCID_USER_PT;
2963                                 d.pad = 0;
2964                                 d.addr = sva;
2965                                 for (; d.addr < eva; d.addr += PAGE_SIZE)
2966                                         invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
2967                         } else {
2968                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[0].
2969                                     pm_pcid | CR3_PCID_SAVE;
2970                                 ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pmap->pm_pcids[0].
2971                                     pm_pcid | PMAP_PCID_USER_PT | CR3_PCID_SAVE;
2972                                 pmap_pti_pcid_invlrng(ucr3, kcr3, sva, eva);
2973                         }
2974                         critical_exit();
2975                 }
2976         } else if (pmap_pcid_enabled) {
2977                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
2978         }
2979 }
2980
2981 void
2982 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
2983 {
2984         struct invpcid_descr d;
2985         uint64_t kcr3, ucr3;
2986
2987         if (pmap->pm_type == PT_RVI || pmap->pm_type == PT_EPT) {
2988                 pmap->pm_eptgen++;
2989                 return;
2990         }
2991         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
2992             ("pmap_invalidate_all: unknown type %d", pmap->pm_type));
2993
2994         if (pmap == kernel_pmap) {
2995                 if (pmap_pcid_enabled && invpcid_works) {
2996                         bzero(&d, sizeof(d));
2997                         invpcid(&d, INVPCID_CTXGLOB);
2998                 } else {
2999                         invltlb_glob();
3000                 }
3001         } else if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
3002                 if (pmap_pcid_enabled) {
3003                         critical_enter();
3004                         if (invpcid_works) {
3005                                 d.pcid = pmap->pm_pcids[0].pm_pcid;
3006                                 d.pad = 0;
3007                                 d.addr = 0;
3008                                 invpcid(&d, INVPCID_CTX);
3009                                 if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
3010                                         d.pcid |= PMAP_PCID_USER_PT;
3011                                         invpcid(&d, INVPCID_CTX);
3012                                 }
3013                         } else {
3014                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[0].pm_pcid;
3015                                 if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
3016                                         ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pmap->pm_pcids[
3017                                             0].pm_pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
3018                                         pmap_pti_pcid_invalidate(ucr3, kcr3);
3019                                 } else
3020                                         load_cr3(kcr3);
3021                         }
3022                         critical_exit();
3023                 } else {
3024                         invltlb();
3025                 }
3026         } else if (pmap_pcid_enabled) {
3027                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
3028         }
3029 }
3030
3031 PMAP_INLINE void
3032 pmap_invalidate_cache(void)
3033 {
3034
3035         wbinvd();
3036 }
3037
3038 static void
3039 pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
3040 {
3041
3042         pmap_update_pde_store(pmap, pde, newpde);
3043         if (pmap == kernel_pmap || pmap == PCPU_GET(curpmap))
3044                 pmap_update_pde_invalidate(pmap, va, newpde);
3045         else
3046                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
3047 }
3048 #endif /* !SMP */
3049
3050 static void
3051 pmap_invalidate_pde_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde)
3052 {
3053
3054         /*
3055          * When the PDE has PG_PROMOTED set, the 2MB page mapping was created
3056          * by a promotion that did not invalidate the 512 4KB page mappings
3057          * that might exist in the TLB.  Consequently, at this point, the TLB
3058          * may hold both 4KB and 2MB page mappings for the address range [va,
3059          * va + NBPDR).  Therefore, the entire range must be invalidated here.
3060          * In contrast, when PG_PROMOTED is clear, the TLB will not hold any
3061          * 4KB page mappings for the address range [va, va + NBPDR), and so a
3062          * single INVLPG suffices to invalidate the 2MB page mapping from the
3063          * TLB.
3064          */
3065         if ((pde & PG_PROMOTED) != 0)
3066                 pmap_invalidate_range(pmap, va, va + NBPDR - 1);
3067         else
3068                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
3069 }
3070
3071 DEFINE_IFUNC(, void, pmap_invalidate_cache_range,
3072     (vm_offset_t sva, vm_offset_t eva))
3073 {
3074
3075         if ((cpu_feature & CPUID_SS) != 0)
3076                 return (pmap_invalidate_cache_range_selfsnoop);
3077         if ((cpu_feature & CPUID_CLFSH) != 0)
3078                 return (pmap_force_invalidate_cache_range);
3079         return (pmap_invalidate_cache_range_all);
3080 }
3081
3082 #define PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD   (2 * 1024 * 1024)
3083
3084 static void
3085 pmap_invalidate_cache_range_check_align(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3086 {
3087
3088         KASSERT((sva & PAGE_MASK) == 0,
3089             ("pmap_invalidate_cache_range: sva not page-aligned"));
3090         KASSERT((eva & PAGE_MASK) == 0,
3091             ("pmap_invalidate_cache_range: eva not page-aligned"));
3092 }
3093
3094 static void
3095 pmap_invalidate_cache_range_selfsnoop(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3096 {
3097
3098         pmap_invalidate_cache_range_check_align(sva, eva);
3099 }
3100
3101 void
3102 pmap_force_invalidate_cache_range(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3103 {
3104
3105         sva &= ~(vm_offset_t)(cpu_clflush_line_size - 1);
3106
3107         /*
3108          * XXX: Some CPUs fault, hang, or trash the local APIC
3109          * registers if we use CLFLUSH on the local APIC range.  The
3110          * local APIC is always uncached, so we don't need to flush
3111          * for that range anyway.
3112          */
3113         if (pmap_kextract(sva) == lapic_paddr)
3114                 return;
3115
3116         if ((cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT) != 0) {
3117                 /*
3118                  * Do per-cache line flush.  Use a locked
3119                  * instruction to insure that previous stores are
3120                  * included in the write-back.  The processor
3121                  * propagates flush to other processors in the cache
3122                  * coherence domain.
3123                  */
3124                 atomic_thread_fence_seq_cst();
3125                 for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size)
3126                         clflushopt(sva);
3127                 atomic_thread_fence_seq_cst();
3128         } else {
3129                 /*
3130                  * Writes are ordered by CLFLUSH on Intel CPUs.
3131                  */
3132                 if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
3133                         mfence();
3134                 for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size)
3135                         clflush(sva);
3136                 if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
3137                         mfence();
3138         }
3139 }
3140
3141 static void
3142 pmap_invalidate_cache_range_all(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3143 {
3144
3145         pmap_invalidate_cache_range_check_align(sva, eva);
3146         pmap_invalidate_cache();
3147 }
3148
3149 /*
3150  * Remove the specified set of pages from the data and instruction caches.
3151  *
3152  * In contrast to pmap_invalidate_cache_range(), this function does not
3153  * rely on the CPU's self-snoop feature, because it is intended for use
3154  * when moving pages into a different cache domain.
3155  */
3156 void
3157 pmap_invalidate_cache_pages(vm_page_t *pages, int count)
3158 {
3159         vm_offset_t daddr, eva;
3160         int i;
3161         bool useclflushopt;
3162
3163         useclflushopt = (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT) != 0;
3164         if (count >= PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD / PAGE_SIZE ||
3165             ((cpu_feature & CPUID_CLFSH) == 0 && !useclflushopt))
3166                 pmap_invalidate_cache();
3167         else {
3168                 if (useclflushopt)
3169                         atomic_thread_fence_seq_cst();
3170                 else if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
3171                         mfence();
3172                 for (i = 0; i < count; i++) {
3173                         daddr = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pages[i]));
3174                         eva = daddr + PAGE_SIZE;
3175                         for (; daddr < eva; daddr += cpu_clflush_line_size) {
3176                                 if (useclflushopt)
3177                                         clflushopt(daddr);
3178                                 else
3179                                         clflush(daddr);
3180                         }
3181                 }
3182                 if (useclflushopt)
3183                         atomic_thread_fence_seq_cst();
3184                 else if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
3185                         mfence();
3186         }
3187 }
3188
3189 void
3190 pmap_flush_cache_range(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3191 {
3192
3193         pmap_invalidate_cache_range_check_align(sva, eva);
3194
3195         if ((cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLWB) == 0) {
3196                 pmap_force_invalidate_cache_range(sva, eva);
3197                 return;
3198         }
3199
3200         /* See comment in pmap_force_invalidate_cache_range(). */
3201         if (pmap_kextract(sva) == lapic_paddr)
3202                 return;
3203
3204         atomic_thread_fence_seq_cst();
3205         for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size)
3206                 clwb(sva);
3207         atomic_thread_fence_seq_cst();
3208 }
3209
3210 void
3211 pmap_flush_cache_phys_range(vm_paddr_t spa, vm_paddr_t epa, vm_memattr_t mattr)
3212 {
3213         pt_entry_t *pte;
3214         vm_offset_t vaddr;
3215         int error, pte_bits;
3216
3217         KASSERT((spa & PAGE_MASK) == 0,
3218             ("pmap_flush_cache_phys_range: spa not page-aligned"));
3219         KASSERT((epa & PAGE_MASK) == 0,
3220             ("pmap_flush_cache_phys_range: epa not page-aligned"));
3221
3222         if (spa < dmaplimit) {
3223                 pmap_flush_cache_range(PHYS_TO_DMAP(spa), PHYS_TO_DMAP(MIN(
3224                     dmaplimit, epa)));
3225                 if (dmaplimit >= epa)
3226                         return;
3227                 spa = dmaplimit;
3228         }
3229
3230         pte_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mattr, 0) | X86_PG_RW |
3231             X86_PG_V;
3232         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE, M_BESTFIT | M_WAITOK,
3233             &vaddr);
3234         KASSERT(error == 0, ("vmem_alloc failed: %d", error));
3235         pte = vtopte(vaddr);
3236         for (; spa < epa; spa += PAGE_SIZE) {
3237                 sched_pin();
3238                 pte_store(pte, spa | pte_bits);
3239                 invlpg(vaddr);
3240                 /* XXXKIB atomic inside flush_cache_range are excessive */
3241                 pmap_flush_cache_range(vaddr, vaddr + PAGE_SIZE);
3242                 sched_unpin();
3243         }
3244         vmem_free(kernel_arena, vaddr, PAGE_SIZE);
3245 }
3246
3247 /*
3248  *      Routine:        pmap_extract
3249  *      Function:
3250  *              Extract the physical page address associated
3251  *              with the given map/virtual_address pair.
3252  */
3253 vm_paddr_t 
3254 pmap_extract(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3255 {
3256         pdp_entry_t *pdpe;
3257         pd_entry_t *pde;
3258         pt_entry_t *pte, PG_V;
3259         vm_paddr_t pa;
3260
3261         pa = 0;
3262         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3263         PMAP_LOCK(pmap);
3264         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
3265         if (pdpe != NULL && (*pdpe & PG_V) != 0) {
3266                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0)
3267                         pa = (*pdpe & PG_PS_FRAME) | (va & PDPMASK);
3268                 else {
3269                         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
3270                         if ((*pde & PG_V) != 0) {
3271                                 if ((*pde & PG_PS) != 0) {
3272                                         pa = (*pde & PG_PS_FRAME) |
3273                                             (va & PDRMASK);
3274                                 } else {
3275                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
3276                                         pa = (*pte & PG_FRAME) |
3277                                             (va & PAGE_MASK);
3278                                 }
3279                         }
3280                 }
3281         }
3282         PMAP_UNLOCK(pmap);
3283         return (pa);
3284 }
3285
3286 /*
3287  *      Routine:        pmap_extract_and_hold
3288  *      Function:
3289  *              Atomically extract and hold the physical page
3290  *              with the given pmap and virtual address pair
3291  *              if that mapping permits the given protection.
3292  */
3293 vm_page_t
3294 pmap_extract_and_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_prot_t prot)
3295 {
3296         pd_entry_t pde, *pdep;
3297         pt_entry_t pte, PG_RW, PG_V;
3298         vm_page_t m;
3299
3300         m = NULL;
3301         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
3302         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3303
3304         PMAP_LOCK(pmap);
3305         pdep = pmap_pde(pmap, va);
3306         if (pdep != NULL && (pde = *pdep)) {
3307                 if (pde & PG_PS) {
3308                         if ((pde & PG_RW) != 0 || (prot & VM_PROT_WRITE) == 0)
3309                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE((pde & PG_PS_FRAME) |
3310                                     (va & PDRMASK));
3311                 } else {
3312                         pte = *pmap_pde_to_pte(pdep, va);
3313                         if ((pte & PG_V) != 0 &&
3314                             ((pte & PG_RW) != 0 || (prot & VM_PROT_WRITE) == 0))
3315                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pte & PG_FRAME);
3316                 }
3317                 if (m != NULL && !vm_page_wire_mapped(m))
3318                         m = NULL;
3319         }
3320         PMAP_UNLOCK(pmap);
3321         return (m);
3322 }
3323
3324 vm_paddr_t
3325 pmap_kextract(vm_offset_t va)
3326 {
3327         pd_entry_t pde;
3328         vm_paddr_t pa;
3329
3330         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS) {
3331                 pa = DMAP_TO_PHYS(va);
3332         } else if (PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(va)) {
3333                 pa = pmap_large_map_kextract(va);
3334         } else {
3335                 pde = *vtopde(va);
3336                 if (pde & PG_PS) {
3337                         pa = (pde & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK);
3338                 } else {
3339                         /*
3340                          * Beware of a concurrent promotion that changes the
3341                          * PDE at this point!  For example, vtopte() must not
3342                          * be used to access the PTE because it would use the
3343                          * new PDE.  It is, however, safe to use the old PDE
3344                          * because the page table page is preserved by the
3345                          * promotion.
3346                          */
3347                         pa = *pmap_pde_to_pte(&pde, va);
3348                         pa = (pa & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK);
3349                 }
3350         }
3351         return (pa);
3352 }
3353
3354 /***************************************************
3355  * Low level mapping routines.....
3356  ***************************************************/
3357
3358 /*
3359  * Add a wired page to the kva.
3360  * Note: not SMP coherent.
3361  */
3362 PMAP_INLINE void 
3363 pmap_kenter(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
3364 {
3365         pt_entry_t *pte;
3366
3367         pte = vtopte(va);
3368         pte_store(pte, pa | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_g | pg_nx);
3369 }
3370
3371 static __inline void
3372 pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode)
3373 {
3374         pt_entry_t *pte;
3375         int cache_bits;
3376
3377         pte = vtopte(va);
3378         cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, 0);
3379         pte_store(pte, pa | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_g | pg_nx | cache_bits);
3380 }
3381
3382 /*
3383  * Remove a page from the kernel pagetables.
3384  * Note: not SMP coherent.
3385  */
3386 PMAP_INLINE void
3387 pmap_kremove(vm_offset_t va)
3388 {
3389         pt_entry_t *pte;
3390
3391         pte = vtopte(va);
3392         pte_clear(pte);
3393 }
3394
3395 /*
3396  *      Used to map a range of physical addresses into kernel
3397  *      virtual address space.
3398  *
3399  *      The value passed in '*virt' is a suggested virtual address for
3400  *      the mapping. Architectures which can support a direct-mapped
3401  *      physical to virtual region can return the appropriate address
3402  *      within that region, leaving '*virt' unchanged. Other
3403  *      architectures should map the pages starting at '*virt' and
3404  *      update '*virt' with the first usable address after the mapped
3405  *      region.
3406  */
3407 vm_offset_t
3408 pmap_map(vm_offset_t *virt, vm_paddr_t start, vm_paddr_t end, int prot)
3409 {
3410         return PHYS_TO_DMAP(start);
3411 }
3412
3413
3414 /*
3415  * Add a list of wired pages to the kva
3416  * this routine is only used for temporary
3417  * kernel mappings that do not need to have
3418  * page modification or references recorded.
3419  * Note that old mappings are simply written
3420  * over.  The page *must* be wired.
3421  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
3422  */
3423 void
3424 pmap_qenter(vm_offset_t sva, vm_page_t *ma, int count)
3425 {
3426         pt_entry_t *endpte, oldpte, pa, *pte;
3427         vm_page_t m;
3428         int cache_bits;
3429
3430         oldpte = 0;
3431         pte = vtopte(sva);
3432         endpte = pte + count;
3433         while (pte < endpte) {
3434                 m = *ma++;
3435                 cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap, m->md.pat_mode, 0);
3436                 pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | cache_bits;
3437                 if ((*pte & (PG_FRAME | X86_PG_PTE_CACHE)) != pa) {
3438                         oldpte |= *pte;
3439                         pte_store(pte, pa | pg_g | pg_nx | X86_PG_RW | X86_PG_V);
3440                 }
3441                 pte++;
3442         }
3443         if (__predict_false((oldpte & X86_PG_V) != 0))
3444                 pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, sva + count *
3445                     PAGE_SIZE);
3446 }
3447
3448 /*
3449  * This routine tears out page mappings from the
3450  * kernel -- it is meant only for temporary mappings.
3451  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
3452  */
3453 void
3454 pmap_qremove(vm_offset_t sva, int count)
3455 {
3456         vm_offset_t va;
3457
3458         va = sva;
3459         while (count-- > 0) {
3460                 KASSERT(va >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS, ("usermode va %lx", va));
3461                 pmap_kremove(va);
3462                 va += PAGE_SIZE;
3463         }
3464         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
3465 }
3466
3467 /***************************************************
3468  * Page table page management routines.....
3469  ***************************************************/
3470 /*
3471  * Schedule the specified unused page table page to be freed.  Specifically,
3472  * add the page to the specified list of pages that will be released to the
3473  * physical memory manager after the TLB has been updated.
3474  */
3475 static __inline void
3476 pmap_add_delayed_free_list(vm_page_t m, struct spglist *free,
3477     boolean_t set_PG_ZERO)
3478 {
3479
3480         if (set_PG_ZERO)
3481                 m->flags |= PG_ZERO;
3482         else
3483                 m->flags &= ~PG_ZERO;
3484         SLIST_INSERT_HEAD(free, m, plinks.s.ss);
3485 }
3486         
3487 /*
3488  * Inserts the specified page table page into the specified pmap's collection
3489  * of idle page table pages.  Each of a pmap's page table pages is responsible
3490  * for mapping a distinct range of virtual addresses.  The pmap's collection is
3491  * ordered by this virtual address range.
3492  *
3493  * If "promoted" is false, then the page table page "mpte" must be zero filled.
3494  */
3495 static __inline int
3496 pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte, bool promoted)
3497 {
3498
3499         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3500         mpte->valid = promoted ? VM_PAGE_BITS_ALL : 0;
3501         return (vm_radix_insert(&pmap->pm_root, mpte));
3502 }
3503
3504 /*
3505  * Removes the page table page mapping the specified virtual address from the
3506  * specified pmap's collection of idle page table pages, and returns it.
3507  * Otherwise, returns NULL if there is no page table page corresponding to the
3508  * specified virtual address.
3509  */
3510 static __inline vm_page_t
3511 pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3512 {
3513
3514         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3515         return (vm_radix_remove(&pmap->pm_root, pmap_pde_pindex(va)));
3516 }
3517
3518 /*
3519  * Decrements a page table page's reference count, which is used to record the
3520  * number of valid page table entries within the page.  If the reference count
3521  * drops to zero, then the page table page is unmapped.  Returns TRUE if the
3522  * page table page was unmapped and FALSE otherwise.
3523  */
3524 static inline boolean_t
3525 pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
3526 {
3527
3528         --m->ref_count;
3529         if (m->ref_count == 0) {
3530                 _pmap_unwire_ptp(pmap, va, m, free);
3531                 return (TRUE);
3532         } else
3533                 return (FALSE);
3534 }
3535
3536 static void
3537 _pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
3538 {
3539
3540         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3541         /*
3542          * unmap the page table page
3543          */
3544         if (m->pindex >= (NUPDE + NUPDPE)) {
3545                 /* PDP page */
3546                 pml4_entry_t *pml4;
3547                 pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
3548                 *pml4 = 0;
3549                 if (pmap->pm_pml4u != NULL && va <= VM_MAXUSER_ADDRESS) {
3550                         pml4 = &pmap->pm_pml4u[pmap_pml4e_index(va)];
3551                         *pml4 = 0;
3552                 }
3553         } else if (m->pindex >= NUPDE) {
3554                 /* PD page */
3555                 pdp_entry_t *pdp;
3556                 pdp = pmap_pdpe(pmap, va);
3557                 *pdp = 0;
3558         } else {
3559                 /* PTE page */
3560                 pd_entry_t *pd;
3561                 pd = pmap_pde(pmap, va);
3562                 *pd = 0;
3563         }
3564         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3565         if (m->pindex < NUPDE) {
3566                 /* We just released a PT, unhold the matching PD */
3567                 vm_page_t pdpg;
3568
3569                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pdpe(pmap, va) & PG_FRAME);
3570                 pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdpg, free);
3571         }
3572         if (m->pindex >= NUPDE && m->pindex < (NUPDE + NUPDPE)) {
3573                 /* We just released a PD, unhold the matching PDP */
3574                 vm_page_t pdppg;
3575
3576                 pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pml4e(pmap, va) & PG_FRAME);
3577                 pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdppg, free);
3578         }
3579
3580         /* 
3581          * Put page on a list so that it is released after
3582          * *ALL* TLB shootdown is done
3583          */
3584         pmap_add_delayed_free_list(m, free, TRUE);
3585 }
3586
3587 /*
3588  * After removing a page table entry, this routine is used to
3589  * conditionally free the page, and manage the reference count.
3590  */
3591 static int
3592 pmap_unuse_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t ptepde,
3593     struct spglist *free)
3594 {
3595         vm_page_t mpte;
3596
3597         if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
3598                 return (0);
3599         KASSERT(ptepde != 0, ("pmap_unuse_pt: ptepde != 0"));
3600         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(ptepde & PG_FRAME);
3601         return (pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpte, free));
3602 }
3603
3604 void
3605 pmap_pinit0(pmap_t pmap)
3606 {
3607         struct proc *p;
3608         struct thread *td;
3609         int i;
3610
3611         PMAP_LOCK_INIT(pmap);
3612         pmap->pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(KPML4phys);
3613         pmap->pm_pml4u = NULL;
3614         pmap->pm_cr3 = KPML4phys;
3615         /* hack to keep pmap_pti_pcid_invalidate() alive */
3616         pmap->pm_ucr3 = PMAP_NO_CR3;
3617         pmap->pm_root.rt_root = 0;
3618         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
3619         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
3620         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
3621         pmap->pm_flags = pmap_flags;
3622         CPU_FOREACH(i) {
3623                 pmap->pm_pcids[i].pm_pcid = PMAP_PCID_KERN + 1;
3624                 pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 1;
3625         }
3626         pmap_activate_boot(pmap);
3627         td = curthread;
3628         if (pti) {
3629                 p = td->td_proc;
3630                 PROC_LOCK(p);
3631                 p->p_md.md_flags |= P_MD_KPTI;
3632                 PROC_UNLOCK(p);
3633         }
3634         pmap_thread_init_invl_gen(td);
3635
3636         if ((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0) {
3637                 pmap_pkru_ranges_zone = uma_zcreate("pkru ranges",
3638                     sizeof(struct pmap_pkru_range), NULL, NULL, NULL, NULL,
3639                     UMA_ALIGN_PTR, 0);
3640         }
3641 }
3642
3643 void
3644 pmap_pinit_pml4(vm_page_t pml4pg)
3645 {
3646         pml4_entry_t *pm_pml4;
3647         int i;
3648
3649         pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg));
3650
3651         /* Wire in kernel global address entries. */
3652         for (i = 0; i < NKPML4E; i++) {
3653                 pm_pml4[KPML4BASE + i] = (KPDPphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW |
3654                     X86_PG_V;
3655         }
3656         for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++) {
3657                 pm_pml4[DMPML4I + i] = (DMPDPphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW |
3658                     X86_PG_V;
3659         }
3660
3661         /* install self-referential address mapping entry(s) */
3662         pm_pml4[PML4PML4I] = VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg) | X86_PG_V | X86_PG_RW |
3663             X86_PG_A | X86_PG_M;
3664
3665         /* install large map entries if configured */
3666         for (i = 0; i < lm_ents; i++)
3667                 pm_pml4[LMSPML4I + i] = kernel_pmap->pm_pml4[LMSPML4I + i];
3668 }
3669
3670 static void
3671 pmap_pinit_pml4_pti(vm_page_t pml4pg)
3672 {
3673         pml4_entry_t *pm_pml4;
3674         int i;
3675
3676         pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg));
3677         for (i = 0; i < NPML4EPG; i++)
3678                 pm_pml4[i] = pti_pml4[i];
3679 }
3680
3681 /*
3682  * Initialize a preallocated and zeroed pmap structure,
3683  * such as one in a vmspace structure.
3684  */
3685 int
3686 pmap_pinit_type(pmap_t pmap, enum pmap_type pm_type, int flags)
3687 {
3688         vm_page_t pml4pg, pml4pgu;
3689         vm_paddr_t pml4phys;
3690         int i;
3691
3692         /*
3693          * allocate the page directory page
3694          */
3695         pml4pg = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
3696             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO | VM_ALLOC_WAITOK);
3697
3698         pml4phys = VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg);
3699         pmap->pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pml4phys);
3700         CPU_FOREACH(i) {
3701                 pmap->pm_pcids[i].pm_pcid = PMAP_PCID_NONE;
3702                 pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
3703         }
3704         pmap->pm_cr3 = PMAP_NO_CR3;     /* initialize to an invalid value */
3705         pmap->pm_ucr3 = PMAP_NO_CR3;
3706         pmap->pm_pml4u = NULL;
3707
3708         pmap->pm_type = pm_type;
3709         if ((pml4pg->flags & PG_ZERO) == 0)
3710                 pagezero(pmap->pm_pml4);
3711
3712         /*
3713          * Do not install the host kernel mappings in the nested page
3714          * tables. These mappings are meaningless in the guest physical
3715          * address space.
3716          * Install minimal kernel mappings in PTI case.
3717          */
3718         if (pm_type == PT_X86) {
3719                 pmap->pm_cr3 = pml4phys;
3720                 pmap_pinit_pml4(pml4pg);
3721                 if ((curproc->p_md.md_flags & P_MD_KPTI) != 0) {
3722                         pml4pgu = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL |
3723                             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_WAITOK);
3724                         pmap->pm_pml4u = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(
3725                             VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pgu));
3726                         pmap_pinit_pml4_pti(pml4pgu);
3727                         pmap->pm_ucr3 = VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pgu);
3728                 }
3729                 if ((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0) {
3730                         rangeset_init(&pmap->pm_pkru, pkru_dup_range,
3731                             pkru_free_range, pmap, M_NOWAIT);
3732                 }
3733         }
3734
3735         pmap->pm_root.rt_root = 0;
3736         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
3737         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
3738         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
3739         pmap->pm_flags = flags;
3740         pmap->pm_eptgen = 0;
3741
3742         return (1);
3743 }
3744
3745 int
3746 pmap_pinit(pmap_t pmap)
3747 {
3748
3749         return (pmap_pinit_type(pmap, PT_X86, pmap_flags));
3750 }
3751
3752 /*
3753  * This routine is called if the desired page table page does not exist.
3754  *
3755  * If page table page allocation fails, this routine may sleep before
3756  * returning NULL.  It sleeps only if a lock pointer was given.
3757  *
3758  * Note: If a page allocation fails at page table level two or three,
3759  * one or two pages may be held during the wait, only to be released
3760  * afterwards.  This conservative approach is easily argued to avoid
3761  * race conditions.
3762  */
3763 static vm_page_t
3764 _pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex, struct rwlock **lockp)
3765 {
3766         vm_page_t m, pdppg, pdpg;
3767         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
3768
3769         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3770
3771         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
3772         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
3773         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3774         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
3775
3776         /*
3777          * Allocate a page table page.
3778          */
3779         if ((m = vm_page_alloc(NULL, ptepindex, VM_ALLOC_NOOBJ |
3780             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO)) == NULL) {
3781                 if (lockp != NULL) {
3782                         RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
3783                         PMAP_UNLOCK(pmap);
3784                         PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI();
3785                         vm_wait(NULL);
3786                         PMAP_LOCK(pmap);
3787                 }
3788
3789                 /*
3790                  * Indicate the need to retry.  While waiting, the page table
3791                  * page may have been allocated.
3792                  */
3793                 return (NULL);
3794         }
3795         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0)
3796                 pmap_zero_page(m);
3797
3798         /*
3799          * Map the pagetable page into the process address space, if
3800          * it isn't already there.
3801          */
3802
3803         if (ptepindex >= (NUPDE + NUPDPE)) {
3804                 pml4_entry_t *pml4, *pml4u;
3805                 vm_pindex_t pml4index;
3806
3807                 /* Wire up a new PDPE page */
3808                 pml4index = ptepindex - (NUPDE + NUPDPE);
3809                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
3810                 *pml4 = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
3811                 if (pmap->pm_pml4u != NULL && pml4index < NUPML4E) {
3812                         /*
3813                          * PTI: Make all user-space mappings in the
3814                          * kernel-mode page table no-execute so that
3815                          * we detect any programming errors that leave
3816                          * the kernel-mode page table active on return
3817                          * to user space.
3818                          */
3819                         if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3)
3820                                 *pml4 |= pg_nx;
3821
3822                         pml4u = &pmap->pm_pml4u[pml4index];
3823                         *pml4u = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V |
3824                             PG_A | PG_M;
3825                 }
3826
3827         } else if (ptepindex >= NUPDE) {
3828                 vm_pindex_t pml4index;
3829                 vm_pindex_t pdpindex;
3830                 pml4_entry_t *pml4;
3831                 pdp_entry_t *pdp;
3832
3833                 /* Wire up a new PDE page */
3834                 pdpindex = ptepindex - NUPDE;
3835                 pml4index = pdpindex >> NPML4EPGSHIFT;
3836
3837                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
3838                 if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
3839                         /* Have to allocate a new pdp, recurse */
3840                         if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + NUPDPE + pml4index,
3841                             lockp) == NULL) {
3842                                 vm_page_unwire_noq(m);
3843                                 vm_page_free_zero(m);
3844                                 return (NULL);
3845                         }
3846                 } else {
3847                         /* Add reference to pdp page */
3848                         pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pml4 & PG_FRAME);
3849                         pdppg->ref_count++;
3850                 }
3851                 pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
3852
3853                 /* Now find the pdp page */
3854                 pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
3855                 *pdp = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
3856
3857         } else {
3858                 vm_pindex_t pml4index;
3859                 vm_pindex_t pdpindex;
3860                 pml4_entry_t *pml4;
3861                 pdp_entry_t *pdp;
3862                 pd_entry_t *pd;
3863
3864                 /* Wire up a new PTE page */
3865                 pdpindex = ptepindex >> NPDPEPGSHIFT;
3866                 pml4index = pdpindex >> NPML4EPGSHIFT;
3867
3868                 /* First, find the pdp and check that its valid. */
3869                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
3870                 if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
3871                         /* Have to allocate a new pd, recurse */
3872                         if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex,
3873                             lockp) == NULL) {
3874                                 vm_page_unwire_noq(m);
3875                                 vm_page_free_zero(m);
3876                                 return (NULL);
3877                         }
3878                         pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
3879                         pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
3880                 } else {
3881                         pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
3882                         pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
3883                         if ((*pdp & PG_V) == 0) {
3884                                 /* Have to allocate a new pd, recurse */
3885                                 if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex,
3886                                     lockp) == NULL) {
3887                                         vm_page_unwire_noq(m);
3888                                         vm_page_free_zero(m);
3889                                         return (NULL);
3890                                 }
3891                         } else {
3892                                 /* Add reference to the pd page */
3893                                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdp & PG_FRAME);
3894                                 pdpg->ref_count++;
3895                         }
3896                 }
3897                 pd = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdp & PG_FRAME);
3898
3899                 /* Now we know where the page directory page is */
3900                 pd = &pd[ptepindex & ((1ul << NPDEPGSHIFT) - 1)];
3901                 *pd = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
3902         }
3903
3904         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
3905
3906         return (m);
3907 }
3908
3909 static vm_page_t
3910 pmap_allocpde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct rwlock **lockp)
3911 {
3912         vm_pindex_t pdpindex, ptepindex;
3913         pdp_entry_t *pdpe, PG_V;
3914         vm_page_t pdpg;
3915
3916         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3917
3918 retry:
3919         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
3920         if (pdpe != NULL && (*pdpe & PG_V) != 0) {
3921                 /* Add a reference to the pd page. */
3922                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdpe & PG_FRAME);
3923                 pdpg->ref_count++;
3924         } else {
3925                 /* Allocate a pd page. */
3926                 ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
3927                 pdpindex = ptepindex >> NPDPEPGSHIFT;
3928                 pdpg = _pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex, lockp);
3929                 if (pdpg == NULL && lockp != NULL)
3930                         goto retry;
3931         }
3932         return (pdpg);
3933 }
3934
3935 static vm_page_t
3936 pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct rwlock **lockp)
3937 {
3938         vm_pindex_t ptepindex;
3939         pd_entry_t *pd, PG_V;
3940         vm_page_t m;
3941
3942         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3943
3944         /*
3945          * Calculate pagetable page index
3946          */
3947         ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
3948 retry:
3949         /*
3950          * Get the page directory entry
3951          */
3952         pd = pmap_pde(pmap, va);
3953
3954         /*
3955          * This supports switching from a 2MB page to a
3956          * normal 4K page.
3957          */
3958         if (pd != NULL && (*pd & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V)) {
3959                 if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pd, va, lockp)) {
3960                         /*
3961                          * Invalidation of the 2MB page mapping may have caused
3962                          * the deallocation of the underlying PD page.
