]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/amd64/amd64/pmap.c
MFC r318354 (by cem)
[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 = NULL;
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         /*
1045          * Initialize the PAT MSR.
1046          * pmap_init_pat() clears and sets CR4_PGE, which, as a
1047          * side-effect, invalidates stale PG_G TLB entries that might
1048          * have been created in our pre-boot environment.
1049          */
1050         pmap_init_pat();
1051
1052         /* Initialize TLB Context Id. */
1053         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.pcid_enabled", &pmap_pcid_enabled);
1054         if ((cpu_feature2 & CPUID2_PCID) != 0 && pmap_pcid_enabled) {
1055                 /* Check for INVPCID support */
1056                 invpcid_works = (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_INVPCID)
1057                     != 0;
1058                 for (i = 0; i < MAXCPU; i++) {
1059                         kernel_pmap->pm_pcids[i].pm_pcid = PMAP_PCID_KERN;
1060                         kernel_pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 1;
1061                 }
1062                 __pcpu[0].pc_pcid_next = PMAP_PCID_KERN + 1;
1063                 __pcpu[0].pc_pcid_gen = 1;
1064                 /*
1065                  * pcpu area for APs is zeroed during AP startup.
1066                  * pc_pcid_next and pc_pcid_gen are initialized by AP
1067                  * during pcpu setup.
1068                  */
1069                 load_cr4(rcr4() | CR4_PCIDE);
1070         } else {
1071                 pmap_pcid_enabled = 0;
1072         }
1073 }
1074
1075 /*
1076  * Setup the PAT MSR.
1077  */
1078 void
1079 pmap_init_pat(void)
1080 {
1081         int pat_table[PAT_INDEX_SIZE];
1082         uint64_t pat_msr;
1083         u_long cr0, cr4;
1084         int i;
1085
1086         /* Bail if this CPU doesn't implement PAT. */
1087         if ((cpu_feature & CPUID_PAT) == 0)
1088                 panic("no PAT??");
1089
1090         /* Set default PAT index table. */
1091         for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
1092                 pat_table[i] = -1;
1093         pat_table[PAT_WRITE_BACK] = 0;
1094         pat_table[PAT_WRITE_THROUGH] = 1;
1095         pat_table[PAT_UNCACHEABLE] = 3;
1096         pat_table[PAT_WRITE_COMBINING] = 3;
1097         pat_table[PAT_WRITE_PROTECTED] = 3;
1098         pat_table[PAT_UNCACHED] = 3;
1099
1100         /* Initialize default PAT entries. */
1101         pat_msr = PAT_VALUE(0, PAT_WRITE_BACK) |
1102             PAT_VALUE(1, PAT_WRITE_THROUGH) |
1103             PAT_VALUE(2, PAT_UNCACHED) |
1104             PAT_VALUE(3, PAT_UNCACHEABLE) |
1105             PAT_VALUE(4, PAT_WRITE_BACK) |
1106             PAT_VALUE(5, PAT_WRITE_THROUGH) |
1107             PAT_VALUE(6, PAT_UNCACHED) |
1108             PAT_VALUE(7, PAT_UNCACHEABLE);
1109
1110         if (pat_works) {
1111                 /*
1112                  * Leave the indices 0-3 at the default of WB, WT, UC-, and UC.
1113                  * Program 5 and 6 as WP and WC.
1114                  * Leave 4 and 7 as WB and UC.
1115                  */
1116                 pat_msr &= ~(PAT_MASK(5) | PAT_MASK(6));
1117                 pat_msr |= PAT_VALUE(5, PAT_WRITE_PROTECTED) |
1118                     PAT_VALUE(6, PAT_WRITE_COMBINING);
1119                 pat_table[PAT_UNCACHED] = 2;
1120                 pat_table[PAT_WRITE_PROTECTED] = 5;
1121                 pat_table[PAT_WRITE_COMBINING] = 6;
1122         } else {
1123                 /*
1124                  * Just replace PAT Index 2 with WC instead of UC-.
1125                  */
1126                 pat_msr &= ~PAT_MASK(2);
1127                 pat_msr |= PAT_VALUE(2, PAT_WRITE_COMBINING);
1128                 pat_table[PAT_WRITE_COMBINING] = 2;
1129         }
1130
1131         /* Disable PGE. */
1132         cr4 = rcr4();
1133         load_cr4(cr4 & ~CR4_PGE);
1134
1135         /* Disable caches (CD = 1, NW = 0). */
1136         cr0 = rcr0();
1137         load_cr0((cr0 & ~CR0_NW) | CR0_CD);
1138
1139         /* Flushes caches and TLBs. */
1140         wbinvd();
1141         invltlb();
1142
1143         /* Update PAT and index table. */
1144         wrmsr(MSR_PAT, pat_msr);
1145         for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
1146                 pat_index[i] = pat_table[i];
1147
1148         /* Flush caches and TLBs again. */
1149         wbinvd();
1150         invltlb();
1151
1152         /* Restore caches and PGE. */
1153         load_cr0(cr0);
1154         load_cr4(cr4);
1155 }
1156
1157 /*
1158  *      Initialize a vm_page's machine-dependent fields.
1159  */
1160 void
1161 pmap_page_init(vm_page_t m)
1162 {
1163
1164         TAILQ_INIT(&m->md.pv_list);
1165         m->md.pat_mode = PAT_WRITE_BACK;
1166 }
1167
1168 /*
1169  *      Initialize the pmap module.
1170  *      Called by vm_init, to initialize any structures that the pmap
1171  *      system needs to map virtual memory.
1172  */
1173 void
1174 pmap_init(void)
1175 {
1176         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
1177         vm_page_t mpte;
1178         vm_size_t s;
1179         int error, i, pv_npg;
1180
1181         /*
1182          * Initialize the vm page array entries for the kernel pmap's
1183          * page table pages.
1184          */ 
1185         for (i = 0; i < nkpt; i++) {
1186                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(KPTphys + (i << PAGE_SHIFT));
1187                 KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
1188                     mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
1189                     ("pmap_init: page table page is out of range"));
1190                 mpte->pindex = pmap_pde_pindex(KERNBASE) + i;
1191                 mpte->phys_addr = KPTphys + (i << PAGE_SHIFT);
1192         }
1193
1194         /*
1195          * If the kernel is running on a virtual machine, then it must assume
1196          * that MCA is enabled by the hypervisor.  Moreover, the kernel must
1197          * be prepared for the hypervisor changing the vendor and family that
1198          * are reported by CPUID.  Consequently, the workaround for AMD Family
1199          * 10h Erratum 383 is enabled if the processor's feature set does not
1200          * include at least one feature that is only supported by older Intel
1201          * or newer AMD processors.
1202          */
1203         if (vm_guest != VM_GUEST_NO && (cpu_feature & CPUID_SS) == 0 &&
1204             (cpu_feature2 & (CPUID2_SSSE3 | CPUID2_SSE41 | CPUID2_AESNI |
1205             CPUID2_AVX | CPUID2_XSAVE)) == 0 && (amd_feature2 & (AMDID2_XOP |
1206             AMDID2_FMA4)) == 0)
1207                 workaround_erratum383 = 1;
1208
1209         /*
1210          * Are large page mappings enabled?
1211          */
1212         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.pg_ps_enabled", &pg_ps_enabled);
1213         if (pg_ps_enabled) {
1214                 KASSERT(MAXPAGESIZES > 1 && pagesizes[1] == 0,
1215                     ("pmap_init: can't assign to pagesizes[1]"));
1216                 pagesizes[1] = NBPDR;
1217         }
1218
1219         /*
1220          * Initialize the pv chunk list mutex.
1221          */
1222         mtx_init(&pv_chunks_mutex, "pmap pv chunk list", NULL, MTX_DEF);
1223
1224         /*
1225          * Initialize the pool of pv list locks.
1226          */
1227         for (i = 0; i < NPV_LIST_LOCKS; i++)
1228                 rw_init(&pv_list_locks[i], "pmap pv list");
1229
1230         /*
1231          * Calculate the size of the pv head table for superpages.
1232          */
1233         pv_npg = howmany(vm_phys_segs[vm_phys_nsegs - 1].end, NBPDR);
1234
1235         /*
1236          * Allocate memory for the pv head table for superpages.
1237          */
1238         s = (vm_size_t)(pv_npg * sizeof(struct md_page));
1239         s = round_page(s);
1240         pv_table = (struct md_page *)kmem_malloc(kernel_arena, s,
1241             M_WAITOK | M_ZERO);
1242         for (i = 0; i < pv_npg; i++)
1243                 TAILQ_INIT(&pv_table[i].pv_list);
1244         TAILQ_INIT(&pv_dummy.pv_list);
1245
1246         pmap_initialized = 1;
1247         for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
1248                 ppim = pmap_preinit_mapping + i;
1249                 if (ppim->va == 0)
1250                         continue;
1251                 /* Make the direct map consistent */
1252                 if (ppim->pa < dmaplimit && ppim->pa + ppim->sz < dmaplimit) {
1253                         (void)pmap_change_attr(PHYS_TO_DMAP(ppim->pa),
1254                             ppim->sz, ppim->mode);
1255                 }
1256                 if (!bootverbose)
1257                         continue;
1258                 printf("PPIM %u: PA=%#lx, VA=%#lx, size=%#lx, mode=%#x\n", i,
1259                     ppim->pa, ppim->va, ppim->sz, ppim->mode);
1260         }
1261
1262         mtx_init(&qframe_mtx, "qfrmlk", NULL, MTX_SPIN);
1263         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE, M_BESTFIT | M_WAITOK,
1264             (vmem_addr_t *)&qframe);
1265         if (error != 0)
1266                 panic("qframe allocation failed");
1267 }
1268
1269 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, pde, CTLFLAG_RD, 0,
1270     "2MB page mapping counters");
1271
1272 static u_long pmap_pde_demotions;
1273 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
1274     &pmap_pde_demotions, 0, "2MB page demotions");
1275
1276 static u_long pmap_pde_mappings;
1277 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, mappings, CTLFLAG_RD,
1278     &pmap_pde_mappings, 0, "2MB page mappings");
1279
1280 static u_long pmap_pde_p_failures;
1281 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, p_failures, CTLFLAG_RD,
1282     &pmap_pde_p_failures, 0, "2MB page promotion failures");
1283
1284 static u_long pmap_pde_promotions;
1285 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, promotions, CTLFLAG_RD,
1286     &pmap_pde_promotions, 0, "2MB page promotions");
1287
1288 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, pdpe, CTLFLAG_RD, 0,
1289     "1GB page mapping counters");
1290
1291 static u_long pmap_pdpe_demotions;
1292 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pdpe, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
1293     &pmap_pdpe_demotions, 0, "1GB page demotions");
1294
1295 /***************************************************
1296  * Low level helper routines.....
1297  ***************************************************/
1298
1299 static pt_entry_t
1300 pmap_swap_pat(pmap_t pmap, pt_entry_t entry)
1301 {
1302         int x86_pat_bits = X86_PG_PTE_PAT | X86_PG_PDE_PAT;
1303
1304         switch (pmap->pm_type) {
1305         case PT_X86:
1306         case PT_RVI:
1307                 /* Verify that both PAT bits are not set at the same time */
1308                 KASSERT((entry & x86_pat_bits) != x86_pat_bits,
1309                     ("Invalid PAT bits in entry %#lx", entry));
1310
1311                 /* Swap the PAT bits if one of them is set */
1312                 if ((entry & x86_pat_bits) != 0)
1313                         entry ^= x86_pat_bits;
1314                 break;
1315         case PT_EPT:
1316                 /*
1317                  * Nothing to do - the memory attributes are represented
1318                  * the same way for regular pages and superpages.
1319                  */
1320                 break;
1321         default:
1322                 panic("pmap_switch_pat_bits: bad pm_type %d", pmap->pm_type);
1323         }
1324
1325         return (entry);
1326 }
1327
1328 /*
1329  * Determine the appropriate bits to set in a PTE or PDE for a specified
1330  * caching mode.
