]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/amd64/amd64/pmap.c
MFC r306020:
[FreeBSD/FreeBSD.git] / sys / amd64 / amd64 / pmap.c
1 /*-
2  * Copyright (c) 1991 Regents of the University of California.
3  * All rights reserved.
4  * Copyright (c) 1994 John S. Dyson
5  * All rights reserved.
6  * Copyright (c) 1994 David Greenman
7  * All rights reserved.
8  * Copyright (c) 2003 Peter Wemm
9  * All rights reserved.
10  * Copyright (c) 2005-2010 Alan L. Cox <alc@cs.rice.edu>
11  * All rights reserved.
12  *
13  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
14  * the Systems Programming Group of the University of Utah Computer
15  * Science Department and William Jolitz of UUNET Technologies Inc.
16  *
17  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
18  * modification, are permitted provided that the following conditions
19  * are met:
20  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
21  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
22  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
23  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
24  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
25  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
26  *    must display the following acknowledgement:
27  *      This product includes software developed by the University of
28  *      California, Berkeley and its contributors.
29  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
30  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
31  *    without specific prior written permission.
32  *
33  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
34  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
35  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
36  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
37  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
38  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
39  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
40  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
41  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
42  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
43  * SUCH DAMAGE.
44  *
45  *      from:   @(#)pmap.c      7.7 (Berkeley)  5/12/91
46  */
47 /*-
48  * Copyright (c) 2003 Networks Associates Technology, Inc.
49  * All rights reserved.
50  *
51  * This software was developed for the FreeBSD Project by Jake Burkholder,
52  * Safeport Network Services, and Network Associates Laboratories, the
53  * Security Research Division of Network Associates, Inc. under
54  * DARPA/SPAWAR contract N66001-01-C-8035 ("CBOSS"), as part of the DARPA
55  * CHATS research program.
56  *
57  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
58  * modification, are permitted provided that the following conditions
59  * are met:
60  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
61  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
62  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
63  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
64  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
65  *
66  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
67  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
68  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
69  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
70  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
71  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
72  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
73  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
74  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
75  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
76  * SUCH DAMAGE.
77  */
78
79 #define AMD64_NPT_AWARE
80
81 #include <sys/cdefs.h>
82 __FBSDID("$FreeBSD$");
83
84 /*
85  *      Manages physical address maps.
86  *
87  *      Since the information managed by this module is
88  *      also stored by the logical address mapping module,
89  *      this module may throw away valid virtual-to-physical
90  *      mappings at almost any time.  However, invalidations
91  *      of virtual-to-physical mappings must be done as
92  *      requested.
93  *
94  *      In order to cope with hardware architectures which
95  *      make virtual-to-physical map invalidates expensive,
96  *      this module may delay invalidate or reduced protection
97  *      operations until such time as they are actually
98  *      necessary.  This module is given full information as
99  *      to which processors are currently using which maps,
100  *      and to when physical maps must be made correct.
101  */
102
103 #include "opt_pmap.h"
104 #include "opt_vm.h"
105
106 #include <sys/param.h>
107 #include <sys/bitstring.h>
108 #include <sys/bus.h>
109 #include <sys/systm.h>
110 #include <sys/kernel.h>
111 #include <sys/ktr.h>
112 #include <sys/lock.h>
113 #include <sys/malloc.h>
114 #include <sys/mman.h>
115 #include <sys/mutex.h>
116 #include <sys/proc.h>
117 #include <sys/rwlock.h>
118 #include <sys/sx.h>
119 #include <sys/turnstile.h>
120 #include <sys/vmem.h>
121 #include <sys/vmmeter.h>
122 #include <sys/sched.h>
123 #include <sys/sysctl.h>
124 #include <sys/smp.h>
125
126 #include <vm/vm.h>
127 #include <vm/vm_param.h>
128 #include <vm/vm_kern.h>
129 #include <vm/vm_page.h>
130 #include <vm/vm_map.h>
131 #include <vm/vm_object.h>
132 #include <vm/vm_extern.h>
133 #include <vm/vm_pageout.h>
134 #include <vm/vm_pager.h>
135 #include <vm/vm_phys.h>
136 #include <vm/vm_radix.h>
137 #include <vm/vm_reserv.h>
138 #include <vm/uma.h>
139
140 #include <machine/intr_machdep.h>
141 #include <x86/apicvar.h>
142 #include <machine/cpu.h>
143 #include <machine/cputypes.h>
144 #include <machine/md_var.h>
145 #include <machine/pcb.h>
146 #include <machine/specialreg.h>
147 #ifdef SMP
148 #include <machine/smp.h>
149 #endif
150
151 static __inline boolean_t
152 pmap_type_guest(pmap_t pmap)
153 {
154
155         return ((pmap->pm_type == PT_EPT) || (pmap->pm_type == PT_RVI));
156 }
157
158 static __inline boolean_t
159 pmap_emulate_ad_bits(pmap_t pmap)
160 {
161
162         return ((pmap->pm_flags & PMAP_EMULATE_AD_BITS) != 0);
163 }
164
165 static __inline pt_entry_t
166 pmap_valid_bit(pmap_t pmap)
167 {
168         pt_entry_t mask;
169
170         switch (pmap->pm_type) {
171         case PT_X86:
172         case PT_RVI:
173                 mask = X86_PG_V;
174                 break;
175         case PT_EPT:
176                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
177                         mask = EPT_PG_EMUL_V;
178                 else
179                         mask = EPT_PG_READ;
180                 break;
181         default:
182                 panic("pmap_valid_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
183         }
184
185         return (mask);
186 }
187
188 static __inline pt_entry_t
189 pmap_rw_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_RW;
197                 break;
198         case PT_EPT:
199                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
200                         mask = EPT_PG_EMUL_RW;
201                 else
202                         mask = EPT_PG_WRITE;
203                 break;
204         default:
205                 panic("pmap_rw_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
206         }
207
208         return (mask);
209 }
210
211 static __inline pt_entry_t
212 pmap_global_bit(pmap_t pmap)
213 {
214         pt_entry_t mask;
215
216         switch (pmap->pm_type) {
217         case PT_X86:
218                 mask = X86_PG_G;
219                 break;
220         case PT_RVI:
221         case PT_EPT:
222                 mask = 0;
223                 break;
224         default:
225                 panic("pmap_global_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
226         }
227
228         return (mask);
229 }
230
231 static __inline pt_entry_t
232 pmap_accessed_bit(pmap_t pmap)
233 {
234         pt_entry_t mask;
235
236         switch (pmap->pm_type) {
237         case PT_X86:
238         case PT_RVI:
239                 mask = X86_PG_A;
240                 break;
241         case PT_EPT:
242                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
243                         mask = EPT_PG_READ;
244                 else
245                         mask = EPT_PG_A;
246                 break;
247         default:
248                 panic("pmap_accessed_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
249         }
250
251         return (mask);
252 }
253
254 static __inline pt_entry_t
255 pmap_modified_bit(pmap_t pmap)
256 {
257         pt_entry_t mask;
258
259         switch (pmap->pm_type) {
260         case PT_X86:
261         case PT_RVI:
262                 mask = X86_PG_M;
263                 break;
264         case PT_EPT:
265                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
266                         mask = EPT_PG_WRITE;
267                 else
268                         mask = EPT_PG_M;
269                 break;
270         default:
271                 panic("pmap_modified_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
272         }
273
274         return (mask);
275 }
276
277 extern  struct pcpu __pcpu[];
278
279 #if !defined(DIAGNOSTIC)
280 #ifdef __GNUC_GNU_INLINE__
281 #define PMAP_INLINE     __attribute__((__gnu_inline__)) inline
282 #else
283 #define PMAP_INLINE     extern inline
284 #endif
285 #else
286 #define PMAP_INLINE
287 #endif
288
289 #ifdef PV_STATS
290 #define PV_STAT(x)      do { x ; } while (0)
291 #else
292 #define PV_STAT(x)      do { } while (0)
293 #endif
294
295 #define pa_index(pa)    ((pa) >> PDRSHIFT)
296 #define pa_to_pvh(pa)   (&pv_table[pa_index(pa)])
297
298 #define NPV_LIST_LOCKS  MAXCPU
299
300 #define PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa)        \
301                         (&pv_list_locks[pa_index(pa) % NPV_LIST_LOCKS])
302
303 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa)  do {    \
304         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
305         struct rwlock *_new_lock;                       \
306                                                         \
307         _new_lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);           \
308         if (_new_lock != *_lockp) {                     \
309                 if (*_lockp != NULL)                    \
310                         rw_wunlock(*_lockp);            \
311                 *_lockp = _new_lock;                    \
312                 rw_wlock(*_lockp);                      \
313         }                                               \
314 } while (0)
315
316 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m)        \
317                         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, VM_PAGE_TO_PHYS(m))
318
319 #define RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp)             do {    \
320         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
321                                                         \
322         if (*_lockp != NULL) {                          \
323                 rw_wunlock(*_lockp);                    \
324                 *_lockp = NULL;                         \
325         }                                               \
326 } while (0)
327
328 #define VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m)      \
329                         PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(VM_PAGE_TO_PHYS(m))
330
331 struct pmap kernel_pmap_store;
332
333 vm_offset_t virtual_avail;      /* VA of first avail page (after kernel bss) */
334 vm_offset_t virtual_end;        /* VA of last avail page (end of kernel AS) */
335
336 int nkpt;
337 SYSCTL_INT(_machdep, OID_AUTO, nkpt, CTLFLAG_RD, &nkpt, 0,
338     "Number of kernel page table pages allocated on bootup");
339
340 static int ndmpdp;
341 vm_paddr_t dmaplimit;
342 vm_offset_t kernel_vm_end = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
343 pt_entry_t pg_nx;
344
345 static SYSCTL_NODE(_vm, OID_AUTO, pmap, CTLFLAG_RD, 0, "VM/pmap parameters");
346
347 static int pat_works = 1;
348 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pat_works, CTLFLAG_RD, &pat_works, 1,
349     "Is page attribute table fully functional?");
350
351 static int pg_ps_enabled = 1;
352 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pg_ps_enabled, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
353     &pg_ps_enabled, 0, "Are large page mappings enabled?");
354
355 #define PAT_INDEX_SIZE  8
356 static int pat_index[PAT_INDEX_SIZE];   /* cache mode to PAT index conversion */
357
358 static u_int64_t        KPTphys;        /* phys addr of kernel level 1 */
359 static u_int64_t        KPDphys;        /* phys addr of kernel level 2 */
360 u_int64_t               KPDPphys;       /* phys addr of kernel level 3 */
361 u_int64_t               KPML4phys;      /* phys addr of kernel level 4 */
362
363 static u_int64_t        DMPDphys;       /* phys addr of direct mapped level 2 */
364 static u_int64_t        DMPDPphys;      /* phys addr of direct mapped level 3 */
365 static int              ndmpdpphys;     /* number of DMPDPphys pages */
366
367 /*
368  * pmap_mapdev support pre initialization (i.e. console)
369  */
370 #define PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT      8
371 static struct pmap_preinit_mapping {
372         vm_paddr_t      pa;
373         vm_offset_t     va;
374         vm_size_t       sz;
375         int             mode;
376 } pmap_preinit_mapping[PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT];
377 static int pmap_initialized;
378
379 /*
380  * Data for the pv entry allocation mechanism.
381  * Updates to pv_invl_gen are protected by the pv_list_locks[]
382  * elements, but reads are not.
383  */
384 static TAILQ_HEAD(pch, pv_chunk) pv_chunks = TAILQ_HEAD_INITIALIZER(pv_chunks);
385 static struct mtx pv_chunks_mutex;
386 static struct rwlock pv_list_locks[NPV_LIST_LOCKS];
387 static u_long pv_invl_gen[NPV_LIST_LOCKS];
388 static struct md_page *pv_table;
389 static struct md_page pv_dummy;
390
391 /*
392  * All those kernel PT submaps that BSD is so fond of
393  */
394 pt_entry_t *CMAP1 = 0;
395 caddr_t CADDR1 = 0;
396 static vm_offset_t qframe = 0;
397 static struct mtx qframe_mtx;
398
399 static int pmap_flags = PMAP_PDE_SUPERPAGE;     /* flags for x86 pmaps */
400
401 int pmap_pcid_enabled = 1;
402 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pcid_enabled, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
403     &pmap_pcid_enabled, 0, "Is TLB Context ID enabled ?");
404 int invpcid_works = 0;
405 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, invpcid_works, CTLFLAG_RD, &invpcid_works, 0,
406     "Is the invpcid instruction available ?");
407
408 static int
409 pmap_pcid_save_cnt_proc(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
410 {
411         int i;
412         uint64_t res;
413
414         res = 0;
415         CPU_FOREACH(i) {
416                 res += cpuid_to_pcpu[i]->pc_pm_save_cnt;
417         }
418         return (sysctl_handle_64(oidp, &res, 0, req));
419 }
420 SYSCTL_PROC(_vm_pmap, OID_AUTO, pcid_save_cnt, CTLTYPE_U64 | CTLFLAG_RW |
421     CTLFLAG_MPSAFE, NULL, 0, pmap_pcid_save_cnt_proc, "QU",
422     "Count of saved TLB context on switch");
423
424 static LIST_HEAD(, pmap_invl_gen) pmap_invl_gen_tracker =
425     LIST_HEAD_INITIALIZER(&pmap_invl_gen_tracker);
426 static struct mtx invl_gen_mtx;
427 static u_long pmap_invl_gen = 0;
428 /* Fake lock object to satisfy turnstiles interface. */
429 static struct lock_object invl_gen_ts = {
430         .lo_name = "invlts",
431 };
432
433 #define PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI() \
434     KASSERT(curthread->td_md.md_invl_gen.gen == 0, ("DI already started"))
435
436 /*
437  * Start a new Delayed Invalidation (DI) block of code, executed by
438  * the current thread.  Within a DI block, the current thread may
439  * destroy both the page table and PV list entries for a mapping and
440  * then release the corresponding PV list lock before ensuring that
441  * the mapping is flushed from the TLBs of any processors with the
442  * pmap active.
443  */
444 static void
445 pmap_delayed_invl_started(void)
446 {
447         struct pmap_invl_gen *invl_gen;
448         u_long currgen;
449
450         invl_gen = &curthread->td_md.md_invl_gen;
451         PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI();
452         mtx_lock(&invl_gen_mtx);
453         if (LIST_EMPTY(&pmap_invl_gen_tracker))
454                 currgen = pmap_invl_gen;
455         else
456                 currgen = LIST_FIRST(&pmap_invl_gen_tracker)->gen;
457         invl_gen->gen = currgen + 1;
458         LIST_INSERT_HEAD(&pmap_invl_gen_tracker, invl_gen, link);
459         mtx_unlock(&invl_gen_mtx);
460 }
461
462 /*
463  * Finish the DI block, previously started by the current thread.  All
464  * required TLB flushes for the pages marked by
465  * pmap_delayed_invl_page() must be finished before this function is
466  * called.
467  *
468  * This function works by bumping the global DI generation number to
469  * the generation number of the current thread's DI, unless there is a
470  * pending DI that started earlier.  In the latter case, bumping the
471  * global DI generation number would incorrectly signal that the
472  * earlier DI had finished.  Instead, this function bumps the earlier
473  * DI's generation number to match the generation number of the
474  * current thread's DI.
475  */
476 static void
477 pmap_delayed_invl_finished(void)
478 {
479         struct pmap_invl_gen *invl_gen, *next;
480         struct turnstile *ts;
481
482         invl_gen = &curthread->td_md.md_invl_gen;
483         KASSERT(invl_gen->gen != 0, ("missed invl_started"));
484         mtx_lock(&invl_gen_mtx);
485         next = LIST_NEXT(invl_gen, link);
486         if (next == NULL) {
487                 turnstile_chain_lock(&invl_gen_ts);
488                 ts = turnstile_lookup(&invl_gen_ts);
489                 pmap_invl_gen = invl_gen->gen;
490                 if (ts != NULL) {
491                         turnstile_broadcast(ts, TS_SHARED_QUEUE);
492                         turnstile_unpend(ts, TS_SHARED_LOCK);
493                 }
494                 turnstile_chain_unlock(&invl_gen_ts);
495         } else {
496                 next->gen = invl_gen->gen;
497         }
498         LIST_REMOVE(invl_gen, link);
499         mtx_unlock(&invl_gen_mtx);
500         invl_gen->gen = 0;
501 }
502
503 #ifdef PV_STATS
504 static long invl_wait;
505 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, invl_wait, CTLFLAG_RD, &invl_wait, 0,
506     "Number of times DI invalidation blocked pmap_remove_all/write");
507 #endif
508
509 static u_long *
510 pmap_delayed_invl_genp(vm_page_t m)
511 {
512
513         return (&pv_invl_gen[pa_index(VM_PAGE_TO_PHYS(m)) % NPV_LIST_LOCKS]);
514 }
515
516 /*
517  * Ensure that all currently executing DI blocks, that need to flush
518  * TLB for the given page m, actually flushed the TLB at the time the
519  * function returned.  If the page m has an empty PV list and we call
520  * pmap_delayed_invl_wait(), upon its return we know that no CPU has a
521  * valid mapping for the page m in either its page table or TLB.
522  *
523  * This function works by blocking until the global DI generation
524  * number catches up with the generation number associated with the
525  * given page m and its PV list.  Since this function's callers
526  * typically own an object lock and sometimes own a page lock, it
527  * cannot sleep.  Instead, it blocks on a turnstile to relinquish the
528  * processor.
529  */
530 static void
531 pmap_delayed_invl_wait(vm_page_t m)
532 {
533         struct thread *td;
534         struct turnstile *ts;
535         u_long *m_gen;
536 #ifdef PV_STATS
537         bool accounted = false;
538 #endif
539
540         td = curthread;
541         m_gen = pmap_delayed_invl_genp(m);
542         while (*m_gen > pmap_invl_gen) {
543 #ifdef PV_STATS
544                 if (!accounted) {
545                         atomic_add_long(&invl_wait, 1);
546                         accounted = true;
547                 }
548 #endif
549                 ts = turnstile_trywait(&invl_gen_ts);
550                 if (*m_gen > pmap_invl_gen)
551                         turnstile_wait(ts, NULL, TS_SHARED_QUEUE);
552                 else
553                         turnstile_cancel(ts);
554         }
555 }
556
557 /*
558  * Mark the page m's PV list as participating in the current thread's
559  * DI block.  Any threads concurrently using m's PV list to remove or
560  * restrict all mappings to m will wait for the current thread's DI
561  * block to complete before proceeding.
562  *
563  * The function works by setting the DI generation number for m's PV
564  * list to at least the DI generation number of the current thread.
565  * This forces a caller of pmap_delayed_invl_wait() to block until
566  * current thread calls pmap_delayed_invl_finished().
567  */
568 static void
569 pmap_delayed_invl_page(vm_page_t m)
570 {
571         u_long gen, *m_gen;
572
573         rw_assert(VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), RA_WLOCKED);
574         gen = curthread->td_md.md_invl_gen.gen;
575         if (gen == 0)
576                 return;
577         m_gen = pmap_delayed_invl_genp(m);
578         if (*m_gen < gen)
579                 *m_gen = gen;
580 }
581
582 /*
583  * Crashdump maps.
584  */
585 static caddr_t crashdumpmap;
586
587 static void     free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc);
588 static void     free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv);
589 static pv_entry_t get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp);
590 static int      popcnt_pc_map_pq(uint64_t *map);
591 static vm_page_t reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp);
592 static void     reserve_pv_entries(pmap_t pmap, int needed,
593                     struct rwlock **lockp);
594 static void     pmap_pv_demote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
595                     struct rwlock **lockp);
596 static boolean_t pmap_pv_insert_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
597                     struct rwlock **lockp);
598 static void     pmap_pv_promote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
599                     struct rwlock **lockp);
600 static void     pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va);
601 static pv_entry_t pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap,
602                     vm_offset_t va);
603
604 static int pmap_change_attr_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode);
605 static boolean_t pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va);
606 static boolean_t pmap_demote_pde_locked(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde,
607     vm_offset_t va, struct rwlock **lockp);
608 static boolean_t pmap_demote_pdpe(pmap_t pmap, pdp_entry_t *pdpe,
609     vm_offset_t va);
610 static boolean_t pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
611     vm_prot_t prot, struct rwlock **lockp);
612 static vm_page_t pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
613     vm_page_t m, vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp);
614 static void pmap_fill_ptp(pt_entry_t *firstpte, pt_entry_t newpte);
615 static int pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte);
616 static void pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode);
617 static vm_page_t pmap_lookup_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
618 static void pmap_pde_attr(pd_entry_t *pde, int cache_bits, int mask);
619 static void pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
620     struct rwlock **lockp);
621 static boolean_t pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva,
622     vm_prot_t prot);
623 static void pmap_pte_attr(pt_entry_t *pte, int cache_bits, int mask);
624 static int pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
625     struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
626 static int pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t sva,
627     pd_entry_t ptepde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
628 static void pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte);
629 static void pmap_remove_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
630     struct spglist *free);
631 static boolean_t pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
632     vm_page_t m, struct rwlock **lockp);
633 static void pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
634     pd_entry_t newpde);
635 static void pmap_update_pde_invalidate(pmap_t, vm_offset_t va, pd_entry_t pde);
636
637 static vm_page_t _pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex,
638                 struct rwlock **lockp);
639 static vm_page_t pmap_allocpde(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
640                 struct rwlock **lockp);
641 static vm_page_t pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
642                 struct rwlock **lockp);
643
644 static void _pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
645     struct spglist *free);
646 static int pmap_unuse_pt(pmap_t, vm_offset_t, pd_entry_t, struct spglist *);
647 static vm_offset_t pmap_kmem_choose(vm_offset_t addr);
648
649 /*
650  * Move the kernel virtual free pointer to the next
651  * 2MB.  This is used to help improve performance
652  * by using a large (2MB) page for much of the kernel
653  * (.text, .data, .bss)
654  */
655 static vm_offset_t
656 pmap_kmem_choose(vm_offset_t addr)
657 {
658         vm_offset_t newaddr = addr;
659
660         newaddr = roundup2(addr, NBPDR);
661         return (newaddr);
662 }
663
664 /********************/
665 /* Inline functions */
666 /********************/
667
668 /* Return a non-clipped PD index for a given VA */
669 static __inline vm_pindex_t
670 pmap_pde_pindex(vm_offset_t va)
671 {
672         return (va >> PDRSHIFT);
673 }
674
675
676 /* Return a pointer to the PML4 slot that corresponds to a VA */
677 static __inline pml4_entry_t *
678 pmap_pml4e(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
679 {
680
681         return (&pmap->pm_pml4[pmap_pml4e_index(va)]);
682 }
683
684 /* Return a pointer to the PDP slot that corresponds to a VA */
685 static __inline pdp_entry_t *
686 pmap_pml4e_to_pdpe(pml4_entry_t *pml4e, vm_offset_t va)
687 {
688         pdp_entry_t *pdpe;
689
690         pdpe = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4e & PG_FRAME);
691         return (&pdpe[pmap_pdpe_index(va)]);
692 }
693
694 /* Return a pointer to the PDP slot that corresponds to a VA */
695 static __inline pdp_entry_t *
696 pmap_pdpe(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
697 {
698         pml4_entry_t *pml4e;
699         pt_entry_t PG_V;
700
701         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
702         pml4e = pmap_pml4e(pmap, va);
703         if ((*pml4e & PG_V) == 0)
704                 return (NULL);
705         return (pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, va));
706 }
707
708 /* Return a pointer to the PD slot that corresponds to a VA */
709 static __inline pd_entry_t *
710 pmap_pdpe_to_pde(pdp_entry_t *pdpe, vm_offset_t va)
711 {
712         pd_entry_t *pde;
713
714         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdpe & PG_FRAME);
715         return (&pde[pmap_pde_index(va)]);
716 }
717
718 /* Return a pointer to the PD slot that corresponds to a VA */
719 static __inline pd_entry_t *
720 pmap_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
721 {
722         pdp_entry_t *pdpe;
723         pt_entry_t PG_V;
724
725         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
726         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
727         if (pdpe == NULL || (*pdpe & PG_V) == 0)
728                 return (NULL);
729         return (pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va));
730 }
731
732 /* Return a pointer to the PT slot that corresponds to a VA */
733 static __inline pt_entry_t *
734 pmap_pde_to_pte(pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
735 {
736         pt_entry_t *pte;
737
738         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pde & PG_FRAME);
739         return (&pte[pmap_pte_index(va)]);
740 }
741
742 /* Return a pointer to the PT slot that corresponds to a VA */
743 static __inline pt_entry_t *
744 pmap_pte(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
745 {
746         pd_entry_t *pde;
747         pt_entry_t PG_V;
748
749         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
750         pde = pmap_pde(pmap, va);
751         if (pde == NULL || (*pde & PG_V) == 0)
752                 return (NULL);
753         if ((*pde & PG_PS) != 0)        /* compat with i386 pmap_pte() */
754                 return ((pt_entry_t *)pde);
755         return (pmap_pde_to_pte(pde, va));
756 }
757
758 static __inline void
759 pmap_resident_count_inc(pmap_t pmap, int count)
760 {
761
762         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
763         pmap->pm_stats.resident_count += count;
764 }
765
766 static __inline void
767 pmap_resident_count_dec(pmap_t pmap, int count)
768 {
769
770         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
771         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count >= count,
772             ("pmap %p resident count underflow %ld %d", pmap,
773             pmap->pm_stats.resident_count, count));
774         pmap->pm_stats.resident_count -= count;
775 }
776
777 PMAP_INLINE pt_entry_t *
778 vtopte(vm_offset_t va)
779 {
780         u_int64_t mask = ((1ul << (NPTEPGSHIFT + NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT)) - 1);
781
782         KASSERT(va >= VM_MAXUSER_ADDRESS, ("vtopte on a uva/gpa 0x%0lx", va));
783
784         return (PTmap + ((va >> PAGE_SHIFT) & mask));
785 }
786
787 static __inline pd_entry_t *
788 vtopde(vm_offset_t va)
789 {
790         u_int64_t mask = ((1ul << (NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT)) - 1);
791
792         KASSERT(va >= VM_MAXUSER_ADDRESS, ("vtopde on a uva/gpa 0x%0lx", va));
793
794         return (PDmap + ((va >> PDRSHIFT) & mask));
795 }
796
797 static u_int64_t
798 allocpages(vm_paddr_t *firstaddr, int n)
799 {
800         u_int64_t ret;
801
802         ret = *firstaddr;
803         bzero((void *)ret, n * PAGE_SIZE);
804         *firstaddr += n * PAGE_SIZE;
805         return (ret);
806 }
807
808 CTASSERT(powerof2(NDMPML4E));
809
810 /* number of kernel PDP slots */
811 #define NKPDPE(ptpgs)           howmany(ptpgs, NPDEPG)
812
813 static void
814 nkpt_init(vm_paddr_t addr)
815 {
816         int pt_pages;
817         
818 #ifdef NKPT
819         pt_pages = NKPT;
820 #else
821         pt_pages = howmany(addr, 1 << PDRSHIFT);
822         pt_pages += NKPDPE(pt_pages);
823
824         /*
825          * Add some slop beyond the bare minimum required for bootstrapping
826          * the kernel.
827          *
828          * This is quite important when allocating KVA for kernel modules.
829          * The modules are required to be linked in the negative 2GB of
830          * the address space.  If we run out of KVA in this region then
831          * pmap_growkernel() will need to allocate page table pages to map
832          * the entire 512GB of KVA space which is an unnecessary tax on
833          * physical memory.
834          *
835          * Secondly, device memory mapped as part of setting up the low-
836          * level console(s) is taken from KVA, starting at virtual_avail.
837          * This is because cninit() is called after pmap_bootstrap() but
838          * before vm_init() and pmap_init(). 20MB for a frame buffer is
839          * not uncommon.
840          */
841         pt_pages += 32;         /* 64MB additional slop. */
842 #endif
843         nkpt = pt_pages;
844 }
845
846 static void
847 create_pagetables(vm_paddr_t *firstaddr)
848 {
849         int i, j, ndm1g, nkpdpe;
850         pt_entry_t *pt_p;
851         pd_entry_t *pd_p;
852         pdp_entry_t *pdp_p;
853         pml4_entry_t *p4_p;
854
855         /* Allocate page table pages for the direct map */
856         ndmpdp = howmany(ptoa(Maxmem), NBPDP);
857         if (ndmpdp < 4)         /* Minimum 4GB of dirmap */
858                 ndmpdp = 4;
859         ndmpdpphys = howmany(ndmpdp, NPDPEPG);
860         if (ndmpdpphys > NDMPML4E) {
861                 /*
862                  * Each NDMPML4E allows 512 GB, so limit to that,
863                  * and then readjust ndmpdp and ndmpdpphys.
864                  */
865                 printf("NDMPML4E limits system to %d GB\n", NDMPML4E * 512);
866                 Maxmem = atop(NDMPML4E * NBPML4);
867                 ndmpdpphys = NDMPML4E;
868                 ndmpdp = NDMPML4E * NPDEPG;
869         }
870         DMPDPphys = allocpages(firstaddr, ndmpdpphys);
871         ndm1g = 0;
872         if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0)
873                 ndm1g = ptoa(Maxmem) >> PDPSHIFT;
874         if (ndm1g < ndmpdp)
875                 DMPDphys = allocpages(firstaddr, ndmpdp - ndm1g);
876         dmaplimit = (vm_paddr_t)ndmpdp << PDPSHIFT;
877
878         /* Allocate pages */
879         KPML4phys = allocpages(firstaddr, 1);
880         KPDPphys = allocpages(firstaddr, NKPML4E);
881
882         /*
883          * Allocate the initial number of kernel page table pages required to
884          * bootstrap.  We defer this until after all memory-size dependent
885          * allocations are done (e.g. direct map), so that we don't have to
886          * build in too much slop in our estimate.
887          *
888          * Note that when NKPML4E > 1, we have an empty page underneath
889          * all but the KPML4I'th one, so we need NKPML4E-1 extra (zeroed)
890          * pages.  (pmap_enter requires a PD page to exist for each KPML4E.)