3963                          */
3964                         pd = NULL;
3965                 }
3966         }
3967
3968         /*
3969          * If the page table page is mapped, we just increment the
3970          * hold count, and activate it.
3971          */
3972         if (pd != NULL && (*pd & PG_V) != 0) {
3973                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pd & PG_FRAME);
3974                 m->ref_count++;
3975         } else {
3976                 /*
3977                  * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been
3978                  * deallocated.
3979                  */
3980                 m = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex, lockp);
3981                 if (m == NULL && lockp != NULL)
3982                         goto retry;
3983         }
3984         return (m);
3985 }
3986
3987
3988 /***************************************************
3989  * Pmap allocation/deallocation routines.
3990  ***************************************************/
3991
3992 /*
3993  * Release any resources held by the given physical map.
3994  * Called when a pmap initialized by pmap_pinit is being released.
3995  * Should only be called if the map contains no valid mappings.
3996  */
3997 void
3998 pmap_release(pmap_t pmap)
3999 {
4000         vm_page_t m;
4001         int i;
4002
4003         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count == 0,
4004             ("pmap_release: pmap resident count %ld != 0",
4005             pmap->pm_stats.resident_count));
4006         KASSERT(vm_radix_is_empty(&pmap->pm_root),
4007             ("pmap_release: pmap has reserved page table page(s)"));
4008         KASSERT(CPU_EMPTY(&pmap->pm_active),
4009             ("releasing active pmap %p", pmap));
4010
4011         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pmap->pm_pml4));
4012
4013         for (i = 0; i < NKPML4E; i++)   /* KVA */
4014                 pmap->pm_pml4[KPML4BASE + i] = 0;
4015         for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++)/* Direct Map */
4016                 pmap->pm_pml4[DMPML4I + i] = 0;
4017         pmap->pm_pml4[PML4PML4I] = 0;   /* Recursive Mapping */
4018         for (i = 0; i < lm_ents; i++)   /* Large Map */
4019                 pmap->pm_pml4[LMSPML4I + i] = 0;
4020
4021         vm_page_unwire_noq(m);
4022         vm_page_free_zero(m);
4023
4024         if (pmap->pm_pml4u != NULL) {
4025                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pmap->pm_pml4u));
4026                 vm_page_unwire_noq(m);
4027                 vm_page_free(m);
4028         }
4029         if (pmap->pm_type == PT_X86 &&
4030             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0)
4031                 rangeset_fini(&pmap->pm_pkru);
4032 }
4033
4034 static int
4035 kvm_size(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
4036 {
4037         unsigned long ksize = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
4038
4039         return sysctl_handle_long(oidp, &ksize, 0, req);
4040 }
4041 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_size, CTLTYPE_LONG|CTLFLAG_RD, 
4042     0, 0, kvm_size, "LU", "Size of KVM");
4043
4044 static int
4045 kvm_free(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
4046 {
4047         unsigned long kfree = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - kernel_vm_end;
4048
4049         return sysctl_handle_long(oidp, &kfree, 0, req);
4050 }
4051 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_free, CTLTYPE_LONG|CTLFLAG_RD, 
4052     0, 0, kvm_free, "LU", "Amount of KVM free");
4053
4054 /*
4055  * Allocate physical memory for the vm_page array and map it into KVA,
4056  * attempting to back the vm_pages with domain-local memory.
4057  */
4058 void
4059 pmap_page_array_startup(long pages)
4060 {
4061         pdp_entry_t *pdpe;
4062         pd_entry_t *pde, newpdir;
4063         vm_offset_t va, start, end;
4064         vm_paddr_t pa;
4065         long pfn;
4066         int domain, i;
4067
4068         vm_page_array_size = pages;
4069
4070         start = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
4071         end = start + pages * sizeof(struct vm_page);
4072         for (va = start; va < end; va += NBPDR) {
4073                 pfn = first_page + (va - start) / sizeof(struct vm_page);
4074                 domain = _vm_phys_domain(ptoa(pfn));
4075                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, va);
4076                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0) {
4077                         pa = vm_phys_early_alloc(domain, PAGE_SIZE);
4078                         dump_add_page(pa);
4079                         pagezero((void *)PHYS_TO_DMAP(pa));
4080                         *pdpe = (pdp_entry_t)(pa | X86_PG_V | X86_PG_RW |
4081                             X86_PG_A | X86_PG_M);
4082                 }
4083                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
4084                 if ((*pde & X86_PG_V) != 0)
4085                         panic("Unexpected pde");
4086                 pa = vm_phys_early_alloc(domain, NBPDR);
4087                 for (i = 0; i < NPDEPG; i++)
4088                         dump_add_page(pa + i * PAGE_SIZE);
4089                 newpdir = (pd_entry_t)(pa | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A |
4090                     X86_PG_M | PG_PS | pg_g | pg_nx);
4091                 pde_store(pde, newpdir);
4092         }
4093         vm_page_array = (vm_page_t)start;
4094 }
4095
4096 /*
4097  * grow the number of kernel page table entries, if needed
4098  */
4099 void
4100 pmap_growkernel(vm_offset_t addr)
4101 {
4102         vm_paddr_t paddr;
4103         vm_page_t nkpg;
4104         pd_entry_t *pde, newpdir;
4105         pdp_entry_t *pdpe;
4106
4107         mtx_assert(&kernel_map->system_mtx, MA_OWNED);
4108
4109         /*
4110          * Return if "addr" is within the range of kernel page table pages
4111          * that were preallocated during pmap bootstrap.  Moreover, leave
4112          * "kernel_vm_end" and the kernel page table as they were.
4113          *
4114          * The correctness of this action is based on the following
4115          * argument: vm_map_insert() allocates contiguous ranges of the
4116          * kernel virtual address space.  It calls this function if a range
4117          * ends after "kernel_vm_end".  If the kernel is mapped between
4118          * "kernel_vm_end" and "addr", then the range cannot begin at
4119          * "kernel_vm_end".  In fact, its beginning address cannot be less
4120          * than the kernel.  Thus, there is no immediate need to allocate
4121          * any new kernel page table pages between "kernel_vm_end" and
4122          * "KERNBASE".
4123          */
4124         if (KERNBASE < addr && addr <= KERNBASE + nkpt * NBPDR)
4125                 return;
4126
4127         addr = roundup2(addr, NBPDR);
4128         if (addr - 1 >= vm_map_max(kernel_map))
4129                 addr = vm_map_max(kernel_map);
4130         while (kernel_vm_end < addr) {
4131                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, kernel_vm_end);
4132                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0) {
4133                         /* We need a new PDP entry */
4134                         nkpg = vm_page_alloc(NULL, kernel_vm_end >> PDPSHIFT,
4135                             VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ |
4136                             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
4137                         if (nkpg == NULL)
4138                                 panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
4139                         if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
4140                                 pmap_zero_page(nkpg);
4141                         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
4142                         *pdpe = (pdp_entry_t)(paddr | X86_PG_V | X86_PG_RW |
4143                             X86_PG_A | X86_PG_M);
4144                         continue; /* try again */
4145                 }
4146                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, kernel_vm_end);
4147                 if ((*pde & X86_PG_V) != 0) {
4148                         kernel_vm_end = (kernel_vm_end + NBPDR) & ~PDRMASK;
4149                         if (kernel_vm_end - 1 >= vm_map_max(kernel_map)) {
4150                                 kernel_vm_end = vm_map_max(kernel_map);
4151                                 break;                       
4152                         }
4153                         continue;
4154                 }
4155
4156                 nkpg = vm_page_alloc(NULL, pmap_pde_pindex(kernel_vm_end),
4157                     VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED |
4158                     VM_ALLOC_ZERO);
4159                 if (nkpg == NULL)
4160                         panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
4161                 if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
4162                         pmap_zero_page(nkpg);
4163                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
4164                 newpdir = paddr | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A | X86_PG_M;
4165                 pde_store(pde, newpdir);
4166
4167                 kernel_vm_end = (kernel_vm_end + NBPDR) & ~PDRMASK;
4168                 if (kernel_vm_end - 1 >= vm_map_max(kernel_map)) {
4169                         kernel_vm_end = vm_map_max(kernel_map);
4170                         break;                       
4171                 }
4172         }
4173 }
4174
4175
4176 /***************************************************
4177  * page management routines.
4178  ***************************************************/
4179
4180 CTASSERT(sizeof(struct pv_chunk) == PAGE_SIZE);
4181 CTASSERT(_NPCM == 3);
4182 CTASSERT(_NPCPV == 168);
4183
4184 static __inline struct pv_chunk *
4185 pv_to_chunk(pv_entry_t pv)
4186 {
4187
4188         return ((struct pv_chunk *)((uintptr_t)pv & ~(uintptr_t)PAGE_MASK));
4189 }
4190
4191 #define PV_PMAP(pv) (pv_to_chunk(pv)->pc_pmap)
4192
4193 #define PC_FREE0        0xfffffffffffffffful
4194 #define PC_FREE1        0xfffffffffffffffful
4195 #define PC_FREE2        0x000000fffffffffful
4196
4197 static const uint64_t pc_freemask[_NPCM] = { PC_FREE0, PC_FREE1, PC_FREE2 };
4198
4199 #ifdef PV_STATS
4200 static int pc_chunk_count, pc_chunk_allocs, pc_chunk_frees, pc_chunk_tryfail;
4201
4202 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_count, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_count, 0,
4203         "Current number of pv entry chunks");
4204 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_allocs, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_allocs, 0,
4205         "Current number of pv entry chunks allocated");
4206 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_frees, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_frees, 0,
4207         "Current number of pv entry chunks frees");
4208 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_tryfail, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_tryfail, 0,
4209         "Number of times tried to get a chunk page but failed.");
4210
4211 static long pv_entry_frees, pv_entry_allocs, pv_entry_count;
4212 static int pv_entry_spare;
4213
4214 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_frees, CTLFLAG_RD, &pv_entry_frees, 0,
4215         "Current number of pv entry frees");
4216 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_allocs, CTLFLAG_RD, &pv_entry_allocs, 0,
4217         "Current number of pv entry allocs");
4218 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_count, CTLFLAG_RD, &pv_entry_count, 0,
4219         "Current number of pv entries");
4220 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_spare, CTLFLAG_RD, &pv_entry_spare, 0,
4221         "Current number of spare pv entries");
4222 #endif
4223
4224 static void
4225 reclaim_pv_chunk_leave_pmap(pmap_t pmap, pmap_t locked_pmap, bool start_di)
4226 {
4227
4228         if (pmap == NULL)
4229                 return;
4230         pmap_invalidate_all(pmap);
4231         if (pmap != locked_pmap)
4232                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4233         if (start_di)
4234                 pmap_delayed_invl_finish();
4235 }
4236
4237 /*
4238  * We are in a serious low memory condition.  Resort to
4239  * drastic measures to free some pages so we can allocate
4240  * another pv entry chunk.
4241  *
4242  * Returns NULL if PV entries were reclaimed from the specified pmap.
4243  *
4244  * We do not, however, unmap 2mpages because subsequent accesses will
4245  * allocate per-page pv entries until repromotion occurs, thereby
4246  * exacerbating the shortage of free pv entries.
4247  */
4248 static vm_page_t
4249 reclaim_pv_chunk_domain(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp, int domain)
4250 {
4251         struct pv_chunks_list *pvc;
4252         struct pv_chunk *pc, *pc_marker, *pc_marker_end;
4253         struct pv_chunk_header pc_marker_b, pc_marker_end_b;
4254         struct md_page *pvh;
4255         pd_entry_t *pde;
4256         pmap_t next_pmap, pmap;
4257         pt_entry_t *pte, tpte;
4258         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW;
4259         pv_entry_t pv;
4260         vm_offset_t va;
4261         vm_page_t m, m_pc;
4262         struct spglist free;
4263         uint64_t inuse;
4264         int bit, field, freed;
4265         bool start_di;
4266
4267         PMAP_LOCK_ASSERT(locked_pmap, MA_OWNED);
4268         KASSERT(lockp != NULL, ("reclaim_pv_chunk: lockp is NULL"));
4269         pmap = NULL;
4270         m_pc = NULL;
4271         PG_G = PG_A = PG_M = PG_RW = 0;
4272         SLIST_INIT(&free);
4273         bzero(&pc_marker_b, sizeof(pc_marker_b));
4274         bzero(&pc_marker_end_b, sizeof(pc_marker_end_b));
4275         pc_marker = (struct pv_chunk *)&pc_marker_b;
4276         pc_marker_end = (struct pv_chunk *)&pc_marker_end_b;
4277
4278         /*
4279          * A delayed invalidation block should already be active if
4280          * pmap_advise() or pmap_remove() called this function by way
4281          * of pmap_demote_pde_locked().
4282          */
4283         start_di = pmap_not_in_di();
4284
4285         pvc = &pv_chunks[domain];
4286         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
4287         pvc->active_reclaims++;
4288         TAILQ_INSERT_HEAD(&pvc->pvc_list, pc_marker, pc_lru);
4289         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvc->pvc_list, pc_marker_end, pc_lru);
4290         while ((pc = TAILQ_NEXT(pc_marker, pc_lru)) != pc_marker_end &&
4291             SLIST_EMPTY(&free)) {
4292                 next_pmap = pc->pc_pmap;
4293                 if (next_pmap == NULL) {
4294                         /*
4295                          * The next chunk is a marker.  However, it is
4296                          * not our marker, so active_reclaims must be
4297                          * > 1.  Consequently, the next_chunk code
4298                          * will not rotate the pv_chunks list.
4299                          */
4300                         goto next_chunk;
4301                 }
4302                 mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
4303
4304                 /*
4305                  * A pv_chunk can only be removed from the pc_lru list
4306                  * when both pc_chunks_mutex is owned and the
4307                  * corresponding pmap is locked.
4308                  */
4309                 if (pmap != next_pmap) {
4310                         reclaim_pv_chunk_leave_pmap(pmap, locked_pmap,
4311                             start_di);
4312                         pmap = next_pmap;
4313                         /* Avoid deadlock and lock recursion. */
4314                         if (pmap > locked_pmap) {
4315                                 RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
4316                                 PMAP_LOCK(pmap);
4317                                 if (start_di)
4318                                         pmap_delayed_invl_start();
4319                                 mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
4320                                 continue;
4321                         } else if (pmap != locked_pmap) {
4322                                 if (PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
4323                                         if (start_di)
4324                                                 pmap_delayed_invl_start();
4325                                         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
4326                                         continue;
4327                                 } else {
4328                                         pmap = NULL; /* pmap is not locked */
4329                                         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
4330                                         pc = TAILQ_NEXT(pc_marker, pc_lru);
4331                                         if (pc == NULL ||
4332                                             pc->pc_pmap != next_pmap)
4333                                                 continue;
4334                                         goto next_chunk;
4335                                 }
4336                         } else if (start_di)
4337                                 pmap_delayed_invl_start();
4338                         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
4339                         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
4340                         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4341                         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4342                 }
4343
4344                 /*
4345                  * Destroy every non-wired, 4 KB page mapping in the chunk.
4346                  */
4347                 freed = 0;
4348                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
4349                         for (inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
4350                             inuse != 0; inuse &= ~(1UL << bit)) {
4351                                 bit = bsfq(inuse);
4352                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
4353                                 va = pv->pv_va;
4354                                 pde = pmap_pde(pmap, va);
4355                                 if ((*pde & PG_PS) != 0)
4356                                         continue;
4357                                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
4358                                 if ((*pte & PG_W) != 0)
4359                                         continue;
4360                                 tpte = pte_load_clear(pte);
4361                                 if ((tpte & PG_G) != 0)
4362                                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
4363                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpte & PG_FRAME);
4364                                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
4365                                         vm_page_dirty(m);
4366                                 if ((tpte & PG_A) != 0)
4367                                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
4368                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
4369                                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4370                                 m->md.pv_gen++;
4371                                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
4372                                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
4373                                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4374                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
4375                                                 vm_page_aflag_clear(m,
4376                                                     PGA_WRITEABLE);
4377                                         }
4378                                 }
4379                                 pmap_delayed_invl_page(m);
4380                                 pc->pc_map[field] |= 1UL << bit;
4381                                 pmap_unuse_pt(pmap, va, *pde, &free);
4382                                 freed++;
4383                         }
4384                 }
4385                 if (freed == 0) {
4386                         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
4387                         goto next_chunk;
4388                 }
4389                 /* Every freed mapping is for a 4 KB page. */
4390                 pmap_resident_count_dec(pmap, freed);
4391                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
4392                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
4393                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
4394                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4395                 if (pc->pc_map[0] == PC_FREE0 && pc->pc_map[1] == PC_FREE1 &&
4396                     pc->pc_map[2] == PC_FREE2) {
4397                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
4398                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
4399                         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
4400                         /* Entire chunk is free; return it. */
4401                         m_pc = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
4402                         dump_drop_page(m_pc->phys_addr);
4403                         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
4404                         TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
4405                         break;
4406                 }
4407                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4408                 mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
4409                 /* One freed pv entry in locked_pmap is sufficient. */
4410                 if (pmap == locked_pmap)
4411                         break;
4412 next_chunk:
4413                 TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc_marker, pc_lru);
4414                 TAILQ_INSERT_AFTER(&pvc->pvc_list, pc, pc_marker, pc_lru);
4415                 if (pvc->active_reclaims == 1 && pmap != NULL) {
4416                         /*
4417                          * Rotate the pv chunks list so that we do not
4418                          * scan the same pv chunks that could not be
4419                          * freed (because they contained a wired
4420                          * and/or superpage mapping) on every
4421                          * invocation of reclaim_pv_chunk().
4422                          */
4423                         while ((pc = TAILQ_FIRST(&pvc->pvc_list)) != pc_marker) {
4424                                 MPASS(pc->pc_pmap != NULL);
4425                                 TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
4426                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
4427                         }
4428                 }
4429         }
4430         TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc_marker, pc_lru);
4431         TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc_marker_end, pc_lru);
4432         pvc->active_reclaims--;
4433         mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
4434         reclaim_pv_chunk_leave_pmap(pmap, locked_pmap, start_di);
4435         if (m_pc == NULL && !SLIST_EMPTY(&free)) {
4436                 m_pc = SLIST_FIRST(&free);
4437                 SLIST_REMOVE_HEAD(&free, plinks.s.ss);
4438                 /* Recycle a freed page table page. */
4439                 m_pc->ref_count = 1;
4440         }
4441         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
4442         return (m_pc);
4443 }
4444
4445 static vm_page_t
4446 reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp)
4447 {
4448         vm_page_t m;
4449         int i, domain;
4450
4451         domain = PCPU_GET(domain);
4452         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
4453                 m = reclaim_pv_chunk_domain(locked_pmap, lockp, domain);
4454                 if (m != NULL)
4455                         break;
4456                 domain = (domain + 1) % vm_ndomains;
4457         }
4458
4459         return (m);
4460 }
4461
4462 /*
4463  * free the pv_entry back to the free list
4464  */
4465 static void
4466 free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv)
4467 {
4468         struct pv_chunk *pc;
4469         int idx, field, bit;
4470
4471         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4472         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, 1));
4473         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, 1));
4474         PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, 1));
4475         pc = pv_to_chunk(pv);
4476         idx = pv - &pc->pc_pventry[0];
4477         field = idx / 64;
4478         bit = idx % 64;
4479         pc->pc_map[field] |= 1ul << bit;
4480         if (pc->pc_map[0] != PC_FREE0 || pc->pc_map[1] != PC_FREE1 ||
4481             pc->pc_map[2] != PC_FREE2) {
4482                 /* 98% of the time, pc is already at the head of the list. */
4483                 if (__predict_false(pc != TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk))) {
4484                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4485                         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4486                 }
4487                 return;
4488         }
4489         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4490         free_pv_chunk(pc);
4491 }
4492
4493 static void
4494 free_pv_chunk_dequeued(struct pv_chunk *pc)
4495 {
4496         vm_page_t m;
4497
4498         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
4499         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
4500         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
4501         /* entire chunk is free, return it */
4502         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
4503         dump_drop_page(m->phys_addr);
4504         vm_page_unwire_noq(m);
4505         vm_page_free(m);
4506 }
4507
4508 static void
4509 free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc)
4510 {
4511         struct pv_chunks_list *pvc;
4512
4513         pvc = &pv_chunks[pc_to_domain(pc)];
4514         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
4515         TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
4516         mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
4517         free_pv_chunk_dequeued(pc);
4518 }
4519
4520 static void
4521 free_pv_chunk_batch(struct pv_chunklist *batch)
4522 {
4523         struct pv_chunks_list *pvc;
4524         struct pv_chunk *pc, *npc;
4525         int i;
4526
4527         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
4528                 if (TAILQ_EMPTY(&batch[i]))
4529                         continue;
4530                 pvc = &pv_chunks[i];
4531                 mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
4532                 TAILQ_FOREACH(pc, &batch[i], pc_list) {
4533                         TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
4534                 }
4535                 mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
4536         }
4537
4538         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
4539                 TAILQ_FOREACH_SAFE(pc, &batch[i], pc_list, npc) {
4540                         free_pv_chunk_dequeued(pc);
4541                 }
4542         }
4543 }
4544
4545 /*
4546  * Returns a new PV entry, allocating a new PV chunk from the system when
4547  * needed.  If this PV chunk allocation fails and a PV list lock pointer was
4548  * given, a PV chunk is reclaimed from an arbitrary pmap.  Otherwise, NULL is
4549  * returned.
4550  *
4551  * The given PV list lock may be released.
4552  */
4553 static pv_entry_t
4554 get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp)
4555 {
4556         struct pv_chunks_list *pvc;
4557         int bit, field;
4558         pv_entry_t pv;
4559         struct pv_chunk *pc;
4560         vm_page_t m;
4561
4562         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4563         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, 1));
4564 retry:
4565         pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
4566         if (pc != NULL) {
4567                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
4568                         if (pc->pc_map[field]) {
4569                                 bit = bsfq(pc->pc_map[field]);
4570                                 break;
4571                         }
4572                 }
4573                 if (field < _NPCM) {
4574                         pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
4575                         pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
4576                         /* If this was the last item, move it to tail */
4577                         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 &&
4578                             pc->pc_map[2] == 0) {
4579                                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4580                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc,
4581                                     pc_list);
4582                         }
4583                         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
4584                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, 1));
4585                         return (pv);
4586                 }
4587         }
4588         /* No free items, allocate another chunk */
4589         m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
4590             VM_ALLOC_WIRED);
4591         if (m == NULL) {
4592                 if (lockp == NULL) {
4593                         PV_STAT(pc_chunk_tryfail++);
4594                         return (NULL);
4595                 }
4596                 m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
4597                 if (m == NULL)
4598                         goto retry;
4599         }
4600         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
4601         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
4602         dump_add_page(m->phys_addr);
4603         pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
4604         pc->pc_pmap = pmap;
4605         pc->pc_map[0] = PC_FREE0 & ~1ul;        /* preallocated bit 0 */
4606         pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
4607         pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
4608         pvc = &pv_chunks[_vm_phys_domain(m->phys_addr)];
4609         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
4610         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
4611         mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
4612         pv = &pc->pc_pventry[0];
4613         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4614         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
4615         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV - 1));
4616         return (pv);
4617 }
4618
4619 /*
4620  * Returns the number of one bits within the given PV chunk map.
4621  *
4622  * The erratas for Intel processors state that "POPCNT Instruction May
4623  * Take Longer to Execute Than Expected".  It is believed that the
4624  * issue is the spurious dependency on the destination register.
4625  * Provide a hint to the register rename logic that the destination
4626  * value is overwritten, by clearing it, as suggested in the
4627  * optimization manual.  It should be cheap for unaffected processors
4628  * as well.
4629  *
4630  * Reference numbers for erratas are
4631  * 4th Gen Core: HSD146
4632  * 5th Gen Core: BDM85
4633  * 6th Gen Core: SKL029
4634  */
4635 static int
4636 popcnt_pc_map_pq(uint64_t *map)
4637 {
4638         u_long result, tmp;
4639
4640         __asm __volatile("xorl %k0,%k0;popcntq %2,%0;"
4641             "xorl %k1,%k1;popcntq %3,%1;addl %k1,%k0;"
4642             "xorl %k1,%k1;popcntq %4,%1;addl %k1,%k0"
4643             : "=&r" (result), "=&r" (tmp)
4644             : "m" (map[0]), "m" (map[1]), "m" (map[2]));
4645         return (result);
4646 }
4647
4648 /*
4649  * Ensure that the number of spare PV entries in the specified pmap meets or
4650  * exceeds the given count, "needed".
4651  *
4652  * The given PV list lock may be released.
4653  */
4654 static void
4655 reserve_pv_entries(pmap_t pmap, int needed, struct rwlock **lockp)
4656 {
4657         struct pv_chunks_list *pvc;
4658         struct pch new_tail[PMAP_MEMDOM];
4659         struct pv_chunk *pc;
4660         vm_page_t m;
4661         int avail, free, i;
4662         bool reclaimed;
4663
4664         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4665         KASSERT(lockp != NULL, ("reserve_pv_entries: lockp is NULL"));
4666
4667         /*
4668          * Newly allocated PV chunks must be stored in a private list until
4669          * the required number of PV chunks have been allocated.  Otherwise,
4670          * reclaim_pv_chunk() could recycle one of these chunks.  In
4671          * contrast, these chunks must be added to the pmap upon allocation.
4672          */
4673         for (i = 0; i < PMAP_MEMDOM; i++)
4674                 TAILQ_INIT(&new_tail[i]);
4675 retry:
4676         avail = 0;
4677         TAILQ_FOREACH(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list) {
4678 #ifndef __POPCNT__
4679                 if ((cpu_feature2 & CPUID2_POPCNT) == 0)
4680                         bit_count((bitstr_t *)pc->pc_map, 0,
4681                             sizeof(pc->pc_map) * NBBY, &free);
4682                 else
4683 #endif
4684                 free = popcnt_pc_map_pq(pc->pc_map);
4685                 if (free == 0)
4686                         break;
4687                 avail += free;
4688                 if (avail >= needed)
4689                         break;
4690         }
4691         for (reclaimed = false; avail < needed; avail += _NPCPV) {
4692                 m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
4693                     VM_ALLOC_WIRED);
4694                 if (m == NULL) {
4695                         m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
4696                         if (m == NULL)
4697                                 goto retry;
4698                         reclaimed = true;
4699                 }
4700                 PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
4701                 PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
4702                 dump_add_page(m->phys_addr);
4703                 pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
4704                 pc->pc_pmap = pmap;
4705                 pc->pc_map[0] = PC_FREE0;
4706                 pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
4707                 pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
4708                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4709                 TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail[pc_to_domain(pc)], pc, pc_lru);
4710                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
4711
4712                 /*
4713                  * The reclaim might have freed a chunk from the current pmap.
4714                  * If that chunk contained available entries, we need to
4715                  * re-count the number of available entries.
4716                  */
4717                 if (reclaimed)
4718                         goto retry;
4719         }
4720         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
4721                 if (TAILQ_EMPTY(&new_tail[i]))
4722                         continue;
4723                 pvc = &pv_chunks[i];
4724                 mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
4725                 TAILQ_CONCAT(&pvc->pvc_list, &new_tail[i], pc_lru);
4726                 mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
4727         }
4728 }
4729
4730 /*
4731  * First find and then remove the pv entry for the specified pmap and virtual
4732  * address from the specified pv list.  Returns the pv entry if found and NULL
4733  * otherwise.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or
4734  * 2MB page mappings.
4735  */
4736 static __inline pv_entry_t
4737 pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
4738 {
4739         pv_entry_t pv;
4740
4741         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
4742                 if (pmap == PV_PMAP(pv) && va == pv->pv_va) {
4743                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
4744                         pvh->pv_gen++;
4745                         break;
4746                 }
4747         }
4748         return (pv);
4749 }
4750
4751 /*
4752  * After demotion from a 2MB page mapping to 512 4KB page mappings,
4753  * destroy the pv entry for the 2MB page mapping and reinstantiate the pv
4754  * entries for each of the 4KB page mappings.
4755  */
4756 static void
4757 pmap_pv_demote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
4758     struct rwlock **lockp)
4759 {
4760         struct md_page *pvh;
4761         struct pv_chunk *pc;
4762         pv_entry_t pv;
4763         vm_offset_t va_last;
4764         vm_page_t m;
4765         int bit, field;
4766
4767         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4768         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
4769             ("pmap_pv_demote_pde: pa is not 2mpage aligned"));
4770         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
4771
4772         /*
4773          * Transfer the 2mpage's pv entry for this mapping to the first
4774          * page's pv list.  Once this transfer begins, the pv list lock
4775          * must not be released until the last pv entry is reinstantiated.
4776          */
4777         pvh = pa_to_pvh(pa);
4778         va = trunc_2mpage(va);
4779         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
4780         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_demote_pde: pv not found"));
4781         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
4782         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4783         m->md.pv_gen++;
4784         /* Instantiate the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
4785         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, NPTEPG - 1));
4786         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
4787         for (;;) {
4788                 pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
4789                 KASSERT(pc->pc_map[0] != 0 || pc->pc_map[1] != 0 ||
4790                     pc->pc_map[2] != 0, ("pmap_pv_demote_pde: missing spare"));
4791                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
4792                         while (pc->pc_map[field]) {
4793                                 bit = bsfq(pc->pc_map[field]);
4794                                 pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
4795                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
4796                                 va += PAGE_SIZE;
4797                                 pv->pv_va = va;
4798                                 m++;
4799                                 KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4800                             ("pmap_pv_demote_pde: page %p is not managed", m));
4801                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4802                                 m->md.pv_gen++;
4803                                 if (va == va_last)
4804                                         goto out;
4805                         }
4806                 }
4807                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4808                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4809         }
4810 out:
4811         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 && pc->pc_map[2] == 0) {
4812                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4813                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4814         }
4815         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, NPTEPG - 1));
4816         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, NPTEPG - 1));
4817 }
4818
4819 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
4820 /*
4821  * After promotion from 512 4KB page mappings to a single 2MB page mapping,
4822  * replace the many pv entries for the 4KB page mappings by a single pv entry
4823  * for the 2MB page mapping.
4824  */
4825 static void
4826 pmap_pv_promote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
4827     struct rwlock **lockp)
4828 {
4829         struct md_page *pvh;
4830         pv_entry_t pv;
4831         vm_offset_t va_last;
4832         vm_page_t m;
4833
4834         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
4835             ("pmap_pv_promote_pde: pa is not 2mpage aligned"));
4836         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
4837
4838         /*
4839          * Transfer the first page's pv entry for this mapping to the 2mpage's
4840          * pv list.  Aside from avoiding the cost of a call to get_pv_entry(),
4841          * a transfer avoids the possibility that get_pv_entry() calls
4842          * reclaim_pv_chunk() and that reclaim_pv_chunk() removes one of the
4843          * mappings that is being promoted.
4844          */
4845         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
4846         va = trunc_2mpage(va);
4847         pv = pmap_pvh_remove(&m->md, pmap, va);
4848         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_promote_pde: pv not found"));
4849         pvh = pa_to_pvh(pa);
4850         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
4851         pvh->pv_gen++;
4852         /* Free the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
4853         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
4854         do {
4855                 m++;
4856                 va += PAGE_SIZE;
4857                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
4858         } while (va < va_last);
4859 }
4860 #endif /* VM_NRESERVLEVEL > 0 */
4861
4862 /*
4863  * First find and then destroy the pv entry for the specified pmap and virtual
4864  * address.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or 2MB
4865  * page mappings.
4866  */
4867 static void
4868 pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
4869 {
4870         pv_entry_t pv;
4871
4872         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
4873         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pvh_free: pv not found"));
4874         free_pv_entry(pmap, pv);
4875 }
4876
4877 /*
4878  * Conditionally create the PV entry for a 4KB page mapping if the required
4879  * memory can be allocated without resorting to reclamation.
4880  */
4881 static boolean_t
4882 pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
4883     struct rwlock **lockp)
4884 {
4885         pv_entry_t pv;
4886
4887         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4888         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
4889         if ((pv = get_pv_entry(pmap, NULL)) != NULL) {
4890                 pv->pv_va = va;
4891                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
4892                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4893                 m->md.pv_gen++;
4894                 return (TRUE);
4895         } else
4896                 return (FALSE);
4897 }
4898
4899 /*
4900  * Create the PV entry for a 2MB page mapping.  Always returns true unless the
4901  * flag PMAP_ENTER_NORECLAIM is specified.  If that flag is specified, returns
4902  * false if the PV entry cannot be allocated without resorting to reclamation.
4903  */
4904 static bool
4905 pmap_pv_insert_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde, u_int flags,
4906     struct rwlock **lockp)
4907 {
4908         struct md_page *pvh;
4909         pv_entry_t pv;
4910         vm_paddr_t pa;
4911
4912         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4913         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
4914         if ((pv = get_pv_entry(pmap, (flags & PMAP_ENTER_NORECLAIM) != 0 ?
4915             NULL : lockp)) == NULL)
4916                 return (false);
4917         pv->pv_va = va;
4918         pa = pde & PG_PS_FRAME;
4919         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
4920         pvh = pa_to_pvh(pa);
4921         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
4922         pvh->pv_gen++;
4923         return (true);
4924 }
4925
4926 /*
4927  * Fills a page table page with mappings to consecutive physical pages.