1331  */
1332 int
1333 pmap_cache_bits(pmap_t pmap, int mode, boolean_t is_pde)
1334 {
1335         int cache_bits, pat_flag, pat_idx;
1336
1337         if (mode < 0 || mode >= PAT_INDEX_SIZE || pat_index[mode] < 0)
1338                 panic("Unknown caching mode %d\n", mode);
1339
1340         switch (pmap->pm_type) {
1341         case PT_X86:
1342         case PT_RVI:
1343                 /* The PAT bit is different for PTE's and PDE's. */
1344                 pat_flag = is_pde ? X86_PG_PDE_PAT : X86_PG_PTE_PAT;
1345
1346                 /* Map the caching mode to a PAT index. */
1347                 pat_idx = pat_index[mode];
1348
1349                 /* Map the 3-bit index value into the PAT, PCD, and PWT bits. */
1350                 cache_bits = 0;
1351                 if (pat_idx & 0x4)
1352                         cache_bits |= pat_flag;
1353                 if (pat_idx & 0x2)
1354                         cache_bits |= PG_NC_PCD;
1355                 if (pat_idx & 0x1)
1356                         cache_bits |= PG_NC_PWT;
1357                 break;
1358
1359         case PT_EPT:
1360                 cache_bits = EPT_PG_IGNORE_PAT | EPT_PG_MEMORY_TYPE(mode);
1361                 break;
1362
1363         default:
1364                 panic("unsupported pmap type %d", pmap->pm_type);
1365         }
1366
1367         return (cache_bits);
1368 }
1369
1370 static int
1371 pmap_cache_mask(pmap_t pmap, boolean_t is_pde)
1372 {
1373         int mask;
1374
1375         switch (pmap->pm_type) {
1376         case PT_X86:
1377         case PT_RVI:
1378                 mask = is_pde ? X86_PG_PDE_CACHE : X86_PG_PTE_CACHE;
1379                 break;
1380         case PT_EPT:
1381                 mask = EPT_PG_IGNORE_PAT | EPT_PG_MEMORY_TYPE(0x7);
1382                 break;
1383         default:
1384                 panic("pmap_cache_mask: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
1385         }
1386
1387         return (mask);
1388 }
1389
1390 static __inline boolean_t
1391 pmap_ps_enabled(pmap_t pmap)
1392 {
1393
1394         return (pg_ps_enabled && (pmap->pm_flags & PMAP_PDE_SUPERPAGE) != 0);
1395 }
1396
1397 static void
1398 pmap_update_pde_store(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
1399 {
1400
1401         switch (pmap->pm_type) {
1402         case PT_X86:
1403                 break;
1404         case PT_RVI:
1405         case PT_EPT:
1406                 /*
1407                  * XXX
1408                  * This is a little bogus since the generation number is
1409                  * supposed to be bumped up when a region of the address
1410                  * space is invalidated in the page tables.
1411                  *
1412                  * In this case the old PDE entry is valid but yet we want
1413                  * to make sure that any mappings using the old entry are
1414                  * invalidated in the TLB.
1415                  *
1416                  * The reason this works as expected is because we rendezvous
1417                  * "all" host cpus and force any vcpu context to exit as a
1418                  * side-effect.
1419                  */
1420                 atomic_add_acq_long(&pmap->pm_eptgen, 1);
1421                 break;
1422         default:
1423                 panic("pmap_update_pde_store: bad pm_type %d", pmap->pm_type);
1424         }
1425         pde_store(pde, newpde);
1426 }
1427
1428 /*
1429  * After changing the page size for the specified virtual address in the page
1430  * table, flush the corresponding entries from the processor's TLB.  Only the
1431  * calling processor's TLB is affected.
1432  *
1433  * The calling thread must be pinned to a processor.
1434  */
1435 static void
1436 pmap_update_pde_invalidate(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t newpde)
1437 {
1438         pt_entry_t PG_G;
1439
1440         if (pmap_type_guest(pmap))
1441                 return;
1442
1443         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
1444             ("pmap_update_pde_invalidate: invalid type %d", pmap->pm_type));
1445
1446         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
1447
1448         if ((newpde & PG_PS) == 0)
1449                 /* Demotion: flush a specific 2MB page mapping. */
1450                 invlpg(va);
1451         else if ((newpde & PG_G) == 0)
1452                 /*
1453                  * Promotion: flush every 4KB page mapping from the TLB
1454                  * because there are too many to flush individually.
1455                  */
1456                 invltlb();
1457         else {
1458                 /*
1459                  * Promotion: flush every 4KB page mapping from the TLB,
1460                  * including any global (PG_G) mappings.
1461                  */
1462                 invltlb_glob();
1463         }
1464 }
1465 #ifdef SMP
1466
1467 /*
1468  * For SMP, these functions have to use the IPI mechanism for coherence.
1469  *
1470  * N.B.: Before calling any of the following TLB invalidation functions,
1471  * the calling processor must ensure that all stores updating a non-
1472  * kernel page table are globally performed.  Otherwise, another
1473  * processor could cache an old, pre-update entry without being
1474  * invalidated.  This can happen one of two ways: (1) The pmap becomes
1475  * active on another processor after its pm_active field is checked by
1476  * one of the following functions but before a store updating the page
1477  * table is globally performed. (2) The pmap becomes active on another
1478  * processor before its pm_active field is checked but due to
1479  * speculative loads one of the following functions stills reads the
1480  * pmap as inactive on the other processor.
1481  * 
1482  * The kernel page table is exempt because its pm_active field is
1483  * immutable.  The kernel page table is always active on every
1484  * processor.
1485  */
1486
1487 /*
1488  * Interrupt the cpus that are executing in the guest context.
1489  * This will force the vcpu to exit and the cached EPT mappings
1490  * will be invalidated by the host before the next vmresume.
1491  */
1492 static __inline void
1493 pmap_invalidate_ept(pmap_t pmap)
1494 {
1495         int ipinum;
1496
1497         sched_pin();
1498         KASSERT(!CPU_ISSET(curcpu, &pmap->pm_active),
1499             ("pmap_invalidate_ept: absurd pm_active"));
1500
1501         /*
1502          * The TLB mappings associated with a vcpu context are not
1503          * flushed each time a different vcpu is chosen to execute.
1504          *
1505          * This is in contrast with a process's vtop mappings that
1506          * are flushed from the TLB on each context switch.
1507          *
1508          * Therefore we need to do more than just a TLB shootdown on
1509          * the active cpus in 'pmap->pm_active'. To do this we keep
1510          * track of the number of invalidations performed on this pmap.
1511          *
1512          * Each vcpu keeps a cache of this counter and compares it
1513          * just before a vmresume. If the counter is out-of-date an
1514          * invept will be done to flush stale mappings from the TLB.
1515          */
1516         atomic_add_acq_long(&pmap->pm_eptgen, 1);
1517
1518         /*
1519          * Force the vcpu to exit and trap back into the hypervisor.
1520          */
1521         ipinum = pmap->pm_flags & PMAP_NESTED_IPIMASK;
1522         ipi_selected(pmap->pm_active, ipinum);
1523         sched_unpin();
1524 }
1525
1526 void
1527 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1528 {
1529         cpuset_t *mask;
1530         u_int cpuid, i;
1531
1532         if (pmap_type_guest(pmap)) {
1533                 pmap_invalidate_ept(pmap);
1534                 return;
1535         }
1536
1537         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
1538             ("pmap_invalidate_page: invalid type %d", pmap->pm_type));
1539
1540         sched_pin();
1541         if (pmap == kernel_pmap) {
1542                 invlpg(va);
1543                 mask = &all_cpus;
1544         } else {
1545                 cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1546                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap))
1547                         invlpg(va);
1548                 else if (pmap_pcid_enabled)
1549                         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = 0;
1550                 if (pmap_pcid_enabled) {
1551                         CPU_FOREACH(i) {
1552                                 if (cpuid != i)
1553                                         pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
1554                         }
1555                 }
1556                 mask = &pmap->pm_active;
1557         }
1558         smp_masked_invlpg(*mask, va);
1559         sched_unpin();
1560 }
1561
1562 /* 4k PTEs -- Chosen to exceed the total size of Broadwell L2 TLB */
1563 #define PMAP_INVLPG_THRESHOLD   (4 * 1024 * PAGE_SIZE)
1564
1565 void
1566 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
1567 {
1568         cpuset_t *mask;
1569         vm_offset_t addr;
1570         u_int cpuid, i;
1571
1572         if (eva - sva >= PMAP_INVLPG_THRESHOLD) {
1573                 pmap_invalidate_all(pmap);
1574                 return;
1575         }
1576
1577         if (pmap_type_guest(pmap)) {
1578                 pmap_invalidate_ept(pmap);
1579                 return;
1580         }
1581
1582         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
1583             ("pmap_invalidate_range: invalid type %d", pmap->pm_type));
1584
1585         sched_pin();
1586         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1587         if (pmap == kernel_pmap) {
1588                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
1589                         invlpg(addr);
1590                 mask = &all_cpus;
1591         } else {
1592                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
1593                         for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
1594                                 invlpg(addr);
1595                 } else if (pmap_pcid_enabled) {
1596                         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = 0;
1597                 }
1598                 if (pmap_pcid_enabled) {
1599                         CPU_FOREACH(i) {
1600                                 if (cpuid != i)
1601                                         pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
1602                         }
1603                 }
1604                 mask = &pmap->pm_active;
1605         }
1606         smp_masked_invlpg_range(*mask, sva, eva);
1607         sched_unpin();
1608 }
1609
1610 void
1611 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
1612 {
1613         cpuset_t *mask;
1614         struct invpcid_descr d;
1615         u_int cpuid, i;
1616
1617         if (pmap_type_guest(pmap)) {
1618                 pmap_invalidate_ept(pmap);
1619                 return;
1620         }
1621
1622         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
1623             ("pmap_invalidate_all: invalid type %d", pmap->pm_type));
1624
1625         sched_pin();
1626         if (pmap == kernel_pmap) {
1627                 if (pmap_pcid_enabled && invpcid_works) {
1628                         bzero(&d, sizeof(d));
1629                         invpcid(&d, INVPCID_CTXGLOB);
1630                 } else {
1631                         invltlb_glob();
1632                 }
1633                 mask = &all_cpus;
1634         } else {
1635                 cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1636                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
1637                         if (pmap_pcid_enabled) {
1638                                 if (invpcid_works) {
1639                                         d.pcid = pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
1640                                         d.pad = 0;
1641                                         d.addr = 0;
1642                                         invpcid(&d, INVPCID_CTX);
1643                                 } else {
1644                                         load_cr3(pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids
1645                                             [PCPU_GET(cpuid)].pm_pcid);
1646                                 }
1647                         } else {
1648                                 invltlb();
1649                         }
1650                 } else if (pmap_pcid_enabled) {
1651                         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = 0;
1652                 }
1653                 if (pmap_pcid_enabled) {
1654                         CPU_FOREACH(i) {
1655                                 if (cpuid != i)
1656                                         pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
1657                         }
1658                 }
1659                 mask = &pmap->pm_active;
1660         }
1661         smp_masked_invltlb(*mask, pmap);
1662         sched_unpin();
1663 }
1664
1665 void
1666 pmap_invalidate_cache(void)
1667 {
1668
1669         sched_pin();
1670         wbinvd();
1671         smp_cache_flush();
1672         sched_unpin();
1673 }
1674
1675 struct pde_action {
1676         cpuset_t invalidate;    /* processors that invalidate their TLB */
1677         pmap_t pmap;
1678         vm_offset_t va;
1679         pd_entry_t *pde;
1680         pd_entry_t newpde;
1681         u_int store;            /* processor that updates the PDE */
1682 };
1683
1684 static void
1685 pmap_update_pde_action(void *arg)
1686 {
1687         struct pde_action *act = arg;
1688
1689         if (act->store == PCPU_GET(cpuid))
1690                 pmap_update_pde_store(act->pmap, act->pde, act->newpde);
1691 }
1692
1693 static void
1694 pmap_update_pde_teardown(void *arg)
1695 {
1696         struct pde_action *act = arg;
1697
1698         if (CPU_ISSET(PCPU_GET(cpuid), &act->invalidate))
1699                 pmap_update_pde_invalidate(act->pmap, act->va, act->newpde);
1700 }
1701
1702 /*
1703  * Change the page size for the specified virtual address in a way that
1704  * prevents any possibility of the TLB ever having two entries that map the
1705  * same virtual address using different page sizes.  This is the recommended
1706  * workaround for Erratum 383 on AMD Family 10h processors.  It prevents a
1707  * machine check exception for a TLB state that is improperly diagnosed as a
1708  * hardware error.
1709  */
1710 static void
1711 pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
1712 {
1713         struct pde_action act;
1714         cpuset_t active, other_cpus;
1715         u_int cpuid;
1716
1717         sched_pin();
1718         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1719         other_cpus = all_cpus;
1720         CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
1721         if (pmap == kernel_pmap || pmap_type_guest(pmap)) 
1722                 active = all_cpus;
1723         else {
1724                 active = pmap->pm_active;
1725         }
1726         if (CPU_OVERLAP(&active, &other_cpus)) { 
1727                 act.store = cpuid;
1728                 act.invalidate = active;
1729                 act.va = va;
1730                 act.pmap = pmap;
1731                 act.pde = pde;
1732                 act.newpde = newpde;
1733                 CPU_SET(cpuid, &active);
1734                 smp_rendezvous_cpus(active,
1735                     smp_no_rendevous_barrier, pmap_update_pde_action,
1736                     pmap_update_pde_teardown, &act);
1737         } else {
1738                 pmap_update_pde_store(pmap, pde, newpde);
1739                 if (CPU_ISSET(cpuid, &active))
1740                         pmap_update_pde_invalidate(pmap, va, newpde);
1741         }
1742         sched_unpin();
1743 }
1744 #else /* !SMP */
1745 /*
1746  * Normal, non-SMP, invalidation functions.