891          */
892         nkpt_init(*firstaddr);
893         nkpdpe = NKPDPE(nkpt);
894
895         KPTphys = allocpages(firstaddr, nkpt);
896         KPDphys = allocpages(firstaddr, nkpdpe);
897
898         /* Fill in the underlying page table pages */
899         /* Nominally read-only (but really R/W) from zero to physfree */
900         /* XXX not fully used, underneath 2M pages */
901         pt_p = (pt_entry_t *)KPTphys;
902         for (i = 0; ptoa(i) < *firstaddr; i++)
903                 pt_p[i] = ptoa(i) | X86_PG_RW | X86_PG_V | X86_PG_G;
904
905         /* Now map the page tables at their location within PTmap */
906         pd_p = (pd_entry_t *)KPDphys;
907         for (i = 0; i < nkpt; i++)
908                 pd_p[i] = (KPTphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW | X86_PG_V;
909
910         /* Map from zero to end of allocations under 2M pages */
911         /* This replaces some of the KPTphys entries above */
912         for (i = 0; (i << PDRSHIFT) < *firstaddr; i++)
913                 pd_p[i] = (i << PDRSHIFT) | X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_PS |
914                     X86_PG_G;
915
916         /* And connect up the PD to the PDP (leaving room for L4 pages) */
917         pdp_p = (pdp_entry_t *)(KPDPphys + ptoa(KPML4I - KPML4BASE));
918         for (i = 0; i < nkpdpe; i++)
919                 pdp_p[i + KPDPI] = (KPDphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW | X86_PG_V |
920                     PG_U;
921
922         /*
923          * Now, set up the direct map region using 2MB and/or 1GB pages.  If
924          * the end of physical memory is not aligned to a 1GB page boundary,
925          * then the residual physical memory is mapped with 2MB pages.  Later,
926          * if pmap_mapdev{_attr}() uses the direct map for non-write-back
927          * memory, pmap_change_attr() will demote any 2MB or 1GB page mappings
928          * that are partially used. 
929          */
930         pd_p = (pd_entry_t *)DMPDphys;
931         for (i = NPDEPG * ndm1g, j = 0; i < NPDEPG * ndmpdp; i++, j++) {
932                 pd_p[j] = (vm_paddr_t)i << PDRSHIFT;
933                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
934                 pd_p[j] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_PS | X86_PG_G |
935                     X86_PG_M | X86_PG_A;
936         }
937         pdp_p = (pdp_entry_t *)DMPDPphys;
938         for (i = 0; i < ndm1g; i++) {
939                 pdp_p[i] = (vm_paddr_t)i << PDPSHIFT;
940                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
941                 pdp_p[i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_PS | X86_PG_G |
942                     X86_PG_M | X86_PG_A;
943         }
944         for (j = 0; i < ndmpdp; i++, j++) {
945                 pdp_p[i] = DMPDphys + ptoa(j);
946                 pdp_p[i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_U;
947         }
948
949         /* And recursively map PML4 to itself in order to get PTmap */
950         p4_p = (pml4_entry_t *)KPML4phys;
951         p4_p[PML4PML4I] = KPML4phys;
952         p4_p[PML4PML4I] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_U;
953
954         /* Connect the Direct Map slot(s) up to the PML4. */
955         for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++) {
956                 p4_p[DMPML4I + i] = DMPDPphys + ptoa(i);
957                 p4_p[DMPML4I + i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_U;
958         }
959
960         /* Connect the KVA slots up to the PML4 */
961         for (i = 0; i < NKPML4E; i++) {
962                 p4_p[KPML4BASE + i] = KPDPphys + ptoa(i);
963                 p4_p[KPML4BASE + i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_U;
964         }
965 }
966
967 /*
968  *      Bootstrap the system enough to run with virtual memory.
969  *
970  *      On amd64 this is called after mapping has already been enabled
971  *      and just syncs the pmap module with what has already been done.
972  *      [We can't call it easily with mapping off since the kernel is not
973  *      mapped with PA == VA, hence we would have to relocate every address
974  *      from the linked base (virtual) address "KERNBASE" to the actual
975  *      (physical) address starting relative to 0]
976  */
977 void
978 pmap_bootstrap(vm_paddr_t *firstaddr)
979 {
980         vm_offset_t va;
981         pt_entry_t *pte;
982         int i;
983
984         /*
985          * Create an initial set of page tables to run the kernel in.
986          */
987         create_pagetables(firstaddr);
988
989         /*
990          * Add a physical memory segment (vm_phys_seg) corresponding to the
991          * preallocated kernel page table pages so that vm_page structures
992          * representing these pages will be created.  The vm_page structures
993          * are required for promotion of the corresponding kernel virtual
994          * addresses to superpage mappings.
995          */
996         vm_phys_add_seg(KPTphys, KPTphys + ptoa(nkpt));
997
998         virtual_avail = (vm_offset_t) KERNBASE + *firstaddr;
999         virtual_avail = pmap_kmem_choose(virtual_avail);
1000
1001         virtual_end = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS;
1002
1003
1004         /* XXX do %cr0 as well */
1005         load_cr4(rcr4() | CR4_PGE);
1006         load_cr3(KPML4phys);
1007         if (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_SMEP)
1008                 load_cr4(rcr4() | CR4_SMEP);
1009
1010         /*
1011          * Initialize the kernel pmap (which is statically allocated).
1012          */
1013         PMAP_LOCK_INIT(kernel_pmap);
1014         kernel_pmap->pm_pml4 = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(KPML4phys);
1015         kernel_pmap->pm_cr3 = KPML4phys;
1016         CPU_FILL(&kernel_pmap->pm_active);      /* don't allow deactivation */
1017         TAILQ_INIT(&kernel_pmap->pm_pvchunk);
1018         kernel_pmap->pm_flags = pmap_flags;
1019
1020         /*
1021          * Initialize the TLB invalidations generation number lock.
1022          */
1023         mtx_init(&invl_gen_mtx, "invlgn", NULL, MTX_DEF);
1024
1025         /*
1026          * Reserve some special page table entries/VA space for temporary
1027          * mapping of pages.
1028          */
1029 #define SYSMAP(c, p, v, n)      \
1030         v = (c)va; va += ((n)*PAGE_SIZE); p = pte; pte += (n);
1031
1032         va = virtual_avail;
1033         pte = vtopte(va);
1034
1035         /*
1036          * Crashdump maps.  The first page is reused as CMAP1 for the
1037          * memory test.
1038          */
1039         SYSMAP(caddr_t, CMAP1, crashdumpmap, MAXDUMPPGS)
1040         CADDR1 = crashdumpmap;
1041
1042         virtual_avail = va;
1043
1044         /* Initialize the PAT MSR. */
1045         pmap_init_pat();
1046
1047         /* Initialize TLB Context Id. */
1048         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.pcid_enabled", &pmap_pcid_enabled);
1049         if ((cpu_feature2 & CPUID2_PCID) != 0 && pmap_pcid_enabled) {
1050                 /* Check for INVPCID support */
1051                 invpcid_works = (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_INVPCID)
1052                     != 0;
1053                 for (i = 0; i < MAXCPU; i++) {
1054                         kernel_pmap->pm_pcids[i].pm_pcid = PMAP_PCID_KERN;
1055                         kernel_pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 1;
1056                 }
1057                 __pcpu[0].pc_pcid_next = PMAP_PCID_KERN + 1;
1058                 __pcpu[0].pc_pcid_gen = 1;
1059                 /*
1060                  * pcpu area for APs is zeroed during AP startup.
1061                  * pc_pcid_next and pc_pcid_gen are initialized by AP
1062                  * during pcpu setup.
1063                  */
1064                 load_cr4(rcr4() | CR4_PCIDE);
1065         } else {
1066                 pmap_pcid_enabled = 0;
1067         }
1068 }
1069
1070 /*
1071  * Setup the PAT MSR.
1072  */
1073 void
1074 pmap_init_pat(void)
1075 {
1076         int pat_table[PAT_INDEX_SIZE];
1077         uint64_t pat_msr;
1078         u_long cr0, cr4;
1079         int i;
1080
1081         /* Bail if this CPU doesn't implement PAT. */
1082         if ((cpu_feature & CPUID_PAT) == 0)
1083                 panic("no PAT??");
1084
1085         /* Set default PAT index table. */
1086         for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
1087                 pat_table[i] = -1;
1088         pat_table[PAT_WRITE_BACK] = 0;
1089         pat_table[PAT_WRITE_THROUGH] = 1;
1090         pat_table[PAT_UNCACHEABLE] = 3;
1091         pat_table[PAT_WRITE_COMBINING] = 3;
1092         pat_table[PAT_WRITE_PROTECTED] = 3;
1093         pat_table[PAT_UNCACHED] = 3;
1094
1095         /* Initialize default PAT entries. */
1096         pat_msr = PAT_VALUE(0, PAT_WRITE_BACK) |
1097             PAT_VALUE(1, PAT_WRITE_THROUGH) |
1098             PAT_VALUE(2, PAT_UNCACHED) |
1099             PAT_VALUE(3, PAT_UNCACHEABLE) |
1100             PAT_VALUE(4, PAT_WRITE_BACK) |
1101             PAT_VALUE(5, PAT_WRITE_THROUGH) |
1102             PAT_VALUE(6, PAT_UNCACHED) |
1103             PAT_VALUE(7, PAT_UNCACHEABLE);
1104
1105         if (pat_works) {
1106                 /*
1107                  * Leave the indices 0-3 at the default of WB, WT, UC-, and UC.
1108                  * Program 5 and 6 as WP and WC.
1109                  * Leave 4 and 7 as WB and UC.
1110                  */
1111                 pat_msr &= ~(PAT_MASK(5) | PAT_MASK(6));
1112                 pat_msr |= PAT_VALUE(5, PAT_WRITE_PROTECTED) |
1113                     PAT_VALUE(6, PAT_WRITE_COMBINING);
1114                 pat_table[PAT_UNCACHED] = 2;
1115                 pat_table[PAT_WRITE_PROTECTED] = 5;
1116                 pat_table[PAT_WRITE_COMBINING] = 6;
1117         } else {
1118                 /*
1119                  * Just replace PAT Index 2 with WC instead of UC-.
1120                  */
1121                 pat_msr &= ~PAT_MASK(2);
1122                 pat_msr |= PAT_VALUE(2, PAT_WRITE_COMBINING);
1123                 pat_table[PAT_WRITE_COMBINING] = 2;
1124         }
1125
1126         /* Disable PGE. */
1127         cr4 = rcr4();
1128         load_cr4(cr4 & ~CR4_PGE);
1129
1130         /* Disable caches (CD = 1, NW = 0). */
1131         cr0 = rcr0();
1132         load_cr0((cr0 & ~CR0_NW) | CR0_CD);
1133
1134         /* Flushes caches and TLBs. */
1135         wbinvd();
1136         invltlb();
1137
1138         /* Update PAT and index table. */
1139         wrmsr(MSR_PAT, pat_msr);
1140         for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
1141                 pat_index[i] = pat_table[i];
1142
1143         /* Flush caches and TLBs again. */
1144         wbinvd();
1145         invltlb();
1146
1147         /* Restore caches and PGE. */
1148         load_cr0(cr0);
1149         load_cr4(cr4);
1150 }
1151
1152 /*
1153  *      Initialize a vm_page's machine-dependent fields.
1154  */
1155 void
1156 pmap_page_init(vm_page_t m)
1157 {
1158
1159         TAILQ_INIT(&m->md.pv_list);
1160         m->md.pat_mode = PAT_WRITE_BACK;
1161 }
1162
1163 /*
1164  *      Initialize the pmap module.
1165  *      Called by vm_init, to initialize any structures that the pmap
1166  *      system needs to map virtual memory.
1167  */
1168 void
1169 pmap_init(void)
1170 {
1171         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
1172         vm_page_t mpte;
1173         vm_size_t s;
1174         int error, i, pv_npg;
1175
1176         /*
1177          * Initialize the vm page array entries for the kernel pmap's
1178          * page table pages.
1179          */ 
1180         for (i = 0; i < nkpt; i++) {
1181                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(KPTphys + (i << PAGE_SHIFT));
1182                 KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
1183                     mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
1184                     ("pmap_init: page table page is out of range"));
1185                 mpte->pindex = pmap_pde_pindex(KERNBASE) + i;
1186                 mpte->phys_addr = KPTphys + (i << PAGE_SHIFT);
1187         }
1188
1189         /*
1190          * If the kernel is running on a virtual machine, then it must assume
1191          * that MCA is enabled by the hypervisor.  Moreover, the kernel must
1192          * be prepared for the hypervisor changing the vendor and family that
1193          * are reported by CPUID.  Consequently, the workaround for AMD Family
1194          * 10h Erratum 383 is enabled if the processor's feature set does not
1195          * include at least one feature that is only supported by older Intel
1196          * or newer AMD processors.
1197          */
1198         if (vm_guest != VM_GUEST_NO && (cpu_feature & CPUID_SS) == 0 &&
1199             (cpu_feature2 & (CPUID2_SSSE3 | CPUID2_SSE41 | CPUID2_AESNI |
1200             CPUID2_AVX | CPUID2_XSAVE)) == 0 && (amd_feature2 & (AMDID2_XOP |
1201             AMDID2_FMA4)) == 0)
1202                 workaround_erratum383 = 1;
1203
1204         /*
1205          * Are large page mappings enabled?
1206          */
1207         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.pg_ps_enabled", &pg_ps_enabled);
1208         if (pg_ps_enabled) {
1209                 KASSERT(MAXPAGESIZES > 1 && pagesizes[1] == 0,
1210                     ("pmap_init: can't assign to pagesizes[1]"));
1211                 pagesizes[1] = NBPDR;
1212         }
1213
1214         /*
1215          * Initialize the pv chunk list mutex.
1216          */
1217         mtx_init(&pv_chunks_mutex, "pmap pv chunk list", NULL, MTX_DEF);
1218
1219         /*
1220          * Initialize the pool of pv list locks.
1221          */
1222         for (i = 0; i < NPV_LIST_LOCKS; i++)
1223                 rw_init(&pv_list_locks[i], "pmap pv list");
1224
1225         /*
1226          * Calculate the size of the pv head table for superpages.
1227          */
1228         pv_npg = howmany(vm_phys_segs[vm_phys_nsegs - 1].end, NBPDR);
1229
1230         /*
1231          * Allocate memory for the pv head table for superpages.
1232          */
1233         s = (vm_size_t)(pv_npg * sizeof(struct md_page));
1234         s = round_page(s);
1235         pv_table = (struct md_page *)kmem_malloc(kernel_arena, s,
1236             M_WAITOK | M_ZERO);
1237         for (i = 0; i < pv_npg; i++)
1238                 TAILQ_INIT(&pv_table[i].pv_list);
1239         TAILQ_INIT(&pv_dummy.pv_list);
1240
1241         pmap_initialized = 1;
1242         for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
1243                 ppim = pmap_preinit_mapping + i;
1244                 if (ppim->va == 0)
1245                         continue;
1246                 /* Make the direct map consistent */
1247                 if (ppim->pa < dmaplimit && ppim->pa + ppim->sz < dmaplimit) {
1248                         (void)pmap_change_attr(PHYS_TO_DMAP(ppim->pa),
1249                             ppim->sz, ppim->mode);
1250                 }
1251                 if (!bootverbose)
1252                         continue;
1253                 printf("PPIM %u: PA=%#lx, VA=%#lx, size=%#lx, mode=%#x\n", i,
1254                     ppim->pa, ppim->va, ppim->sz, ppim->mode);
1255         }
1256
1257         mtx_init(&qframe_mtx, "qfrmlk", NULL, MTX_SPIN);
1258         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE, M_BESTFIT | M_WAITOK,
1259             (vmem_addr_t *)&qframe);
1260         if (error != 0)
1261                 panic("qframe allocation failed");
1262 }
1263
1264 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, pde, CTLFLAG_RD, 0,
1265     "2MB page mapping counters");
1266
1267 static u_long pmap_pde_demotions;
1268 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
1269     &pmap_pde_demotions, 0, "2MB page demotions");
1270
1271 static u_long pmap_pde_mappings;
1272 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, mappings, CTLFLAG_RD,
1273     &pmap_pde_mappings, 0, "2MB page mappings");
1274
1275 static u_long pmap_pde_p_failures;
1276 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, p_failures, CTLFLAG_RD,
1277     &pmap_pde_p_failures, 0, "2MB page promotion failures");
1278
1279 static u_long pmap_pde_promotions;
1280 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, promotions, CTLFLAG_RD,
1281     &pmap_pde_promotions, 0, "2MB page promotions");
1282
1283 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, pdpe, CTLFLAG_RD, 0,
1284     "1GB page mapping counters");
1285
1286 static u_long pmap_pdpe_demotions;
1287 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pdpe, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
1288     &pmap_pdpe_demotions, 0, "1GB page demotions");
1289
1290 /***************************************************
1291  * Low level helper routines.....
1292  ***************************************************/
1293
1294 static pt_entry_t
1295 pmap_swap_pat(pmap_t pmap, pt_entry_t entry)
1296 {
1297         int x86_pat_bits = X86_PG_PTE_PAT | X86_PG_PDE_PAT;
1298
1299         switch (pmap->pm_type) {
1300         case PT_X86:
1301         case PT_RVI:
1302                 /* Verify that both PAT bits are not set at the same time */
1303                 KASSERT((entry & x86_pat_bits) != x86_pat_bits,
1304                     ("Invalid PAT bits in entry %#lx", entry));
1305
1306                 /* Swap the PAT bits if one of them is set */
1307                 if ((entry & x86_pat_bits) != 0)
1308                         entry ^= x86_pat_bits;
1309                 break;
1310         case PT_EPT:
1311                 /*
1312                  * Nothing to do - the memory attributes are represented
1313                  * the same way for regular pages and superpages.
1314                  */
1315                 break;
1316         default:
1317                 panic("pmap_switch_pat_bits: bad pm_type %d", pmap->pm_type);
1318         }
1319
1320         return (entry);
1321 }
1322
1323 /*
1324  * Determine the appropriate bits to set in a PTE or PDE for a specified
1325  * caching mode.
1326  */
1327 static int
1328 pmap_cache_bits(pmap_t pmap, int mode, boolean_t is_pde)
1329 {
1330         int cache_bits, pat_flag, pat_idx;
1331
1332         if (mode < 0 || mode >= PAT_INDEX_SIZE || pat_index[mode] < 0)
1333                 panic("Unknown caching mode %d\n", mode);
1334
1335         switch (pmap->pm_type) {
1336         case PT_X86:
1337         case PT_RVI:
1338                 /* The PAT bit is different for PTE's and PDE's. */
1339                 pat_flag = is_pde ? X86_PG_PDE_PAT : X86_PG_PTE_PAT;
1340
1341                 /* Map the caching mode to a PAT index. */
1342                 pat_idx = pat_index[mode];
1343
1344                 /* Map the 3-bit index value into the PAT, PCD, and PWT bits. */
1345                 cache_bits = 0;
1346                 if (pat_idx & 0x4)
1347                         cache_bits |= pat_flag;
1348                 if (pat_idx & 0x2)
1349                         cache_bits |= PG_NC_PCD;
1350                 if (pat_idx & 0x1)
1351                         cache_bits |= PG_NC_PWT;
1352                 break;
1353
1354         case PT_EPT:
1355                 cache_bits = EPT_PG_IGNORE_PAT | EPT_PG_MEMORY_TYPE(mode);
1356                 break;
1357
1358         default:
1359                 panic("unsupported pmap type %d", pmap->pm_type);
1360         }
1361
1362         return (cache_bits);
1363 }
1364
1365 static int
1366 pmap_cache_mask(pmap_t pmap, boolean_t is_pde)
1367 {
1368         int mask;
1369
1370         switch (pmap->pm_type) {
1371         case PT_X86:
1372         case PT_RVI:
1373                 mask = is_pde ? X86_PG_PDE_CACHE : X86_PG_PTE_CACHE;
1374                 break;
1375         case PT_EPT:
1376                 mask = EPT_PG_IGNORE_PAT | EPT_PG_MEMORY_TYPE(0x7);
1377                 break;
1378         default:
1379                 panic("pmap_cache_mask: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
1380         }
1381
1382         return (mask);
1383 }
1384
1385 static __inline boolean_t
1386 pmap_ps_enabled(pmap_t pmap)
1387 {
1388
1389         return (pg_ps_enabled && (pmap->pm_flags & PMAP_PDE_SUPERPAGE) != 0);
1390 }
1391
1392 static void
1393 pmap_update_pde_store(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
1394 {
1395
1396         switch (pmap->pm_type) {
1397         case PT_X86:
1398                 break;
1399         case PT_RVI:
1400         case PT_EPT:
1401                 /*
1402                  * XXX
1403                  * This is a little bogus since the generation number is
1404                  * supposed to be bumped up when a region of the address
1405                  * space is invalidated in the page tables.
1406                  *
1407                  * In this case the old PDE entry is valid but yet we want
1408                  * to make sure that any mappings using the old entry are
1409                  * invalidated in the TLB.
1410                  *
1411                  * The reason this works as expected is because we rendezvous
1412                  * "all" host cpus and force any vcpu context to exit as a
1413                  * side-effect.
1414                  */
1415                 atomic_add_acq_long(&pmap->pm_eptgen, 1);
1416                 break;
1417         default:
1418                 panic("pmap_update_pde_store: bad pm_type %d", pmap->pm_type);
1419         }
1420         pde_store(pde, newpde);
1421 }
1422
1423 /*
1424  * After changing the page size for the specified virtual address in the page
1425  * table, flush the corresponding entries from the processor's TLB.  Only the
1426  * calling processor's TLB is affected.
1427  *
1428  * The calling thread must be pinned to a processor.
1429  */
1430 static void
1431 pmap_update_pde_invalidate(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t newpde)
1432 {
1433         pt_entry_t PG_G;
1434
1435         if (pmap_type_guest(pmap))
1436                 return;
1437
1438         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
1439             ("pmap_update_pde_invalidate: invalid type %d", pmap->pm_type));
1440
1441         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
1442
1443         if ((newpde & PG_PS) == 0)
1444                 /* Demotion: flush a specific 2MB page mapping. */
1445                 invlpg(va);
1446         else if ((newpde & PG_G) == 0)
1447                 /*
1448                  * Promotion: flush every 4KB page mapping from the TLB
1449                  * because there are too many to flush individually.
1450                  */
1451                 invltlb();
1452         else {
1453                 /*
1454                  * Promotion: flush every 4KB page mapping from the TLB,
1455                  * including any global (PG_G) mappings.
1456                  */
1457                 invltlb_glob();
1458         }
1459 }
1460 #ifdef SMP
1461
1462 /*
1463  * For SMP, these functions have to use the IPI mechanism for coherence.
1464  *
1465  * N.B.: Before calling any of the following TLB invalidation functions,
1466  * the calling processor must ensure that all stores updating a non-
1467  * kernel page table are globally performed.  Otherwise, another
1468  * processor could cache an old, pre-update entry without being
1469  * invalidated.  This can happen one of two ways: (1) The pmap becomes
1470  * active on another processor after its pm_active field is checked by
1471  * one of the following functions but before a store updating the page
1472  * table is globally performed. (2) The pmap becomes active on another
1473  * processor before its pm_active field is checked but due to
1474  * speculative loads one of the following functions stills reads the
1475  * pmap as inactive on the other processor.
1476  * 
1477  * The kernel page table is exempt because its pm_active field is
1478  * immutable.  The kernel page table is always active on every
1479  * processor.
1480  */
1481
1482 /*
1483  * Interrupt the cpus that are executing in the guest context.
1484  * This will force the vcpu to exit and the cached EPT mappings
1485  * will be invalidated by the host before the next vmresume.
1486  */
1487 static __inline void
1488 pmap_invalidate_ept(pmap_t pmap)
1489 {
1490         int ipinum;
1491
1492         sched_pin();
1493         KASSERT(!CPU_ISSET(curcpu, &pmap->pm_active),
1494             ("pmap_invalidate_ept: absurd pm_active"));
1495
1496         /*
1497          * The TLB mappings associated with a vcpu context are not
1498          * flushed each time a different vcpu is chosen to execute.
1499          *
1500          * This is in contrast with a process's vtop mappings that
1501          * are flushed from the TLB on each context switch.
1502          *
1503          * Therefore we need to do more than just a TLB shootdown on
1504          * the active cpus in 'pmap->pm_active'. To do this we keep
1505          * track of the number of invalidations performed on this pmap.
1506          *
1507          * Each vcpu keeps a cache of this counter and compares it
1508          * just before a vmresume. If the counter is out-of-date an
1509          * invept will be done to flush stale mappings from the TLB.
1510          */
1511         atomic_add_acq_long(&pmap->pm_eptgen, 1);
1512
1513         /*
1514          * Force the vcpu to exit and trap back into the hypervisor.
1515          */
1516         ipinum = pmap->pm_flags & PMAP_NESTED_IPIMASK;
1517         ipi_selected(pmap->pm_active, ipinum);
1518         sched_unpin();
1519 }
1520
1521 void
1522 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1523 {
1524         cpuset_t *mask;
1525         u_int cpuid, i;
1526
1527         if (pmap_type_guest(pmap)) {
1528                 pmap_invalidate_ept(pmap);
1529                 return;
1530         }
1531
1532         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
1533             ("pmap_invalidate_page: invalid type %d", pmap->pm_type));
1534
1535         sched_pin();
1536         if (pmap == kernel_pmap) {
1537                 invlpg(va);
1538                 mask = &all_cpus;
1539         } else {
1540                 cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1541                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap))
1542                         invlpg(va);
1543                 else if (pmap_pcid_enabled)
1544                         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = 0;
1545                 if (pmap_pcid_enabled) {
1546                         CPU_FOREACH(i) {
1547                                 if (cpuid != i)
1548                                         pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
1549                         }
1550                 }
1551                 mask = &pmap->pm_active;
1552         }
1553         smp_masked_invlpg(*mask, va);
1554         sched_unpin();
1555 }
1556
1557 /* 4k PTEs -- Chosen to exceed the total size of Broadwell L2 TLB */
1558 #define PMAP_INVLPG_THRESHOLD   (4 * 1024 * PAGE_SIZE)
1559
1560 void
1561 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
1562 {
1563         cpuset_t *mask;
1564         vm_offset_t addr;
1565         u_int cpuid, i;
1566
1567         if (eva - sva >= PMAP_INVLPG_THRESHOLD) {
1568                 pmap_invalidate_all(pmap);
1569                 return;
1570         }
1571
1572         if (pmap_type_guest(pmap)) {
1573                 pmap_invalidate_ept(pmap);
1574                 return;
1575         }
1576
1577         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
1578             ("pmap_invalidate_range: invalid type %d", pmap->pm_type));
1579
1580         sched_pin();
1581         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1582         if (pmap == kernel_pmap) {
1583                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
1584                         invlpg(addr);
1585                 mask = &all_cpus;
1586         } else {
1587                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
1588                         for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
1589                                 invlpg(addr);
1590                 } else if (pmap_pcid_enabled) {
1591                         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = 0;
1592                 }
1593                 if (pmap_pcid_enabled) {
1594                         CPU_FOREACH(i) {
1595                                 if (cpuid != i)
1596                                         pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
1597                         }
1598                 }
1599                 mask = &pmap->pm_active;
1600         }
1601         smp_masked_invlpg_range(*mask, sva, eva);
1602         sched_unpin();
1603 }
1604
1605 void
1606 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
1607 {
1608         cpuset_t *mask;
1609         struct invpcid_descr d;
1610         u_int cpuid, i;
1611
1612         if (pmap_type_guest(pmap)) {
1613                 pmap_invalidate_ept(pmap);
1614                 return;
1615         }
1616
1617         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
1618             ("pmap_invalidate_all: invalid type %d", pmap->pm_type));
1619
1620         sched_pin();
1621         if (pmap == kernel_pmap) {
1622                 if (pmap_pcid_enabled && invpcid_works) {
1623                         bzero(&d, sizeof(d));
1624                         invpcid(&d, INVPCID_CTXGLOB);
1625                 } else {
1626                         invltlb_glob();
1627                 }
1628                 mask = &all_cpus;
1629         } else {
1630                 cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1631                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
1632                         if (pmap_pcid_enabled) {
1633                                 if (invpcid_works) {
1634                                         d.pcid = pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
1635                                         d.pad = 0;
1636                                         d.addr = 0;
1637                                         invpcid(&d, INVPCID_CTX);
1638                                 } else {
1639                                         load_cr3(pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids
1640                                             [PCPU_GET(cpuid)].pm_pcid);
1641                                 }
1642                         } else {
1643                                 invltlb();
1644                         }
1645                 } else if (pmap_pcid_enabled) {
1646                         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = 0;
1647                 }
1648                 if (pmap_pcid_enabled) {
1649                         CPU_FOREACH(i) {
1650                                 if (cpuid != i)
1651                                         pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
1652                         }
1653                 }
1654                 mask = &pmap->pm_active;
1655         }
1656         smp_masked_invltlb(*mask, pmap);
1657         sched_unpin();
1658 }
1659
1660 void
1661 pmap_invalidate_cache(void)
1662 {
1663
1664         sched_pin();
1665         wbinvd();
1666         smp_cache_flush();
1667         sched_unpin();
1668 }
1669
1670 struct pde_action {
1671         cpuset_t invalidate;    /* processors that invalidate their TLB */
1672         pmap_t pmap;
1673         vm_offset_t va;
1674         pd_entry_t *pde;
1675         pd_entry_t newpde;
1676         u_int store;            /* processor that updates the PDE */
1677 };
1678
1679 static void
1680 pmap_update_pde_action(void *arg)
1681 {
1682         struct pde_action *act = arg;
1683
1684         if (act->store == PCPU_GET(cpuid))
1685                 pmap_update_pde_store(act->pmap, act->pde, act->newpde);
1686 }
1687
1688 static void
1689 pmap_update_pde_teardown(void *arg)
1690 {
1691         struct pde_action *act = arg;
1692
1693         if (CPU_ISSET(PCPU_GET(cpuid), &act->invalidate))
1694                 pmap_update_pde_invalidate(act->pmap, act->va, act->newpde);
1695 }
1696
1697 /*
1698  * Change the page size for the specified virtual address in a way that
1699  * prevents any possibility of the TLB ever having two entries that map the
1700  * same virtual address using different page sizes.  This is the recommended
1701  * workaround for Erratum 383 on AMD Family 10h processors.  It prevents a
1702  * machine check exception for a TLB state that is improperly diagnosed as a
1703  * hardware error.