4928  */
4929 static void
4930 pmap_fill_ptp(pt_entry_t *firstpte, pt_entry_t newpte)
4931 {
4932         pt_entry_t *pte;
4933
4934         for (pte = firstpte; pte < firstpte + NPTEPG; pte++) {
4935                 *pte = newpte;
4936                 newpte += PAGE_SIZE;
4937         }
4938 }
4939
4940 /*
4941  * Tries to demote a 2MB page mapping.  If demotion fails, the 2MB page
4942  * mapping is invalidated.
4943  */
4944 static boolean_t
4945 pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
4946 {
4947         struct rwlock *lock;
4948         boolean_t rv;
4949
4950         lock = NULL;
4951         rv = pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
4952         if (lock != NULL)
4953                 rw_wunlock(lock);
4954         return (rv);
4955 }
4956
4957 static void
4958 pmap_demote_pde_check(pt_entry_t *firstpte __unused, pt_entry_t newpte __unused)
4959 {
4960 #ifdef INVARIANTS
4961 #ifdef DIAGNOSTIC
4962         pt_entry_t *xpte, *ypte;
4963
4964         for (xpte = firstpte; xpte < firstpte + NPTEPG;
4965             xpte++, newpte += PAGE_SIZE) {
4966                 if ((*xpte & PG_FRAME) != (newpte & PG_FRAME)) {
4967                         printf("pmap_demote_pde: xpte %zd and newpte map "
4968                             "different pages: found %#lx, expected %#lx\n",
4969                             xpte - firstpte, *xpte, newpte);
4970                         printf("page table dump\n");
4971                         for (ypte = firstpte; ypte < firstpte + NPTEPG; ypte++)
4972                                 printf("%zd %#lx\n", ypte - firstpte, *ypte);
4973                         panic("firstpte");
4974                 }
4975         }
4976 #else
4977         KASSERT((*firstpte & PG_FRAME) == (newpte & PG_FRAME),
4978             ("pmap_demote_pde: firstpte and newpte map different physical"
4979             " addresses"));
4980 #endif
4981 #endif
4982 }
4983
4984 static void
4985 pmap_demote_pde_abort(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
4986     pd_entry_t oldpde, struct rwlock **lockp)
4987 {
4988         struct spglist free;
4989         vm_offset_t sva;
4990
4991         SLIST_INIT(&free);
4992         sva = trunc_2mpage(va);
4993         pmap_remove_pde(pmap, pde, sva, &free, lockp);
4994         if ((oldpde & pmap_global_bit(pmap)) == 0)
4995                 pmap_invalidate_pde_page(pmap, sva, oldpde);
4996         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
4997         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: failure for va %#lx in pmap %p",
4998             va, pmap);
4999 }
5000
5001 static boolean_t
5002 pmap_demote_pde_locked(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
5003     struct rwlock **lockp)
5004 {
5005         pd_entry_t newpde, oldpde;
5006         pt_entry_t *firstpte, newpte;
5007         pt_entry_t PG_A, PG_G, PG_M, PG_PKU_MASK, PG_RW, PG_V;
5008         vm_paddr_t mptepa;
5009         vm_page_t mpte;
5010         int PG_PTE_CACHE;
5011         bool in_kernel;
5012
5013         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5014         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5015         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5016         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5017         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5018         PG_PTE_CACHE = pmap_cache_mask(pmap, 0);
5019         PG_PKU_MASK = pmap_pku_mask_bit(pmap);
5020
5021         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5022         in_kernel = va >= VM_MAXUSER_ADDRESS;
5023         oldpde = *pde;
5024         KASSERT((oldpde & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V),
5025             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_PS and/or PG_V"));
5026
5027         /*
5028          * Invalidate the 2MB page mapping and return "failure" if the
5029          * mapping was never accessed.
5030          */
5031         if ((oldpde & PG_A) == 0) {
5032                 KASSERT((oldpde & PG_W) == 0,
5033                     ("pmap_demote_pde: a wired mapping is missing PG_A"));
5034                 pmap_demote_pde_abort(pmap, va, pde, oldpde, lockp);
5035                 return (FALSE);
5036         }
5037
5038         mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, va);
5039         if (mpte == NULL) {
5040                 KASSERT((oldpde & PG_W) == 0,
5041                     ("pmap_demote_pde: page table page for a wired mapping"
5042                     " is missing"));
5043
5044                 /*
5045                  * If the page table page is missing and the mapping
5046                  * is for a kernel address, the mapping must belong to
5047                  * the direct map.  Page table pages are preallocated
5048                  * for every other part of the kernel address space,
5049                  * so the direct map region is the only part of the
5050                  * kernel address space that must be handled here.
5051                  */
5052                 KASSERT(!in_kernel || (va >= DMAP_MIN_ADDRESS &&
5053                     va < DMAP_MAX_ADDRESS),
5054                     ("pmap_demote_pde: No saved mpte for va %#lx", va));
5055
5056                 /*
5057                  * If the 2MB page mapping belongs to the direct map
5058                  * region of the kernel's address space, then the page
5059                  * allocation request specifies the highest possible
5060                  * priority (VM_ALLOC_INTERRUPT).  Otherwise, the
5061                  * priority is normal.
5062                  */
5063                 mpte = vm_page_alloc(NULL, pmap_pde_pindex(va),
5064                     (in_kernel ? VM_ALLOC_INTERRUPT : VM_ALLOC_NORMAL) |
5065                     VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED);
5066
5067                 /*
5068                  * If the allocation of the new page table page fails,
5069                  * invalidate the 2MB page mapping and return "failure".
5070                  */
5071                 if (mpte == NULL) {
5072                         pmap_demote_pde_abort(pmap, va, pde, oldpde, lockp);
5073                         return (FALSE);
5074                 }
5075
5076                 if (!in_kernel) {
5077                         mpte->ref_count = NPTEPG;
5078                         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
5079                 }
5080         }
5081         mptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpte);
5082         firstpte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mptepa);
5083         newpde = mptepa | PG_M | PG_A | (oldpde & PG_U) | PG_RW | PG_V;
5084         KASSERT((oldpde & (PG_M | PG_RW)) != PG_RW,
5085             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_M"));
5086         newpte = oldpde & ~PG_PS;
5087         newpte = pmap_swap_pat(pmap, newpte);
5088
5089         /*
5090          * If the page table page is not leftover from an earlier promotion,
5091          * initialize it.
5092          */
5093         if (mpte->valid == 0)
5094                 pmap_fill_ptp(firstpte, newpte);
5095
5096         pmap_demote_pde_check(firstpte, newpte);
5097
5098         /*
5099          * If the mapping has changed attributes, update the page table
5100          * entries.
5101          */
5102         if ((*firstpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpte & PG_PTE_PROMOTE))
5103                 pmap_fill_ptp(firstpte, newpte);
5104
5105         /*
5106          * The spare PV entries must be reserved prior to demoting the
5107          * mapping, that is, prior to changing the PDE.  Otherwise, the state
5108          * of the PDE and the PV lists will be inconsistent, which can result
5109          * in reclaim_pv_chunk() attempting to remove a PV entry from the
5110          * wrong PV list and pmap_pv_demote_pde() failing to find the expected
5111          * PV entry for the 2MB page mapping that is being demoted.
5112          */
5113         if ((oldpde & PG_MANAGED) != 0)
5114                 reserve_pv_entries(pmap, NPTEPG - 1, lockp);
5115
5116         /*
5117          * Demote the mapping.  This pmap is locked.  The old PDE has
5118          * PG_A set.  If the old PDE has PG_RW set, it also has PG_M
5119          * set.  Thus, there is no danger of a race with another
5120          * processor changing the setting of PG_A and/or PG_M between
5121          * the read above and the store below. 
5122          */
5123         if (workaround_erratum383)
5124                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, newpde);
5125         else
5126                 pde_store(pde, newpde);
5127
5128         /*
5129          * Invalidate a stale recursive mapping of the page table page.
5130          */
5131         if (in_kernel)
5132                 pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopte(va));
5133
5134         /*
5135          * Demote the PV entry.
5136          */
5137         if ((oldpde & PG_MANAGED) != 0)
5138                 pmap_pv_demote_pde(pmap, va, oldpde & PG_PS_FRAME, lockp);
5139
5140         atomic_add_long(&pmap_pde_demotions, 1);
5141         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: success for va %#lx in pmap %p",
5142             va, pmap);
5143         return (TRUE);
5144 }
5145
5146 /*
5147  * pmap_remove_kernel_pde: Remove a kernel superpage mapping.
5148  */
5149 static void
5150 pmap_remove_kernel_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
5151 {
5152         pd_entry_t newpde;
5153         vm_paddr_t mptepa;
5154         vm_page_t mpte;
5155
5156         KASSERT(pmap == kernel_pmap, ("pmap %p is not kernel_pmap", pmap));
5157         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5158         mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, va);
5159         if (mpte == NULL)
5160                 panic("pmap_remove_kernel_pde: Missing pt page.");
5161
5162         mptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpte);
5163         newpde = mptepa | X86_PG_M | X86_PG_A | X86_PG_RW | X86_PG_V;
5164
5165         /*
5166          * If this page table page was unmapped by a promotion, then it
5167          * contains valid mappings.  Zero it to invalidate those mappings.
5168          */
5169         if (mpte->valid != 0)
5170                 pagezero((void *)PHYS_TO_DMAP(mptepa));
5171
5172         /*
5173          * Demote the mapping.
5174          */
5175         if (workaround_erratum383)
5176                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, newpde);
5177         else
5178                 pde_store(pde, newpde);
5179
5180         /*
5181          * Invalidate a stale recursive mapping of the page table page.
5182          */
5183         pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopte(va));
5184 }
5185
5186 /*
5187  * pmap_remove_pde: do the things to unmap a superpage in a process
5188  */
5189 static int
5190 pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
5191     struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
5192 {
5193         struct md_page *pvh;
5194         pd_entry_t oldpde;
5195         vm_offset_t eva, va;
5196         vm_page_t m, mpte;
5197         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW;
5198
5199         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5200         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5201         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5202         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5203
5204         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5205         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
5206             ("pmap_remove_pde: sva is not 2mpage aligned"));
5207         oldpde = pte_load_clear(pdq);
5208         if (oldpde & PG_W)
5209                 pmap->pm_stats.wired_count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
5210         if ((oldpde & PG_G) != 0)
5211                 pmap_invalidate_pde_page(kernel_pmap, sva, oldpde);
5212         pmap_resident_count_dec(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
5213         if (oldpde & PG_MANAGED) {
5214                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, oldpde & PG_PS_FRAME);
5215                 pvh = pa_to_pvh(oldpde & PG_PS_FRAME);
5216                 pmap_pvh_free(pvh, pmap, sva);
5217                 eva = sva + NBPDR;
5218                 for (va = sva, m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
5219                     va < eva; va += PAGE_SIZE, m++) {
5220                         if ((oldpde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
5221                                 vm_page_dirty(m);
5222                         if (oldpde & PG_A)
5223                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
5224                         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
5225                             TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
5226                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
5227                         pmap_delayed_invl_page(m);
5228                 }
5229         }
5230         if (pmap == kernel_pmap) {
5231                 pmap_remove_kernel_pde(pmap, pdq, sva);
5232         } else {
5233                 mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, sva);
5234                 if (mpte != NULL) {
5235                         KASSERT(mpte->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
5236                             ("pmap_remove_pde: pte page not promoted"));
5237                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
5238                         KASSERT(mpte->ref_count == NPTEPG,
5239                             ("pmap_remove_pde: pte page ref count error"));
5240                         mpte->ref_count = 0;
5241                         pmap_add_delayed_free_list(mpte, free, FALSE);
5242                 }
5243         }
5244         return (pmap_unuse_pt(pmap, sva, *pmap_pdpe(pmap, sva), free));
5245 }
5246
5247 /*
5248  * pmap_remove_pte: do the things to unmap a page in a process
5249  */
5250 static int
5251 pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t va, 
5252     pd_entry_t ptepde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
5253 {
5254         struct md_page *pvh;
5255         pt_entry_t oldpte, PG_A, PG_M, PG_RW;
5256         vm_page_t m;
5257
5258         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5259         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5260         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5261
5262         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5263         oldpte = pte_load_clear(ptq);
5264         if (oldpte & PG_W)
5265                 pmap->pm_stats.wired_count -= 1;
5266         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
5267         if (oldpte & PG_MANAGED) {
5268                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpte & PG_FRAME);
5269                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
5270                         vm_page_dirty(m);
5271                 if (oldpte & PG_A)
5272                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
5273                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
5274                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
5275                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
5276                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5277                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5278                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
5279                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
5280                 }
5281                 pmap_delayed_invl_page(m);
5282         }
5283         return (pmap_unuse_pt(pmap, va, ptepde, free));
5284 }
5285
5286 /*
5287  * Remove a single page from a process address space
5288  */
5289 static void
5290 pmap_remove_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
5291     struct spglist *free)
5292 {
5293         struct rwlock *lock;
5294         pt_entry_t *pte, PG_V;
5295
5296         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5297         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5298         if ((*pde & PG_V) == 0)
5299                 return;
5300         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
5301         if ((*pte & PG_V) == 0)
5302                 return;
5303         lock = NULL;
5304         pmap_remove_pte(pmap, pte, va, *pde, free, &lock);
5305         if (lock != NULL)
5306                 rw_wunlock(lock);
5307         pmap_invalidate_page(pmap, va);
5308 }
5309
5310 /*
5311  * Removes the specified range of addresses from the page table page.
5312  */
5313 static bool
5314 pmap_remove_ptes(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
5315     pd_entry_t *pde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
5316 {
5317         pt_entry_t PG_G, *pte;
5318         vm_offset_t va;
5319         bool anyvalid;
5320
5321         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5322         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5323         anyvalid = false;
5324         va = eva;
5325         for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != eva; pte++,
5326             sva += PAGE_SIZE) {
5327                 if (*pte == 0) {
5328                         if (va != eva) {
5329                                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
5330                                 va = eva;
5331                         }
5332                         continue;
5333                 }
5334                 if ((*pte & PG_G) == 0)
5335                         anyvalid = true;
5336                 else if (va == eva)
5337                         va = sva;
5338                 if (pmap_remove_pte(pmap, pte, sva, *pde, free, lockp)) {
5339                         sva += PAGE_SIZE;
5340                         break;
5341                 }
5342         }
5343         if (va != eva)
5344                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
5345         return (anyvalid);
5346 }
5347
5348 /*
5349  *      Remove the given range of addresses from the specified map.
5350  *
5351  *      It is assumed that the start and end are properly
5352  *      rounded to the page size.
5353  */
5354 void
5355 pmap_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
5356 {
5357         struct rwlock *lock;
5358         vm_offset_t va_next;
5359         pml4_entry_t *pml4e;
5360         pdp_entry_t *pdpe;
5361         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
5362         pt_entry_t PG_G, PG_V;
5363         struct spglist free;
5364         int anyvalid;
5365
5366         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5367         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5368
5369         /*
5370          * Perform an unsynchronized read.  This is, however, safe.
5371          */
5372         if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
5373                 return;
5374
5375         anyvalid = 0;
5376         SLIST_INIT(&free);
5377
5378         pmap_delayed_invl_start();
5379         PMAP_LOCK(pmap);
5380         pmap_pkru_on_remove(pmap, sva, eva);
5381
5382         /*
5383          * special handling of removing one page.  a very
5384          * common operation and easy to short circuit some
5385          * code.
5386          */
5387         if (sva + PAGE_SIZE == eva) {
5388                 pde = pmap_pde(pmap, sva);
5389                 if (pde && (*pde & PG_PS) == 0) {
5390                         pmap_remove_page(pmap, sva, pde, &free);
5391                         goto out;
5392                 }
5393         }
5394
5395         lock = NULL;
5396         for (; sva < eva; sva = va_next) {
5397
5398                 if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
5399                         break;
5400
5401                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
5402                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
5403                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
5404                         if (va_next < sva)
5405                                 va_next = eva;
5406                         continue;
5407                 }
5408
5409                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
5410                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
5411                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
5412                         if (va_next < sva)
5413                                 va_next = eva;
5414                         continue;
5415                 }
5416
5417                 /*
5418                  * Calculate index for next page table.
5419                  */
5420                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
5421                 if (va_next < sva)
5422                         va_next = eva;
5423
5424                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
5425                 ptpaddr = *pde;
5426
5427                 /*
5428                  * Weed out invalid mappings.
5429                  */
5430                 if (ptpaddr == 0)
5431                         continue;
5432
5433                 /*
5434                  * Check for large page.
5435                  */
5436                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
5437                         /*
5438                          * Are we removing the entire large page?  If not,
5439                          * demote the mapping and fall through.
5440                          */
5441                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
5442                                 /*
5443                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
5444                                  * invalidated by pmap_remove_pde().
5445                                  */
5446                                 if ((ptpaddr & PG_G) == 0)
5447                                         anyvalid = 1;
5448                                 pmap_remove_pde(pmap, pde, sva, &free, &lock);
5449                                 continue;
5450                         } else if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, sva,
5451                             &lock)) {
5452                                 /* The large page mapping was destroyed. */
5453                                 continue;
5454                         } else
5455                                 ptpaddr = *pde;
5456                 }
5457
5458                 /*
5459                  * Limit our scan to either the end of the va represented
5460                  * by the current page table page, or to the end of the
5461                  * range being removed.
5462                  */
5463                 if (va_next > eva)
5464                         va_next = eva;
5465
5466                 if (pmap_remove_ptes(pmap, sva, va_next, pde, &free, &lock))
5467                         anyvalid = 1;
5468         }
5469         if (lock != NULL)
5470                 rw_wunlock(lock);
5471 out:
5472         if (anyvalid)
5473                 pmap_invalidate_all(pmap);
5474         PMAP_UNLOCK(pmap);
5475         pmap_delayed_invl_finish();
5476         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
5477 }
5478
5479 /*
5480  *      Routine:        pmap_remove_all
5481  *      Function:
5482  *              Removes this physical page from
5483  *              all physical maps in which it resides.
5484  *              Reflects back modify bits to the pager.
5485  *
5486  *      Notes:
5487  *              Original versions of this routine were very
5488  *              inefficient because they iteratively called
5489  *              pmap_remove (slow...)
5490  */
5491
5492 void
5493 pmap_remove_all(vm_page_t m)
5494 {
5495         struct md_page *pvh;
5496         pv_entry_t pv;
5497         pmap_t pmap;
5498         struct rwlock *lock;
5499         pt_entry_t *pte, tpte, PG_A, PG_M, PG_RW;
5500         pd_entry_t *pde;
5501         vm_offset_t va;
5502         struct spglist free;
5503         int pvh_gen, md_gen;
5504
5505         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5506             ("pmap_remove_all: page %p is not managed", m));
5507         SLIST_INIT(&free);
5508         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5509         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
5510             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5511 retry:
5512         rw_wlock(lock);
5513         while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != NULL) {
5514                 pmap = PV_PMAP(pv);
5515                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5516                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5517                         rw_wunlock(lock);
5518                         PMAP_LOCK(pmap);
5519                         rw_wlock(lock);
5520                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
5521                                 rw_wunlock(lock);
5522                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5523                                 goto retry;
5524                         }
5525                 }
5526                 va = pv->pv_va;
5527                 pde = pmap_pde(pmap, va);
5528                 (void)pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
5529                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5530         }
5531         while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
5532                 pmap = PV_PMAP(pv);
5533                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5534                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5535                         md_gen = m->md.pv_gen;
5536                         rw_wunlock(lock);
5537                         PMAP_LOCK(pmap);
5538                         rw_wlock(lock);
5539                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
5540                                 rw_wunlock(lock);
5541                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5542                                 goto retry;
5543                         }
5544                 }
5545                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5546                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5547                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5548                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
5549                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
5550                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_remove_all: found"
5551                     " a 2mpage in page %p's pv list", m));
5552                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
5553                 tpte = pte_load_clear(pte);
5554                 if (tpte & PG_W)
5555                         pmap->pm_stats.wired_count--;
5556                 if (tpte & PG_A)
5557                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
5558
5559                 /*
5560                  * Update the vm_page_t clean and reference bits.
5561                  */
5562                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
5563                         vm_page_dirty(m);
5564                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, *pde, &free);
5565                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
5566                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5567                 m->md.pv_gen++;
5568                 free_pv_entry(pmap, pv);
5569                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5570         }
5571         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
5572         rw_wunlock(lock);
5573         pmap_delayed_invl_wait(m);
5574         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
5575 }
5576
5577 /*
5578  * pmap_protect_pde: do the things to protect a 2mpage in a process
5579  */
5580 static boolean_t
5581 pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva, vm_prot_t prot)
5582 {
5583         pd_entry_t newpde, oldpde;
5584         vm_page_t m, mt;
5585         boolean_t anychanged;
5586         pt_entry_t PG_G, PG_M, PG_RW;
5587
5588         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5589         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5590         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5591
5592         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5593         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
5594             ("pmap_protect_pde: sva is not 2mpage aligned"));
5595         anychanged = FALSE;
5596 retry:
5597         oldpde = newpde = *pde;
5598         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
5599                 if ((oldpde & (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) ==
5600                     (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) {
5601                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
5602                         for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
5603                                 vm_page_dirty(mt);
5604                 }
5605                 newpde &= ~(PG_RW | PG_M);
5606         }
5607         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
5608                 newpde |= pg_nx;
5609         if (newpde != oldpde) {
5610                 /*
5611                  * As an optimization to future operations on this PDE, clear
5612                  * PG_PROMOTED.  The impending invalidation will remove any
5613                  * lingering 4KB page mappings from the TLB.
5614                  */
5615                 if (!atomic_cmpset_long(pde, oldpde, newpde & ~PG_PROMOTED))
5616                         goto retry;
5617                 if ((oldpde & PG_G) != 0)
5618                         pmap_invalidate_pde_page(kernel_pmap, sva, oldpde);
5619                 else
5620                         anychanged = TRUE;
5621         }
5622         return (anychanged);
5623 }
5624
5625 /*
5626  *      Set the physical protection on the
5627  *      specified range of this map as requested.
5628  */
5629 void
5630 pmap_protect(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, vm_prot_t prot)
5631 {
5632         vm_offset_t va_next;
5633         pml4_entry_t *pml4e;
5634         pdp_entry_t *pdpe;
5635         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
5636         pt_entry_t *pte, PG_G, PG_M, PG_RW, PG_V;
5637         boolean_t anychanged;
5638
5639         KASSERT((prot & ~VM_PROT_ALL) == 0, ("invalid prot %x", prot));
5640         if (prot == VM_PROT_NONE) {
5641                 pmap_remove(pmap, sva, eva);
5642                 return;
5643         }
5644
5645         if ((prot & (VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE)) ==
5646             (VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE))
5647                 return;
5648
5649         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5650         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5651         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5652         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5653         anychanged = FALSE;
5654
5655         /*
5656          * Although this function delays and batches the invalidation
5657          * of stale TLB entries, it does not need to call
5658          * pmap_delayed_invl_start() and
5659          * pmap_delayed_invl_finish(), because it does not
5660          * ordinarily destroy mappings.  Stale TLB entries from
5661          * protection-only changes need only be invalidated before the
5662          * pmap lock is released, because protection-only changes do
5663          * not destroy PV entries.  Even operations that iterate over
5664          * a physical page's PV list of mappings, like
5665          * pmap_remove_write(), acquire the pmap lock for each
5666          * mapping.  Consequently, for protection-only changes, the
5667          * pmap lock suffices to synchronize both page table and TLB
5668          * updates.
5669          *
5670          * This function only destroys a mapping if pmap_demote_pde()
5671          * fails.  In that case, stale TLB entries are immediately
5672          * invalidated.
5673          */
5674         
5675         PMAP_LOCK(pmap);
5676         for (; sva < eva; sva = va_next) {
5677
5678                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
5679                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
5680                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
5681                         if (va_next < sva)
5682                                 va_next = eva;
5683                         continue;
5684                 }
5685
5686                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
5687                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
5688                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
5689                         if (va_next < sva)
5690                                 va_next = eva;
5691                         continue;
5692                 }
5693
5694                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
5695                 if (va_next < sva)
5696                         va_next = eva;
5697
5698                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
5699                 ptpaddr = *pde;
5700
5701                 /*
5702                  * Weed out invalid mappings.
5703                  */
5704                 if (ptpaddr == 0)
5705                         continue;
5706
5707                 /*
5708                  * Check for large page.
5709                  */
5710                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
5711                         /*
5712                          * Are we protecting the entire large page?  If not,
5713                          * demote the mapping and fall through.
5714                          */
5715                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
5716                                 /*
5717                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
5718                                  * invalidated by pmap_protect_pde().
5719                                  */
5720                                 if (pmap_protect_pde(pmap, pde, sva, prot))
5721                                         anychanged = TRUE;
5722                                 continue;
5723                         } else if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, sva)) {
5724                                 /*
5725                                  * The large page mapping was destroyed.
5726                                  */
5727                                 continue;
5728                         }
5729                 }
5730
5731                 if (va_next > eva)
5732                         va_next = eva;
5733
5734                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
5735                     sva += PAGE_SIZE) {
5736                         pt_entry_t obits, pbits;
5737                         vm_page_t m;
5738
5739 retry:
5740                         obits = pbits = *pte;
5741                         if ((pbits & PG_V) == 0)
5742                                 continue;
5743
5744                         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
5745                                 if ((pbits & (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) ==
5746                                     (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) {
5747                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pbits & PG_FRAME);
5748                                         vm_page_dirty(m);
5749                                 }
5750                                 pbits &= ~(PG_RW | PG_M);
5751                         }
5752                         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
5753                                 pbits |= pg_nx;
5754
5755                         if (pbits != obits) {
5756                                 if (!atomic_cmpset_long(pte, obits, pbits))
5757                                         goto retry;
5758                                 if (obits & PG_G)
5759                                         pmap_invalidate_page(pmap, sva);
5760                                 else
5761                                         anychanged = TRUE;
5762                         }
5763                 }
5764         }
5765         if (anychanged)
5766                 pmap_invalidate_all(pmap);
5767         PMAP_UNLOCK(pmap);
5768 }
5769
5770 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
5771 static bool
5772 pmap_pde_ept_executable(pmap_t pmap, pd_entry_t pde)
5773 {
5774
5775         if (pmap->pm_type != PT_EPT)
5776                 return (false);
5777         return ((pde & EPT_PG_EXECUTE) != 0);
5778 }
5779
5780 /*
5781  * Tries to promote the 512, contiguous 4KB page mappings that are within a
5782  * single page table page (PTP) to a single 2MB page mapping.  For promotion
5783  * to occur, two conditions must be met: (1) the 4KB page mappings must map
5784  * aligned, contiguous physical memory and (2) the 4KB page mappings must have
5785  * identical characteristics. 
5786  */
5787 static void
5788 pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
5789     struct rwlock **lockp)
5790 {
5791         pd_entry_t newpde;
5792         pt_entry_t *firstpte, oldpte, pa, *pte;
5793         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V, PG_PKU_MASK;
5794         vm_page_t mpte;
5795         int PG_PTE_CACHE;
5796
5797         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5798         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5799         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5800         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5801         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5802         PG_PKU_MASK = pmap_pku_mask_bit(pmap);
5803         PG_PTE_CACHE = pmap_cache_mask(pmap, 0);
5804
5805         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5806
5807         /*
5808          * Examine the first PTE in the specified PTP.  Abort if this PTE is
5809          * either invalid, unused, or does not map the first 4KB physical page
5810          * within a 2MB page. 
5811          */
5812         firstpte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pde & PG_FRAME);
5813 setpde:
5814         newpde = *firstpte;
5815         if ((newpde & ((PG_FRAME & PDRMASK) | PG_A | PG_V)) != (PG_A | PG_V) ||
5816             !pmap_allow_2m_x_page(pmap, pmap_pde_ept_executable(pmap,
5817             newpde))) {
5818                 atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
5819                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
5820                     " in pmap %p", va, pmap);
5821                 return;
5822         }
5823         if ((newpde & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
5824                 /*
5825                  * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared without
5826                  * a TLB invalidation.
5827                  */
5828                 if (!atomic_cmpset_long(firstpte, newpde, newpde & ~PG_RW))
5829                         goto setpde;
5830                 newpde &= ~PG_RW;
5831         }
5832
5833         /*
5834          * Examine each of the other PTEs in the specified PTP.  Abort if this
5835          * PTE maps an unexpected 4KB physical page or does not have identical
5836          * characteristics to the first PTE.
5837          */
5838         pa = (newpde & (PG_PS_FRAME | PG_A | PG_V)) + NBPDR - PAGE_SIZE;
5839         for (pte = firstpte + NPTEPG - 1; pte > firstpte; pte--) {
5840 setpte:
5841                 oldpte = *pte;
5842                 if ((oldpte & (PG_FRAME | PG_A | PG_V)) != pa) {
5843                         atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
5844                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
5845                             " in pmap %p", va, pmap);
5846                         return;
5847                 }
5848                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
5849                         /*
5850                          * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared
5851                          * without a TLB invalidation.
5852                          */
5853                         if (!atomic_cmpset_long(pte, oldpte, oldpte & ~PG_RW))
5854                                 goto setpte;
5855                         oldpte &= ~PG_RW;
5856                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: protect for va %#lx"
5857                             " in pmap %p", (oldpte & PG_FRAME & PDRMASK) |
5858                             (va & ~PDRMASK), pmap);
5859                 }
5860                 if ((oldpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpde & PG_PTE_PROMOTE)) {
5861                         atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
5862                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
5863                             " in pmap %p", va, pmap);
5864                         return;
5865                 }
5866                 pa -= PAGE_SIZE;
5867         }
5868
5869         /*
5870          * Save the page table page in its current state until the PDE
5871          * mapping the superpage is demoted by pmap_demote_pde() or
5872          * destroyed by pmap_remove_pde(). 
5873          */
5874         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
5875         KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
5876             mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
5877             ("pmap_promote_pde: page table page is out of range"));
5878         KASSERT(mpte->pindex == pmap_pde_pindex(va),
5879             ("pmap_promote_pde: page table page's pindex is wrong"));
5880         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mpte, true)) {
5881                 atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
5882                 CTR2(KTR_PMAP,
5883                     "pmap_promote_pde: failure for va %#lx in pmap %p", va,
5884                     pmap);
5885                 return;
5886         }
5887
5888         /*
5889          * Promote the pv entries.
5890          */
5891         if ((newpde & PG_MANAGED) != 0)
5892                 pmap_pv_promote_pde(pmap, va, newpde & PG_PS_FRAME, lockp);
5893
5894         /*
5895          * Propagate the PAT index to its proper position.
5896          */
5897         newpde = pmap_swap_pat(pmap, newpde);
5898
5899         /*
5900          * Map the superpage.
5901          */
5902         if (workaround_erratum383)
5903                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, PG_PS | newpde);
5904         else
5905                 pde_store(pde, PG_PROMOTED | PG_PS | newpde);
5906
5907         atomic_add_long(&pmap_pde_promotions, 1);
5908         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: success for va %#lx"
5909             " in pmap %p", va, pmap);
5910 }
5911 #endif /* VM_NRESERVLEVEL > 0 */
5912
5913 /*
5914  *      Insert the given physical page (p) at
5915  *      the specified virtual address (v) in the
5916  *      target physical map with the protection requested.
5917  *
5918  *      If specified, the page will be wired down, meaning
5919  *      that the related pte can not be reclaimed.
5920  *
5921  *      NB:  This is the only routine which MAY NOT lazy-evaluate
5922  *      or lose information.  That is, this routine must actually
5923  *      insert this page into the given map NOW.
5924  *
5925  *      When destroying both a page table and PV entry, this function
5926  *      performs the TLB invalidation before releasing the PV list
5927  *      lock, so we do not need pmap_delayed_invl_page() calls here.
5928  */
5929 int
5930 pmap_enter(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
5931     u_int flags, int8_t psind)
5932 {
5933         struct rwlock *lock;
5934         pd_entry_t *pde;
5935         pt_entry_t *pte, PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
5936         pt_entry_t newpte, origpte;
5937         pv_entry_t pv;
5938         vm_paddr_t opa, pa;
5939         vm_page_t mpte, om;
5940         int rv;
5941         boolean_t nosleep;
5942
5943         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5944         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5945         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5946         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5947         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5948
5949         va = trunc_page(va);
5950         KASSERT(va <= VM_MAX_KERNEL_ADDRESS, ("pmap_enter: toobig"));
5951         KASSERT(va < UPT_MIN_ADDRESS || va >= UPT_MAX_ADDRESS,
5952             ("pmap_enter: invalid to pmap_enter page table pages (va: 0x%lx)",
5953             va));
5954         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0 || va < kmi.clean_sva ||
5955             va >= kmi.clean_eva,
5956             ("pmap_enter: managed mapping within the clean submap"));
5957         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
5958                 VM_PAGE_OBJECT_BUSY_ASSERT(m);
5959         KASSERT((flags & PMAP_ENTER_RESERVED) == 0,
5960             ("pmap_enter: flags %u has reserved bits set", flags));
5961         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
5962         newpte = (pt_entry_t)(pa | PG_A | PG_V);
5963         if ((flags & VM_PROT_WRITE) != 0)
5964                 newpte |= PG_M;
5965         if ((prot & VM_PROT_WRITE) != 0)
5966                 newpte |= PG_RW;
5967         KASSERT((newpte & (PG_M | PG_RW)) != PG_M,
5968             ("pmap_enter: flags includes VM_PROT_WRITE but prot doesn't"));
5969         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
5970                 newpte |= pg_nx;
5971         if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) != 0)
5972                 newpte |= PG_W;
5973         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
5974                 newpte |= PG_U;
5975         if (pmap == kernel_pmap)
5976                 newpte |= PG_G;
5977         newpte |= pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, psind > 0);
5978
5979         /*
5980          * Set modified bit gratuitously for writeable mappings if
5981          * the page is unmanaged. We do not want to take a fault
5982          * to do the dirty bit accounting for these mappings.