1747  */
1748 void
1749 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1750 {
1751
1752         if (pmap->pm_type == PT_RVI || pmap->pm_type == PT_EPT) {
1753                 pmap->pm_eptgen++;
1754                 return;
1755         }
1756         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
1757             ("pmap_invalidate_range: unknown type %d", pmap->pm_type));
1758
1759         if (pmap == kernel_pmap || pmap == PCPU_GET(curpmap))
1760                 invlpg(va);
1761         else if (pmap_pcid_enabled)
1762                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
1763 }
1764
1765 void
1766 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
1767 {
1768         vm_offset_t addr;
1769
1770         if (pmap->pm_type == PT_RVI || pmap->pm_type == PT_EPT) {
1771                 pmap->pm_eptgen++;
1772                 return;
1773         }
1774         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
1775             ("pmap_invalidate_range: unknown type %d", pmap->pm_type));
1776
1777         if (pmap == kernel_pmap || pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
1778                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
1779                         invlpg(addr);
1780         } else if (pmap_pcid_enabled) {
1781                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
1782         }
1783 }
1784
1785 void
1786 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
1787 {
1788         struct invpcid_descr d;
1789
1790         if (pmap->pm_type == PT_RVI || pmap->pm_type == PT_EPT) {
1791                 pmap->pm_eptgen++;
1792                 return;
1793         }
1794         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
1795             ("pmap_invalidate_all: unknown type %d", pmap->pm_type));
1796
1797         if (pmap == kernel_pmap) {
1798                 if (pmap_pcid_enabled && invpcid_works) {
1799                         bzero(&d, sizeof(d));
1800                         invpcid(&d, INVPCID_CTXGLOB);
1801                 } else {
1802                         invltlb_glob();
1803                 }
1804         } else if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
1805                 if (pmap_pcid_enabled) {
1806                         if (invpcid_works) {
1807                                 d.pcid = pmap->pm_pcids[0].pm_pcid;
1808                                 d.pad = 0;
1809                                 d.addr = 0;
1810                                 invpcid(&d, INVPCID_CTX);
1811                         } else {
1812                                 load_cr3(pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[0].
1813                                     pm_pcid);
1814                         }
1815                 } else {
1816                         invltlb();
1817                 }
1818         } else if (pmap_pcid_enabled) {
1819                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
1820         }
1821 }
1822
1823 PMAP_INLINE void
1824 pmap_invalidate_cache(void)
1825 {
1826
1827         wbinvd();
1828 }
1829
1830 static void
1831 pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
1832 {
1833
1834         pmap_update_pde_store(pmap, pde, newpde);
1835         if (pmap == kernel_pmap || pmap == PCPU_GET(curpmap))
1836                 pmap_update_pde_invalidate(pmap, va, newpde);
1837         else
1838                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
1839 }
1840 #endif /* !SMP */
1841
1842 #define PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD   (2 * 1024 * 1024)
1843
1844 void
1845 pmap_invalidate_cache_range(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, boolean_t force)
1846 {
1847
1848         if (force) {
1849                 sva &= ~(vm_offset_t)cpu_clflush_line_size;
1850         } else {
1851                 KASSERT((sva & PAGE_MASK) == 0,
1852                     ("pmap_invalidate_cache_range: sva not page-aligned"));
1853                 KASSERT((eva & PAGE_MASK) == 0,
1854                     ("pmap_invalidate_cache_range: eva not page-aligned"));
1855         }
1856
1857         if ((cpu_feature & CPUID_SS) != 0 && !force)
1858                 ; /* If "Self Snoop" is supported and allowed, do nothing. */
1859         else if ((cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT) != 0 &&
1860             eva - sva < PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD) {
1861                 /*
1862                  * XXX: Some CPUs fault, hang, or trash the local APIC
1863                  * registers if we use CLFLUSH on the local APIC
1864                  * range.  The local APIC is always uncached, so we
1865                  * don't need to flush for that range anyway.
1866                  */
1867                 if (pmap_kextract(sva) == lapic_paddr)
1868                         return;
1869
1870                 /*
1871                  * Otherwise, do per-cache line flush.  Use the sfence
1872                  * instruction to insure that previous stores are
1873                  * included in the write-back.  The processor
1874                  * propagates flush to other processors in the cache
1875                  * coherence domain.
1876                  */
1877                 sfence();
1878                 for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size)
1879                         clflushopt(sva);
1880                 sfence();
1881         } else if ((cpu_feature & CPUID_CLFSH) != 0 &&
1882             eva - sva < PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD) {
1883                 if (pmap_kextract(sva) == lapic_paddr)
1884                         return;
1885                 /*
1886                  * Writes are ordered by CLFLUSH on Intel CPUs.
1887                  */
1888                 if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
1889                         mfence();
1890                 for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size)
1891                         clflush(sva);
1892                 if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
1893                         mfence();
1894         } else {
1895
1896                 /*
1897                  * No targeted cache flush methods are supported by CPU,
1898                  * or the supplied range is bigger than 2MB.
1899                  * Globally invalidate cache.
1900                  */
1901                 pmap_invalidate_cache();
1902         }
1903 }
1904
1905 /*
1906  * Remove the specified set of pages from the data and instruction caches.
1907  *
1908  * In contrast to pmap_invalidate_cache_range(), this function does not
1909  * rely on the CPU's self-snoop feature, because it is intended for use
1910  * when moving pages into a different cache domain.
1911  */
1912 void
1913 pmap_invalidate_cache_pages(vm_page_t *pages, int count)
1914 {
1915         vm_offset_t daddr, eva;
1916         int i;
1917         bool useclflushopt;
1918
1919         useclflushopt = (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT) != 0;
1920         if (count >= PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD / PAGE_SIZE ||
1921             ((cpu_feature & CPUID_CLFSH) == 0 && !useclflushopt))
1922                 pmap_invalidate_cache();
1923         else {
1924                 if (useclflushopt)
1925                         sfence();
1926                 else if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
1927                         mfence();
1928                 for (i = 0; i < count; i++) {
1929                         daddr = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pages[i]));
1930                         eva = daddr + PAGE_SIZE;
1931                         for (; daddr < eva; daddr += cpu_clflush_line_size) {
1932                                 if (useclflushopt)
1933                                         clflushopt(daddr);
1934                                 else
1935                                         clflush(daddr);
1936                         }
1937                 }
1938                 if (useclflushopt)
1939                         sfence();
1940                 else if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
1941                         mfence();
1942         }
1943 }
1944
1945 /*
1946  *      Routine:        pmap_extract
1947  *      Function:
1948  *              Extract the physical page address associated
1949  *              with the given map/virtual_address pair.
1950  */
1951 vm_paddr_t 
1952 pmap_extract(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1953 {
1954         pdp_entry_t *pdpe;
1955         pd_entry_t *pde;
1956         pt_entry_t *pte, PG_V;
1957         vm_paddr_t pa;
1958
1959         pa = 0;
1960         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
1961         PMAP_LOCK(pmap);
1962         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
1963         if (pdpe != NULL && (*pdpe & PG_V) != 0) {
1964                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0)
1965                         pa = (*pdpe & PG_PS_FRAME) | (va & PDPMASK);
1966                 else {
1967                         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
1968                         if ((*pde & PG_V) != 0) {
1969                                 if ((*pde & PG_PS) != 0) {
1970                                         pa = (*pde & PG_PS_FRAME) |
1971                                             (va & PDRMASK);
1972                                 } else {
1973                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
1974                                         pa = (*pte & PG_FRAME) |
1975                                             (va & PAGE_MASK);
1976                                 }
1977                         }
1978                 }
1979         }
1980         PMAP_UNLOCK(pmap);
1981         return (pa);
1982 }
1983
1984 /*
1985  *      Routine:        pmap_extract_and_hold
1986  *      Function:
1987  *              Atomically extract and hold the physical page
1988  *              with the given pmap and virtual address pair
1989  *              if that mapping permits the given protection.
1990  */
1991 vm_page_t
1992 pmap_extract_and_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_prot_t prot)
1993 {
1994         pd_entry_t pde, *pdep;
1995         pt_entry_t pte, PG_RW, PG_V;
1996         vm_paddr_t pa;
1997         vm_page_t m;
1998
1999         pa = 0;
2000         m = NULL;
2001         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
2002         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
2003         PMAP_LOCK(pmap);
2004 retry:
2005         pdep = pmap_pde(pmap, va);
2006         if (pdep != NULL && (pde = *pdep)) {
2007                 if (pde & PG_PS) {
2008                         if ((pde & PG_RW) || (prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
2009                                 if (vm_page_pa_tryrelock(pmap, (pde &
2010                                     PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK), &pa))
2011                                         goto retry;
2012                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE((pde & PG_PS_FRAME) |
2013                                     (va & PDRMASK));
2014                                 vm_page_hold(m);
2015                         }
2016                 } else {
2017                         pte = *pmap_pde_to_pte(pdep, va);
2018                         if ((pte & PG_V) &&
2019                             ((pte & PG_RW) || (prot & VM_PROT_WRITE) == 0)) {
2020                                 if (vm_page_pa_tryrelock(pmap, pte & PG_FRAME,
2021                                     &pa))
2022                                         goto retry;
2023                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pte & PG_FRAME);
2024                                 vm_page_hold(m);
2025                         }
2026                 }
2027         }
2028         PA_UNLOCK_COND(pa);
2029         PMAP_UNLOCK(pmap);
2030         return (m);
2031 }
2032
2033 vm_paddr_t
2034 pmap_kextract(vm_offset_t va)
2035 {
2036         pd_entry_t pde;
2037         vm_paddr_t pa;
2038
2039         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS) {
2040                 pa = DMAP_TO_PHYS(va);
2041         } else {
2042                 pde = *vtopde(va);
2043                 if (pde & PG_PS) {
2044                         pa = (pde & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK);
2045                 } else {
2046                         /*
2047                          * Beware of a concurrent promotion that changes the
2048                          * PDE at this point!  For example, vtopte() must not
2049                          * be used to access the PTE because it would use the
2050                          * new PDE.  It is, however, safe to use the old PDE
2051                          * because the page table page is preserved by the
2052                          * promotion.
2053                          */
2054                         pa = *pmap_pde_to_pte(&pde, va);
2055                         pa = (pa & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK);
2056                 }
2057         }
2058         return (pa);
2059 }
2060
2061 /***************************************************
2062  * Low level mapping routines.....
2063  ***************************************************/
2064
2065 /*
2066  * Add a wired page to the kva.
2067  * Note: not SMP coherent.
2068  */
2069 PMAP_INLINE void 
2070 pmap_kenter(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
2071 {
2072         pt_entry_t *pte;
2073
2074         pte = vtopte(va);
2075         pte_store(pte, pa | X86_PG_RW | X86_PG_V | X86_PG_G);
2076 }
2077
2078 static __inline void
2079 pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode)
2080 {
2081         pt_entry_t *pte;
2082         int cache_bits;
2083
2084         pte = vtopte(va);
2085         cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, 0);
2086         pte_store(pte, pa | X86_PG_RW | X86_PG_V | X86_PG_G | cache_bits);
2087 }
2088
2089 /*
2090  * Remove a page from the kernel pagetables.
2091  * Note: not SMP coherent.
2092  */
2093 PMAP_INLINE void
2094 pmap_kremove(vm_offset_t va)
2095 {
2096         pt_entry_t *pte;
2097
2098         pte = vtopte(va);
2099         pte_clear(pte);
2100 }
2101
2102 /*
2103  *      Used to map a range of physical addresses into kernel
2104  *      virtual address space.
2105  *
2106  *      The value passed in '*virt' is a suggested virtual address for
2107  *      the mapping. Architectures which can support a direct-mapped
2108  *      physical to virtual region can return the appropriate address
2109  *      within that region, leaving '*virt' unchanged. Other
2110  *      architectures should map the pages starting at '*virt' and
2111  *      update '*virt' with the first usable address after the mapped
2112  *      region.
2113  */
2114 vm_offset_t
2115 pmap_map(vm_offset_t *virt, vm_paddr_t start, vm_paddr_t end, int prot)
2116 {
2117         return PHYS_TO_DMAP(start);
2118 }
2119
2120
2121 /*
2122  * Add a list of wired pages to the kva
2123  * this routine is only used for temporary
2124  * kernel mappings that do not need to have
2125  * page modification or references recorded.
2126  * Note that old mappings are simply written
2127  * over.  The page *must* be wired.
2128  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
2129  */
2130 void
2131 pmap_qenter(vm_offset_t sva, vm_page_t *ma, int count)
2132 {
2133         pt_entry_t *endpte, oldpte, pa, *pte;
2134         vm_page_t m;
2135         int cache_bits;
2136
2137         oldpte = 0;
2138         pte = vtopte(sva);
2139         endpte = pte + count;
2140         while (pte < endpte) {
2141                 m = *ma++;
2142                 cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap, m->md.pat_mode, 0);
2143                 pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | cache_bits;
2144                 if ((*pte & (PG_FRAME | X86_PG_PTE_CACHE)) != pa) {
2145                         oldpte |= *pte;
2146                         pte_store(pte, pa | X86_PG_G | X86_PG_RW | X86_PG_V);
2147                 }
2148                 pte++;
2149         }
2150         if (__predict_false((oldpte & X86_PG_V) != 0))
2151                 pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, sva + count *
2152                     PAGE_SIZE);
2153 }
2154
2155 /*
2156  * This routine tears out page mappings from the
2157  * kernel -- it is meant only for temporary mappings.
2158  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
2159  */
2160 void
2161 pmap_qremove(vm_offset_t sva, int count)
2162 {
2163         vm_offset_t va;
2164
2165         va = sva;
2166         while (count-- > 0) {
2167                 KASSERT(va >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS, ("usermode va %lx", va));
2168                 pmap_kremove(va);
2169                 va += PAGE_SIZE;
2170         }
2171         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
2172 }
2173
2174 /***************************************************
2175  * Page table page management routines.....