1704  */
1705 static void
1706 pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
1707 {
1708         struct pde_action act;
1709         cpuset_t active, other_cpus;
1710         u_int cpuid;
1711
1712         sched_pin();
1713         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1714         other_cpus = all_cpus;
1715         CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
1716         if (pmap == kernel_pmap || pmap_type_guest(pmap)) 
1717                 active = all_cpus;
1718         else {
1719                 active = pmap->pm_active;
1720         }
1721         if (CPU_OVERLAP(&active, &other_cpus)) { 
1722                 act.store = cpuid;
1723                 act.invalidate = active;
1724                 act.va = va;
1725                 act.pmap = pmap;
1726                 act.pde = pde;
1727                 act.newpde = newpde;
1728                 CPU_SET(cpuid, &active);
1729                 smp_rendezvous_cpus(active,
1730                     smp_no_rendevous_barrier, pmap_update_pde_action,
1731                     pmap_update_pde_teardown, &act);
1732         } else {
1733                 pmap_update_pde_store(pmap, pde, newpde);
1734                 if (CPU_ISSET(cpuid, &active))
1735                         pmap_update_pde_invalidate(pmap, va, newpde);
1736         }
1737         sched_unpin();
1738 }
1739 #else /* !SMP */
1740 /*
1741  * Normal, non-SMP, invalidation functions.
1742  */
1743 void
1744 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1745 {
1746
1747         if (pmap->pm_type == PT_RVI || pmap->pm_type == PT_EPT) {
1748                 pmap->pm_eptgen++;
1749                 return;
1750         }
1751         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
1752             ("pmap_invalidate_range: unknown type %d", pmap->pm_type));
1753
1754         if (pmap == kernel_pmap || pmap == PCPU_GET(curpmap))
1755                 invlpg(va);
1756         else if (pmap_pcid_enabled)
1757                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
1758 }
1759
1760 void
1761 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
1762 {
1763         vm_offset_t addr;
1764
1765         if (pmap->pm_type == PT_RVI || pmap->pm_type == PT_EPT) {
1766                 pmap->pm_eptgen++;
1767                 return;
1768         }
1769         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
1770             ("pmap_invalidate_range: unknown type %d", pmap->pm_type));
1771
1772         if (pmap == kernel_pmap || pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
1773                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
1774                         invlpg(addr);
1775         } else if (pmap_pcid_enabled) {
1776                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
1777         }
1778 }
1779
1780 void
1781 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
1782 {
1783         struct invpcid_descr d;
1784
1785         if (pmap->pm_type == PT_RVI || pmap->pm_type == PT_EPT) {
1786                 pmap->pm_eptgen++;
1787                 return;
1788         }
1789         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
1790             ("pmap_invalidate_all: unknown type %d", pmap->pm_type));
1791
1792         if (pmap == kernel_pmap) {
1793                 if (pmap_pcid_enabled && invpcid_works) {
1794                         bzero(&d, sizeof(d));
1795                         invpcid(&d, INVPCID_CTXGLOB);
1796                 } else {
1797                         invltlb_glob();
1798                 }
1799         } else if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
1800                 if (pmap_pcid_enabled) {
1801                         if (invpcid_works) {
1802                                 d.pcid = pmap->pm_pcids[0].pm_pcid;
1803                                 d.pad = 0;
1804                                 d.addr = 0;
1805                                 invpcid(&d, INVPCID_CTX);
1806                         } else {
1807                                 load_cr3(pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[0].
1808                                     pm_pcid);
1809                         }
1810                 } else {
1811                         invltlb();
1812                 }
1813         } else if (pmap_pcid_enabled) {
1814                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
1815         }
1816 }
1817
1818 PMAP_INLINE void
1819 pmap_invalidate_cache(void)
1820 {
1821
1822         wbinvd();
1823 }
1824
1825 static void
1826 pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
1827 {
1828
1829         pmap_update_pde_store(pmap, pde, newpde);
1830         if (pmap == kernel_pmap || pmap == PCPU_GET(curpmap))
1831                 pmap_update_pde_invalidate(pmap, va, newpde);
1832         else
1833                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
1834 }
1835 #endif /* !SMP */
1836
1837 #define PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD   (2 * 1024 * 1024)
1838
1839 void
1840 pmap_invalidate_cache_range(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, boolean_t force)
1841 {
1842
1843         if (force) {
1844                 sva &= ~(vm_offset_t)cpu_clflush_line_size;
1845         } else {
1846                 KASSERT((sva & PAGE_MASK) == 0,
1847                     ("pmap_invalidate_cache_range: sva not page-aligned"));
1848                 KASSERT((eva & PAGE_MASK) == 0,
1849                     ("pmap_invalidate_cache_range: eva not page-aligned"));
1850         }
1851
1852         if ((cpu_feature & CPUID_SS) != 0 && !force)
1853                 ; /* If "Self Snoop" is supported and allowed, do nothing. */
1854         else if ((cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT) != 0 &&
1855             eva - sva < PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD) {
1856                 /*
1857                  * XXX: Some CPUs fault, hang, or trash the local APIC
1858                  * registers if we use CLFLUSH on the local APIC
1859                  * range.  The local APIC is always uncached, so we
1860                  * don't need to flush for that range anyway.
1861                  */
1862                 if (pmap_kextract(sva) == lapic_paddr)
1863                         return;
1864
1865                 /*
1866                  * Otherwise, do per-cache line flush.  Use the mfence
1867                  * instruction to insure that previous stores are
1868                  * included in the write-back.  The processor
1869                  * propagates flush to other processors in the cache
1870                  * coherence domain.
1871                  */
1872                 mfence();
1873                 for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size)
1874                         clflushopt(sva);
1875                 mfence();
1876         } else if ((cpu_feature & CPUID_CLFSH) != 0 &&
1877             eva - sva < PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD) {
1878                 if (pmap_kextract(sva) == lapic_paddr)
1879                         return;
1880                 /*
1881                  * Writes are ordered by CLFLUSH on Intel CPUs.
1882                  */
1883                 if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
1884                         mfence();
1885                 for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size)
1886                         clflush(sva);
1887                 if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
1888                         mfence();
1889         } else {
1890
1891                 /*
1892                  * No targeted cache flush methods are supported by CPU,
1893                  * or the supplied range is bigger than 2MB.
1894                  * Globally invalidate cache.
1895                  */
1896                 pmap_invalidate_cache();
1897         }
1898 }
1899
1900 /*
1901  * Remove the specified set of pages from the data and instruction caches.
1902  *
1903  * In contrast to pmap_invalidate_cache_range(), this function does not
1904  * rely on the CPU's self-snoop feature, because it is intended for use
1905  * when moving pages into a different cache domain.
1906  */
1907 void
1908 pmap_invalidate_cache_pages(vm_page_t *pages, int count)
1909 {
1910         vm_offset_t daddr, eva;
1911         int i;
1912         bool useclflushopt;
1913
1914         useclflushopt = (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT) != 0;
1915         if (count >= PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD / PAGE_SIZE ||
1916             ((cpu_feature & CPUID_CLFSH) == 0 && !useclflushopt))
1917                 pmap_invalidate_cache();
1918         else {
1919                 if (useclflushopt || cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
1920                         mfence();
1921                 for (i = 0; i < count; i++) {
1922                         daddr = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pages[i]));
1923                         eva = daddr + PAGE_SIZE;
1924                         for (; daddr < eva; daddr += cpu_clflush_line_size) {
1925                                 if (useclflushopt)
1926                                         clflushopt(daddr);
1927                                 else
1928                                         clflush(daddr);
1929                         }
1930                 }
1931                 if (useclflushopt || cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
1932                         mfence();
1933         }
1934 }
1935
1936 /*
1937  *      Routine:        pmap_extract
1938  *      Function:
1939  *              Extract the physical page address associated
1940  *              with the given map/virtual_address pair.
1941  */
1942 vm_paddr_t 
1943 pmap_extract(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1944 {
1945         pdp_entry_t *pdpe;
1946         pd_entry_t *pde;
1947         pt_entry_t *pte, PG_V;
1948         vm_paddr_t pa;
1949
1950         pa = 0;
1951         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
1952         PMAP_LOCK(pmap);
1953         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
1954         if (pdpe != NULL && (*pdpe & PG_V) != 0) {
1955                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0)
1956                         pa = (*pdpe & PG_PS_FRAME) | (va & PDPMASK);
1957                 else {
1958                         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
1959                         if ((*pde & PG_V) != 0) {
1960                                 if ((*pde & PG_PS) != 0) {
1961                                         pa = (*pde & PG_PS_FRAME) |
1962                                             (va & PDRMASK);
1963                                 } else {
1964                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
1965                                         pa = (*pte & PG_FRAME) |
1966                                             (va & PAGE_MASK);
1967                                 }
1968                         }
1969                 }
1970         }
1971         PMAP_UNLOCK(pmap);
1972         return (pa);
1973 }
1974
1975 /*
1976  *      Routine:        pmap_extract_and_hold
1977  *      Function:
1978  *              Atomically extract and hold the physical page
1979  *              with the given pmap and virtual address pair
1980  *              if that mapping permits the given protection.
1981  */
1982 vm_page_t
1983 pmap_extract_and_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_prot_t prot)
1984 {
1985         pd_entry_t pde, *pdep;
1986         pt_entry_t pte, PG_RW, PG_V;
1987         vm_paddr_t pa;
1988         vm_page_t m;
1989
1990         pa = 0;
1991         m = NULL;
1992         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
1993         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
1994         PMAP_LOCK(pmap);
1995 retry:
1996         pdep = pmap_pde(pmap, va);
1997         if (pdep != NULL && (pde = *pdep)) {
1998                 if (pde & PG_PS) {
1999                         if ((pde & PG_RW) || (prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
2000                                 if (vm_page_pa_tryrelock(pmap, (pde &
2001                                     PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK), &pa))
2002                                         goto retry;
2003                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE((pde & PG_PS_FRAME) |
2004                                     (va & PDRMASK));
2005                                 vm_page_hold(m);
2006                         }
2007                 } else {
2008                         pte = *pmap_pde_to_pte(pdep, va);
2009                         if ((pte & PG_V) &&
2010                             ((pte & PG_RW) || (prot & VM_PROT_WRITE) == 0)) {
2011                                 if (vm_page_pa_tryrelock(pmap, pte & PG_FRAME,
2012                                     &pa))
2013                                         goto retry;
2014                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pte & PG_FRAME);
2015                                 vm_page_hold(m);
2016                         }
2017                 }
2018         }
2019         PA_UNLOCK_COND(pa);
2020         PMAP_UNLOCK(pmap);
2021         return (m);
2022 }
2023
2024 vm_paddr_t
2025 pmap_kextract(vm_offset_t va)
2026 {
2027         pd_entry_t pde;
2028         vm_paddr_t pa;
2029
2030         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS) {
2031                 pa = DMAP_TO_PHYS(va);
2032         } else {
2033                 pde = *vtopde(va);
2034                 if (pde & PG_PS) {
2035                         pa = (pde & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK);
2036                 } else {
2037                         /*
2038                          * Beware of a concurrent promotion that changes the
2039                          * PDE at this point!  For example, vtopte() must not
2040                          * be used to access the PTE because it would use the
2041                          * new PDE.  It is, however, safe to use the old PDE
2042                          * because the page table page is preserved by the
2043                          * promotion.
2044                          */
2045                         pa = *pmap_pde_to_pte(&pde, va);
2046                         pa = (pa & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK);
2047                 }
2048         }
2049         return (pa);
2050 }
2051
2052 /***************************************************
2053  * Low level mapping routines.....
2054  ***************************************************/
2055
2056 /*
2057  * Add a wired page to the kva.
2058  * Note: not SMP coherent.
2059  */
2060 PMAP_INLINE void 
2061 pmap_kenter(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
2062 {
2063         pt_entry_t *pte;
2064
2065         pte = vtopte(va);
2066         pte_store(pte, pa | X86_PG_RW | X86_PG_V | X86_PG_G);
2067 }
2068
2069 static __inline void
2070 pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode)
2071 {
2072         pt_entry_t *pte;
2073         int cache_bits;
2074
2075         pte = vtopte(va);
2076         cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, 0);
2077         pte_store(pte, pa | X86_PG_RW | X86_PG_V | X86_PG_G | cache_bits);
2078 }
2079
2080 /*
2081  * Remove a page from the kernel pagetables.
2082  * Note: not SMP coherent.
2083  */
2084 PMAP_INLINE void
2085 pmap_kremove(vm_offset_t va)
2086 {
2087         pt_entry_t *pte;
2088
2089         pte = vtopte(va);
2090         pte_clear(pte);
2091 }
2092
2093 /*
2094  *      Used to map a range of physical addresses into kernel
2095  *      virtual address space.
2096  *
2097  *      The value passed in '*virt' is a suggested virtual address for
2098  *      the mapping. Architectures which can support a direct-mapped
2099  *      physical to virtual region can return the appropriate address
2100  *      within that region, leaving '*virt' unchanged. Other
2101  *      architectures should map the pages starting at '*virt' and
2102  *      update '*virt' with the first usable address after the mapped
2103  *      region.
2104  */
2105 vm_offset_t
2106 pmap_map(vm_offset_t *virt, vm_paddr_t start, vm_paddr_t end, int prot)
2107 {
2108         return PHYS_TO_DMAP(start);
2109 }
2110
2111
2112 /*
2113  * Add a list of wired pages to the kva
2114  * this routine is only used for temporary
2115  * kernel mappings that do not need to have
2116  * page modification or references recorded.
2117  * Note that old mappings are simply written
2118  * over.  The page *must* be wired.
2119  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
2120  */
2121 void
2122 pmap_qenter(vm_offset_t sva, vm_page_t *ma, int count)
2123 {
2124         pt_entry_t *endpte, oldpte, pa, *pte;
2125         vm_page_t m;
2126         int cache_bits;
2127
2128         oldpte = 0;
2129         pte = vtopte(sva);
2130         endpte = pte + count;
2131         while (pte < endpte) {
2132                 m = *ma++;
2133                 cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap, m->md.pat_mode, 0);
2134                 pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | cache_bits;
2135                 if ((*pte & (PG_FRAME | X86_PG_PTE_CACHE)) != pa) {
2136                         oldpte |= *pte;
2137                         pte_store(pte, pa | X86_PG_G | X86_PG_RW | X86_PG_V);
2138                 }
2139                 pte++;
2140         }
2141         if (__predict_false((oldpte & X86_PG_V) != 0))
2142                 pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, sva + count *
2143                     PAGE_SIZE);
2144 }
2145
2146 /*
2147  * This routine tears out page mappings from the
2148  * kernel -- it is meant only for temporary mappings.
2149  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
2150  */
2151 void
2152 pmap_qremove(vm_offset_t sva, int count)
2153 {
2154         vm_offset_t va;
2155
2156         va = sva;
2157         while (count-- > 0) {
2158                 KASSERT(va >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS, ("usermode va %lx", va));
2159                 pmap_kremove(va);
2160                 va += PAGE_SIZE;
2161         }
2162         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
2163 }
2164
2165 /***************************************************
2166  * Page table page management routines.....
2167  ***************************************************/
2168 static __inline void
2169 pmap_free_zero_pages(struct spglist *free)
2170 {
2171         vm_page_t m;
2172
2173         while ((m = SLIST_FIRST(free)) != NULL) {
2174                 SLIST_REMOVE_HEAD(free, plinks.s.ss);
2175                 /* Preserve the page's PG_ZERO setting. */
2176                 vm_page_free_toq(m);
2177         }
2178 }
2179
2180 /*
2181  * Schedule the specified unused page table page to be freed.  Specifically,
2182  * add the page to the specified list of pages that will be released to the
2183  * physical memory manager after the TLB has been updated.
2184  */
2185 static __inline void
2186 pmap_add_delayed_free_list(vm_page_t m, struct spglist *free,
2187     boolean_t set_PG_ZERO)
2188 {
2189
2190         if (set_PG_ZERO)
2191                 m->flags |= PG_ZERO;
2192         else
2193                 m->flags &= ~PG_ZERO;
2194         SLIST_INSERT_HEAD(free, m, plinks.s.ss);
2195 }
2196         
2197 /*
2198  * Inserts the specified page table page into the specified pmap's collection
2199  * of idle page table pages.  Each of a pmap's page table pages is responsible
2200  * for mapping a distinct range of virtual addresses.  The pmap's collection is
2201  * ordered by this virtual address range.
2202  */
2203 static __inline int
2204 pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte)
2205 {
2206
2207         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2208         return (vm_radix_insert(&pmap->pm_root, mpte));
2209 }
2210
2211 /*
2212  * Looks for a page table page mapping the specified virtual address in the
2213  * specified pmap's collection of idle page table pages.  Returns NULL if there
2214  * is no page table page corresponding to the specified virtual address.
2215  */
2216 static __inline vm_page_t
2217 pmap_lookup_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2218 {
2219
2220         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2221         return (vm_radix_lookup(&pmap->pm_root, pmap_pde_pindex(va)));
2222 }
2223
2224 /*
2225  * Removes the specified page table page from the specified pmap's collection
2226  * of idle page table pages.  The specified page table page must be a member of
2227  * the pmap's collection.
2228  */
2229 static __inline void
2230 pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte)
2231 {
2232
2233         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2234         vm_radix_remove(&pmap->pm_root, mpte->pindex);
2235 }
2236
2237 /*
2238  * Decrements a page table page's wire count, which is used to record the
2239  * number of valid page table entries within the page.  If the wire count
2240  * drops to zero, then the page table page is unmapped.  Returns TRUE if the
2241  * page table page was unmapped and FALSE otherwise.
2242  */
2243 static inline boolean_t
2244 pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
2245 {
2246
2247         --m->wire_count;
2248         if (m->wire_count == 0) {
2249                 _pmap_unwire_ptp(pmap, va, m, free);
2250                 return (TRUE);
2251         } else
2252                 return (FALSE);
2253 }
2254
2255 static void
2256 _pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
2257 {
2258
2259         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2260         /*
2261          * unmap the page table page
2262          */
2263         if (m->pindex >= (NUPDE + NUPDPE)) {
2264                 /* PDP page */
2265                 pml4_entry_t *pml4;
2266                 pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
2267                 *pml4 = 0;
2268         } else if (m->pindex >= NUPDE) {
2269                 /* PD page */
2270                 pdp_entry_t *pdp;
2271                 pdp = pmap_pdpe(pmap, va);
2272                 *pdp = 0;
2273         } else {
2274                 /* PTE page */
2275                 pd_entry_t *pd;
2276                 pd = pmap_pde(pmap, va);
2277                 *pd = 0;
2278         }
2279         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
2280         if (m->pindex < NUPDE) {
2281                 /* We just released a PT, unhold the matching PD */
2282                 vm_page_t pdpg;
2283
2284                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pdpe(pmap, va) & PG_FRAME);
2285                 pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdpg, free);
2286         }
2287         if (m->pindex >= NUPDE && m->pindex < (NUPDE + NUPDPE)) {
2288                 /* We just released a PD, unhold the matching PDP */
2289                 vm_page_t pdppg;
2290
2291                 pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pml4e(pmap, va) & PG_FRAME);
2292                 pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdppg, free);
2293         }
2294
2295         /*
2296          * This is a release store so that the ordinary store unmapping
2297          * the page table page is globally performed before TLB shoot-
2298          * down is begun.
2299          */
2300         atomic_subtract_rel_int(&vm_cnt.v_wire_count, 1);
2301
2302         /* 
2303          * Put page on a list so that it is released after
2304          * *ALL* TLB shootdown is done
2305          */
2306         pmap_add_delayed_free_list(m, free, TRUE);
2307 }
2308
2309 /*
2310  * After removing a page table entry, this routine is used to
2311  * conditionally free the page, and manage the hold/wire counts.
2312  */
2313 static int
2314 pmap_unuse_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t ptepde,
2315     struct spglist *free)
2316 {
2317         vm_page_t mpte;
2318
2319         if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
2320                 return (0);
2321         KASSERT(ptepde != 0, ("pmap_unuse_pt: ptepde != 0"));
2322         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(ptepde & PG_FRAME);
2323         return (pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpte, free));
2324 }
2325
2326 void
2327 pmap_pinit0(pmap_t pmap)
2328 {
2329         int i;
2330
2331         PMAP_LOCK_INIT(pmap);
2332         pmap->pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(KPML4phys);
2333         pmap->pm_cr3 = KPML4phys;
2334         pmap->pm_root.rt_root = 0;
2335         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
2336         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
2337         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
2338         pmap->pm_flags = pmap_flags;
2339         CPU_FOREACH(i) {
2340                 pmap->pm_pcids[i].pm_pcid = PMAP_PCID_NONE;
2341                 pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
2342         }
2343         PCPU_SET(curpmap, kernel_pmap);
2344         pmap_activate(curthread);
2345         CPU_FILL(&kernel_pmap->pm_active);
2346 }
2347
2348 /*
2349  * Initialize a preallocated and zeroed pmap structure,
2350  * such as one in a vmspace structure.
2351  */
2352 int
2353 pmap_pinit_type(pmap_t pmap, enum pmap_type pm_type, int flags)
2354 {
2355         vm_page_t pml4pg;
2356         vm_paddr_t pml4phys;
2357         int i;
2358
2359         /*
2360          * allocate the page directory page
2361          */
2362         while ((pml4pg = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL |
2363             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO)) == NULL)
2364                 VM_WAIT;
2365
2366         pml4phys = VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg);
2367         pmap->pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pml4phys);
2368         CPU_FOREACH(i) {
2369                 pmap->pm_pcids[i].pm_pcid = PMAP_PCID_NONE;
2370                 pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
2371         }
2372         pmap->pm_cr3 = ~0;      /* initialize to an invalid value */
2373
2374         if ((pml4pg->flags & PG_ZERO) == 0)
2375                 pagezero(pmap->pm_pml4);
2376
2377         /*
2378          * Do not install the host kernel mappings in the nested page
2379          * tables. These mappings are meaningless in the guest physical
2380          * address space.
2381          */
2382         if ((pmap->pm_type = pm_type) == PT_X86) {
2383                 pmap->pm_cr3 = pml4phys;
2384
2385                 /* Wire in kernel global address entries. */
2386                 for (i = 0; i < NKPML4E; i++) {
2387                         pmap->pm_pml4[KPML4BASE + i] = (KPDPphys + ptoa(i)) |
2388                             X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_U;
2389                 }
2390                 for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++) {
2391                         pmap->pm_pml4[DMPML4I + i] = (DMPDPphys + ptoa(i)) |
2392                             X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_U;
2393                 }
2394
2395                 /* install self-referential address mapping entry(s) */
2396                 pmap->pm_pml4[PML4PML4I] = VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg) |
2397                     X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A | X86_PG_M;
2398         }
2399
2400         pmap->pm_root.rt_root = 0;
2401         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
2402         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
2403         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
2404         pmap->pm_flags = flags;
2405         pmap->pm_eptgen = 0;
2406
2407         return (1);
2408 }
2409
2410 int
2411 pmap_pinit(pmap_t pmap)
2412 {
2413
2414         return (pmap_pinit_type(pmap, PT_X86, pmap_flags));
2415 }
2416
2417 /*
2418  * This routine is called if the desired page table page does not exist.
2419  *
2420  * If page table page allocation fails, this routine may sleep before
2421  * returning NULL.  It sleeps only if a lock pointer was given.
2422  *
2423  * Note: If a page allocation fails at page table level two or three,
2424  * one or two pages may be held during the wait, only to be released
2425  * afterwards.  This conservative approach is easily argued to avoid
2426  * race conditions.
2427  */
2428 static vm_page_t
2429 _pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex, struct rwlock **lockp)
2430 {
2431         vm_page_t m, pdppg, pdpg;
2432         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
2433
2434         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2435
2436         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
2437         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
2438         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
2439         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
2440
2441         /*
2442          * Allocate a page table page.
2443          */
2444         if ((m = vm_page_alloc(NULL, ptepindex, VM_ALLOC_NOOBJ |
2445             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO)) == NULL) {
2446                 if (lockp != NULL) {
2447                         RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
2448                         PMAP_UNLOCK(pmap);
2449                         PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI();
2450                         VM_WAIT;
2451                         PMAP_LOCK(pmap);
2452                 }
2453
2454                 /*
2455                  * Indicate the need to retry.  While waiting, the page table
2456                  * page may have been allocated.
2457                  */
2458                 return (NULL);
2459         }
2460         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0)
2461                 pmap_zero_page(m);
2462
2463         /*
2464          * Map the pagetable page into the process address space, if
2465          * it isn't already there.
2466          */
2467
2468         if (ptepindex >= (NUPDE + NUPDPE)) {
2469                 pml4_entry_t *pml4;
2470                 vm_pindex_t pml4index;
2471
2472                 /* Wire up a new PDPE page */
2473                 pml4index = ptepindex - (NUPDE + NUPDPE);
2474                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
2475                 *pml4 = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
2476
2477         } else if (ptepindex >= NUPDE) {
2478                 vm_pindex_t pml4index;
2479                 vm_pindex_t pdpindex;
2480                 pml4_entry_t *pml4;
2481                 pdp_entry_t *pdp;
2482
2483                 /* Wire up a new PDE page */
2484                 pdpindex = ptepindex - NUPDE;
2485                 pml4index = pdpindex >> NPML4EPGSHIFT;
2486
2487                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
2488                 if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
2489                         /* Have to allocate a new pdp, recurse */
2490                         if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + NUPDPE + pml4index,
2491                             lockp) == NULL) {
2492                                 --m->wire_count;
2493                                 atomic_subtract_int(&vm_cnt.v_wire_count, 1);
2494                                 vm_page_free_zero(m);
2495                                 return (NULL);
2496                         }
2497                 } else {
2498                         /* Add reference to pdp page */
2499                         pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pml4 & PG_FRAME);
2500                         pdppg->wire_count++;
2501                 }
2502                 pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
2503
2504                 /* Now find the pdp page */
2505                 pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
2506                 *pdp = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
2507
2508         } else {
2509                 vm_pindex_t pml4index;
2510                 vm_pindex_t pdpindex;
2511                 pml4_entry_t *pml4;
2512                 pdp_entry_t *pdp;
2513                 pd_entry_t *pd;
2514
2515                 /* Wire up a new PTE page */
2516                 pdpindex = ptepindex >> NPDPEPGSHIFT;
2517                 pml4index = pdpindex >> NPML4EPGSHIFT;
2518
2519                 /* First, find the pdp and check that its valid. */
2520                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
2521                 if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
2522                         /* Have to allocate a new pd, recurse */
2523                         if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex,
2524                             lockp) == NULL) {
2525                                 --m->wire_count;
2526                                 atomic_subtract_int(&vm_cnt.v_wire_count, 1);
2527                                 vm_page_free_zero(m);
2528                                 return (NULL);
2529                         }
2530                         pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
2531                         pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
2532                 } else {
2533                         pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
2534                         pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
2535                         if ((*pdp & PG_V) == 0) {
2536                                 /* Have to allocate a new pd, recurse */
2537                                 if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex,
2538                                     lockp) == NULL) {
2539                                         --m->wire_count;
2540                                         atomic_subtract_int(&vm_cnt.v_wire_count,
2541                                             1);
2542                                         vm_page_free_zero(m);
2543                                         return (NULL);
2544                                 }
2545                         } else {
2546                                 /* Add reference to the pd page */
2547                                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdp & PG_FRAME);
2548                                 pdpg->wire_count++;
2549                         }
2550                 }
2551                 pd = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdp & PG_FRAME);
2552
2553                 /* Now we know where the page directory page is */
2554                 pd = &pd[ptepindex & ((1ul << NPDEPGSHIFT) - 1)];
2555                 *pd = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
2556         }
2557
2558         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
2559
2560         return (m);
2561 }
2562
2563 static vm_page_t
2564 pmap_allocpde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct rwlock **lockp)
2565 {
2566         vm_pindex_t pdpindex, ptepindex;
2567         pdp_entry_t *pdpe, PG_V;
2568         vm_page_t pdpg;
2569
2570         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
2571
2572 retry:
2573         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
2574         if (pdpe != NULL && (*pdpe & PG_V) != 0) {
2575                 /* Add a reference to the pd page. */
2576                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdpe & PG_FRAME);
2577                 pdpg->wire_count++;
2578         } else {
2579                 /* Allocate a pd page. */
2580                 ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
2581                 pdpindex = ptepindex >> NPDPEPGSHIFT;
2582                 pdpg = _pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex, lockp);
2583                 if (pdpg == NULL && lockp != NULL)
2584                         goto retry;
2585         }
2586         return (pdpg);
2587 }
2588
2589 static vm_page_t
2590 pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct rwlock **lockp)
2591 {
2592         vm_pindex_t ptepindex;
2593         pd_entry_t *pd, PG_V;
2594         vm_page_t m;
2595
2596         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
2597
2598         /*
2599          * Calculate pagetable page index
2600          */
2601         ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
2602 retry:
2603         /*
2604          * Get the page directory entry
2605          */
2606         pd = pmap_pde(pmap, va);
2607
2608         /*
2609          * This supports switching from a 2MB page to a
2610          * normal 4K page.
2611          */
2612         if (pd != NULL && (*pd & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V)) {
2613                 if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pd, va, lockp)) {
2614                         /*
2615                          * Invalidation of the 2MB page mapping may have caused
2616                          * the deallocation of the underlying PD page.
2617                          */
2618                         pd = NULL;
2619                 }
2620         }
2621
2622         /*
2623          * If the page table page is mapped, we just increment the
2624          * hold count, and activate it.
2625          */
2626         if (pd != NULL && (*pd & PG_V) != 0) {
2627                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pd & PG_FRAME);
2628                 m->wire_count++;
2629         } else {
2630                 /*
2631                  * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been
2632                  * deallocated.
2633                  */
2634                 m = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex, lockp);
2635                 if (m == NULL && lockp != NULL)
2636                         goto retry;
2637         }
2638         return (m);
2639 }
2640
2641
2642 /***************************************************
2643  * Pmap allocation/deallocation routines.
2644  ***************************************************/
2645
2646 /*
2647  * Release any resources held by the given physical map.
2648  * Called when a pmap initialized by pmap_pinit is being released.
2649  * Should only be called if the map contains no valid mappings.