5983          */
5984         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0) {
5985                 if ((newpte & PG_RW) != 0)
5986                         newpte |= PG_M;
5987         } else
5988                 newpte |= PG_MANAGED;
5989
5990         lock = NULL;
5991         PMAP_LOCK(pmap);
5992         if (psind == 1) {
5993                 /* Assert the required virtual and physical alignment. */ 
5994                 KASSERT((va & PDRMASK) == 0, ("pmap_enter: va unaligned"));
5995                 KASSERT(m->psind > 0, ("pmap_enter: m->psind < psind"));
5996                 rv = pmap_enter_pde(pmap, va, newpte | PG_PS, flags, m, &lock);
5997                 goto out;
5998         }
5999         mpte = NULL;
6000
6001         /*
6002          * In the case that a page table page is not
6003          * resident, we are creating it here.
6004          */
6005 retry:
6006         pde = pmap_pde(pmap, va);
6007         if (pde != NULL && (*pde & PG_V) != 0 && ((*pde & PG_PS) == 0 ||
6008             pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock))) {
6009                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
6010                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS && mpte == NULL) {
6011                         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
6012                         mpte->ref_count++;
6013                 }
6014         } else if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
6015                 /*
6016                  * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been
6017                  * deallocated.
6018                  */
6019                 nosleep = (flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0;
6020                 mpte = _pmap_allocpte(pmap, pmap_pde_pindex(va),
6021                     nosleep ? NULL : &lock);
6022                 if (mpte == NULL && nosleep) {
6023                         rv = KERN_RESOURCE_SHORTAGE;
6024                         goto out;
6025                 }
6026                 goto retry;
6027         } else
6028                 panic("pmap_enter: invalid page directory va=%#lx", va);
6029
6030         origpte = *pte;
6031         pv = NULL;
6032         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS && pmap->pm_type == PT_X86)
6033                 newpte |= pmap_pkru_get(pmap, va);
6034
6035         /*
6036          * Is the specified virtual address already mapped?
6037          */
6038         if ((origpte & PG_V) != 0) {
6039                 /*
6040                  * Wiring change, just update stats. We don't worry about
6041                  * wiring PT pages as they remain resident as long as there
6042                  * are valid mappings in them. Hence, if a user page is wired,
6043                  * the PT page will be also.
6044                  */
6045                 if ((newpte & PG_W) != 0 && (origpte & PG_W) == 0)
6046                         pmap->pm_stats.wired_count++;
6047                 else if ((newpte & PG_W) == 0 && (origpte & PG_W) != 0)
6048                         pmap->pm_stats.wired_count--;
6049
6050                 /*
6051                  * Remove the extra PT page reference.
6052                  */
6053                 if (mpte != NULL) {
6054                         mpte->ref_count--;
6055                         KASSERT(mpte->ref_count > 0,
6056                             ("pmap_enter: missing reference to page table page,"
6057                              " va: 0x%lx", va));
6058                 }
6059
6060                 /*
6061                  * Has the physical page changed?
6062                  */
6063                 opa = origpte & PG_FRAME;
6064                 if (opa == pa) {
6065                         /*
6066                          * No, might be a protection or wiring change.
6067                          */
6068                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0 &&
6069                             (newpte & PG_RW) != 0)
6070                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
6071                         if (((origpte ^ newpte) & ~(PG_M | PG_A)) == 0)
6072                                 goto unchanged;
6073                         goto validate;
6074                 }
6075
6076                 /*
6077                  * The physical page has changed.  Temporarily invalidate
6078                  * the mapping.  This ensures that all threads sharing the
6079                  * pmap keep a consistent view of the mapping, which is
6080                  * necessary for the correct handling of COW faults.  It
6081                  * also permits reuse of the old mapping's PV entry,
6082                  * avoiding an allocation.
6083                  *
6084                  * For consistency, handle unmanaged mappings the same way.
6085                  */
6086                 origpte = pte_load_clear(pte);
6087                 KASSERT((origpte & PG_FRAME) == opa,
6088                     ("pmap_enter: unexpected pa update for %#lx", va));
6089                 if ((origpte & PG_MANAGED) != 0) {
6090                         om = PHYS_TO_VM_PAGE(opa);
6091
6092                         /*
6093                          * The pmap lock is sufficient to synchronize with
6094                          * concurrent calls to pmap_page_test_mappings() and
6095                          * pmap_ts_referenced().
6096                          */
6097                         if ((origpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
6098                                 vm_page_dirty(om);
6099                         if ((origpte & PG_A) != 0)
6100                                 vm_page_aflag_set(om, PGA_REFERENCED);
6101                         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, opa);
6102                         pv = pmap_pvh_remove(&om->md, pmap, va);
6103                         KASSERT(pv != NULL,
6104                             ("pmap_enter: no PV entry for %#lx", va));
6105                         if ((newpte & PG_MANAGED) == 0)
6106                                 free_pv_entry(pmap, pv);
6107                         if ((om->a.flags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
6108                             TAILQ_EMPTY(&om->md.pv_list) &&
6109                             ((om->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
6110                             TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(opa)->pv_list)))
6111                                 vm_page_aflag_clear(om, PGA_WRITEABLE);
6112                 }
6113                 if ((origpte & PG_A) != 0)
6114                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
6115                 origpte = 0;
6116         } else {
6117                 /*
6118                  * Increment the counters.
6119                  */
6120                 if ((newpte & PG_W) != 0)
6121                         pmap->pm_stats.wired_count++;
6122                 pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
6123         }
6124
6125         /*
6126          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
6127          */
6128         if ((newpte & PG_MANAGED) != 0) {
6129                 if (pv == NULL) {
6130                         pv = get_pv_entry(pmap, &lock);
6131                         pv->pv_va = va;
6132                 }
6133                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, pa);
6134                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
6135                 m->md.pv_gen++;
6136                 if ((newpte & PG_RW) != 0)
6137                         vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
6138         }
6139
6140         /*
6141          * Update the PTE.
6142          */
6143         if ((origpte & PG_V) != 0) {
6144 validate:
6145                 origpte = pte_load_store(pte, newpte);
6146                 KASSERT((origpte & PG_FRAME) == pa,
6147                     ("pmap_enter: unexpected pa update for %#lx", va));
6148                 if ((newpte & PG_M) == 0 && (origpte & (PG_M | PG_RW)) ==
6149                     (PG_M | PG_RW)) {
6150                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0)
6151                                 vm_page_dirty(m);
6152
6153                         /*
6154                          * Although the PTE may still have PG_RW set, TLB
6155                          * invalidation may nonetheless be required because
6156                          * the PTE no longer has PG_M set.
6157                          */
6158                 } else if ((origpte & PG_NX) != 0 || (newpte & PG_NX) == 0) {
6159                         /*
6160                          * This PTE change does not require TLB invalidation.
6161                          */
6162                         goto unchanged;
6163                 }
6164                 if ((origpte & PG_A) != 0)
6165                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
6166         } else
6167                 pte_store(pte, newpte);
6168
6169 unchanged:
6170
6171 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
6172         /*
6173          * If both the page table page and the reservation are fully
6174          * populated, then attempt promotion.
6175          */
6176         if ((mpte == NULL || mpte->ref_count == NPTEPG) &&
6177             pmap_ps_enabled(pmap) &&
6178             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
6179             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0)
6180                 pmap_promote_pde(pmap, pde, va, &lock);
6181 #endif
6182
6183         rv = KERN_SUCCESS;
6184 out:
6185         if (lock != NULL)
6186                 rw_wunlock(lock);
6187         PMAP_UNLOCK(pmap);
6188         return (rv);
6189 }
6190
6191 /*
6192  * Tries to create a read- and/or execute-only 2MB page mapping.  Returns true
6193  * if successful.  Returns false if (1) a page table page cannot be allocated
6194  * without sleeping, (2) a mapping already exists at the specified virtual
6195  * address, or (3) a PV entry cannot be allocated without reclaiming another
6196  * PV entry.
6197  */
6198 static bool
6199 pmap_enter_2mpage(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
6200     struct rwlock **lockp)
6201 {
6202         pd_entry_t newpde;
6203         pt_entry_t PG_V;
6204
6205         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6206         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6207         newpde = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, 1) |
6208             PG_PS | PG_V;
6209         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
6210                 newpde |= PG_MANAGED;
6211         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
6212                 newpde |= pg_nx;
6213         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
6214                 newpde |= PG_U;
6215         return (pmap_enter_pde(pmap, va, newpde, PMAP_ENTER_NOSLEEP |
6216             PMAP_ENTER_NOREPLACE | PMAP_ENTER_NORECLAIM, NULL, lockp) ==
6217             KERN_SUCCESS);
6218 }
6219
6220 /*
6221  * Tries to create the specified 2MB page mapping.  Returns KERN_SUCCESS if
6222  * the mapping was created, and either KERN_FAILURE or KERN_RESOURCE_SHORTAGE
6223  * otherwise.  Returns KERN_FAILURE if PMAP_ENTER_NOREPLACE was specified and
6224  * a mapping already exists at the specified virtual address.  Returns
6225  * KERN_RESOURCE_SHORTAGE if PMAP_ENTER_NOSLEEP was specified and a page table
6226  * page allocation failed.  Returns KERN_RESOURCE_SHORTAGE if
6227  * PMAP_ENTER_NORECLAIM was specified and a PV entry allocation failed.
6228  *
6229  * The parameter "m" is only used when creating a managed, writeable mapping.
6230  */
6231 static int
6232 pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t newpde, u_int flags,
6233     vm_page_t m, struct rwlock **lockp)
6234 {
6235         struct spglist free;
6236         pd_entry_t oldpde, *pde;
6237         pt_entry_t PG_G, PG_RW, PG_V;
6238         vm_page_t mt, pdpg;
6239
6240         KASSERT(pmap == kernel_pmap || (newpde & PG_W) == 0,
6241             ("pmap_enter_pde: cannot create wired user mapping"));
6242         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
6243         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6244         KASSERT((newpde & (pmap_modified_bit(pmap) | PG_RW)) != PG_RW,
6245             ("pmap_enter_pde: newpde is missing PG_M"));
6246         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6247         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6248
6249         if (!pmap_allow_2m_x_page(pmap, pmap_pde_ept_executable(pmap,
6250             newpde))) {
6251                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: 2m x blocked for va %#lx"
6252                     " in pmap %p", va, pmap);
6253                 return (KERN_FAILURE);
6254         }
6255         if ((pdpg = pmap_allocpde(pmap, va, (flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0 ?
6256             NULL : lockp)) == NULL) {
6257                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
6258                     " in pmap %p", va, pmap);
6259                 return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
6260         }
6261
6262         /*
6263          * If pkru is not same for the whole pde range, return failure
6264          * and let vm_fault() cope.  Check after pde allocation, since
6265          * it could sleep.
6266          */
6267         if (!pmap_pkru_same(pmap, va, va + NBPDR)) {
6268                 SLIST_INIT(&free);
6269                 if (pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdpg, &free)) {
6270                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
6271                         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
6272                 }
6273                 return (KERN_FAILURE);
6274         }
6275         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS && pmap->pm_type == PT_X86) {
6276                 newpde &= ~X86_PG_PKU_MASK;
6277                 newpde |= pmap_pkru_get(pmap, va);
6278         }
6279
6280         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pdpg));
6281         pde = &pde[pmap_pde_index(va)];
6282         oldpde = *pde;
6283         if ((oldpde & PG_V) != 0) {
6284                 KASSERT(pdpg->ref_count > 1,
6285                     ("pmap_enter_pde: pdpg's reference count is too low"));
6286                 if ((flags & PMAP_ENTER_NOREPLACE) != 0) {
6287                         pdpg->ref_count--;
6288                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
6289                             " in pmap %p", va, pmap);
6290                         return (KERN_FAILURE);
6291                 }
6292                 /* Break the existing mapping(s). */
6293                 SLIST_INIT(&free);
6294                 if ((oldpde & PG_PS) != 0) {
6295                         /*
6296                          * The reference to the PD page that was acquired by
6297                          * pmap_allocpde() ensures that it won't be freed.
6298                          * However, if the PDE resulted from a promotion, then
6299                          * a reserved PT page could be freed.
6300                          */
6301                         (void)pmap_remove_pde(pmap, pde, va, &free, lockp);
6302                         if ((oldpde & PG_G) == 0)
6303                                 pmap_invalidate_pde_page(pmap, va, oldpde);
6304                 } else {
6305                         pmap_delayed_invl_start();
6306                         if (pmap_remove_ptes(pmap, va, va + NBPDR, pde, &free,
6307                             lockp))
6308                                pmap_invalidate_all(pmap);
6309                         pmap_delayed_invl_finish();
6310                 }
6311                 vm_page_free_pages_toq(&free, true);
6312                 if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS) {
6313                         /*
6314                          * Both pmap_remove_pde() and pmap_remove_ptes() will
6315                          * leave the kernel page table page zero filled.
6316                          */
6317                         mt = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
6318                         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mt, false))
6319                                 panic("pmap_enter_pde: trie insert failed");
6320                 } else
6321                         KASSERT(*pde == 0, ("pmap_enter_pde: non-zero pde %p",
6322                             pde));
6323         }
6324         if ((newpde & PG_MANAGED) != 0) {
6325                 /*
6326                  * Abort this mapping if its PV entry could not be created.
6327                  */
6328                 if (!pmap_pv_insert_pde(pmap, va, newpde, flags, lockp)) {
6329                         SLIST_INIT(&free);
6330                         if (pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdpg, &free)) {
6331                                 /*
6332                                  * Although "va" is not mapped, paging-
6333                                  * structure caches could nonetheless have
6334                                  * entries that refer to the freed page table
6335                                  * pages.  Invalidate those entries.
6336                                  */
6337                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
6338                                 vm_page_free_pages_toq(&free, true);
6339                         }
6340                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
6341                             " in pmap %p", va, pmap);
6342                         return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
6343                 }
6344                 if ((newpde & PG_RW) != 0) {
6345                         for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
6346                                 vm_page_aflag_set(mt, PGA_WRITEABLE);
6347                 }
6348         }
6349
6350         /*
6351          * Increment counters.
6352          */
6353         if ((newpde & PG_W) != 0)
6354                 pmap->pm_stats.wired_count += NBPDR / PAGE_SIZE;
6355         pmap_resident_count_inc(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
6356
6357         /*
6358          * Map the superpage.  (This is not a promoted mapping; there will not
6359          * be any lingering 4KB page mappings in the TLB.)
6360          */
6361         pde_store(pde, newpde);
6362
6363         atomic_add_long(&pmap_pde_mappings, 1);
6364         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: success for va %#lx"
6365             " in pmap %p", va, pmap);
6366         return (KERN_SUCCESS);
6367 }
6368
6369 /*
6370  * Maps a sequence of resident pages belonging to the same object.
6371  * The sequence begins with the given page m_start.  This page is
6372  * mapped at the given virtual address start.  Each subsequent page is
6373  * mapped at a virtual address that is offset from start by the same
6374  * amount as the page is offset from m_start within the object.  The
6375  * last page in the sequence is the page with the largest offset from
6376  * m_start that can be mapped at a virtual address less than the given
6377  * virtual address end.  Not every virtual page between start and end
6378  * is mapped; only those for which a resident page exists with the
6379  * corresponding offset from m_start are mapped.
6380  */
6381 void
6382 pmap_enter_object(pmap_t pmap, vm_offset_t start, vm_offset_t end,
6383     vm_page_t m_start, vm_prot_t prot)
6384 {
6385         struct rwlock *lock;
6386         vm_offset_t va;
6387         vm_page_t m, mpte;
6388         vm_pindex_t diff, psize;
6389
6390         VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m_start->object);
6391
6392         psize = atop(end - start);
6393         mpte = NULL;
6394         m = m_start;
6395         lock = NULL;
6396         PMAP_LOCK(pmap);
6397         while (m != NULL && (diff = m->pindex - m_start->pindex) < psize) {
6398                 va = start + ptoa(diff);
6399                 if ((va & PDRMASK) == 0 && va + NBPDR <= end &&
6400                     m->psind == 1 && pmap_ps_enabled(pmap) &&
6401                     pmap_allow_2m_x_page(pmap, (prot & VM_PROT_EXECUTE) != 0) &&
6402                     pmap_enter_2mpage(pmap, va, m, prot, &lock))
6403                         m = &m[NBPDR / PAGE_SIZE - 1];
6404                 else
6405                         mpte = pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot,
6406                             mpte, &lock);
6407                 m = TAILQ_NEXT(m, listq);
6408         }
6409         if (lock != NULL)
6410                 rw_wunlock(lock);
6411         PMAP_UNLOCK(pmap);
6412 }
6413
6414 /*
6415  * this code makes some *MAJOR* assumptions:
6416  * 1. Current pmap & pmap exists.
6417  * 2. Not wired.
6418  * 3. Read access.
6419  * 4. No page table pages.
6420  * but is *MUCH* faster than pmap_enter...
6421  */
6422
6423 void
6424 pmap_enter_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot)
6425 {
6426         struct rwlock *lock;
6427
6428         lock = NULL;
6429         PMAP_LOCK(pmap);
6430         (void)pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot, NULL, &lock);
6431         if (lock != NULL)
6432                 rw_wunlock(lock);
6433         PMAP_UNLOCK(pmap);
6434 }
6435
6436 static vm_page_t
6437 pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
6438     vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp)
6439 {
6440         struct spglist free;
6441         pt_entry_t newpte, *pte, PG_V;
6442
6443         KASSERT(va < kmi.clean_sva || va >= kmi.clean_eva ||
6444             (m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0,
6445             ("pmap_enter_quick_locked: managed mapping within the clean submap"));
6446         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6447         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6448
6449         /*
6450          * In the case that a page table page is not
6451          * resident, we are creating it here.
6452          */
6453         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
6454                 vm_pindex_t ptepindex;
6455                 pd_entry_t *ptepa;
6456
6457                 /*
6458                  * Calculate pagetable page index
6459                  */
6460                 ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
6461                 if (mpte && (mpte->pindex == ptepindex)) {
6462                         mpte->ref_count++;
6463                 } else {
6464                         /*
6465                          * Get the page directory entry
6466                          */
6467                         ptepa = pmap_pde(pmap, va);
6468
6469                         /*
6470                          * If the page table page is mapped, we just increment
6471                          * the hold count, and activate it.  Otherwise, we
6472                          * attempt to allocate a page table page.  If this
6473                          * attempt fails, we don't retry.  Instead, we give up.
6474                          */
6475                         if (ptepa && (*ptepa & PG_V) != 0) {
6476                                 if (*ptepa & PG_PS)
6477                                         return (NULL);
6478                                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*ptepa & PG_FRAME);
6479                                 mpte->ref_count++;
6480                         } else {
6481                                 /*
6482                                  * Pass NULL instead of the PV list lock
6483                                  * pointer, because we don't intend to sleep.
6484                                  */
6485                                 mpte = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex, NULL);
6486                                 if (mpte == NULL)
6487                                         return (mpte);
6488                         }
6489                 }
6490                 pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mpte));
6491                 pte = &pte[pmap_pte_index(va)];
6492         } else {
6493                 mpte = NULL;
6494                 pte = vtopte(va);
6495         }
6496         if (*pte) {
6497                 if (mpte != NULL) {
6498                         mpte->ref_count--;
6499                         mpte = NULL;
6500                 }
6501                 return (mpte);
6502         }
6503
6504         /*
6505          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
6506          */
6507         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 &&
6508             !pmap_try_insert_pv_entry(pmap, va, m, lockp)) {
6509                 if (mpte != NULL) {
6510                         SLIST_INIT(&free);
6511                         if (pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpte, &free)) {
6512                                 /*
6513                                  * Although "va" is not mapped, paging-
6514                                  * structure caches could nonetheless have
6515                                  * entries that refer to the freed page table
6516                                  * pages.  Invalidate those entries.
6517                                  */
6518                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
6519                                 vm_page_free_pages_toq(&free, true);
6520                         }
6521                         mpte = NULL;
6522                 }
6523                 return (mpte);
6524         }
6525
6526         /*
6527          * Increment counters
6528          */
6529         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
6530
6531         newpte = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_V |
6532             pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, 0);
6533         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
6534                 newpte |= PG_MANAGED;
6535         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
6536                 newpte |= pg_nx;
6537         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
6538                 newpte |= PG_U | pmap_pkru_get(pmap, va);
6539         pte_store(pte, newpte);
6540         return (mpte);
6541 }
6542
6543 /*
6544  * Make a temporary mapping for a physical address.  This is only intended
6545  * to be used for panic dumps.
6546  */
6547 void *
6548 pmap_kenter_temporary(vm_paddr_t pa, int i)
6549 {
6550         vm_offset_t va;
6551
6552         va = (vm_offset_t)crashdumpmap + (i * PAGE_SIZE);
6553         pmap_kenter(va, pa);
6554         invlpg(va);
6555         return ((void *)crashdumpmap);
6556 }
6557
6558 /*
6559  * This code maps large physical mmap regions into the
6560  * processor address space.  Note that some shortcuts
6561  * are taken, but the code works.
6562  */
6563 void
6564 pmap_object_init_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_object_t object,
6565     vm_pindex_t pindex, vm_size_t size)
6566 {
6567         pd_entry_t *pde;
6568         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
6569         vm_paddr_t pa, ptepa;
6570         vm_page_t p, pdpg;
6571         int pat_mode;
6572
6573         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6574         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6575         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6576         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6577
6578         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
6579         KASSERT(object->type == OBJT_DEVICE || object->type == OBJT_SG,
6580             ("pmap_object_init_pt: non-device object"));
6581         if ((addr & (NBPDR - 1)) == 0 && (size & (NBPDR - 1)) == 0) {
6582                 if (!pmap_ps_enabled(pmap))
6583                         return;
6584                 if (!vm_object_populate(object, pindex, pindex + atop(size)))
6585                         return;
6586                 p = vm_page_lookup(object, pindex);
6587                 KASSERT(p->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
6588                     ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
6589                 pat_mode = p->md.pat_mode;
6590
6591                 /*
6592                  * Abort the mapping if the first page is not physically
6593                  * aligned to a 2MB page boundary.
6594                  */
6595                 ptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(p);
6596                 if (ptepa & (NBPDR - 1))
6597                         return;
6598
6599                 /*
6600                  * Skip the first page.  Abort the mapping if the rest of
6601                  * the pages are not physically contiguous or have differing
6602                  * memory attributes.
6603                  */
6604                 p = TAILQ_NEXT(p, listq);
6605                 for (pa = ptepa + PAGE_SIZE; pa < ptepa + size;
6606                     pa += PAGE_SIZE) {
6607                         KASSERT(p->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
6608                             ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
6609                         if (pa != VM_PAGE_TO_PHYS(p) ||
6610                             pat_mode != p->md.pat_mode)
6611                                 return;
6612                         p = TAILQ_NEXT(p, listq);
6613                 }
6614
6615                 /*
6616                  * Map using 2MB pages.  Since "ptepa" is 2M aligned and
6617                  * "size" is a multiple of 2M, adding the PAT setting to "pa"
6618                  * will not affect the termination of this loop.
6619                  */ 
6620                 PMAP_LOCK(pmap);
6621                 for (pa = ptepa | pmap_cache_bits(pmap, pat_mode, 1);
6622                     pa < ptepa + size; pa += NBPDR) {
6623                         pdpg = pmap_allocpde(pmap, addr, NULL);
6624                         if (pdpg == NULL) {
6625                                 /*
6626                                  * The creation of mappings below is only an
6627                                  * optimization.  If a page directory page
6628                                  * cannot be allocated without blocking,
6629                                  * continue on to the next mapping rather than
6630                                  * blocking.
6631                                  */
6632                                 addr += NBPDR;
6633                                 continue;
6634                         }
6635                         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pdpg));
6636                         pde = &pde[pmap_pde_index(addr)];
6637                         if ((*pde & PG_V) == 0) {
6638                                 pde_store(pde, pa | PG_PS | PG_M | PG_A |
6639                                     PG_U | PG_RW | PG_V);
6640                                 pmap_resident_count_inc(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
6641                                 atomic_add_long(&pmap_pde_mappings, 1);
6642                         } else {
6643                                 /* Continue on if the PDE is already valid. */
6644                                 pdpg->ref_count--;
6645                                 KASSERT(pdpg->ref_count > 0,
6646                                     ("pmap_object_init_pt: missing reference "
6647                                     "to page directory page, va: 0x%lx", addr));
6648                         }
6649                         addr += NBPDR;
6650                 }
6651                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6652         }
6653 }
6654
6655 /*
6656  *      Clear the wired attribute from the mappings for the specified range of
6657  *      addresses in the given pmap.  Every valid mapping within that range
6658  *      must have the wired attribute set.  In contrast, invalid mappings
6659  *      cannot have the wired attribute set, so they are ignored.
6660  *
6661  *      The wired attribute of the page table entry is not a hardware
6662  *      feature, so there is no need to invalidate any TLB entries.
6663  *      Since pmap_demote_pde() for the wired entry must never fail,
6664  *      pmap_delayed_invl_start()/finish() calls around the
6665  *      function are not needed.
6666  */
6667 void
6668 pmap_unwire(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
6669 {
6670         vm_offset_t va_next;
6671         pml4_entry_t *pml4e;
6672         pdp_entry_t *pdpe;
6673         pd_entry_t *pde;
6674         pt_entry_t *pte, PG_V;
6675
6676         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6677         PMAP_LOCK(pmap);
6678         for (; sva < eva; sva = va_next) {
6679                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
6680                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
6681                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
6682                         if (va_next < sva)
6683                                 va_next = eva;
6684                         continue;
6685                 }
6686                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
6687                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
6688                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
6689                         if (va_next < sva)
6690                                 va_next = eva;
6691                         continue;
6692                 }
6693                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
6694                 if (va_next < sva)
6695                         va_next = eva;
6696                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
6697                 if ((*pde & PG_V) == 0)
6698                         continue;
6699                 if ((*pde & PG_PS) != 0) {
6700                         if ((*pde & PG_W) == 0)
6701                                 panic("pmap_unwire: pde %#jx is missing PG_W",
6702                                     (uintmax_t)*pde);
6703
6704                         /*
6705                          * Are we unwiring the entire large page?  If not,
6706                          * demote the mapping and fall through.
6707                          */
6708                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
6709                                 atomic_clear_long(pde, PG_W);
6710                                 pmap->pm_stats.wired_count -= NBPDR /
6711                                     PAGE_SIZE;
6712                                 continue;
6713                         } else if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, sva))
6714                                 panic("pmap_unwire: demotion failed");
6715                 }
6716                 if (va_next > eva)
6717                         va_next = eva;
6718                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
6719                     sva += PAGE_SIZE) {
6720                         if ((*pte & PG_V) == 0)
6721                                 continue;
6722                         if ((*pte & PG_W) == 0)
6723                                 panic("pmap_unwire: pte %#jx is missing PG_W",
6724                                     (uintmax_t)*pte);
6725
6726                         /*
6727                          * PG_W must be cleared atomically.  Although the pmap
6728                          * lock synchronizes access to PG_W, another processor
6729                          * could be setting PG_M and/or PG_A concurrently.
6730                          */
6731                         atomic_clear_long(pte, PG_W);
6732                         pmap->pm_stats.wired_count--;
6733                 }
6734         }
6735         PMAP_UNLOCK(pmap);
6736 }
6737
6738 /*
6739  *      Copy the range specified by src_addr/len
6740  *      from the source map to the range dst_addr/len
6741  *      in the destination map.
6742  *
6743  *      This routine is only advisory and need not do anything.
6744  */
6745 void
6746 pmap_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap, vm_offset_t dst_addr, vm_size_t len,
6747     vm_offset_t src_addr)
6748 {
6749         struct rwlock *lock;
6750         struct spglist free;
6751         pml4_entry_t *pml4e;
6752         pdp_entry_t *pdpe;
6753         pd_entry_t *pde, srcptepaddr;
6754         pt_entry_t *dst_pte, PG_A, PG_M, PG_V, ptetemp, *src_pte;
6755         vm_offset_t addr, end_addr, va_next;
6756         vm_page_t dst_pdpg, dstmpte, srcmpte;
6757
6758         if (dst_addr != src_addr)
6759                 return;
6760
6761         if (dst_pmap->pm_type != src_pmap->pm_type)
6762                 return;
6763
6764         /*
6765          * EPT page table entries that require emulation of A/D bits are
6766          * sensitive to clearing the PG_A bit (aka EPT_PG_READ). Although
6767          * we clear PG_M (aka EPT_PG_WRITE) concomitantly, the PG_U bit
6768          * (aka EPT_PG_EXECUTE) could still be set. Since some EPT
6769          * implementations flag an EPT misconfiguration for exec-only
6770          * mappings we skip this function entirely for emulated pmaps.
6771          */
6772         if (pmap_emulate_ad_bits(dst_pmap))
6773                 return;
6774
6775         end_addr = src_addr + len;
6776         lock = NULL;
6777         if (dst_pmap < src_pmap) {
6778                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
6779                 PMAP_LOCK(src_pmap);
6780         } else {
6781                 PMAP_LOCK(src_pmap);
6782                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
6783         }
6784
6785         PG_A = pmap_accessed_bit(dst_pmap);
6786         PG_M = pmap_modified_bit(dst_pmap);
6787         PG_V = pmap_valid_bit(dst_pmap);
6788
6789         for (addr = src_addr; addr < end_addr; addr = va_next) {
6790                 KASSERT(addr < UPT_MIN_ADDRESS,
6791                     ("pmap_copy: invalid to pmap_copy page tables"));
6792
6793                 pml4e = pmap_pml4e(src_pmap, addr);
6794                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
6795                         va_next = (addr + NBPML4) & ~PML4MASK;
6796                         if (va_next < addr)
6797                                 va_next = end_addr;
6798                         continue;
6799                 }
6800
6801                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, addr);
6802                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
6803                         va_next = (addr + NBPDP) & ~PDPMASK;
6804                         if (va_next < addr)
6805                                 va_next = end_addr;
6806                         continue;
6807                 }
6808
6809                 va_next = (addr + NBPDR) & ~PDRMASK;
6810                 if (va_next < addr)
6811                         va_next = end_addr;
6812
6813                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, addr);
6814                 srcptepaddr = *pde;
6815                 if (srcptepaddr == 0)
6816                         continue;
6817                         
6818                 if (srcptepaddr & PG_PS) {
6819                         if ((addr & PDRMASK) != 0 || addr + NBPDR > end_addr)
6820                                 continue;
6821                         dst_pdpg = pmap_allocpde(dst_pmap, addr, NULL);
6822                         if (dst_pdpg == NULL)
6823                                 break;
6824                         pde = (pd_entry_t *)
6825                             PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(dst_pdpg));
6826                         pde = &pde[pmap_pde_index(addr)];
6827                         if (*pde == 0 && ((srcptepaddr & PG_MANAGED) == 0 ||
6828                             pmap_pv_insert_pde(dst_pmap, addr, srcptepaddr,
6829                             PMAP_ENTER_NORECLAIM, &lock))) {
6830                                 *pde = srcptepaddr & ~PG_W;
6831                                 pmap_resident_count_inc(dst_pmap, NBPDR /
6832                                     PAGE_SIZE);
6833                                 atomic_add_long(&pmap_pde_mappings, 1);
6834                         } else
6835                                 dst_pdpg->ref_count--;
6836                         continue;
6837                 }
6838
6839                 srcptepaddr &= PG_FRAME;
6840                 srcmpte = PHYS_TO_VM_PAGE(srcptepaddr);
6841                 KASSERT(srcmpte->ref_count > 0,
6842                     ("pmap_copy: source page table page is unused"));
6843
6844                 if (va_next > end_addr)
6845                         va_next = end_addr;
6846
6847                 src_pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(srcptepaddr);
6848                 src_pte = &src_pte[pmap_pte_index(addr)];
6849                 dstmpte = NULL;
6850                 for (; addr < va_next; addr += PAGE_SIZE, src_pte++) {
6851                         ptetemp = *src_pte;
6852
6853                         /*
6854                          * We only virtual copy managed pages.
6855                          */
6856                         if ((ptetemp & PG_MANAGED) == 0)
6857                                 continue;
6858
6859                         if (dstmpte != NULL) {
6860                                 KASSERT(dstmpte->pindex ==
6861                                     pmap_pde_pindex(addr),
6862                                     ("dstmpte pindex/addr mismatch"));
6863                                 dstmpte->ref_count++;
6864                         } else if ((dstmpte = pmap_allocpte(dst_pmap, addr,
6865                             NULL)) == NULL)
6866                                 goto out;
6867                         dst_pte = (pt_entry_t *)
6868                             PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(dstmpte));
6869                         dst_pte = &dst_pte[pmap_pte_index(addr)];
6870                         if (*dst_pte == 0 &&
6871                             pmap_try_insert_pv_entry(dst_pmap, addr,
6872                             PHYS_TO_VM_PAGE(ptetemp & PG_FRAME), &lock)) {
6873                                 /*
6874                                  * Clear the wired, modified, and accessed
6875                                  * (referenced) bits during the copy.