2176  ***************************************************/
2177 static __inline void
2178 pmap_free_zero_pages(struct spglist *free)
2179 {
2180         vm_page_t m;
2181
2182         while ((m = SLIST_FIRST(free)) != NULL) {
2183                 SLIST_REMOVE_HEAD(free, plinks.s.ss);
2184                 /* Preserve the page's PG_ZERO setting. */
2185                 vm_page_free_toq(m);
2186         }
2187 }
2188
2189 /*
2190  * Schedule the specified unused page table page to be freed.  Specifically,
2191  * add the page to the specified list of pages that will be released to the
2192  * physical memory manager after the TLB has been updated.
2193  */
2194 static __inline void
2195 pmap_add_delayed_free_list(vm_page_t m, struct spglist *free,
2196     boolean_t set_PG_ZERO)
2197 {
2198
2199         if (set_PG_ZERO)
2200                 m->flags |= PG_ZERO;
2201         else
2202                 m->flags &= ~PG_ZERO;
2203         SLIST_INSERT_HEAD(free, m, plinks.s.ss);
2204 }
2205         
2206 /*
2207  * Inserts the specified page table page into the specified pmap's collection
2208  * of idle page table pages.  Each of a pmap's page table pages is responsible
2209  * for mapping a distinct range of virtual addresses.  The pmap's collection is
2210  * ordered by this virtual address range.
2211  */
2212 static __inline int
2213 pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte)
2214 {
2215
2216         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2217         return (vm_radix_insert(&pmap->pm_root, mpte));
2218 }
2219
2220 /*
2221  * Looks for a page table page mapping the specified virtual address in the
2222  * specified pmap's collection of idle page table pages.  Returns NULL if there
2223  * is no page table page corresponding to the specified virtual address.
2224  */
2225 static __inline vm_page_t
2226 pmap_lookup_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2227 {
2228
2229         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2230         return (vm_radix_lookup(&pmap->pm_root, pmap_pde_pindex(va)));
2231 }
2232
2233 /*
2234  * Removes the specified page table page from the specified pmap's collection
2235  * of idle page table pages.  The specified page table page must be a member of
2236  * the pmap's collection.
2237  */
2238 static __inline void
2239 pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte)
2240 {
2241
2242         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2243         vm_radix_remove(&pmap->pm_root, mpte->pindex);
2244 }
2245
2246 /*
2247  * Decrements a page table page's wire count, which is used to record the
2248  * number of valid page table entries within the page.  If the wire count
2249  * drops to zero, then the page table page is unmapped.  Returns TRUE if the
2250  * page table page was unmapped and FALSE otherwise.
2251  */
2252 static inline boolean_t
2253 pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
2254 {
2255
2256         --m->wire_count;
2257         if (m->wire_count == 0) {
2258                 _pmap_unwire_ptp(pmap, va, m, free);
2259                 return (TRUE);
2260         } else
2261                 return (FALSE);
2262 }
2263
2264 static void
2265 _pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
2266 {
2267
2268         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2269         /*
2270          * unmap the page table page
2271          */
2272         if (m->pindex >= (NUPDE + NUPDPE)) {
2273                 /* PDP page */
2274                 pml4_entry_t *pml4;
2275                 pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
2276                 *pml4 = 0;
2277         } else if (m->pindex >= NUPDE) {
2278                 /* PD page */
2279                 pdp_entry_t *pdp;
2280                 pdp = pmap_pdpe(pmap, va);
2281                 *pdp = 0;
2282         } else {
2283                 /* PTE page */
2284                 pd_entry_t *pd;
2285                 pd = pmap_pde(pmap, va);
2286                 *pd = 0;
2287         }
2288         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
2289         if (m->pindex < NUPDE) {
2290                 /* We just released a PT, unhold the matching PD */
2291                 vm_page_t pdpg;
2292
2293                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pdpe(pmap, va) & PG_FRAME);
2294                 pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdpg, free);
2295         }
2296         if (m->pindex >= NUPDE && m->pindex < (NUPDE + NUPDPE)) {
2297                 /* We just released a PD, unhold the matching PDP */
2298                 vm_page_t pdppg;
2299
2300                 pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pml4e(pmap, va) & PG_FRAME);
2301                 pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdppg, free);
2302         }
2303
2304         /*
2305          * This is a release store so that the ordinary store unmapping
2306          * the page table page is globally performed before TLB shoot-
2307          * down is begun.
2308          */
2309         atomic_subtract_rel_int(&vm_cnt.v_wire_count, 1);
2310
2311         /* 
2312          * Put page on a list so that it is released after
2313          * *ALL* TLB shootdown is done
2314          */
2315         pmap_add_delayed_free_list(m, free, TRUE);
2316 }
2317
2318 /*
2319  * After removing a page table entry, this routine is used to
2320  * conditionally free the page, and manage the hold/wire counts.
2321  */
2322 static int
2323 pmap_unuse_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t ptepde,
2324     struct spglist *free)
2325 {
2326         vm_page_t mpte;
2327
2328         if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
2329                 return (0);
2330         KASSERT(ptepde != 0, ("pmap_unuse_pt: ptepde != 0"));
2331         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(ptepde & PG_FRAME);
2332         return (pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpte, free));
2333 }
2334
2335 void
2336 pmap_pinit0(pmap_t pmap)
2337 {
2338         int i;
2339
2340         PMAP_LOCK_INIT(pmap);
2341         pmap->pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(KPML4phys);
2342         pmap->pm_cr3 = KPML4phys;
2343         pmap->pm_root.rt_root = 0;
2344         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
2345         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
2346         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
2347         pmap->pm_flags = pmap_flags;
2348         CPU_FOREACH(i) {
2349                 pmap->pm_pcids[i].pm_pcid = PMAP_PCID_NONE;
2350                 pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
2351         }
2352         PCPU_SET(curpmap, kernel_pmap);
2353         pmap_activate(curthread);
2354         CPU_FILL(&kernel_pmap->pm_active);
2355 }
2356
2357 void
2358 pmap_pinit_pml4(vm_page_t pml4pg)
2359 {
2360         pml4_entry_t *pm_pml4;
2361         int i;
2362
2363         pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg));
2364
2365         /* Wire in kernel global address entries. */
2366         for (i = 0; i < NKPML4E; i++) {
2367                 pm_pml4[KPML4BASE + i] = (KPDPphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW |
2368                     X86_PG_V | PG_U;
2369         }
2370         for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++) {
2371                 pm_pml4[DMPML4I + i] = (DMPDPphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW |
2372                     X86_PG_V | PG_U;
2373         }
2374
2375         /* install self-referential address mapping entry(s) */
2376         pm_pml4[PML4PML4I] = VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg) | X86_PG_V | X86_PG_RW |
2377             X86_PG_A | X86_PG_M;
2378 }
2379
2380 /*
2381  * Initialize a preallocated and zeroed pmap structure,
2382  * such as one in a vmspace structure.
2383  */
2384 int
2385 pmap_pinit_type(pmap_t pmap, enum pmap_type pm_type, int flags)
2386 {
2387         vm_page_t pml4pg;
2388         vm_paddr_t pml4phys;
2389         int i;
2390
2391         /*
2392          * allocate the page directory page
2393          */
2394         while ((pml4pg = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL |
2395             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO)) == NULL)
2396                 VM_WAIT;
2397
2398         pml4phys = VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg);
2399         pmap->pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pml4phys);
2400         CPU_FOREACH(i) {
2401                 pmap->pm_pcids[i].pm_pcid = PMAP_PCID_NONE;
2402                 pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
2403         }
2404         pmap->pm_cr3 = ~0;      /* initialize to an invalid value */
2405
2406         if ((pml4pg->flags & PG_ZERO) == 0)
2407                 pagezero(pmap->pm_pml4);
2408
2409         /*
2410          * Do not install the host kernel mappings in the nested page
2411          * tables. These mappings are meaningless in the guest physical
2412          * address space.
2413          */
2414         if ((pmap->pm_type = pm_type) == PT_X86) {
2415                 pmap->pm_cr3 = pml4phys;
2416                 pmap_pinit_pml4(pml4pg);
2417         }
2418
2419         pmap->pm_root.rt_root = 0;
2420         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
2421         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
2422         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
2423         pmap->pm_flags = flags;
2424         pmap->pm_eptgen = 0;
2425
2426         return (1);
2427 }
2428
2429 int
2430 pmap_pinit(pmap_t pmap)
2431 {
2432
2433         return (pmap_pinit_type(pmap, PT_X86, pmap_flags));
2434 }
2435
2436 /*
2437  * This routine is called if the desired page table page does not exist.
2438  *
2439  * If page table page allocation fails, this routine may sleep before
2440  * returning NULL.  It sleeps only if a lock pointer was given.
2441  *
2442  * Note: If a page allocation fails at page table level two or three,
2443  * one or two pages may be held during the wait, only to be released
2444  * afterwards.  This conservative approach is easily argued to avoid
2445  * race conditions.
2446  */
2447 static vm_page_t
2448 _pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex, struct rwlock **lockp)
2449 {
2450         vm_page_t m, pdppg, pdpg;
2451         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
2452
2453         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2454
2455         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
2456         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
2457         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
2458         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
2459
2460         /*
2461          * Allocate a page table page.
2462          */
2463         if ((m = vm_page_alloc(NULL, ptepindex, VM_ALLOC_NOOBJ |
2464             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO)) == NULL) {
2465                 if (lockp != NULL) {
2466                         RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
2467                         PMAP_UNLOCK(pmap);
2468                         PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI();
2469                         VM_WAIT;
2470                         PMAP_LOCK(pmap);
2471                 }
2472
2473                 /*
2474                  * Indicate the need to retry.  While waiting, the page table
2475                  * page may have been allocated.
2476                  */
2477                 return (NULL);
2478         }
2479         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0)
2480                 pmap_zero_page(m);
2481
2482         /*
2483          * Map the pagetable page into the process address space, if
2484          * it isn't already there.
2485          */
2486
2487         if (ptepindex >= (NUPDE + NUPDPE)) {
2488                 pml4_entry_t *pml4;
2489                 vm_pindex_t pml4index;
2490
2491                 /* Wire up a new PDPE page */
2492                 pml4index = ptepindex - (NUPDE + NUPDPE);
2493                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
2494                 *pml4 = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
2495
2496         } else if (ptepindex >= NUPDE) {
2497                 vm_pindex_t pml4index;
2498                 vm_pindex_t pdpindex;
2499                 pml4_entry_t *pml4;
2500                 pdp_entry_t *pdp;
2501
2502                 /* Wire up a new PDE page */
2503                 pdpindex = ptepindex - NUPDE;
2504                 pml4index = pdpindex >> NPML4EPGSHIFT;
2505
2506                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
2507                 if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
2508                         /* Have to allocate a new pdp, recurse */
2509                         if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + NUPDPE + pml4index,
2510                             lockp) == NULL) {
2511                                 --m->wire_count;
2512                                 atomic_subtract_int(&vm_cnt.v_wire_count, 1);
2513                                 vm_page_free_zero(m);
2514                                 return (NULL);
2515                         }
2516                 } else {
2517                         /* Add reference to pdp page */
2518                         pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pml4 & PG_FRAME);
2519                         pdppg->wire_count++;
2520                 }
2521                 pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
2522
2523                 /* Now find the pdp page */
2524                 pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
2525                 *pdp = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
2526
2527         } else {
2528                 vm_pindex_t pml4index;
2529                 vm_pindex_t pdpindex;
2530                 pml4_entry_t *pml4;
2531                 pdp_entry_t *pdp;
2532                 pd_entry_t *pd;
2533
2534                 /* Wire up a new PTE page */
2535                 pdpindex = ptepindex >> NPDPEPGSHIFT;
2536                 pml4index = pdpindex >> NPML4EPGSHIFT;
2537
2538                 /* First, find the pdp and check that its valid. */
2539                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
2540                 if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
2541                         /* Have to allocate a new pd, recurse */
2542                         if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex,
2543                             lockp) == NULL) {
2544                                 --m->wire_count;
2545                                 atomic_subtract_int(&vm_cnt.v_wire_count, 1);
2546                                 vm_page_free_zero(m);
2547                                 return (NULL);
2548                         }
2549                         pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
2550                         pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
2551                 } else {
2552                         pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
2553                         pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
2554                         if ((*pdp & PG_V) == 0) {
2555                                 /* Have to allocate a new pd, recurse */
2556                                 if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex,
2557                                     lockp) == NULL) {
2558                                         --m->wire_count;
2559                                         atomic_subtract_int(&vm_cnt.v_wire_count,
2560                                             1);
2561                                         vm_page_free_zero(m);
2562                                         return (NULL);
2563                                 }
2564                         } else {
2565                                 /* Add reference to the pd page */
2566                                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdp & PG_FRAME);
2567                                 pdpg->wire_count++;
2568                         }
2569                 }
2570                 pd = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdp & PG_FRAME);
2571
2572                 /* Now we know where the page directory page is */
2573                 pd = &pd[ptepindex & ((1ul << NPDEPGSHIFT) - 1)];
2574                 *pd = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
2575         }
2576
2577         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
2578
2579         return (m);
2580 }
2581
2582 static vm_page_t
2583 pmap_allocpde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct rwlock **lockp)
2584 {
2585         vm_pindex_t pdpindex, ptepindex;
2586         pdp_entry_t *pdpe, PG_V;
2587         vm_page_t pdpg;
2588
2589         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
2590
2591 retry:
2592         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
2593         if (pdpe != NULL && (*pdpe & PG_V) != 0) {
2594                 /* Add a reference to the pd page. */
2595                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdpe & PG_FRAME);
2596                 pdpg->wire_count++;
2597         } else {
2598                 /* Allocate a pd page. */
2599                 ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
2600                 pdpindex = ptepindex >> NPDPEPGSHIFT;
2601                 pdpg = _pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex, lockp);
2602                 if (pdpg == NULL && lockp != NULL)
2603                         goto retry;
2604         }
2605         return (pdpg);
2606 }
2607
2608 static vm_page_t
2609 pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct rwlock **lockp)
2610 {
2611         vm_pindex_t ptepindex;
2612         pd_entry_t *pd, PG_V;
2613         vm_page_t m;
2614
2615         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
2616
2617         /*
2618          * Calculate pagetable page index
2619          */
2620         ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
2621 retry:
2622         /*
2623          * Get the page directory entry
2624          */
2625         pd = pmap_pde(pmap, va);
2626
2627         /*
2628          * This supports switching from a 2MB page to a
2629          * normal 4K page.