2650  */
2651 void
2652 pmap_release(pmap_t pmap)
2653 {
2654         vm_page_t m;
2655         int i;
2656
2657         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count == 0,
2658             ("pmap_release: pmap resident count %ld != 0",
2659             pmap->pm_stats.resident_count));
2660         KASSERT(vm_radix_is_empty(&pmap->pm_root),
2661             ("pmap_release: pmap has reserved page table page(s)"));
2662         KASSERT(CPU_EMPTY(&pmap->pm_active),
2663             ("releasing active pmap %p", pmap));
2664
2665         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pmap->pm_pml4));
2666
2667         for (i = 0; i < NKPML4E; i++)   /* KVA */
2668                 pmap->pm_pml4[KPML4BASE + i] = 0;
2669         for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++)/* Direct Map */
2670                 pmap->pm_pml4[DMPML4I + i] = 0;
2671         pmap->pm_pml4[PML4PML4I] = 0;   /* Recursive Mapping */
2672
2673         m->wire_count--;
2674         atomic_subtract_int(&vm_cnt.v_wire_count, 1);
2675         vm_page_free_zero(m);
2676 }
2677 \f
2678 static int
2679 kvm_size(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
2680 {
2681         unsigned long ksize = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
2682
2683         return sysctl_handle_long(oidp, &ksize, 0, req);
2684 }
2685 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_size, CTLTYPE_LONG|CTLFLAG_RD, 
2686     0, 0, kvm_size, "LU", "Size of KVM");
2687
2688 static int
2689 kvm_free(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
2690 {
2691         unsigned long kfree = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - kernel_vm_end;
2692
2693         return sysctl_handle_long(oidp, &kfree, 0, req);
2694 }
2695 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_free, CTLTYPE_LONG|CTLFLAG_RD, 
2696     0, 0, kvm_free, "LU", "Amount of KVM free");
2697
2698 /*
2699  * grow the number of kernel page table entries, if needed
2700  */
2701 void
2702 pmap_growkernel(vm_offset_t addr)
2703 {
2704         vm_paddr_t paddr;
2705         vm_page_t nkpg;
2706         pd_entry_t *pde, newpdir;
2707         pdp_entry_t *pdpe;
2708
2709         mtx_assert(&kernel_map->system_mtx, MA_OWNED);
2710
2711         /*
2712          * Return if "addr" is within the range of kernel page table pages
2713          * that were preallocated during pmap bootstrap.  Moreover, leave
2714          * "kernel_vm_end" and the kernel page table as they were.
2715          *
2716          * The correctness of this action is based on the following
2717          * argument: vm_map_insert() allocates contiguous ranges of the
2718          * kernel virtual address space.  It calls this function if a range
2719          * ends after "kernel_vm_end".  If the kernel is mapped between
2720          * "kernel_vm_end" and "addr", then the range cannot begin at
2721          * "kernel_vm_end".  In fact, its beginning address cannot be less
2722          * than the kernel.  Thus, there is no immediate need to allocate
2723          * any new kernel page table pages between "kernel_vm_end" and
2724          * "KERNBASE".
2725          */
2726         if (KERNBASE < addr && addr <= KERNBASE + nkpt * NBPDR)
2727                 return;
2728
2729         addr = roundup2(addr, NBPDR);
2730         if (addr - 1 >= kernel_map->max_offset)
2731                 addr = kernel_map->max_offset;
2732         while (kernel_vm_end < addr) {
2733                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, kernel_vm_end);
2734                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0) {
2735                         /* We need a new PDP entry */
2736                         nkpg = vm_page_alloc(NULL, kernel_vm_end >> PDPSHIFT,
2737                             VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ |
2738                             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
2739                         if (nkpg == NULL)
2740                                 panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
2741                         if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
2742                                 pmap_zero_page(nkpg);
2743                         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
2744                         *pdpe = (pdp_entry_t)(paddr | X86_PG_V | X86_PG_RW |
2745                             X86_PG_A | X86_PG_M);
2746                         continue; /* try again */
2747                 }
2748                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, kernel_vm_end);
2749                 if ((*pde & X86_PG_V) != 0) {
2750                         kernel_vm_end = (kernel_vm_end + NBPDR) & ~PDRMASK;
2751                         if (kernel_vm_end - 1 >= kernel_map->max_offset) {
2752                                 kernel_vm_end = kernel_map->max_offset;
2753                                 break;                       
2754                         }
2755                         continue;
2756                 }
2757
2758                 nkpg = vm_page_alloc(NULL, pmap_pde_pindex(kernel_vm_end),
2759                     VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED |
2760                     VM_ALLOC_ZERO);
2761                 if (nkpg == NULL)
2762                         panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
2763                 if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
2764                         pmap_zero_page(nkpg);
2765                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
2766                 newpdir = paddr | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A | X86_PG_M;
2767                 pde_store(pde, newpdir);
2768
2769                 kernel_vm_end = (kernel_vm_end + NBPDR) & ~PDRMASK;
2770                 if (kernel_vm_end - 1 >= kernel_map->max_offset) {
2771                         kernel_vm_end = kernel_map->max_offset;
2772                         break;                       
2773                 }
2774         }
2775 }
2776
2777
2778 /***************************************************
2779  * page management routines.
2780  ***************************************************/
2781
2782 CTASSERT(sizeof(struct pv_chunk) == PAGE_SIZE);
2783 CTASSERT(_NPCM == 3);
2784 CTASSERT(_NPCPV == 168);
2785
2786 static __inline struct pv_chunk *
2787 pv_to_chunk(pv_entry_t pv)
2788 {
2789
2790         return ((struct pv_chunk *)((uintptr_t)pv & ~(uintptr_t)PAGE_MASK));
2791 }
2792
2793 #define PV_PMAP(pv) (pv_to_chunk(pv)->pc_pmap)
2794
2795 #define PC_FREE0        0xfffffffffffffffful
2796 #define PC_FREE1        0xfffffffffffffffful
2797 #define PC_FREE2        0x000000fffffffffful
2798
2799 static const uint64_t pc_freemask[_NPCM] = { PC_FREE0, PC_FREE1, PC_FREE2 };
2800
2801 #ifdef PV_STATS
2802 static int pc_chunk_count, pc_chunk_allocs, pc_chunk_frees, pc_chunk_tryfail;
2803
2804 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_count, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_count, 0,
2805         "Current number of pv entry chunks");
2806 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_allocs, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_allocs, 0,
2807         "Current number of pv entry chunks allocated");
2808 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_frees, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_frees, 0,
2809         "Current number of pv entry chunks frees");
2810 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_tryfail, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_tryfail, 0,
2811         "Number of times tried to get a chunk page but failed.");
2812
2813 static long pv_entry_frees, pv_entry_allocs, pv_entry_count;
2814 static int pv_entry_spare;
2815
2816 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_frees, CTLFLAG_RD, &pv_entry_frees, 0,
2817         "Current number of pv entry frees");
2818 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_allocs, CTLFLAG_RD, &pv_entry_allocs, 0,
2819         "Current number of pv entry allocs");
2820 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_count, CTLFLAG_RD, &pv_entry_count, 0,
2821         "Current number of pv entries");
2822 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_spare, CTLFLAG_RD, &pv_entry_spare, 0,
2823         "Current number of spare pv entries");
2824 #endif
2825
2826 /*
2827  * We are in a serious low memory condition.  Resort to
2828  * drastic measures to free some pages so we can allocate
2829  * another pv entry chunk.
2830  *
2831  * Returns NULL if PV entries were reclaimed from the specified pmap.
2832  *
2833  * We do not, however, unmap 2mpages because subsequent accesses will
2834  * allocate per-page pv entries until repromotion occurs, thereby
2835  * exacerbating the shortage of free pv entries.
2836  */
2837 static vm_page_t
2838 reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp)
2839 {
2840         struct pch new_tail;
2841         struct pv_chunk *pc;
2842         struct md_page *pvh;
2843         pd_entry_t *pde;
2844         pmap_t pmap;
2845         pt_entry_t *pte, tpte;
2846         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW;
2847         pv_entry_t pv;
2848         vm_offset_t va;
2849         vm_page_t m, m_pc;
2850         struct spglist free;
2851         uint64_t inuse;
2852         int bit, field, freed;
2853
2854         PMAP_LOCK_ASSERT(locked_pmap, MA_OWNED);
2855         KASSERT(lockp != NULL, ("reclaim_pv_chunk: lockp is NULL"));
2856         pmap = NULL;
2857         m_pc = NULL;
2858         PG_G = PG_A = PG_M = PG_RW = 0;
2859         SLIST_INIT(&free);
2860         TAILQ_INIT(&new_tail);
2861         pmap_delayed_invl_started();
2862         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2863         while ((pc = TAILQ_FIRST(&pv_chunks)) != NULL && SLIST_EMPTY(&free)) {
2864                 TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2865                 mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
2866                 if (pmap != pc->pc_pmap) {
2867                         if (pmap != NULL) {
2868                                 pmap_invalidate_all(pmap);
2869                                 if (pmap != locked_pmap)
2870                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
2871                         }
2872                         pmap_delayed_invl_finished();
2873                         pmap_delayed_invl_started();
2874                         pmap = pc->pc_pmap;
2875                         /* Avoid deadlock and lock recursion. */
2876                         if (pmap > locked_pmap) {
2877                                 RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
2878                                 PMAP_LOCK(pmap);
2879                         } else if (pmap != locked_pmap &&
2880                             !PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
2881                                 pmap = NULL;
2882                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail, pc, pc_lru);
2883                                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2884                                 continue;
2885                         }
2886                         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
2887                         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
2888                         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
2889                         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
2890                 }
2891
2892                 /*
2893                  * Destroy every non-wired, 4 KB page mapping in the chunk.
2894                  */
2895                 freed = 0;
2896                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
2897                         for (inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
2898                             inuse != 0; inuse &= ~(1UL << bit)) {
2899                                 bit = bsfq(inuse);
2900                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
2901                                 va = pv->pv_va;
2902                                 pde = pmap_pde(pmap, va);
2903                                 if ((*pde & PG_PS) != 0)
2904                                         continue;
2905                                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
2906                                 if ((*pte & PG_W) != 0)
2907                                         continue;
2908                                 tpte = pte_load_clear(pte);
2909                                 if ((tpte & PG_G) != 0)
2910                                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
2911                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpte & PG_FRAME);
2912                                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
2913                                         vm_page_dirty(m);
2914                                 if ((tpte & PG_A) != 0)
2915                                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2916                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
2917                                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2918                                 m->md.pv_gen++;
2919                                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
2920                                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
2921                                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2922                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
2923                                                 vm_page_aflag_clear(m,
2924                                                     PGA_WRITEABLE);
2925                                         }
2926                                 }
2927                                 pmap_delayed_invl_page(m);
2928                                 pc->pc_map[field] |= 1UL << bit;
2929                                 pmap_unuse_pt(pmap, va, *pde, &free);
2930                                 freed++;
2931                         }
2932                 }
2933                 if (freed == 0) {
2934                         TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail, pc, pc_lru);
2935                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2936                         continue;
2937                 }
2938                 /* Every freed mapping is for a 4 KB page. */
2939                 pmap_resident_count_dec(pmap, freed);
2940                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
2941                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
2942                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
2943                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2944                 if (pc->pc_map[0] == PC_FREE0 && pc->pc_map[1] == PC_FREE1 &&
2945                     pc->pc_map[2] == PC_FREE2) {
2946                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
2947                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
2948                         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
2949                         /* Entire chunk is free; return it. */
2950                         m_pc = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
2951                         dump_drop_page(m_pc->phys_addr);
2952                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2953                         break;
2954                 }
2955                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2956                 TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail, pc, pc_lru);
2957                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2958                 /* One freed pv entry in locked_pmap is sufficient. */
2959                 if (pmap == locked_pmap)
2960                         break;
2961         }
2962         TAILQ_CONCAT(&pv_chunks, &new_tail, pc_lru);
2963         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
2964         if (pmap != NULL) {
2965                 pmap_invalidate_all(pmap);
2966                 if (pmap != locked_pmap)
2967                         PMAP_UNLOCK(pmap);
2968         }
2969         pmap_delayed_invl_finished();
2970         if (m_pc == NULL && !SLIST_EMPTY(&free)) {
2971                 m_pc = SLIST_FIRST(&free);
2972                 SLIST_REMOVE_HEAD(&free, plinks.s.ss);
2973                 /* Recycle a freed page table page. */
2974                 m_pc->wire_count = 1;
2975                 atomic_add_int(&vm_cnt.v_wire_count, 1);
2976         }
2977         pmap_free_zero_pages(&free);
2978         return (m_pc);
2979 }
2980
2981 /*
2982  * free the pv_entry back to the free list
2983  */
2984 static void
2985 free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv)
2986 {
2987         struct pv_chunk *pc;
2988         int idx, field, bit;
2989
2990         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2991         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, 1));
2992         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, 1));
2993         PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, 1));
2994         pc = pv_to_chunk(pv);
2995         idx = pv - &pc->pc_pventry[0];
2996         field = idx / 64;
2997         bit = idx % 64;
2998         pc->pc_map[field] |= 1ul << bit;
2999         if (pc->pc_map[0] != PC_FREE0 || pc->pc_map[1] != PC_FREE1 ||
3000             pc->pc_map[2] != PC_FREE2) {
3001                 /* 98% of the time, pc is already at the head of the list. */
3002                 if (__predict_false(pc != TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk))) {
3003                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3004                         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3005                 }
3006                 return;
3007         }
3008         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3009         free_pv_chunk(pc);
3010 }
3011
3012 static void
3013 free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc)
3014 {
3015         vm_page_t m;
3016
3017         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
3018         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
3019         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
3020         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
3021         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
3022         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
3023         /* entire chunk is free, return it */
3024         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
3025         dump_drop_page(m->phys_addr);
3026         vm_page_unwire(m, PQ_NONE);
3027         vm_page_free(m);
3028 }
3029
3030 /*
3031  * Returns a new PV entry, allocating a new PV chunk from the system when
3032  * needed.  If this PV chunk allocation fails and a PV list lock pointer was
3033  * given, a PV chunk is reclaimed from an arbitrary pmap.  Otherwise, NULL is
3034  * returned.
3035  *
3036  * The given PV list lock may be released.
3037  */
3038 static pv_entry_t
3039 get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp)
3040 {
3041         int bit, field;
3042         pv_entry_t pv;
3043         struct pv_chunk *pc;
3044         vm_page_t m;
3045
3046         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3047         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, 1));
3048 retry:
3049         pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
3050         if (pc != NULL) {
3051                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
3052                         if (pc->pc_map[field]) {
3053                                 bit = bsfq(pc->pc_map[field]);
3054                                 break;
3055                         }
3056                 }
3057                 if (field < _NPCM) {
3058                         pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
3059                         pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
3060                         /* If this was the last item, move it to tail */
3061                         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 &&
3062                             pc->pc_map[2] == 0) {
3063                                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3064                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc,
3065                                     pc_list);
3066                         }
3067                         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
3068                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, 1));
3069                         return (pv);
3070                 }
3071         }
3072         /* No free items, allocate another chunk */
3073         m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
3074             VM_ALLOC_WIRED);
3075         if (m == NULL) {
3076                 if (lockp == NULL) {
3077                         PV_STAT(pc_chunk_tryfail++);
3078                         return (NULL);
3079                 }
3080                 m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
3081                 if (m == NULL)
3082                         goto retry;
3083         }
3084         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
3085         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
3086         dump_add_page(m->phys_addr);
3087         pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
3088         pc->pc_pmap = pmap;
3089         pc->pc_map[0] = PC_FREE0 & ~1ul;        /* preallocated bit 0 */
3090         pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
3091         pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
3092         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
3093         TAILQ_INSERT_TAIL(&pv_chunks, pc, pc_lru);
3094         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
3095         pv = &pc->pc_pventry[0];
3096         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3097         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
3098         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV - 1));
3099         return (pv);
3100 }
3101
3102 /*
3103  * Returns the number of one bits within the given PV chunk map.
3104  *
3105  * The erratas for Intel processors state that "POPCNT Instruction May
3106  * Take Longer to Execute Than Expected".  It is believed that the
3107  * issue is the spurious dependency on the destination register.
3108  * Provide a hint to the register rename logic that the destination
3109  * value is overwritten, by clearing it, as suggested in the
3110  * optimization manual.  It should be cheap for unaffected processors
3111  * as well.
3112  *
3113  * Reference numbers for erratas are
3114  * 4th Gen Core: HSD146
3115  * 5th Gen Core: BDM85
3116  * 6th Gen Core: SKL029
3117  */
3118 static int
3119 popcnt_pc_map_pq(uint64_t *map)
3120 {
3121         u_long result, tmp;
3122
3123         __asm __volatile("xorl %k0,%k0;popcntq %2,%0;"
3124             "xorl %k1,%k1;popcntq %3,%1;addl %k1,%k0;"
3125             "xorl %k1,%k1;popcntq %4,%1;addl %k1,%k0"
3126             : "=&r" (result), "=&r" (tmp)
3127             : "m" (map[0]), "m" (map[1]), "m" (map[2]));
3128         return (result);
3129 }
3130
3131 /*
3132  * Ensure that the number of spare PV entries in the specified pmap meets or
3133  * exceeds the given count, "needed".
3134  *
3135  * The given PV list lock may be released.
3136  */
3137 static void
3138 reserve_pv_entries(pmap_t pmap, int needed, struct rwlock **lockp)
3139 {
3140         struct pch new_tail;
3141         struct pv_chunk *pc;
3142         int avail, free;
3143         vm_page_t m;
3144
3145         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3146         KASSERT(lockp != NULL, ("reserve_pv_entries: lockp is NULL"));
3147
3148         /*
3149          * Newly allocated PV chunks must be stored in a private list until
3150          * the required number of PV chunks have been allocated.  Otherwise,
3151          * reclaim_pv_chunk() could recycle one of these chunks.  In
3152          * contrast, these chunks must be added to the pmap upon allocation.
3153          */
3154         TAILQ_INIT(&new_tail);
3155 retry:
3156         avail = 0;
3157         TAILQ_FOREACH(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list) {
3158 #ifndef __POPCNT__
3159                 if ((cpu_feature2 & CPUID2_POPCNT) == 0)
3160                         bit_count((bitstr_t *)pc->pc_map, 0,
3161                             sizeof(pc->pc_map) * NBBY, &free);
3162                 else
3163 #endif
3164                 free = popcnt_pc_map_pq(pc->pc_map);
3165                 if (free == 0)
3166                         break;
3167                 avail += free;
3168                 if (avail >= needed)
3169                         break;
3170         }
3171         for (; avail < needed; avail += _NPCPV) {
3172                 m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
3173                     VM_ALLOC_WIRED);
3174                 if (m == NULL) {
3175                         m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
3176                         if (m == NULL)
3177                                 goto retry;
3178                 }
3179                 PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
3180                 PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
3181                 dump_add_page(m->phys_addr);
3182                 pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
3183                 pc->pc_pmap = pmap;
3184                 pc->pc_map[0] = PC_FREE0;
3185                 pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
3186                 pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
3187                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3188                 TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail, pc, pc_lru);
3189                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
3190         }
3191         if (!TAILQ_EMPTY(&new_tail)) {
3192                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
3193                 TAILQ_CONCAT(&pv_chunks, &new_tail, pc_lru);
3194                 mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
3195         }
3196 }
3197
3198 /*
3199  * First find and then remove the pv entry for the specified pmap and virtual
3200  * address from the specified pv list.  Returns the pv entry if found and NULL
3201  * otherwise.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or
3202  * 2MB page mappings.
3203  */
3204 static __inline pv_entry_t
3205 pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3206 {
3207         pv_entry_t pv;
3208
3209         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
3210                 if (pmap == PV_PMAP(pv) && va == pv->pv_va) {
3211                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
3212                         pvh->pv_gen++;
3213                         break;
3214                 }
3215         }
3216         return (pv);
3217 }
3218
3219 /*
3220  * After demotion from a 2MB page mapping to 512 4KB page mappings,
3221  * destroy the pv entry for the 2MB page mapping and reinstantiate the pv
3222  * entries for each of the 4KB page mappings.
3223  */
3224 static void
3225 pmap_pv_demote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
3226     struct rwlock **lockp)
3227 {
3228         struct md_page *pvh;
3229         struct pv_chunk *pc;
3230         pv_entry_t pv;
3231         vm_offset_t va_last;
3232         vm_page_t m;
3233         int bit, field;
3234
3235         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3236         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
3237             ("pmap_pv_demote_pde: pa is not 2mpage aligned"));
3238         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
3239
3240         /*
3241          * Transfer the 2mpage's pv entry for this mapping to the first
3242          * page's pv list.  Once this transfer begins, the pv list lock
3243          * must not be released until the last pv entry is reinstantiated.
3244          */
3245         pvh = pa_to_pvh(pa);
3246         va = trunc_2mpage(va);
3247         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
3248         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_demote_pde: pv not found"));
3249         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
3250         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3251         m->md.pv_gen++;
3252         /* Instantiate the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
3253         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, NPTEPG - 1));
3254         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
3255         for (;;) {
3256                 pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
3257                 KASSERT(pc->pc_map[0] != 0 || pc->pc_map[1] != 0 ||
3258                     pc->pc_map[2] != 0, ("pmap_pv_demote_pde: missing spare"));
3259                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
3260                         while (pc->pc_map[field]) {
3261                                 bit = bsfq(pc->pc_map[field]);
3262                                 pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
3263                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
3264                                 va += PAGE_SIZE;
3265                                 pv->pv_va = va;
3266                                 m++;
3267                                 KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
3268                             ("pmap_pv_demote_pde: page %p is not managed", m));
3269                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3270                                 m->md.pv_gen++;
3271                                 if (va == va_last)
3272                                         goto out;
3273                         }
3274                 }
3275                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3276                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3277         }
3278 out:
3279         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 && pc->pc_map[2] == 0) {
3280                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3281                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3282         }
3283         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, NPTEPG - 1));
3284         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, NPTEPG - 1));
3285 }
3286
3287 /*
3288  * After promotion from 512 4KB page mappings to a single 2MB page mapping,
3289  * replace the many pv entries for the 4KB page mappings by a single pv entry
3290  * for the 2MB page mapping.
3291  */
3292 static void
3293 pmap_pv_promote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
3294     struct rwlock **lockp)
3295 {
3296         struct md_page *pvh;
3297         pv_entry_t pv;
3298         vm_offset_t va_last;
3299         vm_page_t m;
3300
3301         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
3302             ("pmap_pv_promote_pde: pa is not 2mpage aligned"));
3303         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
3304
3305         /*
3306          * Transfer the first page's pv entry for this mapping to the 2mpage's
3307          * pv list.  Aside from avoiding the cost of a call to get_pv_entry(),
3308          * a transfer avoids the possibility that get_pv_entry() calls
3309          * reclaim_pv_chunk() and that reclaim_pv_chunk() removes one of the
3310          * mappings that is being promoted.
3311          */
3312         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
3313         va = trunc_2mpage(va);
3314         pv = pmap_pvh_remove(&m->md, pmap, va);
3315         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_promote_pde: pv not found"));
3316         pvh = pa_to_pvh(pa);
3317         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
3318         pvh->pv_gen++;
3319         /* Free the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
3320         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
3321         do {
3322                 m++;
3323                 va += PAGE_SIZE;
3324                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
3325         } while (va < va_last);
3326 }
3327
3328 /*
3329  * First find and then destroy the pv entry for the specified pmap and virtual
3330  * address.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or 2MB
3331  * page mappings.
3332  */
3333 static void
3334 pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3335 {
3336         pv_entry_t pv;
3337
3338         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
3339         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pvh_free: pv not found"));
3340         free_pv_entry(pmap, pv);
3341 }
3342
3343 /*
3344  * Conditionally create the PV entry for a 4KB page mapping if the required
3345  * memory can be allocated without resorting to reclamation.
3346  */
3347 static boolean_t
3348 pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
3349     struct rwlock **lockp)
3350 {
3351         pv_entry_t pv;
3352
3353         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3354         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
3355         if ((pv = get_pv_entry(pmap, NULL)) != NULL) {
3356                 pv->pv_va = va;
3357                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
3358                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3359                 m->md.pv_gen++;
3360                 return (TRUE);
3361         } else
3362                 return (FALSE);
3363 }
3364
3365 /*
3366  * Conditionally create the PV entry for a 2MB page mapping if the required
3367  * memory can be allocated without resorting to reclamation.
3368  */
3369 static boolean_t
3370 pmap_pv_insert_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
3371     struct rwlock **lockp)
3372 {
3373         struct md_page *pvh;
3374         pv_entry_t pv;
3375
3376         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3377         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
3378         if ((pv = get_pv_entry(pmap, NULL)) != NULL) {
3379                 pv->pv_va = va;
3380                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
3381                 pvh = pa_to_pvh(pa);
3382                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
3383                 pvh->pv_gen++;
3384                 return (TRUE);
3385         } else
3386                 return (FALSE);
3387 }
3388
3389 /*
3390  * Fills a page table page with mappings to consecutive physical pages.
3391  */
3392 static void
3393 pmap_fill_ptp(pt_entry_t *firstpte, pt_entry_t newpte)
3394 {
3395         pt_entry_t *pte;
3396
3397         for (pte = firstpte; pte < firstpte + NPTEPG; pte++) {
3398                 *pte = newpte;
3399                 newpte += PAGE_SIZE;
3400         }
3401 }
3402
3403 /*
3404  * Tries to demote a 2MB page mapping.  If demotion fails, the 2MB page
3405  * mapping is invalidated.
3406  */
3407 static boolean_t
3408 pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
3409 {
3410         struct rwlock *lock;
3411         boolean_t rv;
3412
3413         lock = NULL;
3414         rv = pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
3415         if (lock != NULL)
3416                 rw_wunlock(lock);
3417         return (rv);
3418 }
3419
3420 static boolean_t
3421 pmap_demote_pde_locked(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
3422     struct rwlock **lockp)
3423 {
3424         pd_entry_t newpde, oldpde;
3425         pt_entry_t *firstpte, newpte;
3426         pt_entry_t PG_A, PG_G, PG_M, PG_RW, PG_V;
3427         vm_paddr_t mptepa;
3428         vm_page_t mpte;
3429         struct spglist free;
3430         int PG_PTE_CACHE;
3431
3432         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
3433         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
3434         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
3435         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
3436         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3437         PG_PTE_CACHE = pmap_cache_mask(pmap, 0);
3438
3439         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3440         oldpde = *pde;
3441         KASSERT((oldpde & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V),
3442             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_PS and/or PG_V"));
3443         if ((oldpde & PG_A) != 0 && (mpte = pmap_lookup_pt_page(pmap, va)) !=
3444             NULL)
3445                 pmap_remove_pt_page(pmap, mpte);
3446         else {
3447                 KASSERT((oldpde & PG_W) == 0,
3448                     ("pmap_demote_pde: page table page for a wired mapping"
3449                     " is missing"));
3450
3451                 /*
3452                  * Invalidate the 2MB page mapping and return "failure" if the
3453                  * mapping was never accessed or the allocation of the new
3454                  * page table page fails.  If the 2MB page mapping belongs to
3455                  * the direct map region of the kernel's address space, then
3456                  * the page allocation request specifies the highest possible
3457                  * priority (VM_ALLOC_INTERRUPT).  Otherwise, the priority is
3458                  * normal.  Page table pages are preallocated for every other
3459                  * part of the kernel address space, so the direct map region
3460                  * is the only part of the kernel address space that must be
3461                  * handled here.
3462                  */
3463                 if ((oldpde & PG_A) == 0 || (mpte = vm_page_alloc(NULL,
3464                     pmap_pde_pindex(va), (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va <
3465                     DMAP_MAX_ADDRESS ? VM_ALLOC_INTERRUPT : VM_ALLOC_NORMAL) |
3466                     VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED)) == NULL) {
3467                         SLIST_INIT(&free);
3468                         pmap_remove_pde(pmap, pde, trunc_2mpage(va), &free,
3469                             lockp);
3470                         pmap_invalidate_page(pmap, trunc_2mpage(va));
3471                         pmap_free_zero_pages(&free);
3472                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: failure for va %#lx"
3473                             " in pmap %p", va, pmap);
3474                         return (FALSE);
3475                 }
3476                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
3477                         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
3478         }
3479         mptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpte);
3480         firstpte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mptepa);
3481         newpde = mptepa | PG_M | PG_A | (oldpde & PG_U) | PG_RW | PG_V;
3482         KASSERT((oldpde & PG_A) != 0,
3483             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_A"));
3484         KASSERT((oldpde & (PG_M | PG_RW)) != PG_RW,
3485             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_M"));
3486         newpte = oldpde & ~PG_PS;
3487         newpte = pmap_swap_pat(pmap, newpte);
3488
3489         /*
3490          * If the page table page is new, initialize it.
3491          */
3492         if (mpte->wire_count == 1) {
3493                 mpte->wire_count = NPTEPG;
3494                 pmap_fill_ptp(firstpte, newpte);
3495         }
3496         KASSERT((*firstpte & PG_FRAME) == (newpte & PG_FRAME),
3497             ("pmap_demote_pde: firstpte and newpte map different physical"
3498             " addresses"));
3499
3500         /*
3501          * If the mapping has changed attributes, update the page table
3502          * entries.
3503          */
3504         if ((*firstpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpte & PG_PTE_PROMOTE))
3505                 pmap_fill_ptp(firstpte, newpte);
3506
3507         /*
3508          * The spare PV entries must be reserved prior to demoting the
3509          * mapping, that is, prior to changing the PDE.  Otherwise, the state
3510          * of the PDE and the PV lists will be inconsistent, which can result
3511          * in reclaim_pv_chunk() attempting to remove a PV entry from the
3512          * wrong PV list and pmap_pv_demote_pde() failing to find the expected
3513          * PV entry for the 2MB page mapping that is being demoted.
3514          */
3515         if ((oldpde & PG_MANAGED) != 0)
3516                 reserve_pv_entries(pmap, NPTEPG - 1, lockp);
3517
3518         /*
3519          * Demote the mapping.  This pmap is locked.  The old PDE has
3520          * PG_A set.  If the old PDE has PG_RW set, it also has PG_M
3521          * set.  Thus, there is no danger of a race with another
3522          * processor changing the setting of PG_A and/or PG_M between
3523          * the read above and the store below. 
3524          */
3525         if (workaround_erratum383)
3526                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, newpde);
3527         else
3528                 pde_store(pde, newpde);
3529
3530         /*
3531          * Invalidate a stale recursive mapping of the page table page.
3532          */
3533         if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
3534                 pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopte(va));
3535
3536         /*
3537          * Demote the PV entry.
3538          */
3539         if ((oldpde & PG_MANAGED) != 0)
3540                 pmap_pv_demote_pde(pmap, va, oldpde & PG_PS_FRAME, lockp);
3541
3542         atomic_add_long(&pmap_pde_demotions, 1);
3543         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: success for va %#lx"
3544             " in pmap %p", va, pmap);
3545         return (TRUE);
3546 }
3547
3548 /*
3549  * pmap_remove_kernel_pde: Remove a kernel superpage mapping.