6876                                  */
6877                                 *dst_pte = ptetemp & ~(PG_W | PG_M | PG_A);
6878                                 pmap_resident_count_inc(dst_pmap, 1);
6879                         } else {
6880                                 SLIST_INIT(&free);
6881                                 if (pmap_unwire_ptp(dst_pmap, addr, dstmpte,
6882                                     &free)) {
6883                                         /*
6884                                          * Although "addr" is not mapped,
6885                                          * paging-structure caches could
6886                                          * nonetheless have entries that refer
6887                                          * to the freed page table pages.
6888                                          * Invalidate those entries.
6889                                          */
6890                                         pmap_invalidate_page(dst_pmap, addr);
6891                                         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
6892                                 }
6893                                 goto out;
6894                         }
6895                         /* Have we copied all of the valid mappings? */ 
6896                         if (dstmpte->ref_count >= srcmpte->ref_count)
6897                                 break;
6898                 }
6899         }
6900 out:
6901         if (lock != NULL)
6902                 rw_wunlock(lock);
6903         PMAP_UNLOCK(src_pmap);
6904         PMAP_UNLOCK(dst_pmap);
6905 }
6906
6907 int
6908 pmap_vmspace_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap)
6909 {
6910         int error;
6911
6912         if (dst_pmap->pm_type != src_pmap->pm_type ||
6913             dst_pmap->pm_type != PT_X86 ||
6914             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) == 0)
6915                 return (0);
6916         for (;;) {
6917                 if (dst_pmap < src_pmap) {
6918                         PMAP_LOCK(dst_pmap);
6919                         PMAP_LOCK(src_pmap);
6920                 } else {
6921                         PMAP_LOCK(src_pmap);
6922                         PMAP_LOCK(dst_pmap);
6923                 }
6924                 error = pmap_pkru_copy(dst_pmap, src_pmap);
6925                 /* Clean up partial copy on failure due to no memory. */
6926                 if (error == ENOMEM)
6927                         pmap_pkru_deassign_all(dst_pmap);
6928                 PMAP_UNLOCK(src_pmap);
6929                 PMAP_UNLOCK(dst_pmap);
6930                 if (error != ENOMEM)
6931                         break;
6932                 vm_wait(NULL);
6933         }
6934         return (error);
6935 }
6936
6937 /*
6938  * Zero the specified hardware page.
6939  */
6940 void
6941 pmap_zero_page(vm_page_t m)
6942 {
6943         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
6944
6945         pagezero((void *)va);
6946 }
6947
6948 /*
6949  * Zero an an area within a single hardware page.  off and size must not
6950  * cover an area beyond a single hardware page.
6951  */
6952 void
6953 pmap_zero_page_area(vm_page_t m, int off, int size)
6954 {
6955         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
6956
6957         if (off == 0 && size == PAGE_SIZE)
6958                 pagezero((void *)va);
6959         else
6960                 bzero((char *)va + off, size);
6961 }
6962
6963 /*
6964  * Copy 1 specified hardware page to another.
6965  */
6966 void
6967 pmap_copy_page(vm_page_t msrc, vm_page_t mdst)
6968 {
6969         vm_offset_t src = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(msrc));
6970         vm_offset_t dst = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mdst));
6971
6972         pagecopy((void *)src, (void *)dst);
6973 }
6974
6975 int unmapped_buf_allowed = 1;
6976
6977 void
6978 pmap_copy_pages(vm_page_t ma[], vm_offset_t a_offset, vm_page_t mb[],
6979     vm_offset_t b_offset, int xfersize)
6980 {
6981         void *a_cp, *b_cp;
6982         vm_page_t pages[2];
6983         vm_offset_t vaddr[2], a_pg_offset, b_pg_offset;
6984         int cnt;
6985         boolean_t mapped;
6986
6987         while (xfersize > 0) {
6988                 a_pg_offset = a_offset & PAGE_MASK;
6989                 pages[0] = ma[a_offset >> PAGE_SHIFT];
6990                 b_pg_offset = b_offset & PAGE_MASK;
6991                 pages[1] = mb[b_offset >> PAGE_SHIFT];
6992                 cnt = min(xfersize, PAGE_SIZE - a_pg_offset);
6993                 cnt = min(cnt, PAGE_SIZE - b_pg_offset);
6994                 mapped = pmap_map_io_transient(pages, vaddr, 2, FALSE);
6995                 a_cp = (char *)vaddr[0] + a_pg_offset;
6996                 b_cp = (char *)vaddr[1] + b_pg_offset;
6997                 bcopy(a_cp, b_cp, cnt);
6998                 if (__predict_false(mapped))
6999                         pmap_unmap_io_transient(pages, vaddr, 2, FALSE);
7000                 a_offset += cnt;
7001                 b_offset += cnt;
7002                 xfersize -= cnt;
7003         }
7004 }
7005
7006 /*
7007  * Returns true if the pmap's pv is one of the first
7008  * 16 pvs linked to from this page.  This count may
7009  * be changed upwards or downwards in the future; it
7010  * is only necessary that true be returned for a small
7011  * subset of pmaps for proper page aging.
7012  */
7013 boolean_t
7014 pmap_page_exists_quick(pmap_t pmap, vm_page_t m)
7015 {
7016         struct md_page *pvh;
7017         struct rwlock *lock;
7018         pv_entry_t pv;
7019         int loops = 0;
7020         boolean_t rv;
7021
7022         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
7023             ("pmap_page_exists_quick: page %p is not managed", m));
7024         rv = FALSE;
7025         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
7026         rw_rlock(lock);
7027         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
7028                 if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
7029                         rv = TRUE;
7030                         break;
7031                 }
7032                 loops++;
7033                 if (loops >= 16)
7034                         break;
7035         }
7036         if (!rv && loops < 16 && (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
7037                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
7038                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
7039                         if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
7040                                 rv = TRUE;
7041                                 break;
7042                         }
7043                         loops++;
7044                         if (loops >= 16)
7045                                 break;
7046                 }
7047         }
7048         rw_runlock(lock);
7049         return (rv);
7050 }
7051
7052 /*
7053  *      pmap_page_wired_mappings:
7054  *
7055  *      Return the number of managed mappings to the given physical page
7056  *      that are wired.
7057  */
7058 int
7059 pmap_page_wired_mappings(vm_page_t m)
7060 {
7061         struct rwlock *lock;
7062         struct md_page *pvh;
7063         pmap_t pmap;
7064         pt_entry_t *pte;
7065         pv_entry_t pv;
7066         int count, md_gen, pvh_gen;
7067
7068         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
7069                 return (0);
7070         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
7071         rw_rlock(lock);
7072 restart:
7073         count = 0;
7074         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
7075                 pmap = PV_PMAP(pv);
7076                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
7077                         md_gen = m->md.pv_gen;
7078                         rw_runlock(lock);
7079                         PMAP_LOCK(pmap);
7080                         rw_rlock(lock);
7081                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
7082                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7083                                 goto restart;
7084                         }
7085                 }
7086                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va);
7087                 if ((*pte & PG_W) != 0)
7088                         count++;
7089                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7090         }
7091         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
7092                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
7093                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
7094                         pmap = PV_PMAP(pv);
7095                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
7096                                 md_gen = m->md.pv_gen;
7097                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
7098                                 rw_runlock(lock);
7099                                 PMAP_LOCK(pmap);
7100                                 rw_rlock(lock);
7101                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
7102                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
7103                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
7104                                         goto restart;
7105                                 }
7106                         }
7107                         pte = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
7108                         if ((*pte & PG_W) != 0)
7109                                 count++;
7110                         PMAP_UNLOCK(pmap);
7111                 }
7112         }
7113         rw_runlock(lock);
7114         return (count);
7115 }
7116
7117 /*
7118  * Returns TRUE if the given page is mapped individually or as part of
7119  * a 2mpage.  Otherwise, returns FALSE.
7120  */
7121 boolean_t
7122 pmap_page_is_mapped(vm_page_t m)
7123 {
7124         struct rwlock *lock;
7125         boolean_t rv;
7126
7127         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
7128                 return (FALSE);
7129         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
7130         rw_rlock(lock);
7131         rv = !TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) ||
7132             ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
7133             !TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m))->pv_list));
7134         rw_runlock(lock);
7135         return (rv);
7136 }
7137
7138 /*
7139  * Destroy all managed, non-wired mappings in the given user-space
7140  * pmap.  This pmap cannot be active on any processor besides the
7141  * caller.
7142  *
7143  * This function cannot be applied to the kernel pmap.  Moreover, it
7144  * is not intended for general use.  It is only to be used during
7145  * process termination.  Consequently, it can be implemented in ways
7146  * that make it faster than pmap_remove().  First, it can more quickly
7147  * destroy mappings by iterating over the pmap's collection of PV
7148  * entries, rather than searching the page table.  Second, it doesn't
7149  * have to test and clear the page table entries atomically, because
7150  * no processor is currently accessing the user address space.  In
7151  * particular, a page table entry's dirty bit won't change state once
7152  * this function starts.
7153  *
7154  * Although this function destroys all of the pmap's managed,
7155  * non-wired mappings, it can delay and batch the invalidation of TLB
7156  * entries without calling pmap_delayed_invl_start() and
7157  * pmap_delayed_invl_finish().  Because the pmap is not active on
7158  * any other processor, none of these TLB entries will ever be used
7159  * before their eventual invalidation.  Consequently, there is no need
7160  * for either pmap_remove_all() or pmap_remove_write() to wait for
7161  * that eventual TLB invalidation.
7162  */
7163 void
7164 pmap_remove_pages(pmap_t pmap)
7165 {
7166         pd_entry_t ptepde;
7167         pt_entry_t *pte, tpte;
7168         pt_entry_t PG_M, PG_RW, PG_V;
7169         struct spglist free;
7170         struct pv_chunklist free_chunks[PMAP_MEMDOM];
7171         vm_page_t m, mpte, mt;
7172         pv_entry_t pv;
7173         struct md_page *pvh;
7174         struct pv_chunk *pc, *npc;
7175         struct rwlock *lock;
7176         int64_t bit;
7177         uint64_t inuse, bitmask;
7178         int allfree, field, freed, i, idx;
7179         boolean_t superpage;
7180         vm_paddr_t pa;
7181
7182         /*
7183          * Assert that the given pmap is only active on the current
7184          * CPU.  Unfortunately, we cannot block another CPU from
7185          * activating the pmap while this function is executing.
7186          */
7187         KASSERT(pmap == PCPU_GET(curpmap), ("non-current pmap %p", pmap));
7188 #ifdef INVARIANTS
7189         {
7190                 cpuset_t other_cpus;
7191
7192                 other_cpus = all_cpus;
7193                 critical_enter();
7194                 CPU_CLR(PCPU_GET(cpuid), &other_cpus);
7195                 CPU_AND(&other_cpus, &pmap->pm_active);
7196                 critical_exit();
7197                 KASSERT(CPU_EMPTY(&other_cpus), ("pmap active %p", pmap));
7198         }
7199 #endif
7200
7201         lock = NULL;
7202         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7203         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7204         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7205
7206         for (i = 0; i < PMAP_MEMDOM; i++)
7207                 TAILQ_INIT(&free_chunks[i]);
7208         SLIST_INIT(&free);
7209         PMAP_LOCK(pmap);
7210         TAILQ_FOREACH_SAFE(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list, npc) {
7211                 allfree = 1;
7212                 freed = 0;
7213                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
7214                         inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
7215                         while (inuse != 0) {
7216                                 bit = bsfq(inuse);
7217                                 bitmask = 1UL << bit;
7218                                 idx = field * 64 + bit;
7219                                 pv = &pc->pc_pventry[idx];
7220                                 inuse &= ~bitmask;
7221
7222                                 pte = pmap_pdpe(pmap, pv->pv_va);
7223                                 ptepde = *pte;
7224                                 pte = pmap_pdpe_to_pde(pte, pv->pv_va);
7225                                 tpte = *pte;
7226                                 if ((tpte & (PG_PS | PG_V)) == PG_V) {
7227                                         superpage = FALSE;
7228                                         ptepde = tpte;
7229                                         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(tpte &
7230                                             PG_FRAME);
7231                                         pte = &pte[pmap_pte_index(pv->pv_va)];
7232                                         tpte = *pte;
7233                                 } else {
7234                                         /*
7235                                          * Keep track whether 'tpte' is a
7236                                          * superpage explicitly instead of
7237                                          * relying on PG_PS being set.
7238                                          *
7239                                          * This is because PG_PS is numerically
7240                                          * identical to PG_PTE_PAT and thus a
7241                                          * regular page could be mistaken for
7242                                          * a superpage.
7243                                          */
7244                                         superpage = TRUE;
7245                                 }
7246
7247                                 if ((tpte & PG_V) == 0) {
7248                                         panic("bad pte va %lx pte %lx",
7249                                             pv->pv_va, tpte);
7250                                 }
7251
7252 /*
7253  * We cannot remove wired pages from a process' mapping at this time
7254  */
7255                                 if (tpte & PG_W) {
7256                                         allfree = 0;
7257                                         continue;
7258                                 }
7259
7260                                 if (superpage)
7261                                         pa = tpte & PG_PS_FRAME;
7262                                 else
7263                                         pa = tpte & PG_FRAME;
7264
7265                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
7266                                 KASSERT(m->phys_addr == pa,
7267                                     ("vm_page_t %p phys_addr mismatch %016jx %016jx",
7268                                     m, (uintmax_t)m->phys_addr,
7269                                     (uintmax_t)tpte));
7270
7271                                 KASSERT((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
7272                                     m < &vm_page_array[vm_page_array_size],
7273                                     ("pmap_remove_pages: bad tpte %#jx",
7274                                     (uintmax_t)tpte));
7275
7276                                 pte_clear(pte);
7277
7278                                 /*
7279                                  * Update the vm_page_t clean/reference bits.
7280                                  */
7281                                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
7282                                         if (superpage) {
7283                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
7284                                                         vm_page_dirty(mt);
7285                                         } else
7286                                                 vm_page_dirty(m);
7287                                 }
7288
7289                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(&lock, m);
7290
7291                                 /* Mark free */
7292                                 pc->pc_map[field] |= bitmask;
7293                                 if (superpage) {
7294                                         pmap_resident_count_dec(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
7295                                         pvh = pa_to_pvh(tpte & PG_PS_FRAME);
7296                                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
7297                                         pvh->pv_gen++;
7298                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
7299                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
7300                                                         if ((mt->a.flags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
7301                                                             TAILQ_EMPTY(&mt->md.pv_list))
7302                                                                 vm_page_aflag_clear(mt, PGA_WRITEABLE);
7303                                         }
7304                                         mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, pv->pv_va);
7305                                         if (mpte != NULL) {
7306                                                 KASSERT(mpte->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
7307                                                     ("pmap_remove_pages: pte page not promoted"));
7308                                                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
7309                                                 KASSERT(mpte->ref_count == NPTEPG,
7310                                                     ("pmap_remove_pages: pte page reference count error"));
7311                                                 mpte->ref_count = 0;
7312                                                 pmap_add_delayed_free_list(mpte, &free, FALSE);
7313                                         }
7314                                 } else {
7315                                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
7316                                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
7317                                         m->md.pv_gen++;
7318                                         if ((m->a.flags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
7319                                             TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
7320                                             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
7321                                                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
7322                                                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
7323                                                         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
7324                                         }
7325                                 }
7326                                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, ptepde, &free);
7327                                 freed++;
7328                         }
7329                 }
7330                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
7331                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
7332                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
7333                 if (allfree) {
7334                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
7335                         TAILQ_INSERT_TAIL(&free_chunks[pc_to_domain(pc)], pc, pc_list);
7336                 }
7337         }
7338         if (lock != NULL)
7339                 rw_wunlock(lock);
7340         pmap_invalidate_all(pmap);
7341         pmap_pkru_deassign_all(pmap);
7342         free_pv_chunk_batch((struct pv_chunklist *)&free_chunks);
7343         PMAP_UNLOCK(pmap);
7344         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
7345 }
7346
7347 static boolean_t
7348 pmap_page_test_mappings(vm_page_t m, boolean_t accessed, boolean_t modified)
7349 {
7350         struct rwlock *lock;
7351         pv_entry_t pv;
7352         struct md_page *pvh;
7353         pt_entry_t *pte, mask;
7354         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
7355         pmap_t pmap;
7356         int md_gen, pvh_gen;
7357         boolean_t rv;
7358
7359         rv = FALSE;
7360         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
7361         rw_rlock(lock);
7362 restart:
7363         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
7364                 pmap = PV_PMAP(pv);
7365                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
7366                         md_gen = m->md.pv_gen;
7367                         rw_runlock(lock);
7368                         PMAP_LOCK(pmap);
7369                         rw_rlock(lock);
7370                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
7371                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7372                                 goto restart;
7373                         }
7374                 }
7375                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va);
7376                 mask = 0;
7377                 if (modified) {
7378                         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7379                         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7380                         mask |= PG_RW | PG_M;
7381                 }
7382                 if (accessed) {
7383                         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
7384                         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7385                         mask |= PG_V | PG_A;
7386                 }
7387                 rv = (*pte & mask) == mask;
7388                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7389                 if (rv)
7390                         goto out;
7391         }
7392         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
7393                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
7394                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
7395                         pmap = PV_PMAP(pv);
7396                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
7397                                 md_gen = m->md.pv_gen;
7398                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
7399                                 rw_runlock(lock);
7400                                 PMAP_LOCK(pmap);
7401                                 rw_rlock(lock);
7402                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
7403                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
7404                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
7405                                         goto restart;
7406                                 }
7407                         }
7408                         pte = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
7409                         mask = 0;
7410                         if (modified) {
7411                                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7412                                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7413                                 mask |= PG_RW | PG_M;
7414                         }
7415                         if (accessed) {
7416                                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
7417                                 PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7418                                 mask |= PG_V | PG_A;
7419                         }
7420                         rv = (*pte & mask) == mask;
7421                         PMAP_UNLOCK(pmap);
7422                         if (rv)
7423                                 goto out;
7424                 }
7425         }
7426 out:
7427         rw_runlock(lock);
7428         return (rv);
7429 }
7430
7431 /*
7432  *      pmap_is_modified:
7433  *
7434  *      Return whether or not the specified physical page was modified
7435  *      in any physical maps.
7436  */
7437 boolean_t
7438 pmap_is_modified(vm_page_t m)
7439 {
7440
7441         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
7442             ("pmap_is_modified: page %p is not managed", m));
7443
7444         /*
7445          * If the page is not busied then this check is racy.
7446          */
7447         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
7448                 return (FALSE);
7449         return (pmap_page_test_mappings(m, FALSE, TRUE));
7450 }
7451
7452 /*
7453  *      pmap_is_prefaultable:
7454  *
7455  *      Return whether or not the specified virtual address is eligible
7456  *      for prefault.
7457  */
7458 boolean_t
7459 pmap_is_prefaultable(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
7460 {
7461         pd_entry_t *pde;
7462         pt_entry_t *pte, PG_V;
7463         boolean_t rv;
7464
7465         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7466         rv = FALSE;
7467         PMAP_LOCK(pmap);
7468         pde = pmap_pde(pmap, addr);
7469         if (pde != NULL && (*pde & (PG_PS | PG_V)) == PG_V) {
7470                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, addr);
7471                 rv = (*pte & PG_V) == 0;
7472         }
7473         PMAP_UNLOCK(pmap);
7474         return (rv);
7475 }
7476
7477 /*
7478  *      pmap_is_referenced:
7479  *
7480  *      Return whether or not the specified physical page was referenced
7481  *      in any physical maps.
7482  */
7483 boolean_t
7484 pmap_is_referenced(vm_page_t m)
7485 {
7486
7487         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
7488             ("pmap_is_referenced: page %p is not managed", m));
7489         return (pmap_page_test_mappings(m, TRUE, FALSE));
7490 }
7491
7492 /*
7493  * Clear the write and modified bits in each of the given page's mappings.
7494  */
7495 void
7496 pmap_remove_write(vm_page_t m)
7497 {
7498         struct md_page *pvh;
7499         pmap_t pmap;
7500         struct rwlock *lock;
7501         pv_entry_t next_pv, pv;
7502         pd_entry_t *pde;
7503         pt_entry_t oldpte, *pte, PG_M, PG_RW;
7504         vm_offset_t va;
7505         int pvh_gen, md_gen;
7506
7507         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
7508             ("pmap_remove_write: page %p is not managed", m));
7509
7510         vm_page_assert_busied(m);
7511         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
7512                 return;
7513
7514         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
7515         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
7516             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
7517 retry_pv_loop:
7518         rw_wlock(lock);
7519         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
7520                 pmap = PV_PMAP(pv);
7521                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
7522                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
7523                         rw_wunlock(lock);
7524                         PMAP_LOCK(pmap);
7525                         rw_wlock(lock);
7526                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
7527                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7528                                 rw_wunlock(lock);
7529                                 goto retry_pv_loop;
7530                         }
7531                 }
7532                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7533                 va = pv->pv_va;
7534                 pde = pmap_pde(pmap, va);
7535                 if ((*pde & PG_RW) != 0)
7536                         (void)pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
7537                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
7538                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
7539                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
7540                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7541         }
7542         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
7543                 pmap = PV_PMAP(pv);
7544                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
7545                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
7546                         md_gen = m->md.pv_gen;
7547                         rw_wunlock(lock);
7548                         PMAP_LOCK(pmap);
7549                         rw_wlock(lock);
7550                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen ||
7551                             md_gen != m->md.pv_gen) {
7552                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7553                                 rw_wunlock(lock);
7554                                 goto retry_pv_loop;
7555                         }
7556                 }
7557                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7558                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7559                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
7560                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0,
7561                     ("pmap_remove_write: found a 2mpage in page %p's pv list",
7562                     m));
7563                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
7564 retry:
7565                 oldpte = *pte;
7566                 if (oldpte & PG_RW) {
7567                         if (!atomic_cmpset_long(pte, oldpte, oldpte &
7568                             ~(PG_RW | PG_M)))
7569                                 goto retry;
7570                         if ((oldpte & PG_M) != 0)
7571                                 vm_page_dirty(m);
7572                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
7573                 }
7574                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7575         }
7576         rw_wunlock(lock);
7577         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
7578         pmap_delayed_invl_wait(m);
7579 }
7580
7581 static __inline boolean_t
7582 safe_to_clear_referenced(pmap_t pmap, pt_entry_t pte)
7583 {
7584
7585         if (!pmap_emulate_ad_bits(pmap))
7586                 return (TRUE);
7587
7588         KASSERT(pmap->pm_type == PT_EPT, ("invalid pm_type %d", pmap->pm_type));
7589
7590         /*
7591          * XWR = 010 or 110 will cause an unconditional EPT misconfiguration
7592          * so we don't let the referenced (aka EPT_PG_READ) bit to be cleared
7593          * if the EPT_PG_WRITE bit is set.
7594          */
7595         if ((pte & EPT_PG_WRITE) != 0)
7596                 return (FALSE);
7597
7598         /*
7599          * XWR = 100 is allowed only if the PMAP_SUPPORTS_EXEC_ONLY is set.
7600          */
7601         if ((pte & EPT_PG_EXECUTE) == 0 ||
7602             ((pmap->pm_flags & PMAP_SUPPORTS_EXEC_ONLY) != 0))
7603                 return (TRUE);
7604         else
7605                 return (FALSE);
7606 }
7607
7608 /*
7609  *      pmap_ts_referenced:
7610  *
7611  *      Return a count of reference bits for a page, clearing those bits.
7612  *      It is not necessary for every reference bit to be cleared, but it
7613  *      is necessary that 0 only be returned when there are truly no
7614  *      reference bits set.
7615  *
7616  *      As an optimization, update the page's dirty field if a modified bit is
7617  *      found while counting reference bits.  This opportunistic update can be
7618  *      performed at low cost and can eliminate the need for some future calls
7619  *      to pmap_is_modified().  However, since this function stops after
7620  *      finding PMAP_TS_REFERENCED_MAX reference bits, it may not detect some
7621  *      dirty pages.  Those dirty pages will only be detected by a future call
7622  *      to pmap_is_modified().
7623  *
7624  *      A DI block is not needed within this function, because
7625  *      invalidations are performed before the PV list lock is
7626  *      released.
7627  */
7628 int
7629 pmap_ts_referenced(vm_page_t m)
7630 {
7631         struct md_page *pvh;
7632         pv_entry_t pv, pvf;
7633         pmap_t pmap;
7634         struct rwlock *lock;
7635         pd_entry_t oldpde, *pde;
7636         pt_entry_t *pte, PG_A, PG_M, PG_RW;
7637         vm_offset_t va;
7638         vm_paddr_t pa;
7639         int cleared, md_gen, not_cleared, pvh_gen;
7640         struct spglist free;
7641         boolean_t demoted;
7642
7643         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
7644             ("pmap_ts_referenced: page %p is not managed", m));
7645         SLIST_INIT(&free);
7646         cleared = 0;
7647         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
7648         lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);
7649         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy : pa_to_pvh(pa);
7650         rw_wlock(lock);
7651 retry:
7652         not_cleared = 0;
7653         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) == NULL)
7654                 goto small_mappings;
7655         pv = pvf;
7656         do {
7657                 if (pvf == NULL)
7658                         pvf = pv;
7659                 pmap = PV_PMAP(pv);
7660                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
7661                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
7662                         rw_wunlock(lock);
7663                         PMAP_LOCK(pmap);
7664                         rw_wlock(lock);
7665                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
7666                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7667                                 goto retry;
7668                         }
7669                 }
7670                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
7671                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7672                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7673                 va = pv->pv_va;
7674                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
7675                 oldpde = *pde;
7676                 if ((oldpde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
7677                         /*
7678                          * Although "oldpde" is mapping a 2MB page, because
7679                          * this function is called at a 4KB page granularity,
7680                          * we only update the 4KB page under test.
7681                          */
7682                         vm_page_dirty(m);
7683                 }
7684                 if ((oldpde & PG_A) != 0) {
7685                         /*
7686                          * Since this reference bit is shared by 512 4KB
7687                          * pages, it should not be cleared every time it is
7688                          * tested.  Apply a simple "hash" function on the
7689                          * physical page number, the virtual superpage number,
7690                          * and the pmap address to select one 4KB page out of
7691                          * the 512 on which testing the reference bit will
7692                          * result in clearing that reference bit.  This
7693                          * function is designed to avoid the selection of the
7694                          * same 4KB page for every 2MB page mapping.
7695                          *
7696                          * On demotion, a mapping that hasn't been referenced
7697                          * is simply destroyed.  To avoid the possibility of a
7698                          * subsequent page fault on a demoted wired mapping,
7699                          * always leave its reference bit set.  Moreover,
7700                          * since the superpage is wired, the current state of
7701                          * its reference bit won't affect page replacement.
7702                          */
7703                         if ((((pa >> PAGE_SHIFT) ^ (pv->pv_va >> PDRSHIFT) ^
7704                             (uintptr_t)pmap) & (NPTEPG - 1)) == 0 &&
7705                             (oldpde & PG_W) == 0) {
7706                                 if (safe_to_clear_referenced(pmap, oldpde)) {
7707                                         atomic_clear_long(pde, PG_A);
7708                                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
7709                                         demoted = FALSE;
7710                                 } else if (pmap_demote_pde_locked(pmap, pde,
7711                                     pv->pv_va, &lock)) {
7712                                         /*
7713                                          * Remove the mapping to a single page
7714                                          * so that a subsequent access may
7715                                          * repromote.  Since the underlying
7716                                          * page table page is fully populated,
7717                                          * this removal never frees a page
7718                                          * table page.
7719                                          */
7720                                         demoted = TRUE;
7721                                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde &
7722                                             PG_PS_FRAME);
7723                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
7724                                         pmap_remove_pte(pmap, pte, va, *pde,
7725                                             NULL, &lock);
7726                                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
7727                                 } else
7728                                         demoted = TRUE;
7729
7730                                 if (demoted) {
7731                                         /*
7732                                          * The superpage mapping was removed
7733                                          * entirely and therefore 'pv' is no
7734                                          * longer valid.
7735                                          */
7736                                         if (pvf == pv)
7737                                                 pvf = NULL;
7738                                         pv = NULL;
7739                                 }
7740                                 cleared++;
7741                                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
7742                                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
7743                                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
7744                         } else
7745                                 not_cleared++;
7746                 }
7747                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7748                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
7749                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
7750                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
7751                         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
7752                         pvh->pv_gen++;
7753                 }
7754                 if (cleared + not_cleared >= PMAP_TS_REFERENCED_MAX)
7755                         goto out;
7756         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != pvf);
7757 small_mappings:
7758         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) == NULL)
7759                 goto out;
7760         pv = pvf;
7761         do {
7762                 if (pvf == NULL)
7763                         pvf = pv;
7764                 pmap = PV_PMAP(pv);
7765                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
7766                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
7767                         md_gen = m->md.pv_gen;
7768                         rw_wunlock(lock);
7769                         PMAP_LOCK(pmap);
7770                         rw_wlock(lock);
7771                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
7772                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7773                                 goto retry;
7774                         }
7775                 }
7776                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
7777                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7778                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7779                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
7780                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0,
7781                     ("pmap_ts_referenced: found a 2mpage in page %p's pv list",
7782                     m));
7783                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
7784                 if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
7785                         vm_page_dirty(m);
7786                 if ((*pte & PG_A) != 0) {
7787                         if (safe_to_clear_referenced(pmap, *pte)) {
7788                                 atomic_clear_long(pte, PG_A);
7789                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
7790                                 cleared++;
7791                         } else if ((*pte & PG_W) == 0) {
7792                                 /*
7793                                  * Wired pages cannot be paged out so
7794                                  * doing accessed bit emulation for
7795                                  * them is wasted effort. We do the
7796                                  * hard work for unwired pages only.
7797                                  */
7798                                 pmap_remove_pte(pmap, pte, pv->pv_va,
7799                                     *pde, &free, &lock);
7800                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
7801                                 cleared++;
7802                                 if (pvf == pv)
7803                                         pvf = NULL;
7804                                 pv = NULL;
7805                                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
7806                                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
7807                                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
7808                         } else
7809                                 not_cleared++;
7810                 }
7811                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7812                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
7813                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
7814                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
7815                         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
7816                         m->md.pv_gen++;
7817                 }
7818         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != pvf && cleared +
7819             not_cleared < PMAP_TS_REFERENCED_MAX);
7820 out:
7821         rw_wunlock(lock);
7822         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
7823         return (cleared + not_cleared);
7824 }
7825
7826 /*
7827  *      Apply the given advice to the specified range of addresses within the
7828  *      given pmap.  Depending on the advice, clear the referenced and/or
7829  *      modified flags in each mapping and set the mapped page's dirty field.
7830  */
7831 void
7832 pmap_advise(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, int advice)
7833 {
7834         struct rwlock *lock;
7835         pml4_entry_t *pml4e;
7836         pdp_entry_t *pdpe;
7837         pd_entry_t oldpde, *pde;
7838         pt_entry_t *pte, PG_A, PG_G, PG_M, PG_RW, PG_V;
7839         vm_offset_t va, va_next;
7840         vm_page_t m;
7841         bool anychanged;
7842
7843         if (advice != MADV_DONTNEED && advice != MADV_FREE)
7844                 return;
7845
7846         /*
7847          * A/D bit emulation requires an alternate code path when clearing
7848          * the modified and accessed bits below. Since this function is
7849          * advisory in nature we skip it entirely for pmaps that require
7850          * A/D bit emulation.
7851          */
7852         if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
7853                 return;
7854
7855         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
7856         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
7857         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7858         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7859         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7860         anychanged = false;
7861         pmap_delayed_invl_start();
7862         PMAP_LOCK(pmap);
7863         for (; sva < eva; sva = va_next) {
7864                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
7865                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
7866                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
7867                         if (va_next < sva)
7868                                 va_next = eva;
7869                         continue;
7870                 }
7871                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
7872                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
7873                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
7874                         if (va_next < sva)
7875                                 va_next = eva;
7876                         continue;
7877                 }
7878                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
7879                 if (va_next < sva)
7880                         va_next = eva;
7881                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
7882                 oldpde = *pde;
7883                 if ((oldpde & PG_V) == 0)
7884                         continue;
7885                 else if ((oldpde & PG_PS) != 0) {
7886                         if ((oldpde & PG_MANAGED) == 0)
7887                                 continue;
7888                         lock = NULL;
7889                         if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, sva, &lock)) {
7890                                 if (lock != NULL)
7891                                         rw_wunlock(lock);
7892
7893                                 /*
7894                                  * The large page mapping was destroyed.
7895                                  */
7896                                 continue;
7897                         }
7898
7899                         /*
7900                          * Unless the page mappings are wired, remove the
7901                          * mapping to a single page so that a subsequent
7902                          * access may repromote.  Choosing the last page
7903                          * within the address range [sva, min(va_next, eva))
7904                          * generally results in more repromotions.  Since the
7905                          * underlying page table page is fully populated, this
7906                          * removal never frees a page table page.
7907                          */
7908                         if ((oldpde & PG_W) == 0) {
7909                                 va = eva;
7910                                 if (va > va_next)
7911                                         va = va_next;
7912                                 va -= PAGE_SIZE;
7913                                 KASSERT(va >= sva,
7914                                     ("pmap_advise: no address gap"));
7915                                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
7916                                 KASSERT((*pte & PG_V) != 0,
7917                                     ("pmap_advise: invalid PTE"));
7918                                 pmap_remove_pte(pmap, pte, va, *pde, NULL,
7919                                     &lock);
7920                                 anychanged = true;
7921                         }
7922                         if (lock != NULL)
7923                                 rw_wunlock(lock);
7924                 }
7925                 if (va_next > eva)
7926                         va_next = eva;
7927                 va = va_next;
7928                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
7929                     sva += PAGE_SIZE) {
7930                         if ((*pte & (PG_MANAGED | PG_V)) != (PG_MANAGED | PG_V))
7931                                 goto maybe_invlrng;
7932                         else if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
7933                                 if (advice == MADV_DONTNEED) {
7934                                         /*
7935                                          * Future calls to pmap_is_modified()
7936                                          * can be avoided by making the page
7937                                          * dirty now.