2630          */
2631         if (pd != NULL && (*pd & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V)) {
2632                 if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pd, va, lockp)) {
2633                         /*
2634                          * Invalidation of the 2MB page mapping may have caused
2635                          * the deallocation of the underlying PD page.
2636                          */
2637                         pd = NULL;
2638                 }
2639         }
2640
2641         /*
2642          * If the page table page is mapped, we just increment the
2643          * hold count, and activate it.
2644          */
2645         if (pd != NULL && (*pd & PG_V) != 0) {
2646                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pd & PG_FRAME);
2647                 m->wire_count++;
2648         } else {
2649                 /*
2650                  * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been
2651                  * deallocated.
2652                  */
2653                 m = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex, lockp);
2654                 if (m == NULL && lockp != NULL)
2655                         goto retry;
2656         }
2657         return (m);
2658 }
2659
2660
2661 /***************************************************
2662  * Pmap allocation/deallocation routines.
2663  ***************************************************/
2664
2665 /*
2666  * Release any resources held by the given physical map.
2667  * Called when a pmap initialized by pmap_pinit is being released.
2668  * Should only be called if the map contains no valid mappings.
2669  */
2670 void
2671 pmap_release(pmap_t pmap)
2672 {
2673         vm_page_t m;
2674         int i;
2675
2676         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count == 0,
2677             ("pmap_release: pmap resident count %ld != 0",
2678             pmap->pm_stats.resident_count));
2679         KASSERT(vm_radix_is_empty(&pmap->pm_root),
2680             ("pmap_release: pmap has reserved page table page(s)"));
2681         KASSERT(CPU_EMPTY(&pmap->pm_active),
2682             ("releasing active pmap %p", pmap));
2683
2684         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pmap->pm_pml4));
2685
2686         for (i = 0; i < NKPML4E; i++)   /* KVA */
2687                 pmap->pm_pml4[KPML4BASE + i] = 0;
2688         for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++)/* Direct Map */
2689                 pmap->pm_pml4[DMPML4I + i] = 0;
2690         pmap->pm_pml4[PML4PML4I] = 0;   /* Recursive Mapping */
2691
2692         m->wire_count--;
2693         atomic_subtract_int(&vm_cnt.v_wire_count, 1);
2694         vm_page_free_zero(m);
2695 }
2696 \f
2697 static int
2698 kvm_size(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
2699 {
2700         unsigned long ksize = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
2701
2702         return sysctl_handle_long(oidp, &ksize, 0, req);
2703 }
2704 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_size, CTLTYPE_LONG|CTLFLAG_RD, 
2705     0, 0, kvm_size, "LU", "Size of KVM");
2706
2707 static int
2708 kvm_free(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
2709 {
2710         unsigned long kfree = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - kernel_vm_end;
2711
2712         return sysctl_handle_long(oidp, &kfree, 0, req);
2713 }
2714 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_free, CTLTYPE_LONG|CTLFLAG_RD, 
2715     0, 0, kvm_free, "LU", "Amount of KVM free");
2716
2717 /*
2718  * grow the number of kernel page table entries, if needed
2719  */
2720 void
2721 pmap_growkernel(vm_offset_t addr)
2722 {
2723         vm_paddr_t paddr;
2724         vm_page_t nkpg;
2725         pd_entry_t *pde, newpdir;
2726         pdp_entry_t *pdpe;
2727
2728         mtx_assert(&kernel_map->system_mtx, MA_OWNED);
2729
2730         /*
2731          * Return if "addr" is within the range of kernel page table pages
2732          * that were preallocated during pmap bootstrap.  Moreover, leave
2733          * "kernel_vm_end" and the kernel page table as they were.
2734          *
2735          * The correctness of this action is based on the following
2736          * argument: vm_map_insert() allocates contiguous ranges of the
2737          * kernel virtual address space.  It calls this function if a range
2738          * ends after "kernel_vm_end".  If the kernel is mapped between
2739          * "kernel_vm_end" and "addr", then the range cannot begin at
2740          * "kernel_vm_end".  In fact, its beginning address cannot be less
2741          * than the kernel.  Thus, there is no immediate need to allocate
2742          * any new kernel page table pages between "kernel_vm_end" and
2743          * "KERNBASE".
2744          */
2745         if (KERNBASE < addr && addr <= KERNBASE + nkpt * NBPDR)
2746                 return;
2747
2748         addr = roundup2(addr, NBPDR);
2749         if (addr - 1 >= kernel_map->max_offset)
2750                 addr = kernel_map->max_offset;
2751         while (kernel_vm_end < addr) {
2752                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, kernel_vm_end);
2753                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0) {
2754                         /* We need a new PDP entry */
2755                         nkpg = vm_page_alloc(NULL, kernel_vm_end >> PDPSHIFT,
2756                             VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ |
2757                             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
2758                         if (nkpg == NULL)
2759                                 panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
2760                         if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
2761                                 pmap_zero_page(nkpg);
2762                         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
2763                         *pdpe = (pdp_entry_t)(paddr | X86_PG_V | X86_PG_RW |
2764                             X86_PG_A | X86_PG_M);
2765                         continue; /* try again */
2766                 }
2767                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, kernel_vm_end);
2768                 if ((*pde & X86_PG_V) != 0) {
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                         continue;
2775                 }
2776
2777                 nkpg = vm_page_alloc(NULL, pmap_pde_pindex(kernel_vm_end),
2778                     VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED |
2779                     VM_ALLOC_ZERO);
2780                 if (nkpg == NULL)
2781                         panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
2782                 if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
2783                         pmap_zero_page(nkpg);
2784                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
2785                 newpdir = paddr | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A | X86_PG_M;
2786                 pde_store(pde, newpdir);
2787
2788                 kernel_vm_end = (kernel_vm_end + NBPDR) & ~PDRMASK;
2789                 if (kernel_vm_end - 1 >= kernel_map->max_offset) {
2790                         kernel_vm_end = kernel_map->max_offset;
2791                         break;                       
2792                 }
2793         }
2794 }
2795
2796
2797 /***************************************************
2798  * page management routines.
2799  ***************************************************/
2800
2801 CTASSERT(sizeof(struct pv_chunk) == PAGE_SIZE);
2802 CTASSERT(_NPCM == 3);
2803 CTASSERT(_NPCPV == 168);
2804
2805 static __inline struct pv_chunk *
2806 pv_to_chunk(pv_entry_t pv)
2807 {
2808
2809         return ((struct pv_chunk *)((uintptr_t)pv & ~(uintptr_t)PAGE_MASK));
2810 }
2811
2812 #define PV_PMAP(pv) (pv_to_chunk(pv)->pc_pmap)
2813
2814 #define PC_FREE0        0xfffffffffffffffful
2815 #define PC_FREE1        0xfffffffffffffffful
2816 #define PC_FREE2        0x000000fffffffffful
2817
2818 static const uint64_t pc_freemask[_NPCM] = { PC_FREE0, PC_FREE1, PC_FREE2 };
2819
2820 #ifdef PV_STATS
2821 static int pc_chunk_count, pc_chunk_allocs, pc_chunk_frees, pc_chunk_tryfail;
2822
2823 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_count, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_count, 0,
2824         "Current number of pv entry chunks");
2825 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_allocs, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_allocs, 0,
2826         "Current number of pv entry chunks allocated");
2827 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_frees, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_frees, 0,
2828         "Current number of pv entry chunks frees");
2829 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_tryfail, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_tryfail, 0,
2830         "Number of times tried to get a chunk page but failed.");
2831
2832 static long pv_entry_frees, pv_entry_allocs, pv_entry_count;
2833 static int pv_entry_spare;
2834
2835 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_frees, CTLFLAG_RD, &pv_entry_frees, 0,
2836         "Current number of pv entry frees");
2837 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_allocs, CTLFLAG_RD, &pv_entry_allocs, 0,
2838         "Current number of pv entry allocs");
2839 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_count, CTLFLAG_RD, &pv_entry_count, 0,
2840         "Current number of pv entries");
2841 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_spare, CTLFLAG_RD, &pv_entry_spare, 0,
2842         "Current number of spare pv entries");
2843 #endif
2844
2845 /*
2846  * We are in a serious low memory condition.  Resort to
2847  * drastic measures to free some pages so we can allocate
2848  * another pv entry chunk.
2849  *
2850  * Returns NULL if PV entries were reclaimed from the specified pmap.
2851  *
2852  * We do not, however, unmap 2mpages because subsequent accesses will
2853  * allocate per-page pv entries until repromotion occurs, thereby
2854  * exacerbating the shortage of free pv entries.
2855  */
2856 static vm_page_t
2857 reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp)
2858 {
2859         struct pch new_tail;
2860         struct pv_chunk *pc;
2861         struct md_page *pvh;
2862         pd_entry_t *pde;
2863         pmap_t pmap;
2864         pt_entry_t *pte, tpte;
2865         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW;
2866         pv_entry_t pv;
2867         vm_offset_t va;
2868         vm_page_t m, m_pc;
2869         struct spglist free;
2870         uint64_t inuse;
2871         int bit, field, freed;
2872
2873         PMAP_LOCK_ASSERT(locked_pmap, MA_OWNED);
2874         KASSERT(lockp != NULL, ("reclaim_pv_chunk: lockp is NULL"));
2875         pmap = NULL;
2876         m_pc = NULL;
2877         PG_G = PG_A = PG_M = PG_RW = 0;
2878         SLIST_INIT(&free);
2879         TAILQ_INIT(&new_tail);
2880         pmap_delayed_invl_started();
2881         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2882         while ((pc = TAILQ_FIRST(&pv_chunks)) != NULL && SLIST_EMPTY(&free)) {
2883                 TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2884                 mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
2885                 if (pmap != pc->pc_pmap) {
2886                         if (pmap != NULL) {
2887                                 pmap_invalidate_all(pmap);
2888                                 if (pmap != locked_pmap)
2889                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
2890                         }
2891                         pmap_delayed_invl_finished();
2892                         pmap_delayed_invl_started();
2893                         pmap = pc->pc_pmap;
2894                         /* Avoid deadlock and lock recursion. */
2895                         if (pmap > locked_pmap) {
2896                                 RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
2897                                 PMAP_LOCK(pmap);
2898                         } else if (pmap != locked_pmap &&
2899                             !PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
2900                                 pmap = NULL;
2901                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail, pc, pc_lru);
2902                                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2903                                 continue;
2904                         }
2905                         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
2906                         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
2907                         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
2908                         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
2909                 }
2910
2911                 /*
2912                  * Destroy every non-wired, 4 KB page mapping in the chunk.