3550  */
3551 static void
3552 pmap_remove_kernel_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
3553 {
3554         pd_entry_t newpde;
3555         vm_paddr_t mptepa;
3556         vm_page_t mpte;
3557
3558         KASSERT(pmap == kernel_pmap, ("pmap %p is not kernel_pmap", pmap));
3559         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3560         mpte = pmap_lookup_pt_page(pmap, va);
3561         if (mpte == NULL)
3562                 panic("pmap_remove_kernel_pde: Missing pt page.");
3563
3564         pmap_remove_pt_page(pmap, mpte);
3565         mptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpte);
3566         newpde = mptepa | X86_PG_M | X86_PG_A | X86_PG_RW | X86_PG_V;
3567
3568         /*
3569          * Initialize the page table page.
3570          */
3571         pagezero((void *)PHYS_TO_DMAP(mptepa));
3572
3573         /*
3574          * Demote the mapping.
3575          */
3576         if (workaround_erratum383)
3577                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, newpde);
3578         else
3579                 pde_store(pde, newpde);
3580
3581         /*
3582          * Invalidate a stale recursive mapping of the page table page.
3583          */
3584         pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopte(va));
3585 }
3586
3587 /*
3588  * pmap_remove_pde: do the things to unmap a superpage in a process
3589  */
3590 static int
3591 pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
3592     struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
3593 {
3594         struct md_page *pvh;
3595         pd_entry_t oldpde;
3596         vm_offset_t eva, va;
3597         vm_page_t m, mpte;
3598         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW;
3599
3600         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
3601         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
3602         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
3603         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
3604
3605         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3606         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
3607             ("pmap_remove_pde: sva is not 2mpage aligned"));
3608         oldpde = pte_load_clear(pdq);
3609         if (oldpde & PG_W)
3610                 pmap->pm_stats.wired_count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
3611
3612         /*
3613          * Machines that don't support invlpg, also don't support
3614          * PG_G.
3615          */
3616         if (oldpde & PG_G)
3617                 pmap_invalidate_page(kernel_pmap, sva);
3618         pmap_resident_count_dec(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
3619         if (oldpde & PG_MANAGED) {
3620                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, oldpde & PG_PS_FRAME);
3621                 pvh = pa_to_pvh(oldpde & PG_PS_FRAME);
3622                 pmap_pvh_free(pvh, pmap, sva);
3623                 eva = sva + NBPDR;
3624                 for (va = sva, m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
3625                     va < eva; va += PAGE_SIZE, m++) {
3626                         if ((oldpde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
3627                                 vm_page_dirty(m);
3628                         if (oldpde & PG_A)
3629                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
3630                         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
3631                             TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
3632                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
3633                         pmap_delayed_invl_page(m);
3634                 }
3635         }
3636         if (pmap == kernel_pmap) {
3637                 pmap_remove_kernel_pde(pmap, pdq, sva);
3638         } else {
3639                 mpte = pmap_lookup_pt_page(pmap, sva);
3640                 if (mpte != NULL) {
3641                         pmap_remove_pt_page(pmap, mpte);
3642                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3643                         KASSERT(mpte->wire_count == NPTEPG,
3644                             ("pmap_remove_pde: pte page wire count error"));
3645                         mpte->wire_count = 0;
3646                         pmap_add_delayed_free_list(mpte, free, FALSE);
3647                         atomic_subtract_int(&vm_cnt.v_wire_count, 1);
3648                 }
3649         }
3650         return (pmap_unuse_pt(pmap, sva, *pmap_pdpe(pmap, sva), free));
3651 }
3652
3653 /*
3654  * pmap_remove_pte: do the things to unmap a page in a process
3655  */
3656 static int
3657 pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t va, 
3658     pd_entry_t ptepde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
3659 {
3660         struct md_page *pvh;
3661         pt_entry_t oldpte, PG_A, PG_M, PG_RW;
3662         vm_page_t m;
3663
3664         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
3665         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
3666         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
3667
3668         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3669         oldpte = pte_load_clear(ptq);
3670         if (oldpte & PG_W)
3671                 pmap->pm_stats.wired_count -= 1;
3672         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3673         if (oldpte & PG_MANAGED) {
3674                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpte & PG_FRAME);
3675                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
3676                         vm_page_dirty(m);
3677                 if (oldpte & PG_A)
3678                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
3679                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
3680                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
3681                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
3682                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
3683                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3684                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
3685                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
3686                 }
3687                 pmap_delayed_invl_page(m);
3688         }
3689         return (pmap_unuse_pt(pmap, va, ptepde, free));
3690 }
3691
3692 /*
3693  * Remove a single page from a process address space
3694  */
3695 static void
3696 pmap_remove_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
3697     struct spglist *free)
3698 {
3699         struct rwlock *lock;
3700         pt_entry_t *pte, PG_V;
3701
3702         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3703         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3704         if ((*pde & PG_V) == 0)
3705                 return;
3706         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
3707         if ((*pte & PG_V) == 0)
3708                 return;
3709         lock = NULL;
3710         pmap_remove_pte(pmap, pte, va, *pde, free, &lock);
3711         if (lock != NULL)
3712                 rw_wunlock(lock);
3713         pmap_invalidate_page(pmap, va);
3714 }
3715
3716 /*
3717  *      Remove the given range of addresses from the specified map.
3718  *
3719  *      It is assumed that the start and end are properly
3720  *      rounded to the page size.
3721  */
3722 void
3723 pmap_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3724 {
3725         struct rwlock *lock;
3726         vm_offset_t va, va_next;
3727         pml4_entry_t *pml4e;
3728         pdp_entry_t *pdpe;
3729         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
3730         pt_entry_t *pte, PG_G, PG_V;
3731         struct spglist free;
3732         int anyvalid;
3733
3734         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
3735         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3736
3737         /*
3738          * Perform an unsynchronized read.  This is, however, safe.
3739          */
3740         if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
3741                 return;
3742
3743         anyvalid = 0;
3744         SLIST_INIT(&free);
3745
3746         pmap_delayed_invl_started();
3747         PMAP_LOCK(pmap);
3748
3749         /*
3750          * special handling of removing one page.  a very
3751          * common operation and easy to short circuit some
3752          * code.
3753          */
3754         if (sva + PAGE_SIZE == eva) {
3755                 pde = pmap_pde(pmap, sva);
3756                 if (pde && (*pde & PG_PS) == 0) {
3757                         pmap_remove_page(pmap, sva, pde, &free);
3758                         goto out;
3759                 }
3760         }
3761
3762         lock = NULL;
3763         for (; sva < eva; sva = va_next) {
3764
3765                 if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
3766                         break;
3767
3768                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
3769                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
3770                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
3771                         if (va_next < sva)
3772                                 va_next = eva;
3773                         continue;
3774                 }
3775
3776                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
3777                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
3778                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
3779                         if (va_next < sva)
3780                                 va_next = eva;
3781                         continue;
3782                 }
3783
3784                 /*
3785                  * Calculate index for next page table.
3786                  */
3787                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
3788                 if (va_next < sva)
3789                         va_next = eva;
3790
3791                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
3792                 ptpaddr = *pde;
3793
3794                 /*
3795                  * Weed out invalid mappings.
3796                  */
3797                 if (ptpaddr == 0)
3798                         continue;
3799
3800                 /*
3801                  * Check for large page.
3802                  */
3803                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
3804                         /*
3805                          * Are we removing the entire large page?  If not,
3806                          * demote the mapping and fall through.
3807                          */
3808                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
3809                                 /*
3810                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
3811                                  * invalidated by pmap_remove_pde().
3812                                  */
3813                                 if ((ptpaddr & PG_G) == 0)
3814                                         anyvalid = 1;
3815                                 pmap_remove_pde(pmap, pde, sva, &free, &lock);
3816                                 continue;
3817                         } else if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, sva,
3818                             &lock)) {
3819                                 /* The large page mapping was destroyed. */
3820                                 continue;
3821                         } else
3822                                 ptpaddr = *pde;
3823                 }
3824
3825                 /*
3826                  * Limit our scan to either the end of the va represented
3827                  * by the current page table page, or to the end of the
3828                  * range being removed.
3829                  */
3830                 if (va_next > eva)
3831                         va_next = eva;
3832
3833                 va = va_next;
3834                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
3835                     sva += PAGE_SIZE) {
3836                         if (*pte == 0) {
3837                                 if (va != va_next) {
3838                                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
3839                                         va = va_next;
3840                                 }
3841                                 continue;
3842                         }
3843                         if ((*pte & PG_G) == 0)
3844                                 anyvalid = 1;
3845                         else if (va == va_next)
3846                                 va = sva;
3847                         if (pmap_remove_pte(pmap, pte, sva, ptpaddr, &free,
3848                             &lock)) {
3849                                 sva += PAGE_SIZE;
3850                                 break;
3851                         }
3852                 }
3853                 if (va != va_next)
3854                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
3855         }
3856         if (lock != NULL)
3857                 rw_wunlock(lock);
3858 out:
3859         if (anyvalid)
3860                 pmap_invalidate_all(pmap);
3861         PMAP_UNLOCK(pmap);
3862         pmap_delayed_invl_finished();
3863         pmap_free_zero_pages(&free);
3864 }
3865
3866 /*
3867  *      Routine:        pmap_remove_all
3868  *      Function:
3869  *              Removes this physical page from
3870  *              all physical maps in which it resides.
3871  *              Reflects back modify bits to the pager.
3872  *
3873  *      Notes:
3874  *              Original versions of this routine were very
3875  *              inefficient because they iteratively called
3876  *              pmap_remove (slow...)
3877  */
3878
3879 void
3880 pmap_remove_all(vm_page_t m)
3881 {
3882         struct md_page *pvh;
3883         pv_entry_t pv;
3884         pmap_t pmap;
3885         struct rwlock *lock;
3886         pt_entry_t *pte, tpte, PG_A, PG_M, PG_RW;
3887         pd_entry_t *pde;
3888         vm_offset_t va;
3889         struct spglist free;
3890         int pvh_gen, md_gen;
3891
3892         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
3893             ("pmap_remove_all: page %p is not managed", m));
3894         SLIST_INIT(&free);
3895         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
3896         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
3897             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3898 retry:
3899         rw_wlock(lock);
3900         while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != NULL) {
3901                 pmap = PV_PMAP(pv);
3902                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
3903                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
3904                         rw_wunlock(lock);
3905                         PMAP_LOCK(pmap);
3906                         rw_wlock(lock);
3907                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
3908                                 rw_wunlock(lock);
3909                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3910                                 goto retry;
3911                         }
3912                 }
3913                 va = pv->pv_va;
3914                 pde = pmap_pde(pmap, va);
3915                 (void)pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
3916                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3917         }
3918         while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
3919                 pmap = PV_PMAP(pv);
3920                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
3921                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
3922                         md_gen = m->md.pv_gen;
3923                         rw_wunlock(lock);
3924                         PMAP_LOCK(pmap);
3925                         rw_wlock(lock);
3926                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
3927                                 rw_wunlock(lock);
3928                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3929                                 goto retry;
3930                         }
3931                 }
3932                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
3933                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
3934                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
3935                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3936                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
3937                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_remove_all: found"
3938                     " a 2mpage in page %p's pv list", m));
3939                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
3940                 tpte = pte_load_clear(pte);
3941                 if (tpte & PG_W)
3942                         pmap->pm_stats.wired_count--;
3943                 if (tpte & PG_A)
3944                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
3945
3946                 /*
3947                  * Update the vm_page_t clean and reference bits.
3948                  */
3949                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
3950                         vm_page_dirty(m);
3951                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, *pde, &free);
3952                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
3953                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3954                 m->md.pv_gen++;
3955                 free_pv_entry(pmap, pv);
3956                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3957         }
3958         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
3959         rw_wunlock(lock);
3960         pmap_delayed_invl_wait(m);
3961         pmap_free_zero_pages(&free);
3962 }
3963
3964 /*
3965  * pmap_protect_pde: do the things to protect a 2mpage in a process
3966  */
3967 static boolean_t
3968 pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva, vm_prot_t prot)
3969 {
3970         pd_entry_t newpde, oldpde;
3971         vm_offset_t eva, va;
3972         vm_page_t m;
3973         boolean_t anychanged;
3974         pt_entry_t PG_G, PG_M, PG_RW;
3975
3976         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
3977         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
3978         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
3979
3980         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3981         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
3982             ("pmap_protect_pde: sva is not 2mpage aligned"));
3983         anychanged = FALSE;
3984 retry:
3985         oldpde = newpde = *pde;
3986         if (oldpde & PG_MANAGED) {
3987                 eva = sva + NBPDR;
3988                 for (va = sva, m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
3989                     va < eva; va += PAGE_SIZE, m++)
3990                         if ((oldpde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
3991                                 vm_page_dirty(m);
3992         }
3993         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0)
3994                 newpde &= ~(PG_RW | PG_M);
3995         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
3996                 newpde |= pg_nx;
3997         if (newpde != oldpde) {
3998                 if (!atomic_cmpset_long(pde, oldpde, newpde))
3999                         goto retry;
4000                 if (oldpde & PG_G)
4001                         pmap_invalidate_page(pmap, sva);
4002                 else
4003                         anychanged = TRUE;
4004         }
4005         return (anychanged);
4006 }
4007
4008 /*
4009  *      Set the physical protection on the
4010  *      specified range of this map as requested.
4011  */
4012 void
4013 pmap_protect(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, vm_prot_t prot)
4014 {
4015         vm_offset_t va_next;
4016         pml4_entry_t *pml4e;
4017         pdp_entry_t *pdpe;
4018         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
4019         pt_entry_t *pte, PG_G, PG_M, PG_RW, PG_V;
4020         boolean_t anychanged;
4021
4022         KASSERT((prot & ~VM_PROT_ALL) == 0, ("invalid prot %x", prot));
4023         if (prot == VM_PROT_NONE) {
4024                 pmap_remove(pmap, sva, eva);
4025                 return;
4026         }
4027
4028         if ((prot & (VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE)) ==
4029             (VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE))
4030                 return;
4031
4032         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
4033         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4034         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4035         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4036         anychanged = FALSE;
4037
4038         PMAP_LOCK(pmap);
4039         for (; sva < eva; sva = va_next) {
4040
4041                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
4042                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
4043                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
4044                         if (va_next < sva)
4045                                 va_next = eva;
4046                         continue;
4047                 }
4048
4049                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
4050                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
4051                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
4052                         if (va_next < sva)
4053                                 va_next = eva;
4054                         continue;
4055                 }
4056
4057                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
4058                 if (va_next < sva)
4059                         va_next = eva;
4060
4061                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
4062                 ptpaddr = *pde;
4063
4064                 /*
4065                  * Weed out invalid mappings.
4066                  */
4067                 if (ptpaddr == 0)
4068                         continue;
4069
4070                 /*
4071                  * Check for large page.
4072                  */
4073                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
4074                         /*
4075                          * Are we protecting the entire large page?  If not,
4076                          * demote the mapping and fall through.
4077                          */
4078                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
4079                                 /*
4080                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
4081                                  * invalidated by pmap_protect_pde().
4082                                  */
4083                                 if (pmap_protect_pde(pmap, pde, sva, prot))
4084                                         anychanged = TRUE;
4085                                 continue;
4086                         } else if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, sva)) {
4087                                 /*
4088                                  * The large page mapping was destroyed.
4089                                  */
4090                                 continue;
4091                         }
4092                 }
4093
4094                 if (va_next > eva)
4095                         va_next = eva;
4096
4097                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
4098                     sva += PAGE_SIZE) {
4099                         pt_entry_t obits, pbits;
4100                         vm_page_t m;
4101
4102 retry:
4103                         obits = pbits = *pte;
4104                         if ((pbits & PG_V) == 0)
4105                                 continue;
4106
4107                         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
4108                                 if ((pbits & (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) ==
4109                                     (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) {
4110                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pbits & PG_FRAME);
4111                                         vm_page_dirty(m);
4112                                 }
4113                                 pbits &= ~(PG_RW | PG_M);
4114                         }
4115                         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
4116                                 pbits |= pg_nx;
4117
4118                         if (pbits != obits) {
4119                                 if (!atomic_cmpset_long(pte, obits, pbits))
4120                                         goto retry;
4121                                 if (obits & PG_G)
4122                                         pmap_invalidate_page(pmap, sva);
4123                                 else
4124                                         anychanged = TRUE;
4125                         }
4126                 }
4127         }
4128         if (anychanged)
4129                 pmap_invalidate_all(pmap);
4130         PMAP_UNLOCK(pmap);
4131 }
4132
4133 /*
4134  * Tries to promote the 512, contiguous 4KB page mappings that are within a
4135  * single page table page (PTP) to a single 2MB page mapping.  For promotion
4136  * to occur, two conditions must be met: (1) the 4KB page mappings must map
4137  * aligned, contiguous physical memory and (2) the 4KB page mappings must have
4138  * identical characteristics. 
4139  */
4140 static void
4141 pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
4142     struct rwlock **lockp)
4143 {
4144         pd_entry_t newpde;
4145         pt_entry_t *firstpte, oldpte, pa, *pte;
4146         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
4147         vm_page_t mpte;
4148         int PG_PTE_CACHE;
4149
4150         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
4151         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
4152         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4153         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4154         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4155         PG_PTE_CACHE = pmap_cache_mask(pmap, 0);
4156
4157         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4158
4159         /*
4160          * Examine the first PTE in the specified PTP.  Abort if this PTE is
4161          * either invalid, unused, or does not map the first 4KB physical page
4162          * within a 2MB page. 
4163          */
4164         firstpte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pde & PG_FRAME);
4165 setpde:
4166         newpde = *firstpte;
4167         if ((newpde & ((PG_FRAME & PDRMASK) | PG_A | PG_V)) != (PG_A | PG_V)) {
4168                 atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
4169                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
4170                     " in pmap %p", va, pmap);
4171                 return;
4172         }
4173         if ((newpde & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
4174                 /*
4175                  * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared without
4176                  * a TLB invalidation.
4177                  */
4178                 if (!atomic_cmpset_long(firstpte, newpde, newpde & ~PG_RW))
4179                         goto setpde;
4180                 newpde &= ~PG_RW;
4181         }
4182
4183         /*
4184          * Examine each of the other PTEs in the specified PTP.  Abort if this
4185          * PTE maps an unexpected 4KB physical page or does not have identical
4186          * characteristics to the first PTE.
4187          */
4188         pa = (newpde & (PG_PS_FRAME | PG_A | PG_V)) + NBPDR - PAGE_SIZE;
4189         for (pte = firstpte + NPTEPG - 1; pte > firstpte; pte--) {
4190 setpte:
4191                 oldpte = *pte;
4192                 if ((oldpte & (PG_FRAME | PG_A | PG_V)) != pa) {
4193                         atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
4194                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
4195                             " in pmap %p", va, pmap);
4196                         return;
4197                 }
4198                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
4199                         /*
4200                          * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared
4201                          * without a TLB invalidation.
4202                          */
4203                         if (!atomic_cmpset_long(pte, oldpte, oldpte & ~PG_RW))
4204                                 goto setpte;
4205                         oldpte &= ~PG_RW;
4206                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: protect for va %#lx"
4207                             " in pmap %p", (oldpte & PG_FRAME & PDRMASK) |
4208                             (va & ~PDRMASK), pmap);
4209                 }
4210                 if ((oldpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpde & PG_PTE_PROMOTE)) {
4211                         atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
4212                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
4213                             " in pmap %p", va, pmap);
4214                         return;
4215                 }
4216                 pa -= PAGE_SIZE;
4217         }
4218
4219         /*
4220          * Save the page table page in its current state until the PDE
4221          * mapping the superpage is demoted by pmap_demote_pde() or
4222          * destroyed by pmap_remove_pde(). 
4223          */
4224         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
4225         KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
4226             mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
4227             ("pmap_promote_pde: page table page is out of range"));
4228         KASSERT(mpte->pindex == pmap_pde_pindex(va),
4229             ("pmap_promote_pde: page table page's pindex is wrong"));
4230         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mpte)) {
4231                 atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
4232                 CTR2(KTR_PMAP,
4233                     "pmap_promote_pde: failure for va %#lx in pmap %p", va,
4234                     pmap);
4235                 return;
4236         }
4237
4238         /*
4239          * Promote the pv entries.
4240          */
4241         if ((newpde & PG_MANAGED) != 0)
4242                 pmap_pv_promote_pde(pmap, va, newpde & PG_PS_FRAME, lockp);
4243
4244         /*
4245          * Propagate the PAT index to its proper position.
4246          */
4247         newpde = pmap_swap_pat(pmap, newpde);
4248
4249         /*
4250          * Map the superpage.
4251          */
4252         if (workaround_erratum383)
4253                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, PG_PS | newpde);
4254         else
4255                 pde_store(pde, PG_PS | newpde);
4256
4257         atomic_add_long(&pmap_pde_promotions, 1);
4258         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: success for va %#lx"
4259             " in pmap %p", va, pmap);
4260 }
4261
4262 /*
4263  *      Insert the given physical page (p) at
4264  *      the specified virtual address (v) in the
4265  *      target physical map with the protection requested.
4266  *
4267  *      If specified, the page will be wired down, meaning
4268  *      that the related pte can not be reclaimed.
4269  *
4270  *      NB:  This is the only routine which MAY NOT lazy-evaluate
4271  *      or lose information.  That is, this routine must actually
4272  *      insert this page into the given map NOW.
4273  *
4274  *      When destroying both a page table and PV entry, this function
4275  *      performs the TLB invalidation before releasing the PV list
4276  *      lock, so we do not need pmap_delayed_invl_page() calls here.
4277  */
4278 int
4279 pmap_enter(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
4280     u_int flags, int8_t psind __unused)
4281 {
4282         struct rwlock *lock;
4283         pd_entry_t *pde;
4284         pt_entry_t *pte, PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
4285         pt_entry_t newpte, origpte;
4286         pv_entry_t pv;
4287         vm_paddr_t opa, pa;
4288         vm_page_t mpte, om;
4289         boolean_t nosleep;
4290
4291         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
4292         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
4293         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4294         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4295         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4296
4297         va = trunc_page(va);
4298         KASSERT(va <= VM_MAX_KERNEL_ADDRESS, ("pmap_enter: toobig"));
4299         KASSERT(va < UPT_MIN_ADDRESS || va >= UPT_MAX_ADDRESS,
4300             ("pmap_enter: invalid to pmap_enter page table pages (va: 0x%lx)",
4301             va));
4302         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0 || va < kmi.clean_sva ||
4303             va >= kmi.clean_eva,
4304             ("pmap_enter: managed mapping within the clean submap"));
4305         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 && !vm_page_xbusied(m))
4306                 VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m->object);
4307         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
4308         newpte = (pt_entry_t)(pa | PG_A | PG_V);
4309         if ((flags & VM_PROT_WRITE) != 0)
4310                 newpte |= PG_M;
4311         if ((prot & VM_PROT_WRITE) != 0)
4312                 newpte |= PG_RW;
4313         KASSERT((newpte & (PG_M | PG_RW)) != PG_M,
4314             ("pmap_enter: flags includes VM_PROT_WRITE but prot doesn't"));
4315         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
4316                 newpte |= pg_nx;
4317         if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) != 0)
4318                 newpte |= PG_W;
4319         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
4320                 newpte |= PG_U;
4321         if (pmap == kernel_pmap)
4322                 newpte |= PG_G;
4323         newpte |= pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, 0);
4324
4325         /*
4326          * Set modified bit gratuitously for writeable mappings if
4327          * the page is unmanaged. We do not want to take a fault
4328          * to do the dirty bit accounting for these mappings.
4329          */
4330         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0) {
4331                 if ((newpte & PG_RW) != 0)
4332                         newpte |= PG_M;
4333         }
4334
4335         mpte = NULL;
4336
4337         lock = NULL;
4338         PMAP_LOCK(pmap);
4339
4340         /*
4341          * In the case that a page table page is not
4342          * resident, we are creating it here.
4343          */
4344 retry:
4345         pde = pmap_pde(pmap, va);
4346         if (pde != NULL && (*pde & PG_V) != 0 && ((*pde & PG_PS) == 0 ||
4347             pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock))) {
4348                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
4349                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS && mpte == NULL) {
4350                         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
4351                         mpte->wire_count++;
4352                 }
4353         } else if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
4354                 /*
4355                  * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been
4356                  * deallocated.
4357                  */
4358                 nosleep = (flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0;
4359                 mpte = _pmap_allocpte(pmap, pmap_pde_pindex(va),
4360                     nosleep ? NULL : &lock);
4361                 if (mpte == NULL && nosleep) {
4362                         if (lock != NULL)
4363                                 rw_wunlock(lock);
4364                         PMAP_UNLOCK(pmap);
4365                         return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
4366                 }
4367                 goto retry;
4368         } else
4369                 panic("pmap_enter: invalid page directory va=%#lx", va);
4370
4371         origpte = *pte;
4372
4373         /*
4374          * Is the specified virtual address already mapped?
4375          */
4376         if ((origpte & PG_V) != 0) {
4377                 /*
4378                  * Wiring change, just update stats. We don't worry about
4379                  * wiring PT pages as they remain resident as long as there
4380                  * are valid mappings in them. Hence, if a user page is wired,
4381                  * the PT page will be also.
4382                  */
4383                 if ((newpte & PG_W) != 0 && (origpte & PG_W) == 0)
4384                         pmap->pm_stats.wired_count++;
4385                 else if ((newpte & PG_W) == 0 && (origpte & PG_W) != 0)
4386                         pmap->pm_stats.wired_count--;
4387
4388                 /*
4389                  * Remove the extra PT page reference.
4390                  */
4391                 if (mpte != NULL) {
4392                         mpte->wire_count--;
4393                         KASSERT(mpte->wire_count > 0,
4394                             ("pmap_enter: missing reference to page table page,"
4395                              " va: 0x%lx", va));
4396                 }
4397
4398                 /*
4399                  * Has the physical page changed?
4400                  */
4401                 opa = origpte & PG_FRAME;
4402                 if (opa == pa) {
4403                         /*
4404                          * No, might be a protection or wiring change.
4405                          */
4406                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0) {
4407                                 newpte |= PG_MANAGED;
4408                                 if ((newpte & PG_RW) != 0)
4409                                         vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
4410                         }
4411                         if (((origpte ^ newpte) & ~(PG_M | PG_A)) == 0)
4412                                 goto unchanged;
4413                         goto validate;
4414                 }
4415         } else {
4416                 /*
4417                  * Increment the counters.
4418                  */
4419                 if ((newpte & PG_W) != 0)
4420                         pmap->pm_stats.wired_count++;
4421                 pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
4422         }
4423
4424         /*
4425          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
4426          */
4427         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
4428                 newpte |= PG_MANAGED;
4429                 pv = get_pv_entry(pmap, &lock);
4430                 pv->pv_va = va;
4431                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, pa);
4432                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4433                 m->md.pv_gen++;
4434                 if ((newpte & PG_RW) != 0)
4435                         vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
4436         }
4437
4438         /*
4439          * Update the PTE.
4440          */
4441         if ((origpte & PG_V) != 0) {
4442 validate:
4443                 origpte = pte_load_store(pte, newpte);
4444                 opa = origpte & PG_FRAME;
4445                 if (opa != pa) {
4446                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0) {
4447                                 om = PHYS_TO_VM_PAGE(opa);
4448                                 if ((origpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M |
4449                                     PG_RW))
4450                                         vm_page_dirty(om);
4451                                 if ((origpte & PG_A) != 0)
4452                                         vm_page_aflag_set(om, PGA_REFERENCED);
4453                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, opa);
4454                                 pmap_pvh_free(&om->md, pmap, va);
4455                                 if ((om->aflags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
4456                                     TAILQ_EMPTY(&om->md.pv_list) &&
4457                                     ((om->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
4458                                     TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(opa)->pv_list)))
4459                                         vm_page_aflag_clear(om, PGA_WRITEABLE);
4460                         }
4461                 } else if ((newpte & PG_M) == 0 && (origpte & (PG_M |
4462                     PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
4463                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0)
4464                                 vm_page_dirty(m);
4465
4466                         /*
4467                          * Although the PTE may still have PG_RW set, TLB
4468                          * invalidation may nonetheless be required because
4469                          * the PTE no longer has PG_M set.
4470                          */
4471                 } else if ((origpte & PG_NX) != 0 || (newpte & PG_NX) == 0) {
4472                         /*
4473                          * This PTE change does not require TLB invalidation.
4474                          */
4475                         goto unchanged;
4476                 }
4477                 if ((origpte & PG_A) != 0)
4478                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
4479         } else
4480                 pte_store(pte, newpte);
4481
4482 unchanged:
4483
4484         /*
4485          * If both the page table page and the reservation are fully
4486          * populated, then attempt promotion.
4487          */
4488         if ((mpte == NULL || mpte->wire_count == NPTEPG) &&
4489             pmap_ps_enabled(pmap) &&
4490             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
4491             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0)
4492                 pmap_promote_pde(pmap, pde, va, &lock);
4493
4494         if (lock != NULL)
4495                 rw_wunlock(lock);
4496         PMAP_UNLOCK(pmap);
4497         return (KERN_SUCCESS);
4498 }
4499
4500 /*
4501  * Tries to create a 2MB page mapping.  Returns TRUE if successful and FALSE
4502  * otherwise.  Fails if (1) a page table page cannot be allocated without
4503  * blocking, (2) a mapping already exists at the specified virtual address, or
4504  * (3) a pv entry cannot be allocated without reclaiming another pv entry. 
4505  */
4506 static boolean_t
4507 pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
4508     struct rwlock **lockp)
4509 {
4510         pd_entry_t *pde, newpde;
4511         pt_entry_t PG_V;
4512         vm_page_t mpde;
4513         struct spglist free;
4514
4515         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4516         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4517
4518         if ((mpde = pmap_allocpde(pmap, va, NULL)) == NULL) {
4519                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
4520                     " in pmap %p", va, pmap);
4521                 return (FALSE);
4522         }
4523         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mpde));
4524         pde = &pde[pmap_pde_index(va)];
4525         if ((*pde & PG_V) != 0) {
4526                 KASSERT(mpde->wire_count > 1,
4527                     ("pmap_enter_pde: mpde's wire count is too low"));
4528                 mpde->wire_count--;
4529                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
4530                     " in pmap %p", va, pmap);
4531                 return (FALSE);
4532         }
4533         newpde = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, 1) |
4534             PG_PS | PG_V;
4535         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
4536                 newpde |= PG_MANAGED;
4537
4538                 /*
4539                  * Abort this mapping if its PV entry could not be created.
4540                  */
4541                 if (!pmap_pv_insert_pde(pmap, va, VM_PAGE_TO_PHYS(m),
4542                     lockp)) {
4543                         SLIST_INIT(&free);
4544                         if (pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpde, &free)) {
4545                                 /*
4546                                  * Although "va" is not mapped, paging-
4547                                  * structure caches could nonetheless have
4548                                  * entries that refer to the freed page table
4549                                  * pages.  Invalidate those entries.