7938                                          */
7939                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pte & PG_FRAME);
7940                                         vm_page_dirty(m);
7941                                 }
7942                                 atomic_clear_long(pte, PG_M | PG_A);
7943                         } else if ((*pte & PG_A) != 0)
7944                                 atomic_clear_long(pte, PG_A);
7945                         else
7946                                 goto maybe_invlrng;
7947
7948                         if ((*pte & PG_G) != 0) {
7949                                 if (va == va_next)
7950                                         va = sva;
7951                         } else
7952                                 anychanged = true;
7953                         continue;
7954 maybe_invlrng:
7955                         if (va != va_next) {
7956                                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
7957                                 va = va_next;
7958                         }
7959                 }
7960                 if (va != va_next)
7961                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
7962         }
7963         if (anychanged)
7964                 pmap_invalidate_all(pmap);
7965         PMAP_UNLOCK(pmap);
7966         pmap_delayed_invl_finish();
7967 }
7968
7969 /*
7970  *      Clear the modify bits on the specified physical page.
7971  */
7972 void
7973 pmap_clear_modify(vm_page_t m)
7974 {
7975         struct md_page *pvh;
7976         pmap_t pmap;
7977         pv_entry_t next_pv, pv;
7978         pd_entry_t oldpde, *pde;
7979         pt_entry_t *pte, PG_M, PG_RW;
7980         struct rwlock *lock;
7981         vm_offset_t va;
7982         int md_gen, pvh_gen;
7983
7984         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
7985             ("pmap_clear_modify: page %p is not managed", m));
7986         vm_page_assert_busied(m);
7987
7988         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
7989                 return;
7990         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
7991             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
7992         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
7993         rw_wlock(lock);
7994 restart:
7995         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
7996                 pmap = PV_PMAP(pv);
7997                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
7998                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
7999                         rw_wunlock(lock);
8000                         PMAP_LOCK(pmap);
8001                         rw_wlock(lock);
8002                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
8003                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8004                                 goto restart;
8005                         }
8006                 }
8007                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
8008                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8009                 va = pv->pv_va;
8010                 pde = pmap_pde(pmap, va);
8011                 oldpde = *pde;
8012                 /* If oldpde has PG_RW set, then it also has PG_M set. */
8013                 if ((oldpde & PG_RW) != 0 &&
8014                     pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock) &&
8015                     (oldpde & PG_W) == 0) {
8016                         /*
8017                          * Write protect the mapping to a single page so that
8018                          * a subsequent write access may repromote.
8019                          */
8020                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde & PG_PS_FRAME);
8021                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
8022                         atomic_clear_long(pte, PG_M | PG_RW);
8023                         vm_page_dirty(m);
8024                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
8025                 }
8026                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8027         }
8028         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
8029                 pmap = PV_PMAP(pv);
8030                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
8031                         md_gen = m->md.pv_gen;
8032                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
8033                         rw_wunlock(lock);
8034                         PMAP_LOCK(pmap);
8035                         rw_wlock(lock);
8036                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
8037                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8038                                 goto restart;
8039                         }
8040                 }
8041                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
8042                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8043                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
8044                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_clear_modify: found"
8045                     " a 2mpage in page %p's pv list", m));
8046                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
8047                 if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
8048                         atomic_clear_long(pte, PG_M);
8049                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
8050                 }
8051                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8052         }
8053         rw_wunlock(lock);
8054 }
8055
8056 /*
8057  * Miscellaneous support routines follow
8058  */
8059
8060 /* Adjust the properties for a leaf page table entry. */
8061 static __inline void
8062 pmap_pte_props(pt_entry_t *pte, u_long bits, u_long mask)
8063 {
8064         u_long opte, npte;
8065
8066         opte = *(u_long *)pte;
8067         do {
8068                 npte = opte & ~mask;
8069                 npte |= bits;
8070         } while (npte != opte && !atomic_fcmpset_long((u_long *)pte, &opte,
8071             npte));
8072 }
8073
8074 /*
8075  * Map a set of physical memory pages into the kernel virtual
8076  * address space. Return a pointer to where it is mapped. This
8077  * routine is intended to be used for mapping device memory,
8078  * NOT real memory.
8079  */
8080 static void *
8081 pmap_mapdev_internal(vm_paddr_t pa, vm_size_t size, int mode, int flags)
8082 {
8083         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
8084         vm_offset_t va, offset;
8085         vm_size_t tmpsize;
8086         int i;
8087
8088         offset = pa & PAGE_MASK;
8089         size = round_page(offset + size);
8090         pa = trunc_page(pa);
8091
8092         if (!pmap_initialized) {
8093                 va = 0;
8094                 for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
8095                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
8096                         if (ppim->va == 0) {
8097                                 ppim->pa = pa;
8098                                 ppim->sz = size;
8099                                 ppim->mode = mode;
8100                                 ppim->va = virtual_avail;
8101                                 virtual_avail += size;
8102                                 va = ppim->va;
8103                                 break;
8104                         }
8105                 }
8106                 if (va == 0)
8107                         panic("%s: too many preinit mappings", __func__);
8108         } else {
8109                 /*
8110                  * If we have a preinit mapping, re-use it.
8111                  */
8112                 for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
8113                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
8114                         if (ppim->pa == pa && ppim->sz == size &&
8115                             (ppim->mode == mode ||
8116                             (flags & MAPDEV_SETATTR) == 0))
8117                                 return ((void *)(ppim->va + offset));
8118                 }
8119                 /*
8120                  * If the specified range of physical addresses fits within
8121                  * the direct map window, use the direct map.
8122                  */
8123                 if (pa < dmaplimit && pa + size <= dmaplimit) {
8124                         va = PHYS_TO_DMAP(pa);
8125                         if ((flags & MAPDEV_SETATTR) != 0) {
8126                                 PMAP_LOCK(kernel_pmap);
8127                                 i = pmap_change_props_locked(va, size,
8128                                     PROT_NONE, mode, flags);
8129                                 PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
8130                         } else
8131                                 i = 0;
8132                         if (!i)
8133                                 return ((void *)(va + offset));
8134                 }
8135                 va = kva_alloc(size);
8136                 if (va == 0)
8137                         panic("%s: Couldn't allocate KVA", __func__);
8138         }
8139         for (tmpsize = 0; tmpsize < size; tmpsize += PAGE_SIZE)
8140                 pmap_kenter_attr(va + tmpsize, pa + tmpsize, mode);
8141         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, va, va + tmpsize);
8142         if ((flags & MAPDEV_FLUSHCACHE) != 0)
8143                 pmap_invalidate_cache_range(va, va + tmpsize);
8144         return ((void *)(va + offset));
8145 }
8146
8147 void *
8148 pmap_mapdev_attr(vm_paddr_t pa, vm_size_t size, int mode)
8149 {
8150
8151         return (pmap_mapdev_internal(pa, size, mode, MAPDEV_FLUSHCACHE |
8152             MAPDEV_SETATTR));
8153 }
8154
8155 void *
8156 pmap_mapdev(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
8157 {
8158
8159         return (pmap_mapdev_attr(pa, size, PAT_UNCACHEABLE));
8160 }
8161
8162 void *
8163 pmap_mapdev_pciecfg(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
8164 {
8165
8166         return (pmap_mapdev_internal(pa, size, PAT_UNCACHEABLE,
8167             MAPDEV_SETATTR));
8168 }
8169
8170 void *
8171 pmap_mapbios(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
8172 {
8173
8174         return (pmap_mapdev_internal(pa, size, PAT_WRITE_BACK,
8175             MAPDEV_FLUSHCACHE));
8176 }
8177
8178 void
8179 pmap_unmapdev(vm_offset_t va, vm_size_t size)
8180 {
8181         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
8182         vm_offset_t offset;
8183         int i;
8184
8185         /* If we gave a direct map region in pmap_mapdev, do nothing */
8186         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS)
8187                 return;
8188         offset = va & PAGE_MASK;
8189         size = round_page(offset + size);
8190         va = trunc_page(va);
8191         for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
8192                 ppim = pmap_preinit_mapping + i;
8193                 if (ppim->va == va && ppim->sz == size) {
8194                         if (pmap_initialized)
8195                                 return;
8196                         ppim->pa = 0;
8197                         ppim->va = 0;
8198                         ppim->sz = 0;
8199                         ppim->mode = 0;
8200                         if (va + size == virtual_avail)
8201                                 virtual_avail = va;
8202                         return;
8203                 }
8204         }
8205         if (pmap_initialized)
8206                 kva_free(va, size);
8207 }
8208
8209 /*
8210  * Tries to demote a 1GB page mapping.
8211  */
8212 static boolean_t
8213 pmap_demote_pdpe(pmap_t pmap, pdp_entry_t *pdpe, vm_offset_t va)
8214 {
8215         pdp_entry_t newpdpe, oldpdpe;
8216         pd_entry_t *firstpde, newpde, *pde;
8217         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
8218         vm_paddr_t pdpgpa;
8219         vm_page_t pdpg;
8220
8221         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
8222         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
8223         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
8224         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8225
8226         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
8227         oldpdpe = *pdpe;
8228         KASSERT((oldpdpe & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V),
8229             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_PS and/or PG_V"));
8230         if ((pdpg = vm_page_alloc(NULL, va >> PDPSHIFT, VM_ALLOC_INTERRUPT |
8231             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED)) == NULL) {
8232                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pdpe: failure for va %#lx"
8233                     " in pmap %p", va, pmap);
8234                 return (FALSE);
8235         }
8236         pdpgpa = VM_PAGE_TO_PHYS(pdpg);
8237         firstpde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pdpgpa);
8238         newpdpe = pdpgpa | PG_M | PG_A | (oldpdpe & PG_U) | PG_RW | PG_V;
8239         KASSERT((oldpdpe & PG_A) != 0,
8240             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_A"));
8241         KASSERT((oldpdpe & (PG_M | PG_RW)) != PG_RW,
8242             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_M"));
8243         newpde = oldpdpe;
8244
8245         /*
8246          * Initialize the page directory page.
8247          */
8248         for (pde = firstpde; pde < firstpde + NPDEPG; pde++) {
8249                 *pde = newpde;
8250                 newpde += NBPDR;
8251         }
8252
8253         /*
8254          * Demote the mapping.
8255          */
8256         *pdpe = newpdpe;
8257
8258         /*
8259          * Invalidate a stale recursive mapping of the page directory page.
8260          */
8261         pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopde(va));
8262
8263         pmap_pdpe_demotions++;
8264         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pdpe: success for va %#lx"
8265             " in pmap %p", va, pmap);
8266         return (TRUE);
8267 }
8268
8269 /*
8270  * Sets the memory attribute for the specified page.
8271  */
8272 void
8273 pmap_page_set_memattr(vm_page_t m, vm_memattr_t ma)
8274 {
8275
8276         m->md.pat_mode = ma;
8277
8278         /*
8279          * If "m" is a normal page, update its direct mapping.  This update
8280          * can be relied upon to perform any cache operations that are
8281          * required for data coherence.
8282          */
8283         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
8284             pmap_change_attr(PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m)), PAGE_SIZE,
8285             m->md.pat_mode))
8286                 panic("memory attribute change on the direct map failed");
8287 }
8288
8289 /*
8290  * Changes the specified virtual address range's memory type to that given by
8291  * the parameter "mode".  The specified virtual address range must be
8292  * completely contained within either the direct map or the kernel map.  If
8293  * the virtual address range is contained within the kernel map, then the
8294  * memory type for each of the corresponding ranges of the direct map is also
8295  * changed.  (The corresponding ranges of the direct map are those ranges that
8296  * map the same physical pages as the specified virtual address range.)  These
8297  * changes to the direct map are necessary because Intel describes the
8298  * behavior of their processors as "undefined" if two or more mappings to the
8299  * same physical page have different memory types.
8300  *
8301  * Returns zero if the change completed successfully, and either EINVAL or
8302  * ENOMEM if the change failed.  Specifically, EINVAL is returned if some part
8303  * of the virtual address range was not mapped, and ENOMEM is returned if
8304  * there was insufficient memory available to complete the change.  In the
8305  * latter case, the memory type may have been changed on some part of the
8306  * virtual address range or the direct map.
8307  */
8308 int
8309 pmap_change_attr(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
8310 {
8311         int error;
8312
8313         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
8314         error = pmap_change_props_locked(va, size, PROT_NONE, mode,
8315             MAPDEV_FLUSHCACHE);
8316         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
8317         return (error);
8318 }
8319
8320 /*
8321  * Changes the specified virtual address range's protections to those
8322  * specified by "prot".  Like pmap_change_attr(), protections for aliases
8323  * in the direct map are updated as well.  Protections on aliasing mappings may
8324  * be a subset of the requested protections; for example, mappings in the direct
8325  * map are never executable.
8326  */
8327 int
8328 pmap_change_prot(vm_offset_t va, vm_size_t size, vm_prot_t prot)
8329 {
8330         int error;
8331
8332         /* Only supported within the kernel map. */
8333         if (va < VM_MIN_KERNEL_ADDRESS)
8334                 return (EINVAL);
8335
8336         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
8337         error = pmap_change_props_locked(va, size, prot, -1,
8338             MAPDEV_ASSERTVALID);
8339         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
8340         return (error);
8341 }
8342
8343 static int
8344 pmap_change_props_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size, vm_prot_t prot,
8345     int mode, int flags)
8346 {
8347         vm_offset_t base, offset, tmpva;
8348         vm_paddr_t pa_start, pa_end, pa_end1;
8349         pdp_entry_t *pdpe;
8350         pd_entry_t *pde, pde_bits, pde_mask;
8351         pt_entry_t *pte, pte_bits, pte_mask;
8352         int error;
8353         bool changed;
8354
8355         PMAP_LOCK_ASSERT(kernel_pmap, MA_OWNED);
8356         base = trunc_page(va);
8357         offset = va & PAGE_MASK;
8358         size = round_page(offset + size);
8359
8360         /*
8361          * Only supported on kernel virtual addresses, including the direct
8362          * map but excluding the recursive map.
8363          */
8364         if (base < DMAP_MIN_ADDRESS)
8365                 return (EINVAL);
8366
8367         /*
8368          * Construct our flag sets and masks.  "bits" is the subset of
8369          * "mask" that will be set in each modified PTE.
8370          *
8371          * Mappings in the direct map are never allowed to be executable.
8372          */
8373         pde_bits = pte_bits = 0;
8374         pde_mask = pte_mask = 0;
8375         if (mode != -1) {
8376                 pde_bits |= pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, true);
8377                 pde_mask |= X86_PG_PDE_CACHE;
8378                 pte_bits |= pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, false);
8379                 pte_mask |= X86_PG_PTE_CACHE;
8380         }
8381         if (prot != VM_PROT_NONE) {
8382                 if ((prot & VM_PROT_WRITE) != 0) {
8383                         pde_bits |= X86_PG_RW;
8384                         pte_bits |= X86_PG_RW;
8385                 }
8386                 if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0 ||
8387                     va < VM_MIN_KERNEL_ADDRESS) {
8388                         pde_bits |= pg_nx;
8389                         pte_bits |= pg_nx;
8390                 }
8391                 pde_mask |= X86_PG_RW | pg_nx;
8392                 pte_mask |= X86_PG_RW | pg_nx;
8393         }
8394
8395         /*
8396          * Pages that aren't mapped aren't supported.  Also break down 2MB pages
8397          * into 4KB pages if required.
8398          */
8399         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
8400                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, tmpva);
8401                 if (pdpe == NULL || *pdpe == 0) {
8402                         KASSERT((flags & MAPDEV_ASSERTVALID) == 0,
8403                             ("%s: addr %#lx is not mapped", __func__, tmpva));
8404                         return (EINVAL);
8405                 }
8406                 if (*pdpe & PG_PS) {
8407                         /*
8408                          * If the current 1GB page already has the required
8409                          * properties, then we need not demote this page.  Just
8410                          * increment tmpva to the next 1GB page frame.
8411                          */
8412                         if ((*pdpe & pde_mask) == pde_bits) {
8413                                 tmpva = trunc_1gpage(tmpva) + NBPDP;
8414                                 continue;
8415                         }
8416
8417                         /*
8418                          * If the current offset aligns with a 1GB page frame
8419                          * and there is at least 1GB left within the range, then
8420                          * we need not break down this page into 2MB pages.
8421                          */
8422                         if ((tmpva & PDPMASK) == 0 &&
8423                             tmpva + PDPMASK < base + size) {
8424                                 tmpva += NBPDP;
8425                                 continue;
8426                         }
8427                         if (!pmap_demote_pdpe(kernel_pmap, pdpe, tmpva))
8428                                 return (ENOMEM);
8429                 }
8430                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, tmpva);
8431                 if (*pde == 0) {
8432                         KASSERT((flags & MAPDEV_ASSERTVALID) == 0,
8433                             ("%s: addr %#lx is not mapped", __func__, tmpva));
8434                         return (EINVAL);
8435                 }
8436                 if (*pde & PG_PS) {
8437                         /*
8438                          * If the current 2MB page already has the required
8439                          * properties, then we need not demote this page.  Just
8440                          * increment tmpva to the next 2MB page frame.
8441                          */
8442                         if ((*pde & pde_mask) == pde_bits) {
8443                                 tmpva = trunc_2mpage(tmpva) + NBPDR;
8444                                 continue;
8445                         }
8446
8447                         /*
8448                          * If the current offset aligns with a 2MB page frame
8449                          * and there is at least 2MB left within the range, then
8450                          * we need not break down this page into 4KB pages.
8451                          */
8452                         if ((tmpva & PDRMASK) == 0 &&
8453                             tmpva + PDRMASK < base + size) {
8454                                 tmpva += NBPDR;
8455                                 continue;
8456                         }
8457                         if (!pmap_demote_pde(kernel_pmap, pde, tmpva))
8458                                 return (ENOMEM);
8459                 }
8460                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, tmpva);
8461                 if (*pte == 0) {
8462                         KASSERT((flags & MAPDEV_ASSERTVALID) == 0,
8463                             ("%s: addr %#lx is not mapped", __func__, tmpva));
8464                         return (EINVAL);
8465                 }
8466                 tmpva += PAGE_SIZE;
8467         }
8468         error = 0;
8469
8470         /*
8471          * Ok, all the pages exist, so run through them updating their
8472          * properties if required.
8473          */
8474         changed = false;
8475         pa_start = pa_end = 0;
8476         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
8477                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, tmpva);
8478                 if (*pdpe & PG_PS) {
8479                         if ((*pdpe & pde_mask) != pde_bits) {
8480                                 pmap_pte_props(pdpe, pde_bits, pde_mask);
8481                                 changed = true;
8482                         }
8483                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS &&
8484                             (*pdpe & PG_PS_FRAME) < dmaplimit) {
8485                                 if (pa_start == pa_end) {
8486                                         /* Start physical address run. */
8487                                         pa_start = *pdpe & PG_PS_FRAME;
8488                                         pa_end = pa_start + NBPDP;
8489                                 } else if (pa_end == (*pdpe & PG_PS_FRAME))
8490                                         pa_end += NBPDP;
8491                                 else {
8492                                         /* Run ended, update direct map. */
8493                                         error = pmap_change_props_locked(
8494                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
8495                                             pa_end - pa_start, prot, mode,
8496                                             flags);
8497                                         if (error != 0)
8498                                                 break;
8499                                         /* Start physical address run. */
8500                                         pa_start = *pdpe & PG_PS_FRAME;
8501                                         pa_end = pa_start + NBPDP;
8502                                 }
8503                         }
8504                         tmpva = trunc_1gpage(tmpva) + NBPDP;
8505                         continue;
8506                 }
8507                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, tmpva);
8508                 if (*pde & PG_PS) {
8509                         if ((*pde & pde_mask) != pde_bits) {
8510                                 pmap_pte_props(pde, pde_bits, pde_mask);
8511                                 changed = true;
8512                         }
8513                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS &&
8514                             (*pde & PG_PS_FRAME) < dmaplimit) {
8515                                 if (pa_start == pa_end) {
8516                                         /* Start physical address run. */
8517                                         pa_start = *pde & PG_PS_FRAME;
8518                                         pa_end = pa_start + NBPDR;
8519                                 } else if (pa_end == (*pde & PG_PS_FRAME))
8520                                         pa_end += NBPDR;
8521                                 else {
8522                                         /* Run ended, update direct map. */
8523                                         error = pmap_change_props_locked(
8524                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
8525                                             pa_end - pa_start, prot, mode,
8526                                             flags);
8527                                         if (error != 0)
8528                                                 break;
8529                                         /* Start physical address run. */
8530                                         pa_start = *pde & PG_PS_FRAME;
8531                                         pa_end = pa_start + NBPDR;
8532                                 }
8533                         }
8534                         tmpva = trunc_2mpage(tmpva) + NBPDR;
8535                 } else {
8536                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, tmpva);
8537                         if ((*pte & pte_mask) != pte_bits) {
8538                                 pmap_pte_props(pte, pte_bits, pte_mask);
8539                                 changed = true;
8540                         }
8541                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS &&
8542                             (*pte & PG_FRAME) < dmaplimit) {
8543                                 if (pa_start == pa_end) {
8544                                         /* Start physical address run. */
8545                                         pa_start = *pte & PG_FRAME;
8546                                         pa_end = pa_start + PAGE_SIZE;
8547                                 } else if (pa_end == (*pte & PG_FRAME))
8548                                         pa_end += PAGE_SIZE;
8549                                 else {
8550                                         /* Run ended, update direct map. */
8551                                         error = pmap_change_props_locked(
8552                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
8553                                             pa_end - pa_start, prot, mode,
8554                                             flags);
8555                                         if (error != 0)
8556                                                 break;
8557                                         /* Start physical address run. */
8558                                         pa_start = *pte & PG_FRAME;
8559                                         pa_end = pa_start + PAGE_SIZE;
8560                                 }
8561                         }
8562                         tmpva += PAGE_SIZE;
8563                 }
8564         }
8565         if (error == 0 && pa_start != pa_end && pa_start < dmaplimit) {
8566                 pa_end1 = MIN(pa_end, dmaplimit);
8567                 if (pa_start != pa_end1)
8568                         error = pmap_change_props_locked(PHYS_TO_DMAP(pa_start),
8569                             pa_end1 - pa_start, prot, mode, flags);
8570         }
8571
8572         /*
8573          * Flush CPU caches if required to make sure any data isn't cached that
8574          * shouldn't be, etc.
8575          */
8576         if (changed) {
8577                 pmap_invalidate_range(kernel_pmap, base, tmpva);
8578                 if ((flags & MAPDEV_FLUSHCACHE) != 0)
8579                         pmap_invalidate_cache_range(base, tmpva);
8580         }
8581         return (error);
8582 }
8583
8584 /*
8585  * Demotes any mapping within the direct map region that covers more than the
8586  * specified range of physical addresses.  This range's size must be a power
8587  * of two and its starting address must be a multiple of its size.  Since the
8588  * demotion does not change any attributes of the mapping, a TLB invalidation
8589  * is not mandatory.  The caller may, however, request a TLB invalidation.
8590  */
8591 void
8592 pmap_demote_DMAP(vm_paddr_t base, vm_size_t len, boolean_t invalidate)
8593 {
8594         pdp_entry_t *pdpe;
8595         pd_entry_t *pde;
8596         vm_offset_t va;
8597         boolean_t changed;
8598
8599         if (len == 0)
8600                 return;
8601         KASSERT(powerof2(len), ("pmap_demote_DMAP: len is not a power of 2"));
8602         KASSERT((base & (len - 1)) == 0,
8603             ("pmap_demote_DMAP: base is not a multiple of len"));
8604         if (len < NBPDP && base < dmaplimit) {
8605                 va = PHYS_TO_DMAP(base);
8606                 changed = FALSE;
8607                 PMAP_LOCK(kernel_pmap);
8608                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, va);
8609                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0)
8610                         panic("pmap_demote_DMAP: invalid PDPE");
8611                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0) {
8612                         if (!pmap_demote_pdpe(kernel_pmap, pdpe, va))
8613                                 panic("pmap_demote_DMAP: PDPE failed");
8614                         changed = TRUE;
8615                 }
8616                 if (len < NBPDR) {
8617                         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
8618                         if ((*pde & X86_PG_V) == 0)
8619                                 panic("pmap_demote_DMAP: invalid PDE");
8620                         if ((*pde & PG_PS) != 0) {
8621                                 if (!pmap_demote_pde(kernel_pmap, pde, va))
8622                                         panic("pmap_demote_DMAP: PDE failed");
8623                                 changed = TRUE;
8624                         }
8625                 }
8626                 if (changed && invalidate)
8627                         pmap_invalidate_page(kernel_pmap, va);
8628                 PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
8629         }
8630 }
8631
8632 /*
8633  * Perform the pmap work for mincore(2).  If the page is not both referenced and
8634  * modified by this pmap, returns its physical address so that the caller can
8635  * find other mappings.
8636  */
8637 int
8638 pmap_mincore(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_paddr_t *pap)
8639 {
8640         pd_entry_t *pdep;
8641         pt_entry_t pte, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
8642         vm_paddr_t pa;
8643         int val;
8644
8645         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
8646         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
8647         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
8648         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8649
8650         PMAP_LOCK(pmap);
8651         pdep = pmap_pde(pmap, addr);
8652         if (pdep != NULL && (*pdep & PG_V)) {
8653                 if (*pdep & PG_PS) {
8654                         pte = *pdep;
8655                         /* Compute the physical address of the 4KB page. */
8656                         pa = ((*pdep & PG_PS_FRAME) | (addr & PDRMASK)) &
8657                             PG_FRAME;
8658                         val = MINCORE_SUPER;
8659                 } else {
8660                         pte = *pmap_pde_to_pte(pdep, addr);
8661                         pa = pte & PG_FRAME;
8662                         val = 0;
8663                 }
8664         } else {
8665                 pte = 0;
8666                 pa = 0;
8667                 val = 0;
8668         }
8669         if ((pte & PG_V) != 0) {
8670                 val |= MINCORE_INCORE;
8671                 if ((pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
8672                         val |= MINCORE_MODIFIED | MINCORE_MODIFIED_OTHER;
8673                 if ((pte & PG_A) != 0)
8674                         val |= MINCORE_REFERENCED | MINCORE_REFERENCED_OTHER;
8675         }
8676         if ((val & (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER)) !=
8677             (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER) &&
8678             (pte & (PG_MANAGED | PG_V)) == (PG_MANAGED | PG_V)) {
8679                 *pap = pa;
8680         }
8681         PMAP_UNLOCK(pmap);
8682         return (val);
8683 }
8684
8685 static uint64_t
8686 pmap_pcid_alloc(pmap_t pmap, u_int cpuid)
8687 {
8688         uint32_t gen, new_gen, pcid_next;
8689
8690         CRITICAL_ASSERT(curthread);
8691         gen = PCPU_GET(pcid_gen);
8692         if (pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid == PMAP_PCID_KERN)
8693                 return (pti ? 0 : CR3_PCID_SAVE);
8694         if (pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen == gen)
8695                 return (CR3_PCID_SAVE);
8696         pcid_next = PCPU_GET(pcid_next);
8697         KASSERT((!pti && pcid_next <= PMAP_PCID_OVERMAX) ||
8698             (pti && pcid_next <= PMAP_PCID_OVERMAX_KERN),
8699             ("cpu %d pcid_next %#x", cpuid, pcid_next));
8700         if ((!pti && pcid_next == PMAP_PCID_OVERMAX) ||
8701             (pti && pcid_next == PMAP_PCID_OVERMAX_KERN)) {
8702                 new_gen = gen + 1;
8703                 if (new_gen == 0)
8704                         new_gen = 1;
8705                 PCPU_SET(pcid_gen, new_gen);
8706                 pcid_next = PMAP_PCID_KERN + 1;
8707         } else {
8708                 new_gen = gen;
8709         }
8710         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid = pcid_next;
8711         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = new_gen;
8712         PCPU_SET(pcid_next, pcid_next + 1);
8713         return (0);
8714 }
8715
8716 static uint64_t
8717 pmap_pcid_alloc_checked(pmap_t pmap, u_int cpuid)
8718 {
8719         uint64_t cached;
8720
8721         cached = pmap_pcid_alloc(pmap, cpuid);
8722         KASSERT(pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid < PMAP_PCID_OVERMAX,
8723             ("pmap %p cpu %d pcid %#x", pmap, cpuid,
8724             pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid));
8725         KASSERT(pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid != PMAP_PCID_KERN ||
8726             pmap == kernel_pmap,
8727             ("non-kernel pmap pmap %p cpu %d pcid %#x",
8728             pmap, cpuid, pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid));
8729         return (cached);
8730 }
8731
8732 static void
8733 pmap_activate_sw_pti_post(struct thread *td, pmap_t pmap)
8734 {
8735
8736         PCPU_GET(tssp)->tss_rsp0 = pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3 ?
8737             PCPU_GET(pti_rsp0) : (uintptr_t)td->td_md.md_stack_base;
8738 }
8739
8740 static void inline
8741 pmap_activate_sw_pcid_pti(pmap_t pmap, u_int cpuid, const bool invpcid_works1)
8742 {
8743         struct invpcid_descr d;
8744         uint64_t cached, cr3, kcr3, ucr3;
8745
8746         cached = pmap_pcid_alloc_checked(pmap, cpuid);
8747         cr3 = rcr3();
8748         if ((cr3 & ~CR3_PCID_MASK) != pmap->pm_cr3)
8749                 load_cr3(pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid);
8750         PCPU_SET(curpmap, pmap);
8751         kcr3 = pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
8752         ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid |
8753             PMAP_PCID_USER_PT;
8754
8755         if (!cached && pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
8756                 /*
8757                  * Explicitly invalidate translations cached from the
8758                  * user page table.  They are not automatically
8759                  * flushed by reload of cr3 with the kernel page table
8760                  * pointer above.
8761                  *
8762                  * Note that the if() condition is resolved statically
8763                  * by using the function argument instead of
8764                  * runtime-evaluated invpcid_works value.
8765                  */
8766                 if (invpcid_works1) {
8767                         d.pcid = PMAP_PCID_USER_PT |
8768                             pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
8769                         d.pad = 0;
8770                         d.addr = 0;
8771                         invpcid(&d, INVPCID_CTX);
8772                 } else {
8773                         pmap_pti_pcid_invalidate(ucr3, kcr3);
8774                 }
8775         }
8776
8777         PCPU_SET(kcr3, kcr3 | CR3_PCID_SAVE);
8778         PCPU_SET(ucr3, ucr3 | CR3_PCID_SAVE);
8779         if (cached)
8780                 PCPU_INC(pm_save_cnt);
8781 }
8782
8783 static void
8784 pmap_activate_sw_pcid_invpcid_pti(struct thread *td, pmap_t pmap, u_int cpuid)
8785 {
8786
8787         pmap_activate_sw_pcid_pti(pmap, cpuid, true);
8788         pmap_activate_sw_pti_post(td, pmap);
8789 }
8790
8791 static void
8792 pmap_activate_sw_pcid_noinvpcid_pti(struct thread *td, pmap_t pmap,
8793     u_int cpuid)
8794 {
8795         register_t rflags;
8796
8797         /*
8798          * If the INVPCID instruction is not available,
8799          * invltlb_pcid_handler() is used to handle an invalidate_all
8800          * IPI, which checks for curpmap == smp_tlb_pmap.  The below
8801          * sequence of operations has a window where %CR3 is loaded
8802          * with the new pmap's PML4 address, but the curpmap value has
8803          * not yet been updated.  This causes the invltlb IPI handler,
8804          * which is called between the updates, to execute as a NOP,
8805          * which leaves stale TLB entries.
8806          *
8807          * Note that the most typical use of pmap_activate_sw(), from
8808          * the context switch, is immune to this race, because
8809          * interrupts are disabled (while the thread lock is owned),
8810          * and the IPI happens after curpmap is updated.  Protect
8811          * other callers in a similar way, by disabling interrupts
8812          * around the %cr3 register reload and curpmap assignment.