2913                  */
2914                 freed = 0;
2915                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
2916                         for (inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
2917                             inuse != 0; inuse &= ~(1UL << bit)) {
2918                                 bit = bsfq(inuse);
2919                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
2920                                 va = pv->pv_va;
2921                                 pde = pmap_pde(pmap, va);
2922                                 if ((*pde & PG_PS) != 0)
2923                                         continue;
2924                                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
2925                                 if ((*pte & PG_W) != 0)
2926                                         continue;
2927                                 tpte = pte_load_clear(pte);
2928                                 if ((tpte & PG_G) != 0)
2929                                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
2930                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpte & PG_FRAME);
2931                                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
2932                                         vm_page_dirty(m);
2933                                 if ((tpte & PG_A) != 0)
2934                                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2935                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
2936                                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2937                                 m->md.pv_gen++;
2938                                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
2939                                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
2940                                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2941                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
2942                                                 vm_page_aflag_clear(m,
2943                                                     PGA_WRITEABLE);
2944                                         }
2945                                 }
2946                                 pmap_delayed_invl_page(m);
2947                                 pc->pc_map[field] |= 1UL << bit;
2948                                 pmap_unuse_pt(pmap, va, *pde, &free);
2949                                 freed++;
2950                         }
2951                 }
2952                 if (freed == 0) {
2953                         TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail, pc, pc_lru);
2954                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2955                         continue;
2956                 }
2957                 /* Every freed mapping is for a 4 KB page. */
2958                 pmap_resident_count_dec(pmap, freed);
2959                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
2960                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
2961                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
2962                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2963                 if (pc->pc_map[0] == PC_FREE0 && pc->pc_map[1] == PC_FREE1 &&
2964                     pc->pc_map[2] == PC_FREE2) {
2965                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
2966                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
2967                         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
2968                         /* Entire chunk is free; return it. */
2969                         m_pc = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
2970                         dump_drop_page(m_pc->phys_addr);
2971                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2972                         break;
2973                 }
2974                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2975                 TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail, pc, pc_lru);
2976                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2977                 /* One freed pv entry in locked_pmap is sufficient. */
2978                 if (pmap == locked_pmap)
2979                         break;
2980         }
2981         TAILQ_CONCAT(&pv_chunks, &new_tail, pc_lru);
2982         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
2983         if (pmap != NULL) {
2984                 pmap_invalidate_all(pmap);
2985                 if (pmap != locked_pmap)
2986                         PMAP_UNLOCK(pmap);
2987         }
2988         pmap_delayed_invl_finished();
2989         if (m_pc == NULL && !SLIST_EMPTY(&free)) {
2990                 m_pc = SLIST_FIRST(&free);
2991                 SLIST_REMOVE_HEAD(&free, plinks.s.ss);
2992                 /* Recycle a freed page table page. */
2993                 m_pc->wire_count = 1;
2994                 atomic_add_int(&vm_cnt.v_wire_count, 1);
2995         }
2996         pmap_free_zero_pages(&free);
2997         return (m_pc);
2998 }
2999
3000 /*
3001  * free the pv_entry back to the free list
3002  */
3003 static void
3004 free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv)
3005 {
3006         struct pv_chunk *pc;
3007         int idx, field, bit;
3008
3009         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3010         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, 1));
3011         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, 1));
3012         PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, 1));
3013         pc = pv_to_chunk(pv);
3014         idx = pv - &pc->pc_pventry[0];
3015         field = idx / 64;
3016         bit = idx % 64;
3017         pc->pc_map[field] |= 1ul << bit;
3018         if (pc->pc_map[0] != PC_FREE0 || pc->pc_map[1] != PC_FREE1 ||
3019             pc->pc_map[2] != PC_FREE2) {
3020                 /* 98% of the time, pc is already at the head of the list. */
3021                 if (__predict_false(pc != TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk))) {
3022                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3023                         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3024                 }
3025                 return;
3026         }
3027         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3028         free_pv_chunk(pc);
3029 }
3030
3031 static void
3032 free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc)
3033 {
3034         vm_page_t m;
3035
3036         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
3037         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
3038         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
3039         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
3040         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
3041         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
3042         /* entire chunk is free, return it */
3043         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
3044         dump_drop_page(m->phys_addr);
3045         vm_page_unwire(m, PQ_NONE);
3046         vm_page_free(m);
3047 }
3048
3049 /*
3050  * Returns a new PV entry, allocating a new PV chunk from the system when
3051  * needed.  If this PV chunk allocation fails and a PV list lock pointer was
3052  * given, a PV chunk is reclaimed from an arbitrary pmap.  Otherwise, NULL is
3053  * returned.
3054  *
3055  * The given PV list lock may be released.
3056  */
3057 static pv_entry_t
3058 get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp)
3059 {
3060         int bit, field;
3061         pv_entry_t pv;
3062         struct pv_chunk *pc;
3063         vm_page_t m;
3064
3065         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3066         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, 1));
3067 retry:
3068         pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
3069         if (pc != NULL) {
3070                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
3071                         if (pc->pc_map[field]) {
3072                                 bit = bsfq(pc->pc_map[field]);
3073                                 break;
3074                         }
3075                 }
3076                 if (field < _NPCM) {
3077                         pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
3078                         pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
3079                         /* If this was the last item, move it to tail */
3080                         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 &&
3081                             pc->pc_map[2] == 0) {
3082                                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3083                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc,
3084                                     pc_list);
3085                         }
3086                         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
3087                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, 1));
3088                         return (pv);
3089                 }
3090         }
3091         /* No free items, allocate another chunk */
3092         m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
3093             VM_ALLOC_WIRED);
3094         if (m == NULL) {
3095                 if (lockp == NULL) {
3096                         PV_STAT(pc_chunk_tryfail++);
3097                         return (NULL);
3098                 }
3099                 m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
3100                 if (m == NULL)
3101                         goto retry;
3102         }
3103         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
3104         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
3105         dump_add_page(m->phys_addr);
3106         pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
3107         pc->pc_pmap = pmap;
3108         pc->pc_map[0] = PC_FREE0 & ~1ul;        /* preallocated bit 0 */
3109         pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
3110         pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
3111         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
3112         TAILQ_INSERT_TAIL(&pv_chunks, pc, pc_lru);
3113         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
3114         pv = &pc->pc_pventry[0];
3115         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3116         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
3117         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV - 1));
3118         return (pv);
3119 }
3120
3121 /*
3122  * Returns the number of one bits within the given PV chunk map.
3123  *
3124  * The erratas for Intel processors state that "POPCNT Instruction May
3125  * Take Longer to Execute Than Expected".  It is believed that the
3126  * issue is the spurious dependency on the destination register.
3127  * Provide a hint to the register rename logic that the destination
3128  * value is overwritten, by clearing it, as suggested in the
3129  * optimization manual.  It should be cheap for unaffected processors
3130  * as well.
3131  *
3132  * Reference numbers for erratas are
3133  * 4th Gen Core: HSD146
3134  * 5th Gen Core: BDM85
3135  * 6th Gen Core: SKL029
3136  */
3137 static int
3138 popcnt_pc_map_pq(uint64_t *map)
3139 {
3140         u_long result, tmp;
3141
3142         __asm __volatile("xorl %k0,%k0;popcntq %2,%0;"
3143             "xorl %k1,%k1;popcntq %3,%1;addl %k1,%k0;"
3144             "xorl %k1,%k1;popcntq %4,%1;addl %k1,%k0"
3145             : "=&r" (result), "=&r" (tmp)
3146             : "m" (map[0]), "m" (map[1]), "m" (map[2]));
3147         return (result);
3148 }
3149
3150 /*
3151  * Ensure that the number of spare PV entries in the specified pmap meets or
3152  * exceeds the given count, "needed".
3153  *
3154  * The given PV list lock may be released.
3155  */
3156 static void
3157 reserve_pv_entries(pmap_t pmap, int needed, struct rwlock **lockp)
3158 {
3159         struct pch new_tail;
3160         struct pv_chunk *pc;
3161         int avail, free;
3162         vm_page_t m;
3163
3164         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3165         KASSERT(lockp != NULL, ("reserve_pv_entries: lockp is NULL"));
3166
3167         /*
3168          * Newly allocated PV chunks must be stored in a private list until
3169          * the required number of PV chunks have been allocated.  Otherwise,
3170          * reclaim_pv_chunk() could recycle one of these chunks.  In
3171          * contrast, these chunks must be added to the pmap upon allocation.
3172          */
3173         TAILQ_INIT(&new_tail);
3174 retry:
3175         avail = 0;
3176         TAILQ_FOREACH(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list) {
3177 #ifndef __POPCNT__
3178                 if ((cpu_feature2 & CPUID2_POPCNT) == 0)
3179                         bit_count((bitstr_t *)pc->pc_map, 0,
3180                             sizeof(pc->pc_map) * NBBY, &free);
3181                 else
3182 #endif
3183                 free = popcnt_pc_map_pq(pc->pc_map);
3184                 if (free == 0)
3185                         break;
3186                 avail += free;
3187                 if (avail >= needed)
3188                         break;
3189         }
3190         for (; avail < needed; avail += _NPCPV) {
3191                 m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
3192                     VM_ALLOC_WIRED);
3193                 if (m == NULL) {
3194                         m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
3195                         if (m == NULL)
3196                                 goto retry;
3197                 }
3198                 PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
3199                 PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
3200                 dump_add_page(m->phys_addr);
3201                 pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
3202                 pc->pc_pmap = pmap;
3203                 pc->pc_map[0] = PC_FREE0;
3204                 pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
3205                 pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
3206                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3207                 TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail, pc, pc_lru);
3208                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
3209         }
3210         if (!TAILQ_EMPTY(&new_tail)) {
3211                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
3212                 TAILQ_CONCAT(&pv_chunks, &new_tail, pc_lru);
3213                 mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
3214         }
3215 }
3216
3217 /*
3218  * First find and then remove the pv entry for the specified pmap and virtual
3219  * address from the specified pv list.  Returns the pv entry if found and NULL
3220  * otherwise.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or
3221  * 2MB page mappings.
3222  */
3223 static __inline pv_entry_t
3224 pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3225 {
3226         pv_entry_t pv;
3227
3228         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
3229                 if (pmap == PV_PMAP(pv) && va == pv->pv_va) {
3230                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
3231                         pvh->pv_gen++;
3232                         break;
3233                 }
3234         }
3235         return (pv);
3236 }
3237
3238 /*
3239  * After demotion from a 2MB page mapping to 512 4KB page mappings,
3240  * destroy the pv entry for the 2MB page mapping and reinstantiate the pv
3241  * entries for each of the 4KB page mappings.
3242  */
3243 static void
3244 pmap_pv_demote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
3245     struct rwlock **lockp)
3246 {
3247         struct md_page *pvh;
3248         struct pv_chunk *pc;
3249         pv_entry_t pv;
3250         vm_offset_t va_last;
3251         vm_page_t m;
3252         int bit, field;
3253
3254         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3255         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
3256             ("pmap_pv_demote_pde: pa is not 2mpage aligned"));
3257         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
3258
3259         /*
3260          * Transfer the 2mpage's pv entry for this mapping to the first
3261          * page's pv list.  Once this transfer begins, the pv list lock
3262          * must not be released until the last pv entry is reinstantiated.
3263          */
3264         pvh = pa_to_pvh(pa);
3265         va = trunc_2mpage(va);
3266         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
3267         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_demote_pde: pv not found"));
3268         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
3269         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3270         m->md.pv_gen++;
3271         /* Instantiate the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
3272         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, NPTEPG - 1));
3273         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
3274         for (;;) {
3275                 pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
3276                 KASSERT(pc->pc_map[0] != 0 || pc->pc_map[1] != 0 ||
3277                     pc->pc_map[2] != 0, ("pmap_pv_demote_pde: missing spare"));
3278                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
3279                         while (pc->pc_map[field]) {
3280                                 bit = bsfq(pc->pc_map[field]);
3281                                 pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
3282                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
3283                                 va += PAGE_SIZE;
3284                                 pv->pv_va = va;
3285                                 m++;
3286                                 KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
3287                             ("pmap_pv_demote_pde: page %p is not managed", m));
3288                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3289                                 m->md.pv_gen++;
3290                                 if (va == va_last)
3291                                         goto out;
3292                         }
3293                 }
3294                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3295                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3296         }
3297 out:
3298         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 && pc->pc_map[2] == 0) {
3299                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3300                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3301         }
3302         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, NPTEPG - 1));
3303         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, NPTEPG - 1));
3304 }
3305
3306 /*
3307  * After promotion from 512 4KB page mappings to a single 2MB page mapping,
3308  * replace the many pv entries for the 4KB page mappings by a single pv entry
3309  * for the 2MB page mapping.
3310  */
3311 static void
3312 pmap_pv_promote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
3313     struct rwlock **lockp)
3314 {
3315         struct md_page *pvh;
3316         pv_entry_t pv;
3317         vm_offset_t va_last;
3318         vm_page_t m;
3319
3320         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
3321             ("pmap_pv_promote_pde: pa is not 2mpage aligned"));
3322         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
3323
3324         /*
3325          * Transfer the first page's pv entry for this mapping to the 2mpage's
3326          * pv list.  Aside from avoiding the cost of a call to get_pv_entry(),
3327          * a transfer avoids the possibility that get_pv_entry() calls
3328          * reclaim_pv_chunk() and that reclaim_pv_chunk() removes one of the
3329          * mappings that is being promoted.
3330          */
3331         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
3332         va = trunc_2mpage(va);
3333         pv = pmap_pvh_remove(&m->md, pmap, va);
3334         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_promote_pde: pv not found"));
3335         pvh = pa_to_pvh(pa);
3336         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
3337         pvh->pv_gen++;
3338         /* Free the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
3339         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
3340         do {
3341                 m++;
3342                 va += PAGE_SIZE;
3343                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
3344         } while (va < va_last);
3345 }
3346
3347 /*
3348  * First find and then destroy the pv entry for the specified pmap and virtual
3349  * address.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or 2MB
3350  * page mappings.
3351  */
3352 static void
3353 pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3354 {
3355         pv_entry_t pv;
3356
3357         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
3358         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pvh_free: pv not found"));
3359         free_pv_entry(pmap, pv);
3360 }
3361
3362 /*
3363  * Conditionally create the PV entry for a 4KB page mapping if the required
3364  * memory can be allocated without resorting to reclamation.