4550                                  */
4551                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
4552                                 pmap_free_zero_pages(&free);
4553                         }
4554                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
4555                             " in pmap %p", va, pmap);
4556                         return (FALSE);
4557                 }
4558         }
4559         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
4560                 newpde |= pg_nx;
4561         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
4562                 newpde |= PG_U;
4563
4564         /*
4565          * Increment counters.
4566          */
4567         pmap_resident_count_inc(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
4568
4569         /*
4570          * Map the superpage.
4571          */
4572         pde_store(pde, newpde);
4573
4574         atomic_add_long(&pmap_pde_mappings, 1);
4575         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: success for va %#lx"
4576             " in pmap %p", va, pmap);
4577         return (TRUE);
4578 }
4579
4580 /*
4581  * Maps a sequence of resident pages belonging to the same object.
4582  * The sequence begins with the given page m_start.  This page is
4583  * mapped at the given virtual address start.  Each subsequent page is
4584  * mapped at a virtual address that is offset from start by the same
4585  * amount as the page is offset from m_start within the object.  The
4586  * last page in the sequence is the page with the largest offset from
4587  * m_start that can be mapped at a virtual address less than the given
4588  * virtual address end.  Not every virtual page between start and end
4589  * is mapped; only those for which a resident page exists with the
4590  * corresponding offset from m_start are mapped.
4591  */
4592 void
4593 pmap_enter_object(pmap_t pmap, vm_offset_t start, vm_offset_t end,
4594     vm_page_t m_start, vm_prot_t prot)
4595 {
4596         struct rwlock *lock;
4597         vm_offset_t va;
4598         vm_page_t m, mpte;
4599         vm_pindex_t diff, psize;
4600
4601         VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m_start->object);
4602
4603         psize = atop(end - start);
4604         mpte = NULL;
4605         m = m_start;
4606         lock = NULL;
4607         PMAP_LOCK(pmap);
4608         while (m != NULL && (diff = m->pindex - m_start->pindex) < psize) {
4609                 va = start + ptoa(diff);
4610                 if ((va & PDRMASK) == 0 && va + NBPDR <= end &&
4611                     m->psind == 1 && pmap_ps_enabled(pmap) &&
4612                     pmap_enter_pde(pmap, va, m, prot, &lock))
4613                         m = &m[NBPDR / PAGE_SIZE - 1];
4614                 else
4615                         mpte = pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot,
4616                             mpte, &lock);
4617                 m = TAILQ_NEXT(m, listq);
4618         }
4619         if (lock != NULL)
4620                 rw_wunlock(lock);
4621         PMAP_UNLOCK(pmap);
4622 }
4623
4624 /*
4625  * this code makes some *MAJOR* assumptions:
4626  * 1. Current pmap & pmap exists.
4627  * 2. Not wired.
4628  * 3. Read access.
4629  * 4. No page table pages.
4630  * but is *MUCH* faster than pmap_enter...
4631  */
4632
4633 void
4634 pmap_enter_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot)
4635 {
4636         struct rwlock *lock;
4637
4638         lock = NULL;
4639         PMAP_LOCK(pmap);
4640         (void)pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot, NULL, &lock);
4641         if (lock != NULL)
4642                 rw_wunlock(lock);
4643         PMAP_UNLOCK(pmap);
4644 }
4645
4646 static vm_page_t
4647 pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
4648     vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp)
4649 {
4650         struct spglist free;
4651         pt_entry_t *pte, PG_V;
4652         vm_paddr_t pa;
4653
4654         KASSERT(va < kmi.clean_sva || va >= kmi.clean_eva ||
4655             (m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0,
4656             ("pmap_enter_quick_locked: managed mapping within the clean submap"));
4657         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4658         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4659
4660         /*
4661          * In the case that a page table page is not
4662          * resident, we are creating it here.
4663          */
4664         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
4665                 vm_pindex_t ptepindex;
4666                 pd_entry_t *ptepa;
4667
4668                 /*
4669                  * Calculate pagetable page index
4670                  */
4671                 ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
4672                 if (mpte && (mpte->pindex == ptepindex)) {
4673                         mpte->wire_count++;
4674                 } else {
4675                         /*
4676                          * Get the page directory entry
4677                          */
4678                         ptepa = pmap_pde(pmap, va);
4679
4680                         /*
4681                          * If the page table page is mapped, we just increment
4682                          * the hold count, and activate it.  Otherwise, we
4683                          * attempt to allocate a page table page.  If this
4684                          * attempt fails, we don't retry.  Instead, we give up.
4685                          */
4686                         if (ptepa && (*ptepa & PG_V) != 0) {
4687                                 if (*ptepa & PG_PS)
4688                                         return (NULL);
4689                                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*ptepa & PG_FRAME);
4690                                 mpte->wire_count++;
4691                         } else {
4692                                 /*
4693                                  * Pass NULL instead of the PV list lock
4694                                  * pointer, because we don't intend to sleep.
4695                                  */
4696                                 mpte = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex, NULL);
4697                                 if (mpte == NULL)
4698                                         return (mpte);
4699                         }
4700                 }
4701                 pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mpte));
4702                 pte = &pte[pmap_pte_index(va)];
4703         } else {
4704                 mpte = NULL;
4705                 pte = vtopte(va);
4706         }
4707         if (*pte) {
4708                 if (mpte != NULL) {
4709                         mpte->wire_count--;
4710                         mpte = NULL;
4711                 }
4712                 return (mpte);
4713         }
4714
4715         /*
4716          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
4717          */
4718         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 &&
4719             !pmap_try_insert_pv_entry(pmap, va, m, lockp)) {
4720                 if (mpte != NULL) {
4721                         SLIST_INIT(&free);
4722                         if (pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpte, &free)) {
4723                                 /*
4724                                  * Although "va" is not mapped, paging-
4725                                  * structure caches could nonetheless have
4726                                  * entries that refer to the freed page table
4727                                  * pages.  Invalidate those entries.
4728                                  */
4729                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
4730                                 pmap_free_zero_pages(&free);
4731                         }
4732                         mpte = NULL;
4733                 }
4734                 return (mpte);
4735         }
4736
4737         /*
4738          * Increment counters
4739          */
4740         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
4741
4742         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, 0);
4743         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
4744                 pa |= pg_nx;
4745
4746         /*
4747          * Now validate mapping with RO protection
4748          */
4749         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
4750                 pte_store(pte, pa | PG_V | PG_U);
4751         else
4752                 pte_store(pte, pa | PG_V | PG_U | PG_MANAGED);
4753         return (mpte);
4754 }
4755
4756 /*
4757  * Make a temporary mapping for a physical address.  This is only intended
4758  * to be used for panic dumps.
4759  */
4760 void *
4761 pmap_kenter_temporary(vm_paddr_t pa, int i)
4762 {
4763         vm_offset_t va;
4764
4765         va = (vm_offset_t)crashdumpmap + (i * PAGE_SIZE);
4766         pmap_kenter(va, pa);
4767         invlpg(va);
4768         return ((void *)crashdumpmap);
4769 }
4770
4771 /*
4772  * This code maps large physical mmap regions into the
4773  * processor address space.  Note that some shortcuts
4774  * are taken, but the code works.
4775  */
4776 void
4777 pmap_object_init_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_object_t object,
4778     vm_pindex_t pindex, vm_size_t size)
4779 {
4780         pd_entry_t *pde;
4781         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
4782         vm_paddr_t pa, ptepa;
4783         vm_page_t p, pdpg;
4784         int pat_mode;
4785
4786         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
4787         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4788         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4789         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4790
4791         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
4792         KASSERT(object->type == OBJT_DEVICE || object->type == OBJT_SG,
4793             ("pmap_object_init_pt: non-device object"));
4794         if ((addr & (NBPDR - 1)) == 0 && (size & (NBPDR - 1)) == 0) {
4795                 if (!pmap_ps_enabled(pmap))
4796                         return;
4797                 if (!vm_object_populate(object, pindex, pindex + atop(size)))
4798                         return;
4799                 p = vm_page_lookup(object, pindex);
4800                 KASSERT(p->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
4801                     ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
4802                 pat_mode = p->md.pat_mode;
4803
4804                 /*
4805                  * Abort the mapping if the first page is not physically
4806                  * aligned to a 2MB page boundary.
4807                  */
4808                 ptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(p);
4809                 if (ptepa & (NBPDR - 1))
4810                         return;
4811
4812                 /*
4813                  * Skip the first page.  Abort the mapping if the rest of
4814                  * the pages are not physically contiguous or have differing
4815                  * memory attributes.
4816                  */
4817                 p = TAILQ_NEXT(p, listq);
4818                 for (pa = ptepa + PAGE_SIZE; pa < ptepa + size;
4819                     pa += PAGE_SIZE) {
4820                         KASSERT(p->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
4821                             ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
4822                         if (pa != VM_PAGE_TO_PHYS(p) ||
4823                             pat_mode != p->md.pat_mode)
4824                                 return;
4825                         p = TAILQ_NEXT(p, listq);
4826                 }
4827
4828                 /*
4829                  * Map using 2MB pages.  Since "ptepa" is 2M aligned and
4830                  * "size" is a multiple of 2M, adding the PAT setting to "pa"
4831                  * will not affect the termination of this loop.
4832                  */ 
4833                 PMAP_LOCK(pmap);
4834                 for (pa = ptepa | pmap_cache_bits(pmap, pat_mode, 1);
4835                     pa < ptepa + size; pa += NBPDR) {
4836                         pdpg = pmap_allocpde(pmap, addr, NULL);
4837                         if (pdpg == NULL) {
4838                                 /*
4839                                  * The creation of mappings below is only an
4840                                  * optimization.  If a page directory page
4841                                  * cannot be allocated without blocking,
4842                                  * continue on to the next mapping rather than
4843                                  * blocking.
4844                                  */
4845                                 addr += NBPDR;
4846                                 continue;
4847                         }
4848                         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pdpg));
4849                         pde = &pde[pmap_pde_index(addr)];
4850                         if ((*pde & PG_V) == 0) {
4851                                 pde_store(pde, pa | PG_PS | PG_M | PG_A |
4852                                     PG_U | PG_RW | PG_V);
4853                                 pmap_resident_count_inc(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
4854                                 atomic_add_long(&pmap_pde_mappings, 1);
4855                         } else {
4856                                 /* Continue on if the PDE is already valid. */
4857                                 pdpg->wire_count--;
4858                                 KASSERT(pdpg->wire_count > 0,
4859                                     ("pmap_object_init_pt: missing reference "
4860                                     "to page directory page, va: 0x%lx", addr));
4861                         }
4862                         addr += NBPDR;
4863                 }
4864                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4865         }
4866 }
4867
4868 /*
4869  *      Clear the wired attribute from the mappings for the specified range of
4870  *      addresses in the given pmap.  Every valid mapping within that range
4871  *      must have the wired attribute set.  In contrast, invalid mappings
4872  *      cannot have the wired attribute set, so they are ignored.
4873  *
4874  *      The wired attribute of the page table entry is not a hardware
4875  *      feature, so there is no need to invalidate any TLB entries.
4876  *      Since pmap_demote_pde() for the wired entry must never fail,
4877  *      pmap_delayed_invl_started()/finished() calls around the
4878  *      function are not needed.
4879  */
4880 void
4881 pmap_unwire(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
4882 {
4883         vm_offset_t va_next;
4884         pml4_entry_t *pml4e;
4885         pdp_entry_t *pdpe;
4886         pd_entry_t *pde;
4887         pt_entry_t *pte, PG_V;
4888
4889         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4890         PMAP_LOCK(pmap);
4891         for (; sva < eva; sva = va_next) {
4892                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
4893                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
4894                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
4895                         if (va_next < sva)
4896                                 va_next = eva;
4897                         continue;
4898                 }
4899                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
4900                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
4901                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
4902                         if (va_next < sva)
4903                                 va_next = eva;
4904                         continue;
4905                 }
4906                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
4907                 if (va_next < sva)
4908                         va_next = eva;
4909                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
4910                 if ((*pde & PG_V) == 0)
4911                         continue;
4912                 if ((*pde & PG_PS) != 0) {
4913                         if ((*pde & PG_W) == 0)
4914                                 panic("pmap_unwire: pde %#jx is missing PG_W",
4915                                     (uintmax_t)*pde);
4916
4917                         /*
4918                          * Are we unwiring the entire large page?  If not,
4919                          * demote the mapping and fall through.
4920                          */
4921                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
4922                                 atomic_clear_long(pde, PG_W);
4923                                 pmap->pm_stats.wired_count -= NBPDR /
4924                                     PAGE_SIZE;
4925                                 continue;
4926                         } else if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, sva))
4927                                 panic("pmap_unwire: demotion failed");
4928                 }
4929                 if (va_next > eva)
4930                         va_next = eva;
4931                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
4932                     sva += PAGE_SIZE) {
4933                         if ((*pte & PG_V) == 0)
4934                                 continue;
4935                         if ((*pte & PG_W) == 0)
4936                                 panic("pmap_unwire: pte %#jx is missing PG_W",
4937                                     (uintmax_t)*pte);
4938
4939                         /*
4940                          * PG_W must be cleared atomically.  Although the pmap
4941                          * lock synchronizes access to PG_W, another processor
4942                          * could be setting PG_M and/or PG_A concurrently.
4943                          */
4944                         atomic_clear_long(pte, PG_W);
4945                         pmap->pm_stats.wired_count--;
4946                 }
4947         }
4948         PMAP_UNLOCK(pmap);
4949 }
4950
4951 /*
4952  *      Copy the range specified by src_addr/len
4953  *      from the source map to the range dst_addr/len
4954  *      in the destination map.
4955  *
4956  *      This routine is only advisory and need not do anything.
4957  */
4958
4959 void
4960 pmap_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap, vm_offset_t dst_addr, vm_size_t len,
4961     vm_offset_t src_addr)
4962 {
4963         struct rwlock *lock;
4964         struct spglist free;
4965         vm_offset_t addr;
4966         vm_offset_t end_addr = src_addr + len;
4967         vm_offset_t va_next;
4968         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_V;
4969
4970         if (dst_addr != src_addr)
4971                 return;
4972
4973         if (dst_pmap->pm_type != src_pmap->pm_type)
4974                 return;
4975
4976         /*
4977          * EPT page table entries that require emulation of A/D bits are
4978          * sensitive to clearing the PG_A bit (aka EPT_PG_READ). Although
4979          * we clear PG_M (aka EPT_PG_WRITE) concomitantly, the PG_U bit
4980          * (aka EPT_PG_EXECUTE) could still be set. Since some EPT
4981          * implementations flag an EPT misconfiguration for exec-only
4982          * mappings we skip this function entirely for emulated pmaps.
4983          */
4984         if (pmap_emulate_ad_bits(dst_pmap))
4985                 return;
4986
4987         lock = NULL;
4988         if (dst_pmap < src_pmap) {
4989                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
4990                 PMAP_LOCK(src_pmap);
4991         } else {
4992                 PMAP_LOCK(src_pmap);
4993                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
4994         }
4995
4996         PG_A = pmap_accessed_bit(dst_pmap);
4997         PG_M = pmap_modified_bit(dst_pmap);
4998         PG_V = pmap_valid_bit(dst_pmap);
4999
5000         for (addr = src_addr; addr < end_addr; addr = va_next) {
5001                 pt_entry_t *src_pte, *dst_pte;
5002                 vm_page_t dstmpde, dstmpte, srcmpte;
5003                 pml4_entry_t *pml4e;
5004                 pdp_entry_t *pdpe;
5005                 pd_entry_t srcptepaddr, *pde;
5006
5007                 KASSERT(addr < UPT_MIN_ADDRESS,
5008                     ("pmap_copy: invalid to pmap_copy page tables"));
5009
5010                 pml4e = pmap_pml4e(src_pmap, addr);
5011                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
5012                         va_next = (addr + NBPML4) & ~PML4MASK;
5013                         if (va_next < addr)
5014                                 va_next = end_addr;
5015                         continue;
5016                 }
5017
5018                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, addr);
5019                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
5020                         va_next = (addr + NBPDP) & ~PDPMASK;
5021                         if (va_next < addr)
5022                                 va_next = end_addr;
5023                         continue;
5024                 }
5025
5026                 va_next = (addr + NBPDR) & ~PDRMASK;
5027                 if (va_next < addr)
5028                         va_next = end_addr;
5029
5030                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, addr);
5031                 srcptepaddr = *pde;
5032                 if (srcptepaddr == 0)
5033                         continue;
5034                         
5035                 if (srcptepaddr & PG_PS) {
5036                         if ((addr & PDRMASK) != 0 || addr + NBPDR > end_addr)
5037                                 continue;
5038                         dstmpde = pmap_allocpde(dst_pmap, addr, NULL);
5039                         if (dstmpde == NULL)
5040                                 break;
5041                         pde = (pd_entry_t *)
5042                             PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(dstmpde));
5043                         pde = &pde[pmap_pde_index(addr)];
5044                         if (*pde == 0 && ((srcptepaddr & PG_MANAGED) == 0 ||
5045                             pmap_pv_insert_pde(dst_pmap, addr, srcptepaddr &
5046                             PG_PS_FRAME, &lock))) {
5047                                 *pde = srcptepaddr & ~PG_W;
5048                                 pmap_resident_count_inc(dst_pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
5049                                 atomic_add_long(&pmap_pde_mappings, 1);
5050                         } else
5051                                 dstmpde->wire_count--;
5052                         continue;
5053                 }
5054
5055                 srcptepaddr &= PG_FRAME;
5056                 srcmpte = PHYS_TO_VM_PAGE(srcptepaddr);
5057                 KASSERT(srcmpte->wire_count > 0,
5058                     ("pmap_copy: source page table page is unused"));
5059
5060                 if (va_next > end_addr)
5061                         va_next = end_addr;
5062
5063                 src_pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(srcptepaddr);
5064                 src_pte = &src_pte[pmap_pte_index(addr)];
5065                 dstmpte = NULL;
5066                 while (addr < va_next) {
5067                         pt_entry_t ptetemp;
5068                         ptetemp = *src_pte;
5069                         /*
5070                          * we only virtual copy managed pages
5071                          */
5072                         if ((ptetemp & PG_MANAGED) != 0) {
5073                                 if (dstmpte != NULL &&
5074                                     dstmpte->pindex == pmap_pde_pindex(addr))
5075                                         dstmpte->wire_count++;
5076                                 else if ((dstmpte = pmap_allocpte(dst_pmap,
5077                                     addr, NULL)) == NULL)
5078                                         goto out;
5079                                 dst_pte = (pt_entry_t *)
5080                                     PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(dstmpte));
5081                                 dst_pte = &dst_pte[pmap_pte_index(addr)];
5082                                 if (*dst_pte == 0 &&
5083                                     pmap_try_insert_pv_entry(dst_pmap, addr,
5084                                     PHYS_TO_VM_PAGE(ptetemp & PG_FRAME),
5085                                     &lock)) {
5086                                         /*
5087                                          * Clear the wired, modified, and
5088                                          * accessed (referenced) bits
5089                                          * during the copy.
5090                                          */
5091                                         *dst_pte = ptetemp & ~(PG_W | PG_M |
5092                                             PG_A);
5093                                         pmap_resident_count_inc(dst_pmap, 1);
5094                                 } else {
5095                                         SLIST_INIT(&free);
5096                                         if (pmap_unwire_ptp(dst_pmap, addr,
5097                                             dstmpte, &free)) {
5098                                                 /*
5099                                                  * Although "addr" is not
5100                                                  * mapped, paging-structure
5101                                                  * caches could nonetheless
5102                                                  * have entries that refer to
5103                                                  * the freed page table pages.
5104                                                  * Invalidate those entries.
5105                                                  */
5106                                                 pmap_invalidate_page(dst_pmap,
5107                                                     addr);
5108                                                 pmap_free_zero_pages(&free);
5109                                         }
5110                                         goto out;
5111                                 }
5112                                 if (dstmpte->wire_count >= srcmpte->wire_count)
5113                                         break;
5114                         }
5115                         addr += PAGE_SIZE;
5116                         src_pte++;
5117                 }
5118         }
5119 out:
5120         if (lock != NULL)
5121                 rw_wunlock(lock);
5122         PMAP_UNLOCK(src_pmap);
5123         PMAP_UNLOCK(dst_pmap);
5124 }
5125
5126 /*
5127  *      pmap_zero_page zeros the specified hardware page by mapping
5128  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.
5129  */
5130 void
5131 pmap_zero_page(vm_page_t m)
5132 {
5133         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5134
5135         pagezero((void *)va);
5136 }
5137
5138 /*
5139  *      pmap_zero_page_area zeros the specified hardware page by mapping 
5140  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.
5141  *
5142  *      off and size may not cover an area beyond a single hardware page.
5143  */
5144 void
5145 pmap_zero_page_area(vm_page_t m, int off, int size)
5146 {
5147         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5148
5149         if (off == 0 && size == PAGE_SIZE)
5150                 pagezero((void *)va);
5151         else
5152                 bzero((char *)va + off, size);
5153 }
5154
5155 /*
5156  *      pmap_zero_page_idle zeros the specified hardware page by mapping 
5157  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.  This
5158  *      is intended to be called from the vm_pagezero process only and
5159  *      outside of Giant.
5160  */
5161 void
5162 pmap_zero_page_idle(vm_page_t m)
5163 {
5164         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5165
5166         pagezero((void *)va);
5167 }
5168
5169 /*
5170  *      pmap_copy_page copies the specified (machine independent)
5171  *      page by mapping the page into virtual memory and using
5172  *      bcopy to copy the page, one machine dependent page at a
5173  *      time.
5174  */
5175 void
5176 pmap_copy_page(vm_page_t msrc, vm_page_t mdst)
5177 {
5178         vm_offset_t src = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(msrc));
5179         vm_offset_t dst = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mdst));
5180
5181         pagecopy((void *)src, (void *)dst);
5182 }
5183
5184 int unmapped_buf_allowed = 1;
5185
5186 void
5187 pmap_copy_pages(vm_page_t ma[], vm_offset_t a_offset, vm_page_t mb[],
5188     vm_offset_t b_offset, int xfersize)
5189 {
5190         void *a_cp, *b_cp;
5191         vm_page_t pages[2];
5192         vm_offset_t vaddr[2], a_pg_offset, b_pg_offset;
5193         int cnt;
5194         boolean_t mapped;
5195
5196         while (xfersize > 0) {
5197                 a_pg_offset = a_offset & PAGE_MASK;
5198                 pages[0] = ma[a_offset >> PAGE_SHIFT];
5199                 b_pg_offset = b_offset & PAGE_MASK;
5200                 pages[1] = mb[b_offset >> PAGE_SHIFT];
5201                 cnt = min(xfersize, PAGE_SIZE - a_pg_offset);
5202                 cnt = min(cnt, PAGE_SIZE - b_pg_offset);
5203                 mapped = pmap_map_io_transient(pages, vaddr, 2, FALSE);
5204                 a_cp = (char *)vaddr[0] + a_pg_offset;
5205                 b_cp = (char *)vaddr[1] + b_pg_offset;
5206                 bcopy(a_cp, b_cp, cnt);
5207                 if (__predict_false(mapped))
5208                         pmap_unmap_io_transient(pages, vaddr, 2, FALSE);
5209                 a_offset += cnt;
5210                 b_offset += cnt;
5211                 xfersize -= cnt;
5212         }
5213 }
5214
5215 /*
5216  * Returns true if the pmap's pv is one of the first
5217  * 16 pvs linked to from this page.  This count may
5218  * be changed upwards or downwards in the future; it
5219  * is only necessary that true be returned for a small
5220  * subset of pmaps for proper page aging.
5221  */
5222 boolean_t
5223 pmap_page_exists_quick(pmap_t pmap, vm_page_t m)
5224 {
5225         struct md_page *pvh;
5226         struct rwlock *lock;
5227         pv_entry_t pv;
5228         int loops = 0;
5229         boolean_t rv;
5230
5231         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5232             ("pmap_page_exists_quick: page %p is not managed", m));
5233         rv = FALSE;
5234         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5235         rw_rlock(lock);
5236         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5237                 if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
5238                         rv = TRUE;
5239                         break;
5240                 }
5241                 loops++;
5242                 if (loops >= 16)
5243                         break;
5244         }
5245         if (!rv && loops < 16 && (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5246                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5247                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
5248                         if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
5249                                 rv = TRUE;
5250                                 break;
5251                         }
5252                         loops++;
5253                         if (loops >= 16)
5254                                 break;
5255                 }
5256         }
5257         rw_runlock(lock);
5258         return (rv);
5259 }
5260
5261 /*
5262  *      pmap_page_wired_mappings:
5263  *
5264  *      Return the number of managed mappings to the given physical page
5265  *      that are wired.
5266  */
5267 int
5268 pmap_page_wired_mappings(vm_page_t m)
5269 {
5270         struct rwlock *lock;
5271         struct md_page *pvh;
5272         pmap_t pmap;
5273         pt_entry_t *pte;
5274         pv_entry_t pv;
5275         int count, md_gen, pvh_gen;
5276
5277         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
5278                 return (0);
5279         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5280         rw_rlock(lock);
5281 restart:
5282         count = 0;
5283         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5284                 pmap = PV_PMAP(pv);
5285                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5286                         md_gen = m->md.pv_gen;
5287                         rw_runlock(lock);
5288                         PMAP_LOCK(pmap);
5289                         rw_rlock(lock);
5290                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
5291                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5292                                 goto restart;
5293                         }
5294                 }
5295                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va);
5296                 if ((*pte & PG_W) != 0)
5297                         count++;
5298                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5299         }
5300         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5301                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5302                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
5303                         pmap = PV_PMAP(pv);
5304                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5305                                 md_gen = m->md.pv_gen;
5306                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
5307                                 rw_runlock(lock);
5308                                 PMAP_LOCK(pmap);
5309                                 rw_rlock(lock);
5310                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
5311                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
5312                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
5313                                         goto restart;
5314                                 }
5315                         }
5316                         pte = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
5317                         if ((*pte & PG_W) != 0)
5318                                 count++;
5319                         PMAP_UNLOCK(pmap);
5320                 }
5321         }
5322         rw_runlock(lock);
5323         return (count);
5324 }
5325
5326 /*
5327  * Returns TRUE if the given page is mapped individually or as part of
5328  * a 2mpage.  Otherwise, returns FALSE.
5329  */
5330 boolean_t
5331 pmap_page_is_mapped(vm_page_t m)
5332 {
5333         struct rwlock *lock;
5334         boolean_t rv;
5335
5336         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
5337                 return (FALSE);
5338         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5339         rw_rlock(lock);
5340         rv = !TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) ||
5341             ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
5342             !TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m))->pv_list));
5343         rw_runlock(lock);
5344         return (rv);
5345 }
5346
5347 /*
5348  * Destroy all managed, non-wired mappings in the given user-space
5349  * pmap.  This pmap cannot be active on any processor besides the
5350  * caller.
5351  *
5352  * This function cannot be applied to the kernel pmap.  Moreover, it
5353  * is not intended for general use.  It is only to be used during
5354  * process termination.  Consequently, it can be implemented in ways
5355  * that make it faster than pmap_remove().  First, it can more quickly
5356  * destroy mappings by iterating over the pmap's collection of PV
5357  * entries, rather than searching the page table.  Second, it doesn't
5358  * have to test and clear the page table entries atomically, because
5359  * no processor is currently accessing the user address space.  In
5360  * particular, a page table entry's dirty bit won't change state once
5361  * this function starts.
5362  */
5363 void
5364 pmap_remove_pages(pmap_t pmap)
5365 {
5366         pd_entry_t ptepde;
5367         pt_entry_t *pte, tpte;
5368         pt_entry_t PG_M, PG_RW, PG_V;
5369         struct spglist free;
5370         vm_page_t m, mpte, mt;
5371         pv_entry_t pv;
5372         struct md_page *pvh;
5373         struct pv_chunk *pc, *npc;
5374         struct rwlock *lock;
5375         int64_t bit;
5376         uint64_t inuse, bitmask;
5377         int allfree, field, freed, idx;
5378         boolean_t superpage;
5379         vm_paddr_t pa;
5380
5381         /*
5382          * Assert that the given pmap is only active on the current
5383          * CPU.  Unfortunately, we cannot block another CPU from
5384          * activating the pmap while this function is executing.
5385          */
5386         KASSERT(pmap == PCPU_GET(curpmap), ("non-current pmap %p", pmap));
5387 #ifdef INVARIANTS
5388         {
5389                 cpuset_t other_cpus;
5390
5391                 other_cpus = all_cpus;
5392                 critical_enter();
5393                 CPU_CLR(PCPU_GET(cpuid), &other_cpus);
5394                 CPU_AND(&other_cpus, &pmap->pm_active);
5395                 critical_exit();
5396                 KASSERT(CPU_EMPTY(&other_cpus), ("pmap active %p", pmap));
5397         }
5398 #endif
5399
5400         lock = NULL;
5401         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5402         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5403         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5404
5405         SLIST_INIT(&free);
5406         PMAP_LOCK(pmap);
5407         TAILQ_FOREACH_SAFE(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list, npc) {
5408                 allfree = 1;
5409                 freed = 0;
5410                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
5411                         inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
5412                         while (inuse != 0) {
5413                                 bit = bsfq(inuse);
5414                                 bitmask = 1UL << bit;
5415                                 idx = field * 64 + bit;
5416                                 pv = &pc->pc_pventry[idx];
5417                                 inuse &= ~bitmask;
5418
5419                                 pte = pmap_pdpe(pmap, pv->pv_va);
5420                                 ptepde = *pte;
5421                                 pte = pmap_pdpe_to_pde(pte, pv->pv_va);
5422                                 tpte = *pte;
5423                                 if ((tpte & (PG_PS | PG_V)) == PG_V) {
5424                                         superpage = FALSE;
5425                                         ptepde = tpte;
5426                                         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(tpte &
5427                                             PG_FRAME);
5428                                         pte = &pte[pmap_pte_index(pv->pv_va)];
5429                                         tpte = *pte;
5430                                 } else {
5431                                         /*
5432                                          * Keep track whether 'tpte' is a
5433                                          * superpage explicitly instead of
5434                                          * relying on PG_PS being set.
5435                                          *
5436                                          * This is because PG_PS is numerically
5437                                          * identical to PG_PTE_PAT and thus a
5438                                          * regular page could be mistaken for
5439                                          * a superpage.