8813          */
8814         rflags = intr_disable();
8815         pmap_activate_sw_pcid_pti(pmap, cpuid, false);
8816         intr_restore(rflags);
8817         pmap_activate_sw_pti_post(td, pmap);
8818 }
8819
8820 static void
8821 pmap_activate_sw_pcid_nopti(struct thread *td __unused, pmap_t pmap,
8822     u_int cpuid)
8823 {
8824         uint64_t cached, cr3;
8825
8826         cached = pmap_pcid_alloc_checked(pmap, cpuid);
8827         cr3 = rcr3();
8828         if (!cached || (cr3 & ~CR3_PCID_MASK) != pmap->pm_cr3)
8829                 load_cr3(pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid |
8830                     cached);
8831         PCPU_SET(curpmap, pmap);
8832         if (cached)
8833                 PCPU_INC(pm_save_cnt);
8834 }
8835
8836 static void
8837 pmap_activate_sw_pcid_noinvpcid_nopti(struct thread *td __unused, pmap_t pmap,
8838     u_int cpuid)
8839 {
8840         register_t rflags;
8841
8842         rflags = intr_disable();
8843         pmap_activate_sw_pcid_nopti(td, pmap, cpuid);
8844         intr_restore(rflags);
8845 }
8846
8847 static void
8848 pmap_activate_sw_nopcid_nopti(struct thread *td __unused, pmap_t pmap,
8849     u_int cpuid __unused)
8850 {
8851
8852         load_cr3(pmap->pm_cr3);
8853         PCPU_SET(curpmap, pmap);
8854 }
8855
8856 static void
8857 pmap_activate_sw_nopcid_pti(struct thread *td, pmap_t pmap,
8858     u_int cpuid __unused)
8859 {
8860
8861         pmap_activate_sw_nopcid_nopti(td, pmap, cpuid);
8862         PCPU_SET(kcr3, pmap->pm_cr3);
8863         PCPU_SET(ucr3, pmap->pm_ucr3);
8864         pmap_activate_sw_pti_post(td, pmap);
8865 }
8866
8867 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_activate_sw_mode, (struct thread *, pmap_t,
8868     u_int))
8869 {
8870
8871         if (pmap_pcid_enabled && pti && invpcid_works)
8872                 return (pmap_activate_sw_pcid_invpcid_pti);
8873         else if (pmap_pcid_enabled && pti && !invpcid_works)
8874                 return (pmap_activate_sw_pcid_noinvpcid_pti);
8875         else if (pmap_pcid_enabled && !pti && invpcid_works)
8876                 return (pmap_activate_sw_pcid_nopti);
8877         else if (pmap_pcid_enabled && !pti && !invpcid_works)
8878                 return (pmap_activate_sw_pcid_noinvpcid_nopti);
8879         else if (!pmap_pcid_enabled && pti)
8880                 return (pmap_activate_sw_nopcid_pti);
8881         else /* if (!pmap_pcid_enabled && !pti) */
8882                 return (pmap_activate_sw_nopcid_nopti);
8883 }
8884
8885 void
8886 pmap_activate_sw(struct thread *td)
8887 {
8888         pmap_t oldpmap, pmap;
8889         u_int cpuid;
8890
8891         oldpmap = PCPU_GET(curpmap);
8892         pmap = vmspace_pmap(td->td_proc->p_vmspace);
8893         if (oldpmap == pmap) {
8894                 if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
8895                         mfence();
8896                 return;
8897         }
8898         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
8899 #ifdef SMP
8900         CPU_SET_ATOMIC(cpuid, &pmap->pm_active);
8901 #else
8902         CPU_SET(cpuid, &pmap->pm_active);
8903 #endif
8904         pmap_activate_sw_mode(td, pmap, cpuid);
8905 #ifdef SMP
8906         CPU_CLR_ATOMIC(cpuid, &oldpmap->pm_active);
8907 #else
8908         CPU_CLR(cpuid, &oldpmap->pm_active);
8909 #endif
8910 }
8911
8912 void
8913 pmap_activate(struct thread *td)
8914 {
8915
8916         critical_enter();
8917         pmap_activate_sw(td);
8918         critical_exit();
8919 }
8920
8921 void
8922 pmap_activate_boot(pmap_t pmap)
8923 {
8924         uint64_t kcr3;
8925         u_int cpuid;
8926
8927         /*
8928          * kernel_pmap must be never deactivated, and we ensure that
8929          * by never activating it at all.
8930          */
8931         MPASS(pmap != kernel_pmap);
8932
8933         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
8934 #ifdef SMP
8935         CPU_SET_ATOMIC(cpuid, &pmap->pm_active);
8936 #else
8937         CPU_SET(cpuid, &pmap->pm_active);
8938 #endif
8939         PCPU_SET(curpmap, pmap);
8940         if (pti) {
8941                 kcr3 = pmap->pm_cr3;
8942                 if (pmap_pcid_enabled)
8943                         kcr3 |= pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid | CR3_PCID_SAVE;
8944         } else {
8945                 kcr3 = PMAP_NO_CR3;
8946         }
8947         PCPU_SET(kcr3, kcr3);
8948         PCPU_SET(ucr3, PMAP_NO_CR3);
8949 }
8950
8951 void
8952 pmap_sync_icache(pmap_t pm, vm_offset_t va, vm_size_t sz)
8953 {
8954 }
8955
8956 /*
8957  *      Increase the starting virtual address of the given mapping if a
8958  *      different alignment might result in more superpage mappings.
8959  */
8960 void
8961 pmap_align_superpage(vm_object_t object, vm_ooffset_t offset,
8962     vm_offset_t *addr, vm_size_t size)
8963 {
8964         vm_offset_t superpage_offset;
8965
8966         if (size < NBPDR)
8967                 return;
8968         if (object != NULL && (object->flags & OBJ_COLORED) != 0)
8969                 offset += ptoa(object->pg_color);
8970         superpage_offset = offset & PDRMASK;
8971         if (size - ((NBPDR - superpage_offset) & PDRMASK) < NBPDR ||
8972             (*addr & PDRMASK) == superpage_offset)
8973                 return;
8974         if ((*addr & PDRMASK) < superpage_offset)
8975                 *addr = (*addr & ~PDRMASK) + superpage_offset;
8976         else
8977                 *addr = ((*addr + PDRMASK) & ~PDRMASK) + superpage_offset;
8978 }
8979
8980 #ifdef INVARIANTS
8981 static unsigned long num_dirty_emulations;
8982 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_dirty_emulations, CTLFLAG_RW,
8983              &num_dirty_emulations, 0, NULL);
8984
8985 static unsigned long num_accessed_emulations;
8986 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_accessed_emulations, CTLFLAG_RW,
8987              &num_accessed_emulations, 0, NULL);
8988
8989 static unsigned long num_superpage_accessed_emulations;
8990 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_superpage_accessed_emulations, CTLFLAG_RW,
8991              &num_superpage_accessed_emulations, 0, NULL);
8992
8993 static unsigned long ad_emulation_superpage_promotions;
8994 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, ad_emulation_superpage_promotions, CTLFLAG_RW,
8995              &ad_emulation_superpage_promotions, 0, NULL);
8996 #endif  /* INVARIANTS */
8997
8998 int
8999 pmap_emulate_accessed_dirty(pmap_t pmap, vm_offset_t va, int ftype)
9000 {
9001         int rv;
9002         struct rwlock *lock;
9003 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
9004         vm_page_t m, mpte;
9005 #endif
9006         pd_entry_t *pde;
9007         pt_entry_t *pte, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
9008
9009         KASSERT(ftype == VM_PROT_READ || ftype == VM_PROT_WRITE,
9010             ("pmap_emulate_accessed_dirty: invalid fault type %d", ftype));
9011
9012         if (!pmap_emulate_ad_bits(pmap))
9013                 return (-1);
9014
9015         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
9016         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
9017         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
9018         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
9019
9020         rv = -1;
9021         lock = NULL;
9022         PMAP_LOCK(pmap);
9023
9024         pde = pmap_pde(pmap, va);
9025         if (pde == NULL || (*pde & PG_V) == 0)
9026                 goto done;
9027
9028         if ((*pde & PG_PS) != 0) {
9029                 if (ftype == VM_PROT_READ) {
9030 #ifdef INVARIANTS
9031                         atomic_add_long(&num_superpage_accessed_emulations, 1);
9032 #endif
9033                         *pde |= PG_A;
9034                         rv = 0;
9035                 }
9036                 goto done;
9037         }
9038
9039         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
9040         if ((*pte & PG_V) == 0)
9041                 goto done;
9042
9043         if (ftype == VM_PROT_WRITE) {
9044                 if ((*pte & PG_RW) == 0)
9045                         goto done;
9046                 /*
9047                  * Set the modified and accessed bits simultaneously.
9048                  *
9049                  * Intel EPT PTEs that do software emulation of A/D bits map
9050                  * PG_A and PG_M to EPT_PG_READ and EPT_PG_WRITE respectively.
9051                  * An EPT misconfiguration is triggered if the PTE is writable
9052                  * but not readable (WR=10). This is avoided by setting PG_A
9053                  * and PG_M simultaneously.
9054                  */
9055                 *pte |= PG_M | PG_A;
9056         } else {
9057                 *pte |= PG_A;
9058         }
9059
9060 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
9061         /* try to promote the mapping */
9062         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
9063                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
9064         else
9065                 mpte = NULL;
9066
9067         m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pte & PG_FRAME);
9068
9069         if ((mpte == NULL || mpte->ref_count == NPTEPG) &&
9070             pmap_ps_enabled(pmap) &&
9071             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
9072             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0) {
9073                 pmap_promote_pde(pmap, pde, va, &lock);
9074 #ifdef INVARIANTS
9075                 atomic_add_long(&ad_emulation_superpage_promotions, 1);
9076 #endif
9077         }
9078 #endif
9079
9080 #ifdef INVARIANTS
9081         if (ftype == VM_PROT_WRITE)
9082                 atomic_add_long(&num_dirty_emulations, 1);
9083         else
9084                 atomic_add_long(&num_accessed_emulations, 1);
9085 #endif
9086         rv = 0;         /* success */
9087 done:
9088         if (lock != NULL)
9089                 rw_wunlock(lock);
9090         PMAP_UNLOCK(pmap);
9091         return (rv);
9092 }
9093
9094 void
9095 pmap_get_mapping(pmap_t pmap, vm_offset_t va, uint64_t *ptr, int *num)
9096 {
9097         pml4_entry_t *pml4;
9098         pdp_entry_t *pdp;
9099         pd_entry_t *pde;
9100         pt_entry_t *pte, PG_V;
9101         int idx;
9102
9103         idx = 0;
9104         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
9105         PMAP_LOCK(pmap);
9106
9107         pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
9108         ptr[idx++] = *pml4;
9109         if ((*pml4 & PG_V) == 0)
9110                 goto done;
9111
9112         pdp = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4, va);
9113         ptr[idx++] = *pdp;
9114         if ((*pdp & PG_V) == 0 || (*pdp & PG_PS) != 0)
9115                 goto done;
9116
9117         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdp, va);
9118         ptr[idx++] = *pde;
9119         if ((*pde & PG_V) == 0 || (*pde & PG_PS) != 0)
9120                 goto done;
9121
9122         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
9123         ptr[idx++] = *pte;
9124
9125 done:
9126         PMAP_UNLOCK(pmap);
9127         *num = idx;
9128 }
9129
9130 /**
9131  * Get the kernel virtual address of a set of physical pages. If there are
9132  * physical addresses not covered by the DMAP perform a transient mapping
9133  * that will be removed when calling pmap_unmap_io_transient.
9134  *
9135  * \param page        The pages the caller wishes to obtain the virtual
9136  *                    address on the kernel memory map.
9137  * \param vaddr       On return contains the kernel virtual memory address
9138  *                    of the pages passed in the page parameter.
9139  * \param count       Number of pages passed in.
9140  * \param can_fault   TRUE if the thread using the mapped pages can take
9141  *                    page faults, FALSE otherwise.
9142  *
9143  * \returns TRUE if the caller must call pmap_unmap_io_transient when
9144  *          finished or FALSE otherwise.
9145  *
9146  */
9147 boolean_t
9148 pmap_map_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
9149     boolean_t can_fault)
9150 {
9151         vm_paddr_t paddr;
9152         boolean_t needs_mapping;
9153         pt_entry_t *pte;
9154         int cache_bits, error __unused, i;
9155
9156         /*
9157          * Allocate any KVA space that we need, this is done in a separate
9158          * loop to prevent calling vmem_alloc while pinned.
9159          */
9160         needs_mapping = FALSE;
9161         for (i = 0; i < count; i++) {
9162                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
9163                 if (__predict_false(paddr >= dmaplimit)) {
9164                         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE,
9165                             M_BESTFIT | M_WAITOK, &vaddr[i]);
9166                         KASSERT(error == 0, ("vmem_alloc failed: %d", error));
9167                         needs_mapping = TRUE;
9168                 } else {
9169                         vaddr[i] = PHYS_TO_DMAP(paddr);
9170                 }
9171         }
9172
9173         /* Exit early if everything is covered by the DMAP */
9174         if (!needs_mapping)
9175                 return (FALSE);
9176
9177         /*
9178          * NB:  The sequence of updating a page table followed by accesses
9179          * to the corresponding pages used in the !DMAP case is subject to
9180          * the situation described in the "AMD64 Architecture Programmer's
9181          * Manual Volume 2: System Programming" rev. 3.23, "7.3.1 Special
9182          * Coherency Considerations".  Therefore, issuing the INVLPG right
9183          * after modifying the PTE bits is crucial.
9184          */
9185         if (!can_fault)
9186                 sched_pin();
9187         for (i = 0; i < count; i++) {
9188                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
9189                 if (paddr >= dmaplimit) {
9190                         if (can_fault) {
9191                                 /*
9192                                  * Slow path, since we can get page faults
9193                                  * while mappings are active don't pin the
9194                                  * thread to the CPU and instead add a global
9195                                  * mapping visible to all CPUs.
9196                                  */
9197                                 pmap_qenter(vaddr[i], &page[i], 1);
9198                         } else {
9199                                 pte = vtopte(vaddr[i]);
9200                                 cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap,
9201                                     page[i]->md.pat_mode, 0);
9202                                 pte_store(pte, paddr | X86_PG_RW | X86_PG_V |
9203                                     cache_bits);
9204                                 invlpg(vaddr[i]);
9205                         }
9206                 }
9207         }
9208
9209         return (needs_mapping);
9210 }
9211
9212 void
9213 pmap_unmap_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
9214     boolean_t can_fault)
9215 {
9216         vm_paddr_t paddr;
9217         int i;
9218
9219         if (!can_fault)
9220                 sched_unpin();
9221         for (i = 0; i < count; i++) {
9222                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
9223                 if (paddr >= dmaplimit) {
9224                         if (can_fault)
9225                                 pmap_qremove(vaddr[i], 1);
9226                         vmem_free(kernel_arena, vaddr[i], PAGE_SIZE);
9227                 }
9228         }
9229 }
9230
9231 vm_offset_t
9232 pmap_quick_enter_page(vm_page_t m)
9233 {
9234         vm_paddr_t paddr;
9235
9236         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
9237         if (paddr < dmaplimit)
9238                 return (PHYS_TO_DMAP(paddr));
9239         mtx_lock_spin(&qframe_mtx);
9240         KASSERT(*vtopte(qframe) == 0, ("qframe busy"));
9241         pte_store(vtopte(qframe), paddr | X86_PG_RW | X86_PG_V | X86_PG_A |
9242             X86_PG_M | pmap_cache_bits(kernel_pmap, m->md.pat_mode, 0));
9243         return (qframe);
9244 }
9245
9246 void
9247 pmap_quick_remove_page(vm_offset_t addr)
9248 {
9249
9250         if (addr != qframe)
9251                 return;
9252         pte_store(vtopte(qframe), 0);
9253         invlpg(qframe);
9254         mtx_unlock_spin(&qframe_mtx);
9255 }
9256
9257 /*
9258  * Pdp pages from the large map are managed differently from either
9259  * kernel or user page table pages.  They are permanently allocated at
9260  * initialization time, and their reference count is permanently set to
9261  * zero.  The pml4 entries pointing to those pages are copied into
9262  * each allocated pmap.
9263  *
9264  * In contrast, pd and pt pages are managed like user page table
9265  * pages.  They are dynamically allocated, and their reference count
9266  * represents the number of valid entries within the page.
9267  */
9268 static vm_page_t
9269 pmap_large_map_getptp_unlocked(void)
9270 {
9271         vm_page_t m;
9272
9273         m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
9274             VM_ALLOC_ZERO);
9275         if (m != NULL && (m->flags & PG_ZERO) == 0)
9276                 pmap_zero_page(m);
9277         return (m);
9278 }
9279
9280 static vm_page_t
9281 pmap_large_map_getptp(void)
9282 {
9283         vm_page_t m;
9284
9285         PMAP_LOCK_ASSERT(kernel_pmap, MA_OWNED);
9286         m = pmap_large_map_getptp_unlocked();
9287         if (m == NULL) {
9288                 PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
9289                 vm_wait(NULL);
9290                 PMAP_LOCK(kernel_pmap);
9291                 /* Callers retry. */
9292         }
9293         return (m);
9294 }
9295
9296 static pdp_entry_t *
9297 pmap_large_map_pdpe(vm_offset_t va)
9298 {
9299         vm_pindex_t pml4_idx;
9300         vm_paddr_t mphys;
9301
9302         pml4_idx = pmap_pml4e_index(va);
9303         KASSERT(LMSPML4I <= pml4_idx && pml4_idx < LMSPML4I + lm_ents,
9304             ("pmap_large_map_pdpe: va %#jx out of range idx %#jx LMSPML4I "
9305             "%#jx lm_ents %d",
9306             (uintmax_t)va, (uintmax_t)pml4_idx, LMSPML4I, lm_ents));
9307         KASSERT((kernel_pmap->pm_pml4[pml4_idx] & X86_PG_V) != 0,
9308             ("pmap_large_map_pdpe: invalid pml4 for va %#jx idx %#jx "
9309             "LMSPML4I %#jx lm_ents %d",
9310             (uintmax_t)va, (uintmax_t)pml4_idx, LMSPML4I, lm_ents));
9311         mphys = kernel_pmap->pm_pml4[pml4_idx] & PG_FRAME;
9312         return ((pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys) + pmap_pdpe_index(va));
9313 }
9314
9315 static pd_entry_t *
9316 pmap_large_map_pde(vm_offset_t va)
9317 {
9318         pdp_entry_t *pdpe;
9319         vm_page_t m;
9320         vm_paddr_t mphys;
9321
9322 retry:
9323         pdpe = pmap_large_map_pdpe(va);
9324         if (*pdpe == 0) {
9325                 m = pmap_large_map_getptp();
9326                 if (m == NULL)
9327                         goto retry;
9328                 mphys = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
9329                 *pdpe = mphys | X86_PG_A | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
9330         } else {
9331                 MPASS((*pdpe & X86_PG_PS) == 0);
9332                 mphys = *pdpe & PG_FRAME;
9333         }
9334         return ((pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys) + pmap_pde_index(va));
9335 }
9336
9337 static pt_entry_t *
9338 pmap_large_map_pte(vm_offset_t va)
9339 {
9340         pd_entry_t *pde;
9341         vm_page_t m;
9342         vm_paddr_t mphys;
9343
9344 retry:
9345         pde = pmap_large_map_pde(va);
9346         if (*pde == 0) {
9347                 m = pmap_large_map_getptp();
9348                 if (m == NULL)
9349                         goto retry;
9350                 mphys = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
9351                 *pde = mphys | X86_PG_A | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
9352                 PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pde))->ref_count++;
9353         } else {
9354                 MPASS((*pde & X86_PG_PS) == 0);
9355                 mphys = *pde & PG_FRAME;
9356         }
9357         return ((pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys) + pmap_pte_index(va));
9358 }
9359
9360 static vm_paddr_t
9361 pmap_large_map_kextract(vm_offset_t va)
9362 {
9363         pdp_entry_t *pdpe, pdp;
9364         pd_entry_t *pde, pd;
9365         pt_entry_t *pte, pt;
9366
9367         KASSERT(PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(va),
9368             ("not largemap range %#lx", (u_long)va));
9369         pdpe = pmap_large_map_pdpe(va);
9370         pdp = *pdpe;
9371         KASSERT((pdp & X86_PG_V) != 0,
9372             ("invalid pdp va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
9373             (u_long)pdpe, pdp));
9374         if ((pdp & X86_PG_PS) != 0) {
9375                 KASSERT((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0,
9376                     ("no 1G pages, va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
9377                     (u_long)pdpe, pdp));
9378                 return ((pdp & PG_PS_PDP_FRAME) | (va & PDPMASK));
9379         }
9380         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
9381         pd = *pde;
9382         KASSERT((pd & X86_PG_V) != 0,
9383             ("invalid pd va %#lx pde %#lx pd %#lx", va, (u_long)pde, pd));
9384         if ((pd & X86_PG_PS) != 0)
9385                 return ((pd & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK));
9386         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
9387         pt = *pte;
9388         KASSERT((pt & X86_PG_V) != 0,
9389             ("invalid pte va %#lx pte %#lx pt %#lx", va, (u_long)pte, pt));
9390         return ((pt & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK));
9391 }
9392
9393 static int
9394 pmap_large_map_getva(vm_size_t len, vm_offset_t align, vm_offset_t phase,
9395     vmem_addr_t *vmem_res)
9396 {
9397
9398         /*
9399          * Large mappings are all but static.  Consequently, there
9400          * is no point in waiting for an earlier allocation to be
9401          * freed.
9402          */
9403         return (vmem_xalloc(large_vmem, len, align, phase, 0, VMEM_ADDR_MIN,
9404             VMEM_ADDR_MAX, M_NOWAIT | M_BESTFIT, vmem_res));
9405 }
9406
9407 int
9408 pmap_large_map(vm_paddr_t spa, vm_size_t len, void **addr,
9409     vm_memattr_t mattr)
9410 {
9411         pdp_entry_t *pdpe;
9412         pd_entry_t *pde;
9413         pt_entry_t *pte;
9414         vm_offset_t va, inc;
9415         vmem_addr_t vmem_res;
9416         vm_paddr_t pa;
9417         int error;
9418
9419         if (len == 0 || spa + len < spa)
9420                 return (EINVAL);
9421
9422         /* See if DMAP can serve. */
9423         if (spa + len <= dmaplimit) {
9424                 va = PHYS_TO_DMAP(spa);
9425                 *addr = (void *)va;
9426                 return (pmap_change_attr(va, len, mattr));
9427         }
9428
9429         /*
9430          * No, allocate KVA.  Fit the address with best possible
9431          * alignment for superpages.  Fall back to worse align if
9432          * failed.
9433          */
9434         error = ENOMEM;
9435         if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0 && rounddown2(spa + len,
9436             NBPDP) >= roundup2(spa, NBPDP) + NBPDP)
9437                 error = pmap_large_map_getva(len, NBPDP, spa & PDPMASK,
9438                     &vmem_res);
9439         if (error != 0 && rounddown2(spa + len, NBPDR) >= roundup2(spa,
9440             NBPDR) + NBPDR)
9441                 error = pmap_large_map_getva(len, NBPDR, spa & PDRMASK,
9442                     &vmem_res);
9443         if (error != 0)
9444                 error = pmap_large_map_getva(len, PAGE_SIZE, 0, &vmem_res);
9445         if (error != 0)
9446                 return (error);
9447
9448         /*
9449          * Fill pagetable.  PG_M is not pre-set, we scan modified bits
9450          * in the pagetable to minimize flushing.  No need to
9451          * invalidate TLB, since we only update invalid entries.
9452          */
9453         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
9454         for (pa = spa, va = vmem_res; len > 0; pa += inc, va += inc,
9455             len -= inc) {
9456                 if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0 && len >= NBPDP &&
9457                     (pa & PDPMASK) == 0 && (va & PDPMASK) == 0) {
9458                         pdpe = pmap_large_map_pdpe(va);
9459                         MPASS(*pdpe == 0);
9460                         *pdpe = pa | pg_g | X86_PG_PS | X86_PG_RW |
9461                             X86_PG_V | X86_PG_A | pg_nx |
9462                             pmap_cache_bits(kernel_pmap, mattr, TRUE);
9463                         inc = NBPDP;
9464                 } else if (len >= NBPDR && (pa & PDRMASK) == 0 &&
9465                     (va & PDRMASK) == 0) {
9466                         pde = pmap_large_map_pde(va);
9467                         MPASS(*pde == 0);
9468                         *pde = pa | pg_g | X86_PG_PS | X86_PG_RW |
9469                             X86_PG_V | X86_PG_A | pg_nx |
9470                             pmap_cache_bits(kernel_pmap, mattr, TRUE);
9471                         PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pde))->
9472                             ref_count++;
9473                         inc = NBPDR;
9474                 } else {
9475                         pte = pmap_large_map_pte(va);
9476                         MPASS(*pte == 0);
9477                         *pte = pa | pg_g | X86_PG_RW | X86_PG_V |
9478                             X86_PG_A | pg_nx | pmap_cache_bits(kernel_pmap,
9479                             mattr, FALSE);
9480                         PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pte))->
9481                             ref_count++;
9482                         inc = PAGE_SIZE;
9483                 }
9484         }
9485         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
9486         MPASS(len == 0);
9487
9488         *addr = (void *)vmem_res;
9489         return (0);
9490 }
9491
9492 void
9493 pmap_large_unmap(void *svaa, vm_size_t len)
9494 {
9495         vm_offset_t sva, va;
9496         vm_size_t inc;
9497         pdp_entry_t *pdpe, pdp;
9498         pd_entry_t *pde, pd;
9499         pt_entry_t *pte;
9500         vm_page_t m;
9501         struct spglist spgf;
9502
9503         sva = (vm_offset_t)svaa;
9504         if (len == 0 || sva + len < sva || (sva >= DMAP_MIN_ADDRESS &&
9505             sva + len <= DMAP_MIN_ADDRESS + dmaplimit))
9506                 return;
9507
9508         SLIST_INIT(&spgf);
9509         KASSERT(PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(sva) &&
9510             PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(sva + len - 1),
9511             ("not largemap range %#lx %#lx", (u_long)svaa, (u_long)svaa + len));
9512         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
9513         for (va = sva; va < sva + len; va += inc) {
9514                 pdpe = pmap_large_map_pdpe(va);
9515                 pdp = *pdpe;
9516                 KASSERT((pdp & X86_PG_V) != 0,
9517                     ("invalid pdp va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
9518                     (u_long)pdpe, pdp));
9519                 if ((pdp & X86_PG_PS) != 0) {
9520                         KASSERT((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0,
9521                             ("no 1G pages, va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
9522                             (u_long)pdpe, pdp));
9523                         KASSERT((va & PDPMASK) == 0,
9524                             ("PDPMASK bit set, va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
9525                             (u_long)pdpe, pdp));
9526                         KASSERT(va + NBPDP <= sva + len,
9527                             ("unmap covers partial 1GB page, sva %#lx va %#lx "
9528                             "pdpe %#lx pdp %#lx len %#lx", sva, va,
9529                             (u_long)pdpe, pdp, len));
9530                         *pdpe = 0;
9531                         inc = NBPDP;
9532                         continue;
9533                 }
9534                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
9535                 pd = *pde;
9536                 KASSERT((pd & X86_PG_V) != 0,
9537                     ("invalid pd va %#lx pde %#lx pd %#lx", va,
9538                     (u_long)pde, pd));
9539                 if ((pd & X86_PG_PS) != 0) {
9540                         KASSERT((va & PDRMASK) == 0,
9541                             ("PDRMASK bit set, va %#lx pde %#lx pd %#lx", va,
9542                             (u_long)pde, pd));
9543                         KASSERT(va + NBPDR <= sva + len,
9544                             ("unmap covers partial 2MB page, sva %#lx va %#lx "
9545                             "pde %#lx pd %#lx len %#lx", sva, va, (u_long)pde,
9546                             pd, len));
9547                         pde_store(pde, 0);
9548                         inc = NBPDR;
9549                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pde));
9550                         m->ref_count--;
9551                         if (m->ref_count == 0) {
9552                                 *pdpe = 0;
9553                                 SLIST_INSERT_HEAD(&spgf, m, plinks.s.ss);
9554                         }
9555                         continue;
9556                 }
9557                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
9558                 KASSERT((*pte & X86_PG_V) != 0,
9559                     ("invalid pte va %#lx pte %#lx pt %#lx", va,
9560                     (u_long)pte, *pte));
9561                 pte_clear(pte);
9562                 inc = PAGE_SIZE;
9563                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pte));
9564                 m->ref_count--;
9565                 if (m->ref_count == 0) {
9566                         *pde = 0;
9567                         SLIST_INSERT_HEAD(&spgf, m, plinks.s.ss);
9568                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pde));
9569                         m->ref_count--;
9570                         if (m->ref_count == 0) {
9571                                 *pdpe = 0;
9572                                 SLIST_INSERT_HEAD(&spgf, m, plinks.s.ss);
9573                         }
9574                 }
9575         }
9576         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, sva + len);
9577         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
9578         vm_page_free_pages_toq(&spgf, false);
9579         vmem_free(large_vmem, sva, len);
9580 }
9581
9582 static void
9583 pmap_large_map_wb_fence_mfence(void)
9584 {
9585
9586         mfence();
9587 }
9588
9589 static void
9590 pmap_large_map_wb_fence_atomic(void)
9591 {
9592
9593         atomic_thread_fence_seq_cst();
9594 }
9595
9596 static void
9597 pmap_large_map_wb_fence_nop(void)
9598 {
9599 }
9600
9601 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_large_map_wb_fence, (void))
9602 {
9603
9604         if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
9605                 return (pmap_large_map_wb_fence_mfence);
9606         else if ((cpu_stdext_feature & (CPUID_STDEXT_CLWB |
9607             CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT)) == 0)
9608                 return (pmap_large_map_wb_fence_atomic);
9609         else
9610                 /* clflush is strongly enough ordered */
9611                 return (pmap_large_map_wb_fence_nop);
9612 }
9613
9614 static void
9615 pmap_large_map_flush_range_clwb(vm_offset_t va, vm_size_t len)
9616 {
9617
9618         for (; len > 0; len -= cpu_clflush_line_size,
9619             va += cpu_clflush_line_size)
9620                 clwb(va);
9621 }
9622
9623 static void
9624 pmap_large_map_flush_range_clflushopt(vm_offset_t va, vm_size_t len)
9625 {
9626
9627         for (; len > 0; len -= cpu_clflush_line_size,
9628             va += cpu_clflush_line_size)
9629                 clflushopt(va);
9630 }
9631
9632 static void
9633 pmap_large_map_flush_range_clflush(vm_offset_t va, vm_size_t len)
9634 {
9635
9636         for (; len > 0; len -= cpu_clflush_line_size,
9637             va += cpu_clflush_line_size)
9638                 clflush(va);
9639 }
9640
9641 static void
9642 pmap_large_map_flush_range_nop(vm_offset_t sva __unused, vm_size_t len __unused)
9643 {
9644 }
9645
9646 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_large_map_flush_range, (vm_offset_t, vm_size_t))
9647 {
9648
9649         if ((cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLWB) != 0)
9650                 return (pmap_large_map_flush_range_clwb);
9651         else if ((cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT) != 0)
9652                 return (pmap_large_map_flush_range_clflushopt);
9653         else if ((cpu_feature & CPUID_CLFSH) != 0)
9654                 return (pmap_large_map_flush_range_clflush);
9655         else
9656                 return (pmap_large_map_flush_range_nop);
9657 }
9658
9659 static void
9660 pmap_large_map_wb_large(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
9661 {
9662         volatile u_long *pe;
9663         u_long p;
9664         vm_offset_t va;
9665         vm_size_t inc;
9666         bool seen_other;
9667
9668         for (va = sva; va < eva; va += inc) {
9669                 inc = 0;
9670                 if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0) {
9671                         pe = (volatile u_long *)pmap_large_map_pdpe(va);
9672                         p = *pe;
9673                         if ((p & X86_PG_PS) != 0)
9674                                 inc = NBPDP;
9675                 }
9676                 if (inc == 0) {
9677                         pe = (volatile u_long *)pmap_large_map_pde(va);
9678                         p = *pe;
9679                         if ((p & X86_PG_PS) != 0)
9680                                 inc = NBPDR;
9681                 }
9682                 if (inc == 0) {
9683                         pe = (volatile u_long *)pmap_large_map_pte(va);
9684                         p = *pe;
9685                         inc = PAGE_SIZE;
9686                 }
9687                 seen_other = false;
9688                 for (;;) {
9689                         if ((p & X86_PG_AVAIL1) != 0) {
9690                                 /*
9691                                  * Spin-wait for the end of a parallel
9692                                  * write-back.
9693                                  */
9694                                 cpu_spinwait();
9695                                 p = *pe;
9696
9697                                 /*
9698                                  * If we saw other write-back
9699                                  * occuring, we cannot rely on PG_M to
9700                                  * indicate state of the cache.  The
9701                                  * PG_M bit is cleared before the
9702                                  * flush to avoid ignoring new writes,
9703                                  * and writes which are relevant for
9704                                  * us might happen after.
9705                                  */
9706                                 seen_other = true;
9707                                 continue;
9708                         }
9709
9710                         if ((p & X86_PG_M) != 0 || seen_other) {
9711                                 if (!atomic_fcmpset_long(pe, &p,
9712                                     (p & ~X86_PG_M) | X86_PG_AVAIL1))
9713                                         /*
9714                                          * If we saw PG_M without
9715                                          * PG_AVAIL1, and then on the
9716                                          * next attempt we do not
9717                                          * observe either PG_M or
9718                                          * PG_AVAIL1, the other
9719                                          * write-back started after us
9720                                          * and finished before us.  We
9721                                          * can rely on it doing our
9722                                          * work.
9723                                          */
9724                                         continue;
9725                                 pmap_large_map_flush_range(va, inc);
9726                                 atomic_clear_long(pe, X86_PG_AVAIL1);
9727                         }
9728                         break;
9729                 }
9730                 maybe_yield();
9731         }
9732 }
9733
9734 /*
9735  * Write-back cache lines for the given address range.
9736  *
9737  * Must be called only on the range or sub-range returned from
9738  * pmap_large_map().  Must not be called on the coalesced ranges.
9739  *
9740  * Does nothing on CPUs without CLWB, CLFLUSHOPT, or CLFLUSH
9741  * instructions support.