3365  */
3366 static boolean_t
3367 pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
3368     struct rwlock **lockp)
3369 {
3370         pv_entry_t pv;
3371
3372         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3373         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
3374         if ((pv = get_pv_entry(pmap, NULL)) != NULL) {
3375                 pv->pv_va = va;
3376                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
3377                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3378                 m->md.pv_gen++;
3379                 return (TRUE);
3380         } else
3381                 return (FALSE);
3382 }
3383
3384 /*
3385  * Conditionally create the PV entry for a 2MB page mapping if the required
3386  * memory can be allocated without resorting to reclamation.
3387  */
3388 static boolean_t
3389 pmap_pv_insert_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
3390     struct rwlock **lockp)
3391 {
3392         struct md_page *pvh;
3393         pv_entry_t pv;
3394
3395         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3396         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
3397         if ((pv = get_pv_entry(pmap, NULL)) != NULL) {
3398                 pv->pv_va = va;
3399                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
3400                 pvh = pa_to_pvh(pa);
3401                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
3402                 pvh->pv_gen++;
3403                 return (TRUE);
3404         } else
3405                 return (FALSE);
3406 }
3407
3408 /*
3409  * Fills a page table page with mappings to consecutive physical pages.
3410  */
3411 static void
3412 pmap_fill_ptp(pt_entry_t *firstpte, pt_entry_t newpte)
3413 {
3414         pt_entry_t *pte;
3415
3416         for (pte = firstpte; pte < firstpte + NPTEPG; pte++) {
3417                 *pte = newpte;
3418                 newpte += PAGE_SIZE;
3419         }
3420 }
3421
3422 /*
3423  * Tries to demote a 2MB page mapping.  If demotion fails, the 2MB page
3424  * mapping is invalidated.
3425  */
3426 static boolean_t
3427 pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
3428 {
3429         struct rwlock *lock;
3430         boolean_t rv;
3431
3432         lock = NULL;
3433         rv = pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
3434         if (lock != NULL)
3435                 rw_wunlock(lock);
3436         return (rv);
3437 }
3438
3439 static boolean_t
3440 pmap_demote_pde_locked(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
3441     struct rwlock **lockp)
3442 {
3443         pd_entry_t newpde, oldpde;
3444         pt_entry_t *firstpte, newpte;
3445         pt_entry_t PG_A, PG_G, PG_M, PG_RW, PG_V;
3446         vm_paddr_t mptepa;
3447         vm_page_t mpte;
3448         struct spglist free;
3449         vm_offset_t sva;
3450         int PG_PTE_CACHE;
3451
3452         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
3453         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
3454         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
3455         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
3456         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3457         PG_PTE_CACHE = pmap_cache_mask(pmap, 0);
3458
3459         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3460         oldpde = *pde;
3461         KASSERT((oldpde & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V),
3462             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_PS and/or PG_V"));
3463         if ((oldpde & PG_A) != 0 && (mpte = pmap_lookup_pt_page(pmap, va)) !=
3464             NULL)
3465                 pmap_remove_pt_page(pmap, mpte);
3466         else {
3467                 KASSERT((oldpde & PG_W) == 0,
3468                     ("pmap_demote_pde: page table page for a wired mapping"
3469                     " is missing"));
3470
3471                 /*
3472                  * Invalidate the 2MB page mapping and return "failure" if the
3473                  * mapping was never accessed or the allocation of the new
3474                  * page table page fails.  If the 2MB page mapping belongs to
3475                  * the direct map region of the kernel's address space, then
3476                  * the page allocation request specifies the highest possible
3477                  * priority (VM_ALLOC_INTERRUPT).  Otherwise, the priority is
3478                  * normal.  Page table pages are preallocated for every other
3479                  * part of the kernel address space, so the direct map region
3480                  * is the only part of the kernel address space that must be
3481                  * handled here.
3482                  */
3483                 if ((oldpde & PG_A) == 0 || (mpte = vm_page_alloc(NULL,
3484                     pmap_pde_pindex(va), (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va <
3485                     DMAP_MAX_ADDRESS ? VM_ALLOC_INTERRUPT : VM_ALLOC_NORMAL) |
3486                     VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED)) == NULL) {
3487                         SLIST_INIT(&free);
3488                         sva = trunc_2mpage(va);
3489                         pmap_remove_pde(pmap, pde, sva, &free, lockp);
3490                         pmap_invalidate_range(pmap, sva, sva + NBPDR - 1);
3491                         pmap_free_zero_pages(&free);
3492                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: failure for va %#lx"
3493                             " in pmap %p", va, pmap);
3494                         return (FALSE);
3495                 }
3496                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
3497                         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
3498         }
3499         mptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpte);
3500         firstpte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mptepa);
3501         newpde = mptepa | PG_M | PG_A | (oldpde & PG_U) | PG_RW | PG_V;
3502         KASSERT((oldpde & PG_A) != 0,
3503             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_A"));
3504         KASSERT((oldpde & (PG_M | PG_RW)) != PG_RW,
3505             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_M"));
3506         newpte = oldpde & ~PG_PS;
3507         newpte = pmap_swap_pat(pmap, newpte);
3508
3509         /*
3510          * If the page table page is new, initialize it.
3511          */
3512         if (mpte->wire_count == 1) {
3513                 mpte->wire_count = NPTEPG;
3514                 pmap_fill_ptp(firstpte, newpte);
3515         }
3516         KASSERT((*firstpte & PG_FRAME) == (newpte & PG_FRAME),
3517             ("pmap_demote_pde: firstpte and newpte map different physical"
3518             " addresses"));
3519
3520         /*
3521          * If the mapping has changed attributes, update the page table
3522          * entries.
3523          */
3524         if ((*firstpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpte & PG_PTE_PROMOTE))
3525                 pmap_fill_ptp(firstpte, newpte);
3526
3527         /*
3528          * The spare PV entries must be reserved prior to demoting the
3529          * mapping, that is, prior to changing the PDE.  Otherwise, the state
3530          * of the PDE and the PV lists will be inconsistent, which can result
3531          * in reclaim_pv_chunk() attempting to remove a PV entry from the
3532          * wrong PV list and pmap_pv_demote_pde() failing to find the expected
3533          * PV entry for the 2MB page mapping that is being demoted.
3534          */
3535         if ((oldpde & PG_MANAGED) != 0)
3536                 reserve_pv_entries(pmap, NPTEPG - 1, lockp);
3537
3538         /*
3539          * Demote the mapping.  This pmap is locked.  The old PDE has
3540          * PG_A set.  If the old PDE has PG_RW set, it also has PG_M
3541          * set.  Thus, there is no danger of a race with another
3542          * processor changing the setting of PG_A and/or PG_M between
3543          * the read above and the store below. 
3544          */
3545         if (workaround_erratum383)
3546                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, newpde);
3547         else
3548                 pde_store(pde, newpde);
3549
3550         /*
3551          * Invalidate a stale recursive mapping of the page table page.
3552          */
3553         if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
3554                 pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopte(va));
3555
3556         /*
3557          * Demote the PV entry.
3558          */
3559         if ((oldpde & PG_MANAGED) != 0)
3560                 pmap_pv_demote_pde(pmap, va, oldpde & PG_PS_FRAME, lockp);
3561
3562         atomic_add_long(&pmap_pde_demotions, 1);
3563         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: success for va %#lx"
3564             " in pmap %p", va, pmap);
3565         return (TRUE);
3566 }
3567
3568 /*
3569  * pmap_remove_kernel_pde: Remove a kernel superpage mapping.
3570  */
3571 static void
3572 pmap_remove_kernel_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
3573 {
3574         pd_entry_t newpde;
3575         vm_paddr_t mptepa;
3576         vm_page_t mpte;
3577
3578         KASSERT(pmap == kernel_pmap, ("pmap %p is not kernel_pmap", pmap));
3579         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3580         mpte = pmap_lookup_pt_page(pmap, va);
3581         if (mpte == NULL)
3582                 panic("pmap_remove_kernel_pde: Missing pt page.");
3583
3584         pmap_remove_pt_page(pmap, mpte);
3585         mptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpte);
3586         newpde = mptepa | X86_PG_M | X86_PG_A | X86_PG_RW | X86_PG_V;
3587
3588         /*
3589          * Initialize the page table page.
3590          */
3591         pagezero((void *)PHYS_TO_DMAP(mptepa));
3592
3593         /*
3594          * Demote the mapping.
3595          */
3596         if (workaround_erratum383)
3597                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, newpde);
3598         else
3599                 pde_store(pde, newpde);
3600
3601         /*
3602          * Invalidate a stale recursive mapping of the page table page.
3603          */
3604         pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopte(va));
3605 }
3606
3607 /*
3608  * pmap_remove_pde: do the things to unmap a superpage in a process
3609  */
3610 static int
3611 pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
3612     struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
3613 {
3614         struct md_page *pvh;
3615         pd_entry_t oldpde;
3616         vm_offset_t eva, va;
3617         vm_page_t m, mpte;
3618         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW;
3619
3620         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
3621         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
3622         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
3623         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
3624
3625         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3626         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
3627             ("pmap_remove_pde: sva is not 2mpage aligned"));
3628         oldpde = pte_load_clear(pdq);
3629         if (oldpde & PG_W)
3630                 pmap->pm_stats.wired_count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
3631
3632         /*
3633          * When workaround_erratum383 is false, a promotion to a 2M
3634          * page mapping does not invalidate the 512 4K page mappings
3635          * from the TLB.  Consequently, at this point, the TLB may
3636          * hold both 4K and 2M page mappings.  Therefore, the entire
3637          * range of addresses must be invalidated here.  In contrast,
3638          * when workaround_erratum383 is true, a promotion does
3639          * invalidate the 512 4K page mappings, and so a single INVLPG
3640          * suffices to invalidate the 2M page mapping.
3641          */
3642         if ((oldpde & PG_G) != 0) {
3643                 if (workaround_erratum383)
3644                         pmap_invalidate_page(kernel_pmap, sva);
3645                 else
3646                         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva,
3647                             sva + NBPDR - 1);
3648         }
3649
3650         pmap_resident_count_dec(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
3651         if (oldpde & PG_MANAGED) {
3652                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, oldpde & PG_PS_FRAME);
3653                 pvh = pa_to_pvh(oldpde & PG_PS_FRAME);
3654                 pmap_pvh_free(pvh, pmap, sva);
3655                 eva = sva + NBPDR;
3656                 for (va = sva, m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
3657                     va < eva; va += PAGE_SIZE, m++) {
3658                         if ((oldpde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
3659                                 vm_page_dirty(m);
3660                         if (oldpde & PG_A)
3661                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
3662                         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
3663                             TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
3664                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
3665                         pmap_delayed_invl_page(m);
3666                 }
3667         }
3668         if (pmap == kernel_pmap) {
3669                 pmap_remove_kernel_pde(pmap, pdq, sva);
3670         } else {
3671                 mpte = pmap_lookup_pt_page(pmap, sva);
3672                 if (mpte != NULL) {
3673                         pmap_remove_pt_page(pmap, mpte);
3674                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3675                         KASSERT(mpte->wire_count == NPTEPG,
3676                             ("pmap_remove_pde: pte page wire count error"));
3677                         mpte->wire_count = 0;
3678                         pmap_add_delayed_free_list(mpte, free, FALSE);
3679                         atomic_subtract_int(&vm_cnt.v_wire_count, 1);
3680                 }
3681         }
3682         return (pmap_unuse_pt(pmap, sva, *pmap_pdpe(pmap, sva), free));
3683 }
3684
3685 /*
3686  * pmap_remove_pte: do the things to unmap a page in a process
3687  */
3688 static int
3689 pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t va, 
3690     pd_entry_t ptepde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
3691 {
3692         struct md_page *pvh;
3693         pt_entry_t oldpte, PG_A, PG_M, PG_RW;
3694         vm_page_t m;
3695
3696         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
3697         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
3698         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
3699
3700         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3701         oldpte = pte_load_clear(ptq);
3702         if (oldpte & PG_W)
3703                 pmap->pm_stats.wired_count -= 1;
3704         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3705         if (oldpte & PG_MANAGED) {
3706                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpte & PG_FRAME);
3707                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
3708                         vm_page_dirty(m);
3709                 if (oldpte & PG_A)
3710                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
3711                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
3712                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
3713                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
3714                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
3715                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3716                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
3717                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
3718                 }
3719                 pmap_delayed_invl_page(m);
3720         }
3721         return (pmap_unuse_pt(pmap, va, ptepde, free));
3722 }
3723
3724 /*
3725  * Remove a single page from a process address space
3726  */
3727 static void
3728 pmap_remove_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
3729     struct spglist *free)
3730 {
3731         struct rwlock *lock;
3732         pt_entry_t *pte, PG_V;
3733
3734         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3735         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3736         if ((*pde & PG_V) == 0)
3737                 return;
3738         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
3739         if ((*pte & PG_V) == 0)
3740                 return;
3741         lock = NULL;
3742         pmap_remove_pte(pmap, pte, va, *pde, free, &lock);
3743         if (lock != NULL)
3744                 rw_wunlock(lock);
3745         pmap_invalidate_page(pmap, va);
3746 }
3747
3748 /*
3749  *      Remove the given range of addresses from the specified map.
3750  *
3751  *      It is assumed that the start and end are properly
3752  *      rounded to the page size.