5440                                          */
5441                                         superpage = TRUE;
5442                                 }
5443
5444                                 if ((tpte & PG_V) == 0) {
5445                                         panic("bad pte va %lx pte %lx",
5446                                             pv->pv_va, tpte);
5447                                 }
5448
5449 /*
5450  * We cannot remove wired pages from a process' mapping at this time
5451  */
5452                                 if (tpte & PG_W) {
5453                                         allfree = 0;
5454                                         continue;
5455                                 }
5456
5457                                 if (superpage)
5458                                         pa = tpte & PG_PS_FRAME;
5459                                 else
5460                                         pa = tpte & PG_FRAME;
5461
5462                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
5463                                 KASSERT(m->phys_addr == pa,
5464                                     ("vm_page_t %p phys_addr mismatch %016jx %016jx",
5465                                     m, (uintmax_t)m->phys_addr,
5466                                     (uintmax_t)tpte));
5467
5468                                 KASSERT((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
5469                                     m < &vm_page_array[vm_page_array_size],
5470                                     ("pmap_remove_pages: bad tpte %#jx",
5471                                     (uintmax_t)tpte));
5472
5473                                 pte_clear(pte);
5474
5475                                 /*
5476                                  * Update the vm_page_t clean/reference bits.
5477                                  */
5478                                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
5479                                         if (superpage) {
5480                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
5481                                                         vm_page_dirty(mt);
5482                                         } else
5483                                                 vm_page_dirty(m);
5484                                 }
5485
5486                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(&lock, m);
5487
5488                                 /* Mark free */
5489                                 pc->pc_map[field] |= bitmask;
5490                                 if (superpage) {
5491                                         pmap_resident_count_dec(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
5492                                         pvh = pa_to_pvh(tpte & PG_PS_FRAME);
5493                                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
5494                                         pvh->pv_gen++;
5495                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
5496                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
5497                                                         if ((mt->aflags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
5498                                                             TAILQ_EMPTY(&mt->md.pv_list))
5499                                                                 vm_page_aflag_clear(mt, PGA_WRITEABLE);
5500                                         }
5501                                         mpte = pmap_lookup_pt_page(pmap, pv->pv_va);
5502                                         if (mpte != NULL) {
5503                                                 pmap_remove_pt_page(pmap, mpte);
5504                                                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
5505                                                 KASSERT(mpte->wire_count == NPTEPG,
5506                                                     ("pmap_remove_pages: pte page wire count error"));
5507                                                 mpte->wire_count = 0;
5508                                                 pmap_add_delayed_free_list(mpte, &free, FALSE);
5509                                                 atomic_subtract_int(&vm_cnt.v_wire_count, 1);
5510                                         }
5511                                 } else {
5512                                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
5513                                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5514                                         m->md.pv_gen++;
5515                                         if ((m->aflags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
5516                                             TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
5517                                             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5518                                                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5519                                                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
5520                                                         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
5521                                         }
5522                                 }
5523                                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, ptepde, &free);
5524                                 freed++;
5525                         }
5526                 }
5527                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
5528                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
5529                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
5530                 if (allfree) {
5531                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5532                         free_pv_chunk(pc);
5533                 }
5534         }
5535         if (lock != NULL)
5536                 rw_wunlock(lock);
5537         pmap_invalidate_all(pmap);
5538         PMAP_UNLOCK(pmap);
5539         pmap_free_zero_pages(&free);
5540 }
5541
5542 static boolean_t
5543 pmap_page_test_mappings(vm_page_t m, boolean_t accessed, boolean_t modified)
5544 {
5545         struct rwlock *lock;
5546         pv_entry_t pv;
5547         struct md_page *pvh;
5548         pt_entry_t *pte, mask;
5549         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
5550         pmap_t pmap;
5551         int md_gen, pvh_gen;
5552         boolean_t rv;
5553
5554         rv = FALSE;
5555         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5556         rw_rlock(lock);
5557 restart:
5558         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5559                 pmap = PV_PMAP(pv);
5560                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5561                         md_gen = m->md.pv_gen;
5562                         rw_runlock(lock);
5563                         PMAP_LOCK(pmap);
5564                         rw_rlock(lock);
5565                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
5566                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5567                                 goto restart;
5568                         }
5569                 }
5570                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va);
5571                 mask = 0;
5572                 if (modified) {
5573                         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5574                         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5575                         mask |= PG_RW | PG_M;
5576                 }
5577                 if (accessed) {
5578                         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5579                         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5580                         mask |= PG_V | PG_A;
5581                 }
5582                 rv = (*pte & mask) == mask;
5583                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5584                 if (rv)
5585                         goto out;
5586         }
5587         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5588                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5589                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
5590                         pmap = PV_PMAP(pv);
5591                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5592                                 md_gen = m->md.pv_gen;
5593                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
5594                                 rw_runlock(lock);
5595                                 PMAP_LOCK(pmap);
5596                                 rw_rlock(lock);
5597                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
5598                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
5599                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
5600                                         goto restart;
5601                                 }
5602                         }
5603                         pte = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
5604                         mask = 0;
5605                         if (modified) {
5606                                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5607                                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5608                                 mask |= PG_RW | PG_M;
5609                         }
5610                         if (accessed) {
5611                                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5612                                 PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5613                                 mask |= PG_V | PG_A;
5614                         }
5615                         rv = (*pte & mask) == mask;
5616                         PMAP_UNLOCK(pmap);
5617                         if (rv)
5618                                 goto out;
5619                 }
5620         }
5621 out:
5622         rw_runlock(lock);
5623         return (rv);
5624 }
5625
5626 /*
5627  *      pmap_is_modified:
5628  *
5629  *      Return whether or not the specified physical page was modified
5630  *      in any physical maps.
5631  */
5632 boolean_t
5633 pmap_is_modified(vm_page_t m)
5634 {
5635
5636         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5637             ("pmap_is_modified: page %p is not managed", m));
5638
5639         /*
5640          * If the page is not exclusive busied, then PGA_WRITEABLE cannot be
5641          * concurrently set while the object is locked.  Thus, if PGA_WRITEABLE
5642          * is clear, no PTEs can have PG_M set.
5643          */
5644         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
5645         if (!vm_page_xbusied(m) && (m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
5646                 return (FALSE);
5647         return (pmap_page_test_mappings(m, FALSE, TRUE));
5648 }
5649
5650 /*
5651  *      pmap_is_prefaultable:
5652  *
5653  *      Return whether or not the specified virtual address is eligible
5654  *      for prefault.
5655  */
5656 boolean_t
5657 pmap_is_prefaultable(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
5658 {
5659         pd_entry_t *pde;
5660         pt_entry_t *pte, PG_V;
5661         boolean_t rv;
5662
5663         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5664         rv = FALSE;
5665         PMAP_LOCK(pmap);
5666         pde = pmap_pde(pmap, addr);
5667         if (pde != NULL && (*pde & (PG_PS | PG_V)) == PG_V) {
5668                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, addr);
5669                 rv = (*pte & PG_V) == 0;
5670         }
5671         PMAP_UNLOCK(pmap);
5672         return (rv);
5673 }
5674
5675 /*
5676  *      pmap_is_referenced:
5677  *
5678  *      Return whether or not the specified physical page was referenced
5679  *      in any physical maps.
5680  */
5681 boolean_t
5682 pmap_is_referenced(vm_page_t m)
5683 {
5684
5685         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5686             ("pmap_is_referenced: page %p is not managed", m));
5687         return (pmap_page_test_mappings(m, TRUE, FALSE));
5688 }
5689
5690 /*
5691  * Clear the write and modified bits in each of the given page's mappings.
5692  */
5693 void
5694 pmap_remove_write(vm_page_t m)
5695 {
5696         struct md_page *pvh;
5697         pmap_t pmap;
5698         struct rwlock *lock;
5699         pv_entry_t next_pv, pv;
5700         pd_entry_t *pde;
5701         pt_entry_t oldpte, *pte, PG_M, PG_RW;
5702         vm_offset_t va;
5703         int pvh_gen, md_gen;
5704
5705         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5706             ("pmap_remove_write: page %p is not managed", m));
5707
5708         /*
5709          * If the page is not exclusive busied, then PGA_WRITEABLE cannot be
5710          * set by another thread while the object is locked.  Thus,
5711          * if PGA_WRITEABLE is clear, no page table entries need updating.
5712          */
5713         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
5714         if (!vm_page_xbusied(m) && (m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
5715                 return;
5716         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5717         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
5718             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5719 retry_pv_loop:
5720         rw_wlock(lock);
5721         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
5722                 pmap = PV_PMAP(pv);
5723                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5724                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5725                         rw_wunlock(lock);
5726                         PMAP_LOCK(pmap);
5727                         rw_wlock(lock);
5728                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
5729                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5730                                 rw_wunlock(lock);
5731                                 goto retry_pv_loop;
5732                         }
5733                 }
5734                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5735                 va = pv->pv_va;
5736                 pde = pmap_pde(pmap, va);
5737                 if ((*pde & PG_RW) != 0)
5738                         (void)pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
5739                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
5740                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
5741                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
5742                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5743         }
5744         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5745                 pmap = PV_PMAP(pv);
5746                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5747                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5748                         md_gen = m->md.pv_gen;
5749                         rw_wunlock(lock);
5750                         PMAP_LOCK(pmap);
5751                         rw_wlock(lock);
5752                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen ||
5753                             md_gen != m->md.pv_gen) {
5754                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5755                                 rw_wunlock(lock);
5756                                 goto retry_pv_loop;
5757                         }
5758                 }
5759                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5760                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5761                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
5762                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0,
5763                     ("pmap_remove_write: found a 2mpage in page %p's pv list",
5764                     m));
5765                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
5766 retry:
5767                 oldpte = *pte;
5768                 if (oldpte & PG_RW) {
5769                         if (!atomic_cmpset_long(pte, oldpte, oldpte &
5770                             ~(PG_RW | PG_M)))
5771                                 goto retry;
5772                         if ((oldpte & PG_M) != 0)
5773                                 vm_page_dirty(m);
5774                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
5775                 }
5776                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5777         }
5778         rw_wunlock(lock);
5779         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
5780         pmap_delayed_invl_wait(m);
5781 }
5782
5783 static __inline boolean_t
5784 safe_to_clear_referenced(pmap_t pmap, pt_entry_t pte)
5785 {
5786
5787         if (!pmap_emulate_ad_bits(pmap))
5788                 return (TRUE);
5789
5790         KASSERT(pmap->pm_type == PT_EPT, ("invalid pm_type %d", pmap->pm_type));
5791
5792         /*
5793          * XWR = 010 or 110 will cause an unconditional EPT misconfiguration
5794          * so we don't let the referenced (aka EPT_PG_READ) bit to be cleared
5795          * if the EPT_PG_WRITE bit is set.
5796          */
5797         if ((pte & EPT_PG_WRITE) != 0)
5798                 return (FALSE);
5799
5800         /*
5801          * XWR = 100 is allowed only if the PMAP_SUPPORTS_EXEC_ONLY is set.
5802          */
5803         if ((pte & EPT_PG_EXECUTE) == 0 ||
5804             ((pmap->pm_flags & PMAP_SUPPORTS_EXEC_ONLY) != 0))
5805                 return (TRUE);
5806         else
5807                 return (FALSE);
5808 }
5809
5810 #define PMAP_TS_REFERENCED_MAX  5
5811
5812 /*
5813  *      pmap_ts_referenced:
5814  *
5815  *      Return a count of reference bits for a page, clearing those bits.
5816  *      It is not necessary for every reference bit to be cleared, but it
5817  *      is necessary that 0 only be returned when there are truly no
5818  *      reference bits set.
5819  *
5820  *      XXX: The exact number of bits to check and clear is a matter that
5821  *      should be tested and standardized at some point in the future for
5822  *      optimal aging of shared pages.
5823  *
5824  *      A DI block is not needed within this function, because
5825  *      invalidations are performed before the PV list lock is
5826  *      released.
5827  */
5828 int
5829 pmap_ts_referenced(vm_page_t m)
5830 {
5831         struct md_page *pvh;
5832         pv_entry_t pv, pvf;
5833         pmap_t pmap;
5834         struct rwlock *lock;
5835         pd_entry_t oldpde, *pde;
5836         pt_entry_t *pte, PG_A;
5837         vm_offset_t va;
5838         vm_paddr_t pa;
5839         int cleared, md_gen, not_cleared, pvh_gen;
5840         struct spglist free;
5841         boolean_t demoted;
5842
5843         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5844             ("pmap_ts_referenced: page %p is not managed", m));
5845         SLIST_INIT(&free);
5846         cleared = 0;
5847         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
5848         lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);
5849         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy : pa_to_pvh(pa);
5850         rw_wlock(lock);
5851 retry:
5852         not_cleared = 0;
5853         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) == NULL)
5854                 goto small_mappings;
5855         pv = pvf;
5856         do {
5857                 if (pvf == NULL)
5858                         pvf = pv;
5859                 pmap = PV_PMAP(pv);
5860                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5861                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5862                         rw_wunlock(lock);
5863                         PMAP_LOCK(pmap);
5864                         rw_wlock(lock);
5865                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
5866                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5867                                 goto retry;
5868                         }
5869                 }
5870                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5871                 va = pv->pv_va;
5872                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
5873                 oldpde = *pde;
5874                 if ((*pde & PG_A) != 0) {
5875                         /*
5876                          * Since this reference bit is shared by 512 4KB
5877                          * pages, it should not be cleared every time it is
5878                          * tested.  Apply a simple "hash" function on the
5879                          * physical page number, the virtual superpage number,
5880                          * and the pmap address to select one 4KB page out of
5881                          * the 512 on which testing the reference bit will
5882                          * result in clearing that reference bit.  This
5883                          * function is designed to avoid the selection of the
5884                          * same 4KB page for every 2MB page mapping.
5885                          *
5886                          * On demotion, a mapping that hasn't been referenced
5887                          * is simply destroyed.  To avoid the possibility of a
5888                          * subsequent page fault on a demoted wired mapping,
5889                          * always leave its reference bit set.  Moreover,
5890                          * since the superpage is wired, the current state of
5891                          * its reference bit won't affect page replacement.
5892                          */
5893                         if ((((pa >> PAGE_SHIFT) ^ (pv->pv_va >> PDRSHIFT) ^
5894                             (uintptr_t)pmap) & (NPTEPG - 1)) == 0 &&
5895                             (*pde & PG_W) == 0) {
5896                                 if (safe_to_clear_referenced(pmap, oldpde)) {
5897                                         atomic_clear_long(pde, PG_A);
5898                                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
5899                                         demoted = FALSE;
5900                                 } else if (pmap_demote_pde_locked(pmap, pde,
5901                                     pv->pv_va, &lock)) {
5902                                         /*
5903                                          * Remove the mapping to a single page
5904                                          * so that a subsequent access may
5905                                          * repromote.  Since the underlying
5906                                          * page table page is fully populated,
5907                                          * this removal never frees a page
5908                                          * table page.
5909                                          */
5910                                         demoted = TRUE;
5911                                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde &
5912                                             PG_PS_FRAME);
5913                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
5914                                         pmap_remove_pte(pmap, pte, va, *pde,
5915                                             NULL, &lock);
5916                                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
5917                                 } else
5918                                         demoted = TRUE;
5919
5920                                 if (demoted) {
5921                                         /*
5922                                          * The superpage mapping was removed
5923                                          * entirely and therefore 'pv' is no
5924                                          * longer valid.
5925                                          */
5926                                         if (pvf == pv)
5927                                                 pvf = NULL;
5928                                         pv = NULL;
5929                                 }
5930                                 cleared++;
5931                                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
5932                                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
5933                                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
5934                         } else
5935                                 not_cleared++;
5936                 }
5937                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5938                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
5939                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
5940                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
5941                         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
5942                         pvh->pv_gen++;
5943                 }
5944                 if (cleared + not_cleared >= PMAP_TS_REFERENCED_MAX)
5945                         goto out;
5946         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != pvf);
5947 small_mappings:
5948         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) == NULL)
5949                 goto out;
5950         pv = pvf;
5951         do {
5952                 if (pvf == NULL)
5953                         pvf = pv;
5954                 pmap = PV_PMAP(pv);
5955                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5956                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5957                         md_gen = m->md.pv_gen;
5958                         rw_wunlock(lock);
5959                         PMAP_LOCK(pmap);
5960                         rw_wlock(lock);
5961                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
5962                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5963                                 goto retry;
5964                         }
5965                 }
5966                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5967                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
5968                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0,
5969                     ("pmap_ts_referenced: found a 2mpage in page %p's pv list",
5970                     m));
5971                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
5972                 if ((*pte & PG_A) != 0) {
5973                         if (safe_to_clear_referenced(pmap, *pte)) {
5974                                 atomic_clear_long(pte, PG_A);
5975                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
5976                                 cleared++;
5977                         } else if ((*pte & PG_W) == 0) {
5978                                 /*
5979                                  * Wired pages cannot be paged out so
5980                                  * doing accessed bit emulation for
5981                                  * them is wasted effort. We do the
5982                                  * hard work for unwired pages only.
5983                                  */
5984                                 pmap_remove_pte(pmap, pte, pv->pv_va,
5985                                     *pde, &free, &lock);
5986                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
5987                                 cleared++;
5988                                 if (pvf == pv)
5989                                         pvf = NULL;
5990                                 pv = NULL;
5991                                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
5992                                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
5993                                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
5994                         } else
5995                                 not_cleared++;
5996                 }
5997                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5998                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
5999                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
6000                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
6001                         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
6002                         m->md.pv_gen++;
6003                 }
6004         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != pvf && cleared +
6005             not_cleared < PMAP_TS_REFERENCED_MAX);
6006 out:
6007         rw_wunlock(lock);
6008         pmap_free_zero_pages(&free);
6009         return (cleared + not_cleared);
6010 }
6011
6012 /*
6013  *      Apply the given advice to the specified range of addresses within the
6014  *      given pmap.  Depending on the advice, clear the referenced and/or
6015  *      modified flags in each mapping and set the mapped page's dirty field.
6016  */
6017 void
6018 pmap_advise(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, int advice)
6019 {
6020         struct rwlock *lock;
6021         pml4_entry_t *pml4e;
6022         pdp_entry_t *pdpe;
6023         pd_entry_t oldpde, *pde;
6024         pt_entry_t *pte, PG_A, PG_G, PG_M, PG_RW, PG_V;
6025         vm_offset_t va_next;
6026         vm_page_t m;
6027         boolean_t anychanged;
6028
6029         if (advice != MADV_DONTNEED && advice != MADV_FREE)
6030                 return;
6031
6032         /*
6033          * A/D bit emulation requires an alternate code path when clearing
6034          * the modified and accessed bits below. Since this function is
6035          * advisory in nature we skip it entirely for pmaps that require
6036          * A/D bit emulation.
6037          */
6038         if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
6039                 return;
6040
6041         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6042         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
6043         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6044         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6045         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6046         anychanged = FALSE;
6047         pmap_delayed_invl_started();
6048         PMAP_LOCK(pmap);
6049         for (; sva < eva; sva = va_next) {
6050                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
6051                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
6052                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
6053                         if (va_next < sva)
6054                                 va_next = eva;
6055                         continue;
6056                 }
6057                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
6058                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
6059                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
6060                         if (va_next < sva)
6061                                 va_next = eva;
6062                         continue;
6063                 }
6064                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
6065                 if (va_next < sva)
6066                         va_next = eva;
6067                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
6068                 oldpde = *pde;
6069                 if ((oldpde & PG_V) == 0)
6070                         continue;
6071                 else if ((oldpde & PG_PS) != 0) {
6072                         if ((oldpde & PG_MANAGED) == 0)
6073                                 continue;
6074                         lock = NULL;
6075                         if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, sva, &lock)) {
6076                                 if (lock != NULL)
6077                                         rw_wunlock(lock);
6078
6079                                 /*
6080                                  * The large page mapping was destroyed.
6081                                  */
6082                                 continue;
6083                         }
6084
6085                         /*
6086                          * Unless the page mappings are wired, remove the
6087                          * mapping to a single page so that a subsequent
6088                          * access may repromote.  Since the underlying page
6089                          * table page is fully populated, this removal never
6090                          * frees a page table page.
6091                          */
6092                         if ((oldpde & PG_W) == 0) {
6093                                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva);
6094                                 KASSERT((*pte & PG_V) != 0,
6095                                     ("pmap_advise: invalid PTE"));
6096                                 pmap_remove_pte(pmap, pte, sva, *pde, NULL,
6097                                     &lock);
6098                                 anychanged = TRUE;
6099                         }
6100                         if (lock != NULL)
6101                                 rw_wunlock(lock);
6102                 }
6103                 if (va_next > eva)
6104                         va_next = eva;
6105                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
6106                     sva += PAGE_SIZE) {
6107                         if ((*pte & (PG_MANAGED | PG_V)) != (PG_MANAGED |
6108                             PG_V))
6109                                 continue;
6110                         else if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
6111                                 if (advice == MADV_DONTNEED) {
6112                                         /*
6113                                          * Future calls to pmap_is_modified()
6114                                          * can be avoided by making the page
6115                                          * dirty now.
6116                                          */
6117                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pte & PG_FRAME);
6118                                         vm_page_dirty(m);
6119                                 }
6120                                 atomic_clear_long(pte, PG_M | PG_A);
6121                         } else if ((*pte & PG_A) != 0)
6122                                 atomic_clear_long(pte, PG_A);
6123                         else
6124                                 continue;
6125                         if ((*pte & PG_G) != 0)
6126                                 pmap_invalidate_page(pmap, sva);
6127                         else
6128                                 anychanged = TRUE;
6129                 }
6130         }
6131         if (anychanged)
6132                 pmap_invalidate_all(pmap);
6133         PMAP_UNLOCK(pmap);
6134         pmap_delayed_invl_finished();
6135 }
6136
6137 /*
6138  *      Clear the modify bits on the specified physical page.
6139  */
6140 void
6141 pmap_clear_modify(vm_page_t m)
6142 {
6143         struct md_page *pvh;
6144         pmap_t pmap;
6145         pv_entry_t next_pv, pv;
6146         pd_entry_t oldpde, *pde;
6147         pt_entry_t oldpte, *pte, PG_M, PG_RW, PG_V;
6148         struct rwlock *lock;
6149         vm_offset_t va;
6150         int md_gen, pvh_gen;
6151
6152         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
6153             ("pmap_clear_modify: page %p is not managed", m));
6154         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
6155         KASSERT(!vm_page_xbusied(m),
6156             ("pmap_clear_modify: page %p is exclusive busied", m));
6157
6158         /*
6159          * If the page is not PGA_WRITEABLE, then no PTEs can have PG_M set.
6160          * If the object containing the page is locked and the page is not
6161          * exclusive busied, then PGA_WRITEABLE cannot be concurrently set.
6162          */
6163         if ((m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
6164                 return;
6165         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
6166             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
6167         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
6168         rw_wlock(lock);
6169 restart:
6170         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
6171                 pmap = PV_PMAP(pv);
6172                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6173                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
6174                         rw_wunlock(lock);
6175                         PMAP_LOCK(pmap);
6176                         rw_wlock(lock);
6177                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
6178                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6179                                 goto restart;
6180                         }
6181                 }
6182                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6183                 PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6184                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6185                 va = pv->pv_va;
6186                 pde = pmap_pde(pmap, va);
6187                 oldpde = *pde;
6188                 if ((oldpde & PG_RW) != 0) {
6189                         if (pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock)) {
6190                                 if ((oldpde & PG_W) == 0) {
6191                                         /*
6192                                          * Write protect the mapping to a
6193                                          * single page so that a subsequent
6194                                          * write access may repromote.
6195                                          */
6196                                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde &
6197                                             PG_PS_FRAME);
6198                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
6199                                         oldpte = *pte;
6200                                         if ((oldpte & PG_V) != 0) {
6201                                                 while (!atomic_cmpset_long(pte,
6202                                                     oldpte,
6203                                                     oldpte & ~(PG_M | PG_RW)))
6204                                                         oldpte = *pte;
6205                                                 vm_page_dirty(m);
6206                                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
6207                                         }
6208                                 }
6209                         }
6210                 }
6211                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6212         }
6213         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
6214                 pmap = PV_PMAP(pv);
6215                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6216                         md_gen = m->md.pv_gen;
6217                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
6218                         rw_wunlock(lock);
6219                         PMAP_LOCK(pmap);
6220                         rw_wlock(lock);
6221                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
6222                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6223                                 goto restart;
6224                         }
6225                 }
6226                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6227                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6228                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
6229                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_clear_modify: found"
6230                     " a 2mpage in page %p's pv list", m));
6231                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
6232                 if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
6233                         atomic_clear_long(pte, PG_M);
6234                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
6235                 }
6236                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6237         }
6238         rw_wunlock(lock);
6239 }
6240
6241 /*
6242  * Miscellaneous support routines follow
6243  */
6244
6245 /* Adjust the cache mode for a 4KB page mapped via a PTE. */
6246 static __inline void
6247 pmap_pte_attr(pt_entry_t *pte, int cache_bits, int mask)
6248 {
6249         u_int opte, npte;
6250
6251         /*
6252          * The cache mode bits are all in the low 32-bits of the
6253          * PTE, so we can just spin on updating the low 32-bits.
6254          */
6255         do {
6256                 opte = *(u_int *)pte;
6257                 npte = opte & ~mask;
6258                 npte |= cache_bits;
6259         } while (npte != opte && !atomic_cmpset_int((u_int *)pte, opte, npte));
6260 }
6261
6262 /* Adjust the cache mode for a 2MB page mapped via a PDE. */
6263 static __inline void
6264 pmap_pde_attr(pd_entry_t *pde, int cache_bits, int mask)
6265 {
6266         u_int opde, npde;
6267
6268         /*
6269          * The cache mode bits are all in the low 32-bits of the
6270          * PDE, so we can just spin on updating the low 32-bits.
6271          */
6272         do {
6273                 opde = *(u_int *)pde;
6274                 npde = opde & ~mask;
6275                 npde |= cache_bits;
6276         } while (npde != opde && !atomic_cmpset_int((u_int *)pde, opde, npde));
6277 }
6278
6279 /*
6280  * Map a set of physical memory pages into the kernel virtual
6281  * address space. Return a pointer to where it is mapped. This
6282  * routine is intended to be used for mapping device memory,
6283  * NOT real memory.
6284  */
6285 void *
6286 pmap_mapdev_attr(vm_paddr_t pa, vm_size_t size, int mode)
6287 {
6288         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
6289         vm_offset_t va, offset;
6290         vm_size_t tmpsize;
6291         int i;
6292
6293         offset = pa & PAGE_MASK;
6294         size = round_page(offset + size);
6295         pa = trunc_page(pa);
6296
6297         if (!pmap_initialized) {
6298                 va = 0;
6299                 for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
6300                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
6301                         if (ppim->va == 0) {
6302                                 ppim->pa = pa;
6303                                 ppim->sz = size;
6304                                 ppim->mode = mode;
6305                                 ppim->va = virtual_avail;
6306                                 virtual_avail += size;
6307                                 va = ppim->va;
6308                                 break;
6309                         }
6310                 }
6311                 if (va == 0)
6312                         panic("%s: too many preinit mappings", __func__);
6313         } else {
6314                 /*
6315                  * If we have a preinit mapping, re-use it.
6316                  */
6317                 for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
6318                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
6319                         if (ppim->pa == pa && ppim->sz == size &&
6320                             ppim->mode == mode)
6321                                 return ((void *)(ppim->va + offset));
6322                 }
6323                 /*
6324                  * If the specified range of physical addresses fits within
6325                  * the direct map window, use the direct map.
6326                  */
6327                 if (pa < dmaplimit && pa + size < dmaplimit) {
6328                         va = PHYS_TO_DMAP(pa);
6329                         if (!pmap_change_attr(va, size, mode))
6330                                 return ((void *)(va + offset));
6331                 }
6332                 va = kva_alloc(size);
6333                 if (va == 0)
6334                         panic("%s: Couldn't allocate KVA", __func__);
6335         }
6336         for (tmpsize = 0; tmpsize < size; tmpsize += PAGE_SIZE)
6337                 pmap_kenter_attr(va + tmpsize, pa + tmpsize, mode);
6338         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, va, va + tmpsize);
6339         pmap_invalidate_cache_range(va, va + tmpsize, FALSE);
6340         return ((void *)(va + offset));
6341 }
6342
6343 void *
6344 pmap_mapdev(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
6345 {
6346
6347         return (pmap_mapdev_attr(pa, size, PAT_UNCACHEABLE));
6348 }
6349
6350 void *
6351 pmap_mapbios(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
6352 {
6353
6354         return (pmap_mapdev_attr(pa, size, PAT_WRITE_BACK));
6355 }
6356
6357 void
6358 pmap_unmapdev(vm_offset_t va, vm_size_t size)
6359 {
6360         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
6361         vm_offset_t offset;
6362         int i;
6363
6364         /* If we gave a direct map region in pmap_mapdev, do nothing */
6365         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS)
6366                 return;
6367         offset = va & PAGE_MASK;
6368         size = round_page(offset + size);
6369         va = trunc_page(va);
6370         for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
6371                 ppim = pmap_preinit_mapping + i;
6372                 if (ppim->va == va && ppim->sz == size) {
6373                         if (pmap_initialized)
6374                                 return;
6375                         ppim->pa = 0;
6376                         ppim->va = 0;
6377                         ppim->sz = 0;
6378                         ppim->mode = 0;
6379                         if (va + size == virtual_avail)
6380                                 virtual_avail = va;
6381                         return;
6382                 }
6383         }
6384         if (pmap_initialized)
6385                 kva_free(va, size);
6386 }
6387
6388 /*
6389  * Tries to demote a 1GB page mapping.
6390  */
6391 static boolean_t
6392 pmap_demote_pdpe(pmap_t pmap, pdp_entry_t *pdpe, vm_offset_t va)
6393 {
6394         pdp_entry_t newpdpe, oldpdpe;
6395         pd_entry_t *firstpde, newpde, *pde;
6396         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
6397         vm_paddr_t mpdepa;
6398         vm_page_t mpde;
6399
6400         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6401         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6402         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6403         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6404
6405         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6406         oldpdpe = *pdpe;
6407         KASSERT((oldpdpe & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V),
6408             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_PS and/or PG_V"));
6409         if ((mpde = vm_page_alloc(NULL, va >> PDPSHIFT, VM_ALLOC_INTERRUPT |
6410             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED)) == NULL) {
6411                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pdpe: failure for va %#lx"
6412                     " in pmap %p", va, pmap);
6413                 return (FALSE);
6414         }
6415         mpdepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpde);
6416         firstpde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mpdepa);
6417         newpdpe = mpdepa | PG_M | PG_A | (oldpdpe & PG_U) | PG_RW | PG_V;
6418         KASSERT((oldpdpe & PG_A) != 0,
6419             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_A"));
6420         KASSERT((oldpdpe & (PG_M | PG_RW)) != PG_RW,
6421             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_M"));
6422         newpde = oldpdpe;
6423
6424         /*
6425          * Initialize the page directory page.