9742  */
9743 void
9744 pmap_large_map_wb(void *svap, vm_size_t len)
9745 {
9746         vm_offset_t eva, sva;
9747
9748         sva = (vm_offset_t)svap;
9749         eva = sva + len;
9750         pmap_large_map_wb_fence();
9751         if (sva >= DMAP_MIN_ADDRESS && eva <= DMAP_MIN_ADDRESS + dmaplimit) {
9752                 pmap_large_map_flush_range(sva, len);
9753         } else {
9754                 KASSERT(sva >= LARGEMAP_MIN_ADDRESS &&
9755                     eva <= LARGEMAP_MIN_ADDRESS + lm_ents * NBPML4,
9756                     ("pmap_large_map_wb: not largemap %#lx %#lx", sva, len));
9757                 pmap_large_map_wb_large(sva, eva);
9758         }
9759         pmap_large_map_wb_fence();
9760 }
9761
9762 static vm_page_t
9763 pmap_pti_alloc_page(void)
9764 {
9765         vm_page_t m;
9766
9767         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
9768         m = vm_page_grab(pti_obj, pti_pg_idx++, VM_ALLOC_NOBUSY |
9769             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
9770         return (m);
9771 }
9772
9773 static bool
9774 pmap_pti_free_page(vm_page_t m)
9775 {
9776
9777         KASSERT(m->ref_count > 0, ("page %p not referenced", m));
9778         if (!vm_page_unwire_noq(m))
9779                 return (false);
9780         vm_page_free_zero(m);
9781         return (true);
9782 }
9783
9784 static void
9785 pmap_pti_init(void)
9786 {
9787         vm_page_t pml4_pg;
9788         pdp_entry_t *pdpe;
9789         vm_offset_t va;
9790         int i;
9791
9792         if (!pti)
9793                 return;
9794         pti_obj = vm_pager_allocate(OBJT_PHYS, NULL, 0, VM_PROT_ALL, 0, NULL);
9795         VM_OBJECT_WLOCK(pti_obj);
9796         pml4_pg = pmap_pti_alloc_page();
9797         pti_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml4_pg));
9798         for (va = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS; va <= VM_MAX_KERNEL_ADDRESS &&
9799             va >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS && va > NBPML4; va += NBPML4) {
9800                 pdpe = pmap_pti_pdpe(va);
9801                 pmap_pti_wire_pte(pdpe);
9802         }
9803         pmap_pti_add_kva_locked((vm_offset_t)&__pcpu[0],
9804             (vm_offset_t)&__pcpu[0] + sizeof(__pcpu[0]) * MAXCPU, false);
9805         pmap_pti_add_kva_locked((vm_offset_t)idt, (vm_offset_t)idt +
9806             sizeof(struct gate_descriptor) * NIDT, false);
9807         CPU_FOREACH(i) {
9808                 /* Doublefault stack IST 1 */
9809                 va = __pcpu[i].pc_common_tss.tss_ist1;
9810                 pmap_pti_add_kva_locked(va - PAGE_SIZE, va, false);
9811                 /* NMI stack IST 2 */
9812                 va = __pcpu[i].pc_common_tss.tss_ist2 + sizeof(struct nmi_pcpu);
9813                 pmap_pti_add_kva_locked(va - PAGE_SIZE, va, false);
9814                 /* MC# stack IST 3 */
9815                 va = __pcpu[i].pc_common_tss.tss_ist3 +
9816                     sizeof(struct nmi_pcpu);
9817                 pmap_pti_add_kva_locked(va - PAGE_SIZE, va, false);
9818                 /* DB# stack IST 4 */
9819                 va = __pcpu[i].pc_common_tss.tss_ist4 + sizeof(struct nmi_pcpu);
9820                 pmap_pti_add_kva_locked(va - PAGE_SIZE, va, false);
9821         }
9822         pmap_pti_add_kva_locked((vm_offset_t)kernphys + KERNBASE,
9823             (vm_offset_t)etext, true);
9824         pti_finalized = true;
9825         VM_OBJECT_WUNLOCK(pti_obj);
9826 }
9827 SYSINIT(pmap_pti, SI_SUB_CPU + 1, SI_ORDER_ANY, pmap_pti_init, NULL);
9828
9829 static pdp_entry_t *
9830 pmap_pti_pdpe(vm_offset_t va)
9831 {
9832         pml4_entry_t *pml4e;
9833         pdp_entry_t *pdpe;
9834         vm_page_t m;
9835         vm_pindex_t pml4_idx;
9836         vm_paddr_t mphys;
9837
9838         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
9839
9840         pml4_idx = pmap_pml4e_index(va);
9841         pml4e = &pti_pml4[pml4_idx];
9842         m = NULL;
9843         if (*pml4e == 0) {
9844                 if (pti_finalized)
9845                         panic("pml4 alloc after finalization\n");
9846                 m = pmap_pti_alloc_page();
9847                 if (*pml4e != 0) {
9848                         pmap_pti_free_page(m);
9849                         mphys = *pml4e & ~PAGE_MASK;
9850                 } else {
9851                         mphys = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
9852                         *pml4e = mphys | X86_PG_RW | X86_PG_V;
9853                 }
9854         } else {
9855                 mphys = *pml4e & ~PAGE_MASK;
9856         }
9857         pdpe = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys) + pmap_pdpe_index(va);
9858         return (pdpe);
9859 }
9860
9861 static void
9862 pmap_pti_wire_pte(void *pte)
9863 {
9864         vm_page_t m;
9865
9866         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
9867         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pte));
9868         m->ref_count++;
9869 }
9870
9871 static void
9872 pmap_pti_unwire_pde(void *pde, bool only_ref)
9873 {
9874         vm_page_t m;
9875
9876         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
9877         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pde));
9878         MPASS(m->ref_count > 0);
9879         MPASS(only_ref || m->ref_count > 1);
9880         pmap_pti_free_page(m);
9881 }
9882
9883 static void
9884 pmap_pti_unwire_pte(void *pte, vm_offset_t va)
9885 {
9886         vm_page_t m;
9887         pd_entry_t *pde;
9888
9889         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
9890         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pte));
9891         MPASS(m->ref_count > 0);
9892         if (pmap_pti_free_page(m)) {
9893                 pde = pmap_pti_pde(va);
9894                 MPASS((*pde & (X86_PG_PS | X86_PG_V)) == X86_PG_V);
9895                 *pde = 0;
9896                 pmap_pti_unwire_pde(pde, false);
9897         }
9898 }
9899
9900 static pd_entry_t *
9901 pmap_pti_pde(vm_offset_t va)
9902 {
9903         pdp_entry_t *pdpe;
9904         pd_entry_t *pde;
9905         vm_page_t m;
9906         vm_pindex_t pd_idx;
9907         vm_paddr_t mphys;
9908
9909         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
9910
9911         pdpe = pmap_pti_pdpe(va);
9912         if (*pdpe == 0) {
9913                 m = pmap_pti_alloc_page();
9914                 if (*pdpe != 0) {
9915                         pmap_pti_free_page(m);
9916                         MPASS((*pdpe & X86_PG_PS) == 0);
9917                         mphys = *pdpe & ~PAGE_MASK;
9918                 } else {
9919                         mphys =  VM_PAGE_TO_PHYS(m);
9920                         *pdpe = mphys | X86_PG_RW | X86_PG_V;
9921                 }
9922         } else {
9923                 MPASS((*pdpe & X86_PG_PS) == 0);
9924                 mphys = *pdpe & ~PAGE_MASK;
9925         }
9926
9927         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys);
9928         pd_idx = pmap_pde_index(va);
9929         pde += pd_idx;
9930         return (pde);
9931 }
9932
9933 static pt_entry_t *
9934 pmap_pti_pte(vm_offset_t va, bool *unwire_pde)
9935 {
9936         pd_entry_t *pde;
9937         pt_entry_t *pte;
9938         vm_page_t m;
9939         vm_paddr_t mphys;
9940
9941         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
9942
9943         pde = pmap_pti_pde(va);
9944         if (unwire_pde != NULL) {
9945                 *unwire_pde = true;
9946                 pmap_pti_wire_pte(pde);
9947         }
9948         if (*pde == 0) {
9949                 m = pmap_pti_alloc_page();
9950                 if (*pde != 0) {
9951                         pmap_pti_free_page(m);
9952                         MPASS((*pde & X86_PG_PS) == 0);
9953                         mphys = *pde & ~(PAGE_MASK | pg_nx);
9954                 } else {
9955                         mphys = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
9956                         *pde = mphys | X86_PG_RW | X86_PG_V;
9957                         if (unwire_pde != NULL)
9958                                 *unwire_pde = false;
9959                 }
9960         } else {
9961                 MPASS((*pde & X86_PG_PS) == 0);
9962                 mphys = *pde & ~(PAGE_MASK | pg_nx);
9963         }
9964
9965         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys);
9966         pte += pmap_pte_index(va);
9967
9968         return (pte);
9969 }
9970
9971 static void
9972 pmap_pti_add_kva_locked(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, bool exec)
9973 {
9974         vm_paddr_t pa;
9975         pd_entry_t *pde;
9976         pt_entry_t *pte, ptev;
9977         bool unwire_pde;
9978
9979         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
9980
9981         sva = trunc_page(sva);
9982         MPASS(sva > VM_MAXUSER_ADDRESS);
9983         eva = round_page(eva);
9984         MPASS(sva < eva);
9985         for (; sva < eva; sva += PAGE_SIZE) {
9986                 pte = pmap_pti_pte(sva, &unwire_pde);
9987                 pa = pmap_kextract(sva);
9988                 ptev = pa | X86_PG_RW | X86_PG_V | X86_PG_A | X86_PG_G |
9989                     (exec ? 0 : pg_nx) | pmap_cache_bits(kernel_pmap,
9990                     VM_MEMATTR_DEFAULT, FALSE);
9991                 if (*pte == 0) {
9992                         pte_store(pte, ptev);
9993                         pmap_pti_wire_pte(pte);
9994                 } else {
9995                         KASSERT(!pti_finalized,
9996                             ("pti overlap after fin %#lx %#lx %#lx",
9997                             sva, *pte, ptev));
9998                         KASSERT(*pte == ptev,
9999                             ("pti non-identical pte after fin %#lx %#lx %#lx",
10000                             sva, *pte, ptev));
10001                 }
10002                 if (unwire_pde) {
10003                         pde = pmap_pti_pde(sva);
10004                         pmap_pti_unwire_pde(pde, true);
10005                 }
10006         }
10007 }
10008
10009 void
10010 pmap_pti_add_kva(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, bool exec)
10011 {
10012
10013         if (!pti)
10014                 return;
10015         VM_OBJECT_WLOCK(pti_obj);
10016         pmap_pti_add_kva_locked(sva, eva, exec);
10017         VM_OBJECT_WUNLOCK(pti_obj);
10018 }
10019
10020 void
10021 pmap_pti_remove_kva(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
10022 {
10023         pt_entry_t *pte;
10024         vm_offset_t va;
10025
10026         if (!pti)
10027                 return;
10028         sva = rounddown2(sva, PAGE_SIZE);
10029         MPASS(sva > VM_MAXUSER_ADDRESS);
10030         eva = roundup2(eva, PAGE_SIZE);
10031         MPASS(sva < eva);
10032         VM_OBJECT_WLOCK(pti_obj);
10033         for (va = sva; va < eva; va += PAGE_SIZE) {
10034                 pte = pmap_pti_pte(va, NULL);
10035                 KASSERT((*pte & X86_PG_V) != 0,
10036                     ("invalid pte va %#lx pte %#lx pt %#lx", va,
10037                     (u_long)pte, *pte));
10038                 pte_clear(pte);
10039                 pmap_pti_unwire_pte(pte, va);
10040         }
10041         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, eva);
10042         VM_OBJECT_WUNLOCK(pti_obj);
10043 }
10044
10045 static void *
10046 pkru_dup_range(void *ctx __unused, void *data)
10047 {
10048         struct pmap_pkru_range *node, *new_node;
10049
10050         new_node = uma_zalloc(pmap_pkru_ranges_zone, M_NOWAIT);
10051         if (new_node == NULL)
10052                 return (NULL);
10053         node = data;
10054         memcpy(new_node, node, sizeof(*node));
10055         return (new_node);
10056 }
10057
10058 static void
10059 pkru_free_range(void *ctx __unused, void *node)
10060 {
10061
10062         uma_zfree(pmap_pkru_ranges_zone, node);
10063 }
10064
10065 static int
10066 pmap_pkru_assign(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, u_int keyidx,
10067     int flags)
10068 {
10069         struct pmap_pkru_range *ppr;
10070         int error;
10071
10072         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
10073         MPASS(pmap->pm_type == PT_X86);
10074         MPASS((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0);
10075         if ((flags & AMD64_PKRU_EXCL) != 0 &&
10076             !rangeset_check_empty(&pmap->pm_pkru, sva, eva))
10077                 return (EBUSY);
10078         ppr = uma_zalloc(pmap_pkru_ranges_zone, M_NOWAIT);
10079         if (ppr == NULL)
10080                 return (ENOMEM);
10081         ppr->pkru_keyidx = keyidx;
10082         ppr->pkru_flags = flags & AMD64_PKRU_PERSIST;
10083         error = rangeset_insert(&pmap->pm_pkru, sva, eva, ppr);
10084         if (error != 0)
10085                 uma_zfree(pmap_pkru_ranges_zone, ppr);
10086         return (error);
10087 }
10088
10089 static int
10090 pmap_pkru_deassign(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
10091 {
10092
10093         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
10094         MPASS(pmap->pm_type == PT_X86);
10095         MPASS((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0);
10096         return (rangeset_remove(&pmap->pm_pkru, sva, eva));
10097 }
10098
10099 static void
10100 pmap_pkru_deassign_all(pmap_t pmap)
10101 {
10102
10103         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
10104         if (pmap->pm_type == PT_X86 &&
10105             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0)
10106                 rangeset_remove_all(&pmap->pm_pkru);
10107 }
10108
10109 static bool
10110 pmap_pkru_same(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
10111 {
10112         struct pmap_pkru_range *ppr, *prev_ppr;
10113         vm_offset_t va;
10114
10115         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
10116         if (pmap->pm_type != PT_X86 ||
10117             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) == 0 ||
10118             sva >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
10119                 return (true);
10120         MPASS(eva <= VM_MAXUSER_ADDRESS);
10121         for (va = sva, prev_ppr = NULL; va < eva;) {
10122                 ppr = rangeset_lookup(&pmap->pm_pkru, va);
10123                 if ((ppr == NULL) ^ (prev_ppr == NULL))
10124                         return (false);
10125                 if (ppr == NULL) {
10126                         va += PAGE_SIZE;
10127                         continue;
10128                 }
10129                 if (prev_ppr->pkru_keyidx != ppr->pkru_keyidx)
10130                         return (false);
10131                 va = ppr->pkru_rs_el.re_end;
10132         }
10133         return (true);
10134 }
10135
10136 static pt_entry_t
10137 pmap_pkru_get(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
10138 {
10139         struct pmap_pkru_range *ppr;
10140
10141         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
10142         if (pmap->pm_type != PT_X86 ||
10143             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) == 0 ||
10144             va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
10145                 return (0);
10146         ppr = rangeset_lookup(&pmap->pm_pkru, va);
10147         if (ppr != NULL)
10148                 return (X86_PG_PKU(ppr->pkru_keyidx));
10149         return (0);
10150 }
10151
10152 static bool
10153 pred_pkru_on_remove(void *ctx __unused, void *r)
10154 {
10155         struct pmap_pkru_range *ppr;
10156
10157         ppr = r;
10158         return ((ppr->pkru_flags & AMD64_PKRU_PERSIST) == 0);
10159 }
10160
10161 static void
10162 pmap_pkru_on_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
10163 {
10164
10165         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
10166         if (pmap->pm_type == PT_X86 &&
10167             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0) {
10168                 rangeset_remove_pred(&pmap->pm_pkru, sva, eva,
10169                     pred_pkru_on_remove);
10170         }
10171 }
10172
10173 static int
10174 pmap_pkru_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap)
10175 {
10176
10177         PMAP_LOCK_ASSERT(dst_pmap, MA_OWNED);
10178         PMAP_LOCK_ASSERT(src_pmap, MA_OWNED);
10179         MPASS(dst_pmap->pm_type == PT_X86);
10180         MPASS(src_pmap->pm_type == PT_X86);
10181         MPASS((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0);
10182         if (src_pmap->pm_pkru.rs_data_ctx == NULL)
10183                 return (0);
10184         return (rangeset_copy(&dst_pmap->pm_pkru, &src_pmap->pm_pkru));
10185 }
10186
10187 static void
10188 pmap_pkru_update_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
10189     u_int keyidx)
10190 {
10191         pml4_entry_t *pml4e;
10192         pdp_entry_t *pdpe;
10193         pd_entry_t newpde, ptpaddr, *pde;
10194         pt_entry_t newpte, *ptep, pte;
10195         vm_offset_t va, va_next;
10196         bool changed;
10197
10198         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
10199         MPASS(pmap->pm_type == PT_X86);
10200         MPASS(keyidx <= PMAP_MAX_PKRU_IDX);
10201
10202         for (changed = false, va = sva; va < eva; va = va_next) {
10203                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, va);
10204                 if ((*pml4e & X86_PG_V) == 0) {
10205                         va_next = (va + NBPML4) & ~PML4MASK;
10206                         if (va_next < va)
10207                                 va_next = eva;
10208                         continue;
10209                 }
10210
10211                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, va);
10212                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0) {
10213                         va_next = (va + NBPDP) & ~PDPMASK;
10214                         if (va_next < va)
10215                                 va_next = eva;
10216                         continue;
10217                 }
10218
10219                 va_next = (va + NBPDR) & ~PDRMASK;
10220                 if (va_next < va)
10221                         va_next = eva;
10222
10223                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
10224                 ptpaddr = *pde;
10225                 if (ptpaddr == 0)
10226                         continue;
10227
10228                 MPASS((ptpaddr & X86_PG_V) != 0);
10229                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
10230                         if (va + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
10231                                 newpde = (ptpaddr & ~X86_PG_PKU_MASK) |
10232                                     X86_PG_PKU(keyidx);
10233                                 if (newpde != ptpaddr) {
10234                                         *pde = newpde;
10235                                         changed = true;
10236                                 }
10237                                 continue;
10238                         } else if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, va)) {
10239                                 continue;
10240                         }
10241                 }
10242
10243                 if (va_next > eva)
10244                         va_next = eva;
10245
10246                 for (ptep = pmap_pde_to_pte(pde, va); va != va_next;
10247                     ptep++, va += PAGE_SIZE) {
10248                         pte = *ptep;
10249                         if ((pte & X86_PG_V) == 0)
10250                                 continue;
10251                         newpte = (pte & ~X86_PG_PKU_MASK) | X86_PG_PKU(keyidx);
10252                         if (newpte != pte) {
10253                                 *ptep = newpte;
10254                                 changed = true;
10255                         }
10256                 }
10257         }
10258         if (changed)
10259                 pmap_invalidate_range(pmap, sva, eva);
10260 }
10261
10262 static int
10263 pmap_pkru_check_uargs(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
10264     u_int keyidx, int flags)
10265 {
10266
10267         if (pmap->pm_type != PT_X86 || keyidx > PMAP_MAX_PKRU_IDX ||
10268             (flags & ~(AMD64_PKRU_PERSIST | AMD64_PKRU_EXCL)) != 0)
10269                 return (EINVAL);
10270         if (eva <= sva || eva > VM_MAXUSER_ADDRESS)
10271                 return (EFAULT);
10272         if ((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) == 0)
10273                 return (ENOTSUP);
10274         return (0);
10275 }
10276
10277 int
10278 pmap_pkru_set(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, u_int keyidx,
10279     int flags)
10280 {
10281         int error;
10282
10283         sva = trunc_page(sva);
10284         eva = round_page(eva);
10285         error = pmap_pkru_check_uargs(pmap, sva, eva, keyidx, flags);
10286         if (error != 0)
10287                 return (error);
10288         for (;;) {
10289                 PMAP_LOCK(pmap);
10290                 error = pmap_pkru_assign(pmap, sva, eva, keyidx, flags);
10291                 if (error == 0)
10292                         pmap_pkru_update_range(pmap, sva, eva, keyidx);
10293                 PMAP_UNLOCK(pmap);
10294                 if (error != ENOMEM)
10295                         break;
10296                 vm_wait(NULL);
10297         }
10298         return (error);
10299 }
10300
10301 int
10302 pmap_pkru_clear(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
10303 {
10304         int error;
10305
10306         sva = trunc_page(sva);
10307         eva = round_page(eva);
10308         error = pmap_pkru_check_uargs(pmap, sva, eva, 0, 0);
10309         if (error != 0)
10310                 return (error);
10311         for (;;) {
10312                 PMAP_LOCK(pmap);
10313                 error = pmap_pkru_deassign(pmap, sva, eva);
10314                 if (error == 0)
10315                         pmap_pkru_update_range(pmap, sva, eva, 0);
10316                 PMAP_UNLOCK(pmap);
10317                 if (error != ENOMEM)
10318                         break;
10319                 vm_wait(NULL);
10320         }
10321         return (error);
10322 }
10323
10324 /*
10325  * Track a range of the kernel's virtual address space that is contiguous
10326  * in various mapping attributes.
10327  */
10328 struct pmap_kernel_map_range {
10329         vm_offset_t sva;
10330         pt_entry_t attrs;
10331         int ptes;
10332         int pdes;
10333         int pdpes;
10334 };
10335
10336 static void
10337 sysctl_kmaps_dump(struct sbuf *sb, struct pmap_kernel_map_range *range,
10338     vm_offset_t eva)
10339 {
10340         const char *mode;
10341         int i, pat_idx;
10342
10343         if (eva <= range->sva)
10344                 return;
10345
10346         pat_idx = pmap_pat_index(kernel_pmap, range->attrs, true);
10347         for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
10348                 if (pat_index[i] == pat_idx)
10349                         break;
10350
10351         switch (i) {
10352         case PAT_WRITE_BACK:
10353                 mode = "WB";
10354                 break;
10355         case PAT_WRITE_THROUGH:
10356                 mode = "WT";
10357                 break;
10358         case PAT_UNCACHEABLE:
10359                 mode = "UC";
10360                 break;
10361         case PAT_UNCACHED:
10362                 mode = "U-";
10363                 break;
10364         case PAT_WRITE_PROTECTED:
10365                 mode = "WP";
10366                 break;
10367         case PAT_WRITE_COMBINING:
10368                 mode = "WC";
10369                 break;
10370         default:
10371                 printf("%s: unknown PAT mode %#x for range 0x%016lx-0x%016lx\n",
10372                     __func__, pat_idx, range->sva, eva);
10373                 mode = "??";
10374                 break;
10375         }
10376
10377         sbuf_printf(sb, "0x%016lx-0x%016lx r%c%c%c%c %s %d %d %d\n",
10378             range->sva, eva,
10379             (range->attrs & X86_PG_RW) != 0 ? 'w' : '-',
10380             (range->attrs & pg_nx) != 0 ? '-' : 'x',
10381             (range->attrs & X86_PG_U) != 0 ? 'u' : 's',
10382             (range->attrs & X86_PG_G) != 0 ? 'g' : '-',
10383             mode, range->pdpes, range->pdes, range->ptes);
10384
10385         /* Reset to sentinel value. */
10386         range->sva = KVADDR(NPML4EPG - 1, NPDPEPG - 1, NPDEPG - 1, NPTEPG - 1);
10387 }
10388
10389 /*
10390  * Determine whether the attributes specified by a page table entry match those
10391  * being tracked by the current range.  This is not quite as simple as a direct
10392  * flag comparison since some PAT modes have multiple representations.
10393  */
10394 static bool
10395 sysctl_kmaps_match(struct pmap_kernel_map_range *range, pt_entry_t attrs)
10396 {
10397         pt_entry_t diff, mask;
10398
10399         mask = X86_PG_G | X86_PG_RW | X86_PG_U | X86_PG_PDE_CACHE | pg_nx;
10400         diff = (range->attrs ^ attrs) & mask;
10401         if (diff == 0)
10402                 return (true);
10403         if ((diff & ~X86_PG_PDE_PAT) == 0 &&
10404             pmap_pat_index(kernel_pmap, range->attrs, true) ==
10405             pmap_pat_index(kernel_pmap, attrs, true))
10406                 return (true);
10407         return (false);
10408 }
10409
10410 static void
10411 sysctl_kmaps_reinit(struct pmap_kernel_map_range *range, vm_offset_t va,
10412     pt_entry_t attrs)
10413 {
10414
10415         memset(range, 0, sizeof(*range));
10416         range->sva = va;
10417         range->attrs = attrs;
10418 }
10419
10420 /*
10421  * Given a leaf PTE, derive the mapping's attributes.  If they do not match
10422  * those of the current run, dump the address range and its attributes, and
10423  * begin a new run.
10424  */
10425 static void
10426 sysctl_kmaps_check(struct sbuf *sb, struct pmap_kernel_map_range *range,
10427     vm_offset_t va, pml4_entry_t pml4e, pdp_entry_t pdpe, pd_entry_t pde,
10428     pt_entry_t pte)
10429 {
10430         pt_entry_t attrs;
10431
10432         attrs = pml4e & (X86_PG_RW | X86_PG_U | pg_nx);
10433
10434         attrs |= pdpe & pg_nx;
10435         attrs &= pg_nx | (pdpe & (X86_PG_RW | X86_PG_U));
10436         if ((pdpe & PG_PS) != 0) {
10437                 attrs |= pdpe & (X86_PG_G | X86_PG_PDE_CACHE);
10438         } else if (pde != 0) {
10439                 attrs |= pde & pg_nx;
10440                 attrs &= pg_nx | (pde & (X86_PG_RW | X86_PG_U));
10441         }
10442         if ((pde & PG_PS) != 0) {
10443                 attrs |= pde & (X86_PG_G | X86_PG_PDE_CACHE);
10444         } else if (pte != 0) {
10445                 attrs |= pte & pg_nx;
10446                 attrs &= pg_nx | (pte & (X86_PG_RW | X86_PG_U));
10447                 attrs |= pte & (X86_PG_G | X86_PG_PTE_CACHE);
10448
10449                 /* Canonicalize by always using the PDE PAT bit. */
10450                 if ((attrs & X86_PG_PTE_PAT) != 0)
10451                         attrs ^= X86_PG_PDE_PAT | X86_PG_PTE_PAT;
10452         }
10453
10454         if (range->sva > va || !sysctl_kmaps_match(range, attrs)) {
10455                 sysctl_kmaps_dump(sb, range, va);
10456                 sysctl_kmaps_reinit(range, va, attrs);
10457         }
10458 }
10459
10460 static int
10461 sysctl_kmaps(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
10462 {
10463         struct pmap_kernel_map_range range;
10464         struct sbuf sbuf, *sb;
10465         pml4_entry_t pml4e;
10466         pdp_entry_t *pdp, pdpe;
10467         pd_entry_t *pd, pde;
10468         pt_entry_t *pt, pte;
10469         vm_offset_t sva;
10470         vm_paddr_t pa;
10471         int error, i, j, k, l;
10472
10473         error = sysctl_wire_old_buffer(req, 0);
10474         if (error != 0)
10475                 return (error);
10476         sb = &sbuf;
10477         sbuf_new_for_sysctl(sb, NULL, PAGE_SIZE, req);
10478
10479         /* Sentinel value. */
10480         range.sva = KVADDR(NPML4EPG - 1, NPDPEPG - 1, NPDEPG - 1, NPTEPG - 1);
10481
10482         /*
10483          * Iterate over the kernel page tables without holding the kernel pmap
10484          * lock.  Outside of the large map, kernel page table pages are never
10485          * freed, so at worst we will observe inconsistencies in the output.
10486          * Within the large map, ensure that PDP and PD page addresses are
10487          * valid before descending.
10488          */
10489         for (sva = 0, i = pmap_pml4e_index(sva); i < NPML4EPG; i++) {
10490                 switch (i) {
10491                 case PML4PML4I:
10492                         sbuf_printf(sb, "\nRecursive map:\n");
10493                         break;
10494                 case DMPML4I:
10495                         sbuf_printf(sb, "\nDirect map:\n");
10496                         break;
10497                 case KPML4BASE:
10498                         sbuf_printf(sb, "\nKernel map:\n");
10499                         break;
10500                 case LMSPML4I:
10501                         sbuf_printf(sb, "\nLarge map:\n");
10502                         break;
10503                 }
10504
10505                 /* Convert to canonical form. */
10506                 if (sva == 1ul << 47)
10507                         sva |= -1ul << 48;
10508
10509 restart:
10510                 pml4e = kernel_pmap->pm_pml4[i];
10511                 if ((pml4e & X86_PG_V) == 0) {
10512                         sva = rounddown2(sva, NBPML4);
10513                         sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
10514                         sva += NBPML4;
10515                         continue;
10516                 }
10517                 pa = pml4e & PG_FRAME;
10518                 pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
10519
10520                 for (j = pmap_pdpe_index(sva); j < NPDPEPG; j++) {
10521                         pdpe = pdp[j];
10522                         if ((pdpe & X86_PG_V) == 0) {
10523                                 sva = rounddown2(sva, NBPDP);
10524                                 sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
10525                                 sva += NBPDP;
10526                                 continue;
10527                         }
10528                         pa = pdpe & PG_FRAME;
10529                         if (PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(sva) &&
10530                             vm_phys_paddr_to_vm_page(pa) == NULL)
10531                                 goto restart;
10532                         if ((pdpe & PG_PS) != 0) {
10533                                 sva = rounddown2(sva, NBPDP);
10534                                 sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva, pml4e, pdpe,
10535                                     0, 0);
10536                                 range.pdpes++;
10537                                 sva += NBPDP;
10538                                 continue;
10539                         }
10540                         pd = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
10541
10542                         for (k = pmap_pde_index(sva); k < NPDEPG; k++) {
10543                                 pde = pd[k];
10544                                 if ((pde & X86_PG_V) == 0) {
10545                                         sva = rounddown2(sva, NBPDR);
10546                                         sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
10547                                         sva += NBPDR;
10548                                         continue;
10549                                 }
10550                                 pa = pde & PG_FRAME;
10551                                 if (PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(sva) &&
10552                                     vm_phys_paddr_to_vm_page(pa) == NULL)
10553                                         goto restart;
10554                                 if ((pde & PG_PS) != 0) {
10555                                         sva = rounddown2(sva, NBPDR);
10556                                         sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva,
10557                                             pml4e, pdpe, pde, 0);
10558                                         range.pdes++;
10559                                         sva += NBPDR;
10560                                         continue;
10561                                 }
10562                                 pt = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
10563
10564                                 for (l = pmap_pte_index(sva); l < NPTEPG; l++,
10565                                     sva += PAGE_SIZE) {
10566                                         pte = pt[l];
10567                                         if ((pte & X86_PG_V) == 0) {
10568                                                 sysctl_kmaps_dump(sb, &range,
10569                                                     sva);
10570                                                 continue;
10571                                         }
10572                                         sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva,
10573                                             pml4e, pdpe, pde, pte);
10574                                         range.ptes++;
10575                                 }
10576                         }
10577                 }
10578         }
10579
10580         error = sbuf_finish(sb);
10581         sbuf_delete(sb);
10582         return (error);
10583 }
10584 SYSCTL_OID(_vm_pmap, OID_AUTO, kernel_maps,
10585     CTLTYPE_STRING | CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE,
10586     NULL, 0, sysctl_kmaps, "A",
10587     "Dump kernel address layout");
10588
10589 #ifdef DDB
10590 DB_SHOW_COMMAND(pte, pmap_print_pte)
10591 {
10592         pmap_t pmap;
10593         pml4_entry_t *pml4;
10594         pdp_entry_t *pdp;
10595         pd_entry_t *pde;
10596         pt_entry_t *pte, PG_V;
10597         vm_offset_t va;
10598
10599         if (!have_addr) {
10600                 db_printf("show pte addr\n");
10601                 return;
10602         }
10603         va = (vm_offset_t)addr;
10604
10605         if (kdb_thread != NULL)
10606                 pmap = vmspace_pmap(kdb_thread->td_proc->p_vmspace);
10607         else
10608                 pmap = PCPU_GET(curpmap);
10609
10610         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
10611         pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
10612         db_printf("VA 0x%016lx pml4e 0x%016lx", va, *pml4);
10613         if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
10614                 db_printf("\n");
10615                 return;
10616         }
10617         pdp = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4, va);
10618         db_printf(" pdpe 0x%016lx", *pdp);
10619         if ((*pdp & PG_V) == 0 || (*pdp & PG_PS) != 0) {
10620                 db_printf("\n");
10621                 return;
10622         }
10623         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdp, va);
10624         db_printf(" pde 0x%016lx", *pde);
10625         if ((*pde & PG_V) == 0 || (*pde & PG_PS) != 0) {
10626                 db_printf("\n");
10627                 return;
10628         }
10629         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
10630         db_printf(" pte 0x%016lx\n", *pte);
10631 }
10632
10633 DB_SHOW_COMMAND(phys2dmap, pmap_phys2dmap)
10634 {
10635         vm_paddr_t a;
10636
10637         if (have_addr) {
10638                 a = (vm_paddr_t)addr;
10639                 db_printf("0x%jx\n", (uintmax_t)PHYS_TO_DMAP(a));
10640         } else {
10641                 db_printf("show phys2dmap addr\n");
10642         }
10643 }
10644 #endif