6426          */
6427         for (pde = firstpde; pde < firstpde + NPDEPG; pde++) {
6428                 *pde = newpde;
6429                 newpde += NBPDR;
6430         }
6431
6432         /*
6433          * Demote the mapping.
6434          */
6435         *pdpe = newpdpe;
6436
6437         /*
6438          * Invalidate a stale recursive mapping of the page directory page.
6439          */
6440         pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopde(va));
6441
6442         pmap_pdpe_demotions++;
6443         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pdpe: success for va %#lx"
6444             " in pmap %p", va, pmap);
6445         return (TRUE);
6446 }
6447
6448 /*
6449  * Sets the memory attribute for the specified page.
6450  */
6451 void
6452 pmap_page_set_memattr(vm_page_t m, vm_memattr_t ma)
6453 {
6454
6455         m->md.pat_mode = ma;
6456
6457         /*
6458          * If "m" is a normal page, update its direct mapping.  This update
6459          * can be relied upon to perform any cache operations that are
6460          * required for data coherence.
6461          */
6462         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
6463             pmap_change_attr(PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m)), PAGE_SIZE,
6464             m->md.pat_mode))
6465                 panic("memory attribute change on the direct map failed");
6466 }
6467
6468 /*
6469  * Changes the specified virtual address range's memory type to that given by
6470  * the parameter "mode".  The specified virtual address range must be
6471  * completely contained within either the direct map or the kernel map.  If
6472  * the virtual address range is contained within the kernel map, then the
6473  * memory type for each of the corresponding ranges of the direct map is also
6474  * changed.  (The corresponding ranges of the direct map are those ranges that
6475  * map the same physical pages as the specified virtual address range.)  These
6476  * changes to the direct map are necessary because Intel describes the
6477  * behavior of their processors as "undefined" if two or more mappings to the
6478  * same physical page have different memory types.
6479  *
6480  * Returns zero if the change completed successfully, and either EINVAL or
6481  * ENOMEM if the change failed.  Specifically, EINVAL is returned if some part
6482  * of the virtual address range was not mapped, and ENOMEM is returned if
6483  * there was insufficient memory available to complete the change.  In the
6484  * latter case, the memory type may have been changed on some part of the
6485  * virtual address range or the direct map.
6486  */
6487 int
6488 pmap_change_attr(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
6489 {
6490         int error;
6491
6492         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
6493         error = pmap_change_attr_locked(va, size, mode);
6494         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
6495         return (error);
6496 }
6497
6498 static int
6499 pmap_change_attr_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
6500 {
6501         vm_offset_t base, offset, tmpva;
6502         vm_paddr_t pa_start, pa_end, pa_end1;
6503         pdp_entry_t *pdpe;
6504         pd_entry_t *pde;
6505         pt_entry_t *pte;
6506         int cache_bits_pte, cache_bits_pde, error;
6507         boolean_t changed;
6508
6509         PMAP_LOCK_ASSERT(kernel_pmap, MA_OWNED);
6510         base = trunc_page(va);
6511         offset = va & PAGE_MASK;
6512         size = round_page(offset + size);
6513
6514         /*
6515          * Only supported on kernel virtual addresses, including the direct
6516          * map but excluding the recursive map.
6517          */
6518         if (base < DMAP_MIN_ADDRESS)
6519                 return (EINVAL);
6520
6521         cache_bits_pde = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, 1);
6522         cache_bits_pte = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, 0);
6523         changed = FALSE;
6524
6525         /*
6526          * Pages that aren't mapped aren't supported.  Also break down 2MB pages
6527          * into 4KB pages if required.
6528          */
6529         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
6530                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, tmpva);
6531                 if (pdpe == NULL || *pdpe == 0)
6532                         return (EINVAL);
6533                 if (*pdpe & PG_PS) {
6534                         /*
6535                          * If the current 1GB page already has the required
6536                          * memory type, then we need not demote this page. Just
6537                          * increment tmpva to the next 1GB page frame.
6538                          */
6539                         if ((*pdpe & X86_PG_PDE_CACHE) == cache_bits_pde) {
6540                                 tmpva = trunc_1gpage(tmpva) + NBPDP;
6541                                 continue;
6542                         }
6543
6544                         /*
6545                          * If the current offset aligns with a 1GB page frame
6546                          * and there is at least 1GB left within the range, then
6547                          * we need not break down this page into 2MB pages.
6548                          */
6549                         if ((tmpva & PDPMASK) == 0 &&
6550                             tmpva + PDPMASK < base + size) {
6551                                 tmpva += NBPDP;
6552                                 continue;
6553                         }
6554                         if (!pmap_demote_pdpe(kernel_pmap, pdpe, tmpva))
6555                                 return (ENOMEM);
6556                 }
6557                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, tmpva);
6558                 if (*pde == 0)
6559                         return (EINVAL);
6560                 if (*pde & PG_PS) {
6561                         /*
6562                          * If the current 2MB page already has the required
6563                          * memory type, then we need not demote this page. Just
6564                          * increment tmpva to the next 2MB page frame.
6565                          */
6566                         if ((*pde & X86_PG_PDE_CACHE) == cache_bits_pde) {
6567                                 tmpva = trunc_2mpage(tmpva) + NBPDR;
6568                                 continue;
6569                         }
6570
6571                         /*
6572                          * If the current offset aligns with a 2MB page frame
6573                          * and there is at least 2MB left within the range, then
6574                          * we need not break down this page into 4KB pages.
6575                          */
6576                         if ((tmpva & PDRMASK) == 0 &&
6577                             tmpva + PDRMASK < base + size) {
6578                                 tmpva += NBPDR;
6579                                 continue;
6580                         }
6581                         if (!pmap_demote_pde(kernel_pmap, pde, tmpva))
6582                                 return (ENOMEM);
6583                 }
6584                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, tmpva);
6585                 if (*pte == 0)
6586                         return (EINVAL);
6587                 tmpva += PAGE_SIZE;
6588         }
6589         error = 0;
6590
6591         /*
6592          * Ok, all the pages exist, so run through them updating their
6593          * cache mode if required.
6594          */
6595         pa_start = pa_end = 0;
6596         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
6597                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, tmpva);
6598                 if (*pdpe & PG_PS) {
6599                         if ((*pdpe & X86_PG_PDE_CACHE) != cache_bits_pde) {
6600                                 pmap_pde_attr(pdpe, cache_bits_pde,
6601                                     X86_PG_PDE_CACHE);
6602                                 changed = TRUE;
6603                         }
6604                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS &&
6605                             (*pdpe & PG_PS_FRAME) < dmaplimit) {
6606                                 if (pa_start == pa_end) {
6607                                         /* Start physical address run. */
6608                                         pa_start = *pdpe & PG_PS_FRAME;
6609                                         pa_end = pa_start + NBPDP;
6610                                 } else if (pa_end == (*pdpe & PG_PS_FRAME))
6611                                         pa_end += NBPDP;
6612                                 else {
6613                                         /* Run ended, update direct map. */
6614                                         error = pmap_change_attr_locked(
6615                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
6616                                             pa_end - pa_start, mode);
6617                                         if (error != 0)
6618                                                 break;
6619                                         /* Start physical address run. */
6620                                         pa_start = *pdpe & PG_PS_FRAME;
6621                                         pa_end = pa_start + NBPDP;
6622                                 }
6623                         }
6624                         tmpva = trunc_1gpage(tmpva) + NBPDP;
6625                         continue;
6626                 }
6627                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, tmpva);
6628                 if (*pde & PG_PS) {
6629                         if ((*pde & X86_PG_PDE_CACHE) != cache_bits_pde) {
6630                                 pmap_pde_attr(pde, cache_bits_pde,
6631                                     X86_PG_PDE_CACHE);
6632                                 changed = TRUE;
6633                         }
6634                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS &&
6635                             (*pde & PG_PS_FRAME) < dmaplimit) {
6636                                 if (pa_start == pa_end) {
6637                                         /* Start physical address run. */
6638                                         pa_start = *pde & PG_PS_FRAME;
6639                                         pa_end = pa_start + NBPDR;
6640                                 } else if (pa_end == (*pde & PG_PS_FRAME))
6641                                         pa_end += NBPDR;
6642                                 else {
6643                                         /* Run ended, update direct map. */
6644                                         error = pmap_change_attr_locked(
6645                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
6646                                             pa_end - pa_start, mode);
6647                                         if (error != 0)
6648                                                 break;
6649                                         /* Start physical address run. */
6650                                         pa_start = *pde & PG_PS_FRAME;
6651                                         pa_end = pa_start + NBPDR;
6652                                 }
6653                         }
6654                         tmpva = trunc_2mpage(tmpva) + NBPDR;
6655                 } else {
6656                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, tmpva);
6657                         if ((*pte & X86_PG_PTE_CACHE) != cache_bits_pte) {
6658                                 pmap_pte_attr(pte, cache_bits_pte,
6659                                     X86_PG_PTE_CACHE);
6660                                 changed = TRUE;
6661                         }
6662                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS &&
6663                             (*pte & PG_PS_FRAME) < dmaplimit) {
6664                                 if (pa_start == pa_end) {
6665                                         /* Start physical address run. */
6666                                         pa_start = *pte & PG_FRAME;
6667                                         pa_end = pa_start + PAGE_SIZE;
6668                                 } else if (pa_end == (*pte & PG_FRAME))
6669                                         pa_end += PAGE_SIZE;
6670                                 else {
6671                                         /* Run ended, update direct map. */
6672                                         error = pmap_change_attr_locked(
6673                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
6674                                             pa_end - pa_start, mode);
6675                                         if (error != 0)
6676                                                 break;
6677                                         /* Start physical address run. */
6678                                         pa_start = *pte & PG_FRAME;
6679                                         pa_end = pa_start + PAGE_SIZE;
6680                                 }
6681                         }
6682                         tmpva += PAGE_SIZE;
6683                 }
6684         }
6685         if (error == 0 && pa_start != pa_end && pa_start < dmaplimit) {
6686                 pa_end1 = MIN(pa_end, dmaplimit);
6687                 if (pa_start != pa_end1)
6688                         error = pmap_change_attr_locked(PHYS_TO_DMAP(pa_start),
6689                             pa_end1 - pa_start, mode);
6690         }
6691
6692         /*
6693          * Flush CPU caches if required to make sure any data isn't cached that
6694          * shouldn't be, etc.
6695          */
6696         if (changed) {
6697                 pmap_invalidate_range(kernel_pmap, base, tmpva);
6698                 pmap_invalidate_cache_range(base, tmpva, FALSE);
6699         }
6700         return (error);
6701 }
6702
6703 /*
6704  * Demotes any mapping within the direct map region that covers more than the
6705  * specified range of physical addresses.  This range's size must be a power
6706  * of two and its starting address must be a multiple of its size.  Since the
6707  * demotion does not change any attributes of the mapping, a TLB invalidation
6708  * is not mandatory.  The caller may, however, request a TLB invalidation.
6709  */
6710 void
6711 pmap_demote_DMAP(vm_paddr_t base, vm_size_t len, boolean_t invalidate)
6712 {
6713         pdp_entry_t *pdpe;
6714         pd_entry_t *pde;
6715         vm_offset_t va;
6716         boolean_t changed;
6717
6718         if (len == 0)
6719                 return;
6720         KASSERT(powerof2(len), ("pmap_demote_DMAP: len is not a power of 2"));
6721         KASSERT((base & (len - 1)) == 0,
6722             ("pmap_demote_DMAP: base is not a multiple of len"));
6723         if (len < NBPDP && base < dmaplimit) {
6724                 va = PHYS_TO_DMAP(base);
6725                 changed = FALSE;
6726                 PMAP_LOCK(kernel_pmap);
6727                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, va);
6728                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0)
6729                         panic("pmap_demote_DMAP: invalid PDPE");
6730                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0) {
6731                         if (!pmap_demote_pdpe(kernel_pmap, pdpe, va))
6732                                 panic("pmap_demote_DMAP: PDPE failed");
6733                         changed = TRUE;
6734                 }
6735                 if (len < NBPDR) {
6736                         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
6737                         if ((*pde & X86_PG_V) == 0)
6738                                 panic("pmap_demote_DMAP: invalid PDE");
6739                         if ((*pde & PG_PS) != 0) {
6740                                 if (!pmap_demote_pde(kernel_pmap, pde, va))
6741                                         panic("pmap_demote_DMAP: PDE failed");
6742                                 changed = TRUE;
6743                         }
6744                 }
6745                 if (changed && invalidate)
6746                         pmap_invalidate_page(kernel_pmap, va);
6747                 PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
6748         }
6749 }
6750
6751 /*
6752  * perform the pmap work for mincore
6753  */
6754 int
6755 pmap_mincore(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_paddr_t *locked_pa)
6756 {
6757         pd_entry_t *pdep;
6758         pt_entry_t pte, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
6759         vm_paddr_t pa;
6760         int val;
6761
6762         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6763         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6764         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6765         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6766
6767         PMAP_LOCK(pmap);
6768 retry:
6769         pdep = pmap_pde(pmap, addr);
6770         if (pdep != NULL && (*pdep & PG_V)) {
6771                 if (*pdep & PG_PS) {
6772                         pte = *pdep;
6773                         /* Compute the physical address of the 4KB page. */
6774                         pa = ((*pdep & PG_PS_FRAME) | (addr & PDRMASK)) &
6775                             PG_FRAME;
6776                         val = MINCORE_SUPER;
6777                 } else {
6778                         pte = *pmap_pde_to_pte(pdep, addr);
6779                         pa = pte & PG_FRAME;
6780                         val = 0;
6781                 }
6782         } else {
6783                 pte = 0;
6784                 pa = 0;
6785                 val = 0;
6786         }
6787         if ((pte & PG_V) != 0) {
6788                 val |= MINCORE_INCORE;
6789                 if ((pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
6790                         val |= MINCORE_MODIFIED | MINCORE_MODIFIED_OTHER;
6791                 if ((pte & PG_A) != 0)
6792                         val |= MINCORE_REFERENCED | MINCORE_REFERENCED_OTHER;
6793         }
6794         if ((val & (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER)) !=
6795             (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER) &&
6796             (pte & (PG_MANAGED | PG_V)) == (PG_MANAGED | PG_V)) {
6797                 /* Ensure that "PHYS_TO_VM_PAGE(pa)->object" doesn't change. */
6798                 if (vm_page_pa_tryrelock(pmap, pa, locked_pa))
6799                         goto retry;
6800         } else
6801                 PA_UNLOCK_COND(*locked_pa);
6802         PMAP_UNLOCK(pmap);
6803         return (val);
6804 }
6805
6806 static uint64_t
6807 pmap_pcid_alloc(pmap_t pmap, u_int cpuid)
6808 {
6809         uint32_t gen, new_gen, pcid_next;
6810
6811         CRITICAL_ASSERT(curthread);
6812         gen = PCPU_GET(pcid_gen);
6813         if (pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid == PMAP_PCID_KERN ||
6814             pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen == gen)
6815                 return (CR3_PCID_SAVE);
6816         pcid_next = PCPU_GET(pcid_next);
6817         KASSERT(pcid_next <= PMAP_PCID_OVERMAX, ("cpu %d pcid_next %#x",
6818             cpuid, pcid_next));
6819         if (pcid_next == PMAP_PCID_OVERMAX) {
6820                 new_gen = gen + 1;
6821                 if (new_gen == 0)
6822                         new_gen = 1;
6823                 PCPU_SET(pcid_gen, new_gen);
6824                 pcid_next = PMAP_PCID_KERN + 1;
6825         } else {
6826                 new_gen = gen;
6827         }
6828         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid = pcid_next;
6829         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = new_gen;
6830         PCPU_SET(pcid_next, pcid_next + 1);
6831         return (0);
6832 }
6833
6834 void
6835 pmap_activate_sw(struct thread *td)
6836 {
6837         pmap_t oldpmap, pmap;
6838         uint64_t cached, cr3;
6839         u_int cpuid;
6840
6841         oldpmap = PCPU_GET(curpmap);
6842         pmap = vmspace_pmap(td->td_proc->p_vmspace);
6843         if (oldpmap == pmap)
6844                 return;
6845         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
6846 #ifdef SMP
6847         CPU_SET_ATOMIC(cpuid, &pmap->pm_active);
6848 #else
6849         CPU_SET(cpuid, &pmap->pm_active);
6850 #endif
6851         cr3 = rcr3();
6852         if (pmap_pcid_enabled) {
6853                 cached = pmap_pcid_alloc(pmap, cpuid);
6854                 KASSERT(pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid >= 0 &&
6855                     pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid < PMAP_PCID_OVERMAX,
6856                     ("pmap %p cpu %d pcid %#x", pmap, cpuid,
6857                     pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid));
6858                 KASSERT(pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid != PMAP_PCID_KERN ||
6859                     pmap == kernel_pmap,
6860                     ("non-kernel pmap thread %p pmap %p cpu %d pcid %#x",
6861                     td, pmap, cpuid, pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid));
6862                 if (!cached || (cr3 & ~CR3_PCID_MASK) != pmap->pm_cr3) {
6863                         load_cr3(pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid |
6864                             cached);
6865                         if (cached)
6866                                 PCPU_INC(pm_save_cnt);
6867                 }
6868         } else if (cr3 != pmap->pm_cr3) {
6869                 load_cr3(pmap->pm_cr3);
6870         }
6871         PCPU_SET(curpmap, pmap);
6872 #ifdef SMP
6873         CPU_CLR_ATOMIC(cpuid, &oldpmap->pm_active);
6874 #else
6875         CPU_CLR(cpuid, &oldpmap->pm_active);
6876 #endif
6877 }
6878
6879 void
6880 pmap_activate(struct thread *td)
6881 {
6882
6883         critical_enter();
6884         pmap_activate_sw(td);
6885         critical_exit();
6886 }
6887
6888 void
6889 pmap_sync_icache(pmap_t pm, vm_offset_t va, vm_size_t sz)
6890 {
6891 }
6892
6893 /*
6894  *      Increase the starting virtual address of the given mapping if a
6895  *      different alignment might result in more superpage mappings.
6896  */
6897 void
6898 pmap_align_superpage(vm_object_t object, vm_ooffset_t offset,
6899     vm_offset_t *addr, vm_size_t size)
6900 {
6901         vm_offset_t superpage_offset;
6902
6903         if (size < NBPDR)
6904                 return;
6905         if (object != NULL && (object->flags & OBJ_COLORED) != 0)
6906                 offset += ptoa(object->pg_color);
6907         superpage_offset = offset & PDRMASK;
6908         if (size - ((NBPDR - superpage_offset) & PDRMASK) < NBPDR ||
6909             (*addr & PDRMASK) == superpage_offset)
6910                 return;
6911         if ((*addr & PDRMASK) < superpage_offset)
6912                 *addr = (*addr & ~PDRMASK) + superpage_offset;
6913         else
6914                 *addr = ((*addr + PDRMASK) & ~PDRMASK) + superpage_offset;
6915 }
6916
6917 #ifdef INVARIANTS
6918 static unsigned long num_dirty_emulations;
6919 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_dirty_emulations, CTLFLAG_RW,
6920              &num_dirty_emulations, 0, NULL);
6921
6922 static unsigned long num_accessed_emulations;
6923 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_accessed_emulations, CTLFLAG_RW,
6924              &num_accessed_emulations, 0, NULL);
6925
6926 static unsigned long num_superpage_accessed_emulations;
6927 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_superpage_accessed_emulations, CTLFLAG_RW,
6928              &num_superpage_accessed_emulations, 0, NULL);
6929
6930 static unsigned long ad_emulation_superpage_promotions;
6931 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, ad_emulation_superpage_promotions, CTLFLAG_RW,
6932              &ad_emulation_superpage_promotions, 0, NULL);
6933 #endif  /* INVARIANTS */
6934
6935 int
6936 pmap_emulate_accessed_dirty(pmap_t pmap, vm_offset_t va, int ftype)
6937 {
6938         int rv;
6939         struct rwlock *lock;
6940         vm_page_t m, mpte;
6941         pd_entry_t *pde;
6942         pt_entry_t *pte, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
6943
6944         KASSERT(ftype == VM_PROT_READ || ftype == VM_PROT_WRITE,
6945             ("pmap_emulate_accessed_dirty: invalid fault type %d", ftype));
6946
6947         if (!pmap_emulate_ad_bits(pmap))
6948                 return (-1);
6949
6950         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6951         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6952         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6953         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6954
6955         rv = -1;
6956         lock = NULL;
6957         PMAP_LOCK(pmap);
6958
6959         pde = pmap_pde(pmap, va);
6960         if (pde == NULL || (*pde & PG_V) == 0)
6961                 goto done;
6962
6963         if ((*pde & PG_PS) != 0) {
6964                 if (ftype == VM_PROT_READ) {
6965 #ifdef INVARIANTS
6966                         atomic_add_long(&num_superpage_accessed_emulations, 1);
6967 #endif
6968                         *pde |= PG_A;
6969                         rv = 0;
6970                 }
6971                 goto done;
6972         }
6973
6974         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
6975         if ((*pte & PG_V) == 0)
6976                 goto done;
6977
6978         if (ftype == VM_PROT_WRITE) {
6979                 if ((*pte & PG_RW) == 0)
6980                         goto done;
6981                 /*
6982                  * Set the modified and accessed bits simultaneously.
6983                  *
6984                  * Intel EPT PTEs that do software emulation of A/D bits map
6985                  * PG_A and PG_M to EPT_PG_READ and EPT_PG_WRITE respectively.
6986                  * An EPT misconfiguration is triggered if the PTE is writable
6987                  * but not readable (WR=10). This is avoided by setting PG_A
6988                  * and PG_M simultaneously.
6989                  */
6990                 *pte |= PG_M | PG_A;
6991         } else {
6992                 *pte |= PG_A;
6993         }
6994
6995         /* try to promote the mapping */
6996         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
6997                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
6998         else
6999                 mpte = NULL;
7000
7001         m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pte & PG_FRAME);
7002
7003         if ((mpte == NULL || mpte->wire_count == NPTEPG) &&
7004             pmap_ps_enabled(pmap) &&
7005             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
7006             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0) {
7007                 pmap_promote_pde(pmap, pde, va, &lock);
7008 #ifdef INVARIANTS
7009                 atomic_add_long(&ad_emulation_superpage_promotions, 1);
7010 #endif
7011         }
7012 #ifdef INVARIANTS
7013         if (ftype == VM_PROT_WRITE)
7014                 atomic_add_long(&num_dirty_emulations, 1);
7015         else
7016                 atomic_add_long(&num_accessed_emulations, 1);
7017 #endif
7018         rv = 0;         /* success */
7019 done:
7020         if (lock != NULL)
7021                 rw_wunlock(lock);
7022         PMAP_UNLOCK(pmap);
7023         return (rv);
7024 }
7025
7026 void
7027 pmap_get_mapping(pmap_t pmap, vm_offset_t va, uint64_t *ptr, int *num)
7028 {
7029         pml4_entry_t *pml4;
7030         pdp_entry_t *pdp;
7031         pd_entry_t *pde;
7032         pt_entry_t *pte, PG_V;
7033         int idx;
7034
7035         idx = 0;
7036         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7037         PMAP_LOCK(pmap);
7038
7039         pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
7040         ptr[idx++] = *pml4;
7041         if ((*pml4 & PG_V) == 0)
7042                 goto done;
7043
7044         pdp = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4, va);
7045         ptr[idx++] = *pdp;
7046         if ((*pdp & PG_V) == 0 || (*pdp & PG_PS) != 0)
7047                 goto done;
7048
7049         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdp, va);
7050         ptr[idx++] = *pde;
7051         if ((*pde & PG_V) == 0 || (*pde & PG_PS) != 0)
7052                 goto done;
7053
7054         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
7055         ptr[idx++] = *pte;
7056
7057 done:
7058         PMAP_UNLOCK(pmap);
7059         *num = idx;
7060 }
7061
7062 /**
7063  * Get the kernel virtual address of a set of physical pages. If there are
7064  * physical addresses not covered by the DMAP perform a transient mapping
7065  * that will be removed when calling pmap_unmap_io_transient.
7066  *
7067  * \param page        The pages the caller wishes to obtain the virtual
7068  *                    address on the kernel memory map.
7069  * \param vaddr       On return contains the kernel virtual memory address
7070  *                    of the pages passed in the page parameter.
7071  * \param count       Number of pages passed in.
7072  * \param can_fault   TRUE if the thread using the mapped pages can take
7073  *                    page faults, FALSE otherwise.
7074  *
7075  * \returns TRUE if the caller must call pmap_unmap_io_transient when
7076  *          finished or FALSE otherwise.
7077  *
7078  */
7079 boolean_t
7080 pmap_map_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
7081     boolean_t can_fault)
7082 {
7083         vm_paddr_t paddr;
7084         boolean_t needs_mapping;
7085         pt_entry_t *pte;
7086         int cache_bits, error, i;
7087
7088         /*
7089          * Allocate any KVA space that we need, this is done in a separate
7090          * loop to prevent calling vmem_alloc while pinned.
7091          */
7092         needs_mapping = FALSE;
7093         for (i = 0; i < count; i++) {
7094                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
7095                 if (__predict_false(paddr >= dmaplimit)) {
7096                         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE,
7097                             M_BESTFIT | M_WAITOK, &vaddr[i]);
7098                         KASSERT(error == 0, ("vmem_alloc failed: %d", error));
7099                         needs_mapping = TRUE;
7100                 } else {
7101                         vaddr[i] = PHYS_TO_DMAP(paddr);
7102                 }
7103         }
7104
7105         /* Exit early if everything is covered by the DMAP */
7106         if (!needs_mapping)
7107                 return (FALSE);
7108
7109         /*
7110          * NB:  The sequence of updating a page table followed by accesses
7111          * to the corresponding pages used in the !DMAP case is subject to
7112          * the situation described in the "AMD64 Architecture Programmer's
7113          * Manual Volume 2: System Programming" rev. 3.23, "7.3.1 Special
7114          * Coherency Considerations".  Therefore, issuing the INVLPG right
7115          * after modifying the PTE bits is crucial.
7116          */
7117         if (!can_fault)
7118                 sched_pin();
7119         for (i = 0; i < count; i++) {
7120                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
7121                 if (paddr >= dmaplimit) {
7122                         if (can_fault) {
7123                                 /*
7124                                  * Slow path, since we can get page faults
7125                                  * while mappings are active don't pin the
7126                                  * thread to the CPU and instead add a global
7127                                  * mapping visible to all CPUs.
7128                                  */
7129                                 pmap_qenter(vaddr[i], &page[i], 1);
7130                         } else {
7131                                 pte = vtopte(vaddr[i]);
7132                                 cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap,
7133                                     page[i]->md.pat_mode, 0);
7134                                 pte_store(pte, paddr | X86_PG_RW | X86_PG_V |
7135                                     cache_bits);
7136                                 invlpg(vaddr[i]);
7137                         }
7138                 }
7139         }
7140
7141         return (needs_mapping);
7142 }
7143
7144 void
7145 pmap_unmap_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
7146     boolean_t can_fault)
7147 {
7148         vm_paddr_t paddr;
7149         int i;
7150
7151         if (!can_fault)
7152                 sched_unpin();
7153         for (i = 0; i < count; i++) {
7154                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
7155                 if (paddr >= dmaplimit) {
7156                         if (can_fault)
7157                                 pmap_qremove(vaddr[i], 1);
7158                         vmem_free(kernel_arena, vaddr[i], PAGE_SIZE);
7159                 }
7160         }
7161 }
7162
7163 vm_offset_t
7164 pmap_quick_enter_page(vm_page_t m)
7165 {
7166         vm_paddr_t paddr;
7167
7168         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
7169         if (paddr < dmaplimit)
7170                 return (PHYS_TO_DMAP(paddr));
7171         mtx_lock_spin(&qframe_mtx);
7172         KASSERT(*vtopte(qframe) == 0, ("qframe busy"));
7173         pte_store(vtopte(qframe), paddr | X86_PG_RW | X86_PG_V | X86_PG_A |
7174             X86_PG_M | pmap_cache_bits(kernel_pmap, m->md.pat_mode, 0));
7175         return (qframe);
7176 }
7177
7178 void
7179 pmap_quick_remove_page(vm_offset_t addr)
7180 {
7181
7182         if (addr != qframe)
7183                 return;
7184         pte_store(vtopte(qframe), 0);
7185         invlpg(qframe);
7186         mtx_unlock_spin(&qframe_mtx);
7187 }
7188
7189 #include "opt_ddb.h"
7190 #ifdef DDB
7191 #include <ddb/ddb.h>
7192
7193 DB_SHOW_COMMAND(pte, pmap_print_pte)
7194 {
7195         pmap_t pmap;
7196         pml4_entry_t *pml4;
7197         pdp_entry_t *pdp;
7198         pd_entry_t *pde;
7199         pt_entry_t *pte, PG_V;
7200         vm_offset_t va;
7201
7202         if (have_addr) {
7203                 va = (vm_offset_t)addr;
7204                 pmap = PCPU_GET(curpmap); /* XXX */
7205         } else {
7206                 db_printf("show pte addr\n");
7207                 return;
7208         }
7209         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7210         pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
7211         db_printf("VA %#016lx pml4e %#016lx", va, *pml4);
7212         if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
7213                 db_printf("\n");
7214                 return;
7215         }
7216         pdp = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4, va);
7217         db_printf(" pdpe %#016lx", *pdp);
7218         if ((*pdp & PG_V) == 0 || (*pdp & PG_PS) != 0) {
7219                 db_printf("\n");
7220                 return;
7221         }
7222         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdp, va);
7223         db_printf(" pde %#016lx", *pde);
7224         if ((*pde & PG_V) == 0 || (*pde & PG_PS) != 0) {
7225                 db_printf("\n");
7226                 return;
7227         }
7228         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
7229         db_printf(" pte %#016lx\n", *pte);
7230 }
7231
7232 DB_SHOW_COMMAND(phys2dmap, pmap_phys2dmap)
7233 {
7234         vm_paddr_t a;
7235
7236         if (have_addr) {
7237                 a = (vm_paddr_t)addr;
7238                 db_printf("0x%jx\n", (uintmax_t)PHYS_TO_DMAP(a));
7239         } else {
7240                 db_printf("show phys2dmap addr\n");
7241         }
7242 }
7243 #endif