3753  */
3754 void
3755 pmap_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3756 {
3757         struct rwlock *lock;
3758         vm_offset_t va, va_next;
3759         pml4_entry_t *pml4e;
3760         pdp_entry_t *pdpe;
3761         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
3762         pt_entry_t *pte, PG_G, PG_V;
3763         struct spglist free;
3764         int anyvalid;
3765
3766         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
3767         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3768
3769         /*
3770          * Perform an unsynchronized read.  This is, however, safe.
3771          */
3772         if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
3773                 return;
3774
3775         anyvalid = 0;
3776         SLIST_INIT(&free);
3777
3778         pmap_delayed_invl_started();
3779         PMAP_LOCK(pmap);
3780
3781         /*
3782          * special handling of removing one page.  a very
3783          * common operation and easy to short circuit some
3784          * code.
3785          */
3786         if (sva + PAGE_SIZE == eva) {
3787                 pde = pmap_pde(pmap, sva);
3788                 if (pde && (*pde & PG_PS) == 0) {
3789                         pmap_remove_page(pmap, sva, pde, &free);
3790                         goto out;
3791                 }
3792         }
3793
3794         lock = NULL;
3795         for (; sva < eva; sva = va_next) {
3796
3797                 if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
3798                         break;
3799
3800                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
3801                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
3802                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
3803                         if (va_next < sva)
3804                                 va_next = eva;
3805                         continue;
3806                 }
3807
3808                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
3809                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
3810                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
3811                         if (va_next < sva)
3812                                 va_next = eva;
3813                         continue;
3814                 }
3815
3816                 /*
3817                  * Calculate index for next page table.
3818                  */
3819                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
3820                 if (va_next < sva)
3821                         va_next = eva;
3822
3823                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
3824                 ptpaddr = *pde;
3825
3826                 /*
3827                  * Weed out invalid mappings.
3828                  */
3829                 if (ptpaddr == 0)
3830                         continue;
3831
3832                 /*
3833                  * Check for large page.
3834                  */
3835                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
3836                         /*
3837                          * Are we removing the entire large page?  If not,
3838                          * demote the mapping and fall through.
3839                          */
3840                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
3841                                 /*
3842                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
3843                                  * invalidated by pmap_remove_pde().
3844                                  */
3845                                 if ((ptpaddr & PG_G) == 0)
3846                                         anyvalid = 1;
3847                                 pmap_remove_pde(pmap, pde, sva, &free, &lock);
3848                                 continue;
3849                         } else if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, sva,
3850                             &lock)) {
3851                                 /* The large page mapping was destroyed. */
3852                                 continue;
3853                         } else
3854                                 ptpaddr = *pde;
3855                 }
3856
3857                 /*
3858                  * Limit our scan to either the end of the va represented
3859                  * by the current page table page, or to the end of the
3860                  * range being removed.
3861                  */
3862                 if (va_next > eva)
3863                         va_next = eva;
3864
3865                 va = va_next;
3866                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
3867                     sva += PAGE_SIZE) {
3868                         if (*pte == 0) {
3869                                 if (va != va_next) {
3870                                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
3871                                         va = va_next;
3872                                 }
3873                                 continue;
3874                         }
3875                         if ((*pte & PG_G) == 0)
3876                                 anyvalid = 1;
3877                         else if (va == va_next)
3878                                 va = sva;
3879                         if (pmap_remove_pte(pmap, pte, sva, ptpaddr, &free,
3880                             &lock)) {
3881                                 sva += PAGE_SIZE;
3882                                 break;
3883                         }
3884                 }
3885                 if (va != va_next)
3886                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
3887         }
3888         if (lock != NULL)
3889                 rw_wunlock(lock);
3890 out:
3891         if (anyvalid)
3892                 pmap_invalidate_all(pmap);
3893         PMAP_UNLOCK(pmap);
3894         pmap_delayed_invl_finished();
3895         pmap_free_zero_pages(&free);
3896 }
3897
3898 /*
3899  *      Routine:        pmap_remove_all
3900  *      Function:
3901  *              Removes this physical page from
3902  *              all physical maps in which it resides.
3903  *              Reflects back modify bits to the pager.
3904  *
3905  *      Notes:
3906  *              Original versions of this routine were very
3907  *              inefficient because they iteratively called
3908  *              pmap_remove (slow...)
3909  */
3910
3911 void
3912 pmap_remove_all(vm_page_t m)
3913 {
3914         struct md_page *pvh;
3915         pv_entry_t pv;
3916         pmap_t pmap;
3917         struct rwlock *lock;
3918         pt_entry_t *pte, tpte, PG_A, PG_M, PG_RW;
3919         pd_entry_t *pde;
3920         vm_offset_t va;
3921         struct spglist free;
3922         int pvh_gen, md_gen;
3923
3924         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
3925             ("pmap_remove_all: page %p is not managed", m));
3926         SLIST_INIT(&free);
3927         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
3928         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
3929             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3930 retry:
3931         rw_wlock(lock);
3932         while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != NULL) {
3933                 pmap = PV_PMAP(pv);
3934                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
3935                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
3936                         rw_wunlock(lock);
3937                         PMAP_LOCK(pmap);
3938                         rw_wlock(lock);
3939                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
3940                                 rw_wunlock(lock);
3941                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3942                                 goto retry;
3943                         }
3944                 }
3945                 va = pv->pv_va;
3946                 pde = pmap_pde(pmap, va);
3947                 (void)pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
3948                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3949         }
3950         while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
3951                 pmap = PV_PMAP(pv);
3952                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
3953                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
3954                         md_gen = m->md.pv_gen;
3955                         rw_wunlock(lock);
3956                         PMAP_LOCK(pmap);
3957                         rw_wlock(lock);
3958                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
3959                                 rw_wunlock(lock);
3960                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3961                                 goto retry;
3962                         }
3963                 }
3964                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
3965                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
3966                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
3967                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3968                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
3969                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_remove_all: found"
3970                     " a 2mpage in page %p's pv list", m));
3971                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
3972                 tpte = pte_load_clear(pte);
3973                 if (tpte & PG_W)
3974                         pmap->pm_stats.wired_count--;
3975                 if (tpte & PG_A)
3976                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
3977
3978                 /*
3979                  * Update the vm_page_t clean and reference bits.
3980                  */
3981                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
3982                         vm_page_dirty(m);
3983                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, *pde, &free);
3984                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
3985                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3986                 m->md.pv_gen++;
3987                 free_pv_entry(pmap, pv);
3988                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3989         }
3990         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
3991         rw_wunlock(lock);
3992         pmap_delayed_invl_wait(m);
3993         pmap_free_zero_pages(&free);
3994 }
3995
3996 /*
3997  * pmap_protect_pde: do the things to protect a 2mpage in a process
3998  */
3999 static boolean_t
4000 pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva, vm_prot_t prot)
4001 {
4002         pd_entry_t newpde, oldpde;
4003         vm_offset_t eva, va;
4004         vm_page_t m;
4005         boolean_t anychanged;
4006         pt_entry_t PG_G, PG_M, PG_RW;
4007
4008         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
4009         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4010         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4011
4012         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4013         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
4014             ("pmap_protect_pde: sva is not 2mpage aligned"));
4015         anychanged = FALSE;
4016 retry:
4017         oldpde = newpde = *pde;
4018         if ((oldpde & (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) ==
4019             (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) {
4020                 eva = sva + NBPDR;
4021                 for (va = sva, m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
4022                     va < eva; va += PAGE_SIZE, m++)
4023                         vm_page_dirty(m);
4024         }
4025         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0)
4026                 newpde &= ~(PG_RW | PG_M);
4027         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
4028                 newpde |= pg_nx;
4029         if (newpde != oldpde) {
4030                 if (!atomic_cmpset_long(pde, oldpde, newpde))
4031                         goto retry;
4032                 if (oldpde & PG_G) {
4033                         /* See pmap_remove_pde() for explanation. */
4034                         if (workaround_erratum383)
4035                                 pmap_invalidate_page(kernel_pmap, sva);
4036                         else
4037                                 pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva,
4038                                     sva + NBPDR - 1);
4039                 } else
4040                         anychanged = TRUE;
4041         }
4042         return (anychanged);
4043 }
4044
4045 /*
4046  *      Set the physical protection on the
4047  *      specified range of this map as requested.
4048  */
4049 void
4050 pmap_protect(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, vm_prot_t prot)
4051 {
4052         vm_offset_t va_next;
4053         pml4_entry_t *pml4e;
4054         pdp_entry_t *pdpe;
4055         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
4056         pt_entry_t *pte, PG_G, PG_M, PG_RW, PG_V;
4057         boolean_t anychanged;
4058
4059         KASSERT((prot & ~VM_PROT_ALL) == 0, ("invalid prot %x", prot));
4060         if (prot == VM_PROT_NONE) {
4061                 pmap_remove(pmap, sva, eva);
4062                 return;
4063         }
4064
4065         if ((prot & (VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE)) ==
4066             (VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE))
4067                 return;
4068
4069         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
4070         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4071         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4072         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4073         anychanged = FALSE;
4074
4075         PMAP_LOCK(pmap);
4076         for (; sva < eva; sva = va_next) {
4077
4078                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
4079                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
4080                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
4081                         if (va_next < sva)
4082                                 va_next = eva;
4083                         continue;
4084                 }
4085
4086                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
4087                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
4088                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
4089                         if (va_next < sva)
4090                                 va_next = eva;
4091                         continue;
4092                 }
4093
4094                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
4095                 if (va_next < sva)
4096                         va_next = eva;
4097
4098                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
4099                 ptpaddr = *pde;
4100
4101                 /*
4102                  * Weed out invalid mappings.
4103                  */
4104                 if (ptpaddr == 0)
4105                         continue;
4106
4107                 /*
4108                  * Check for large page.
4109                  */
4110                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
4111                         /*
4112                          * Are we protecting the entire large page?  If not,
4113                          * demote the mapping and fall through.
4114                          */
4115                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
4116                                 /*
4117                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
4118                                  * invalidated by pmap_protect_pde().
4119                                  */
4120                                 if (pmap_protect_pde(pmap, pde, sva, prot))
4121                                         anychanged = TRUE;
4122                                 continue;
4123                         } else if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, sva)) {
4124                                 /*
4125                                  * The large page mapping was destroyed.
4126                                  */
4127                                 continue;
4128                         }
4129                 }
4130
4131                 if (va_next > eva)
4132                         va_next = eva;
4133
4134                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
4135                     sva += PAGE_SIZE) {
4136                         pt_entry_t obits, pbits;
4137                         vm_page_t m;
4138
4139 retry:
4140                         obits = pbits = *pte;
4141                         if ((pbits & PG_V) == 0)
4142                                 continue;
4143
4144                         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
4145                                 if ((pbits & (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) ==
4146                                     (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) {
4147                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pbits & PG_FRAME);
4148                                         vm_page_dirty(m);
4149                                 }
4150                                 pbits &= ~(PG_RW | PG_M);
4151                         }
4152                         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
4153                                 pbits |= pg_nx;
4154
4155                         if (pbits != obits) {
4156                                 if (!atomic_cmpset_long(pte, obits, pbits))
4157                                         goto retry;
4158                                 if (obits & PG_G)
4159                                         pmap_invalidate_page(pmap, sva);
4160                                 else
4161                                         anychanged = TRUE;
4162                         }
4163                 }
4164         }
4165         if (anychanged)
4166                 pmap_invalidate_all(pmap);
4167         PMAP_UNLOCK(pmap);
4168 }
4169
4170 /*
4171  * Tries to promote the 512, contiguous 4KB page mappings that are within a
4172  * single page table page (PTP) to a single 2MB page mapping.  For promotion
4173  * to occur, two conditions must be met: (1) the 4KB page mappings must map
4174  * aligned, contiguous physical memory and (2) the 4KB page mappings must have
4175  * identical characteristics. 
4176  */
4177 static void
4178 pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
4179     struct rwlock **lockp)
4180 {
4181         pd_entry_t newpde;
4182         pt_entry_t *firstpte, oldpte, pa, *pte;
4183         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
4184         vm_page_t mpte;
4185         int PG_PTE_CACHE;
4186
4187         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
4188         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
4189         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4190         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4191         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4192         PG_PTE_CACHE = pmap_cache_mask(pmap, 0);
4193
4194         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4195
4196         /*
4197          * Examine the first PTE in the specified PTP.  Abort if this PTE is
4198          * either invalid, unused, or does not map the first 4KB physical page
4199          * within a 2MB page. 
4200          */
4201         firstpte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pde & PG_FRAME);
4202 setpde:
4203         newpde = *firstpte;
4204         if ((newpde & ((PG_FRAME & PDRMASK) | PG_A | PG_V)) != (PG_A | PG_V)) {
4205                 atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
4206                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
4207                     " in pmap %p", va, pmap);
4208                 return;
4209         }
4210         if ((newpde & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
4211                 /*
4212                  * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared without
4213                  * a TLB invalidation.
4214                  */
4215                 if (!atomic_cmpset_long(firstpte, newpde, newpde & ~PG_RW))
4216                         goto setpde;
4217                 newpde &= ~PG_RW;
4218         }
4219
4220         /*
4221          * Examine each of the other PTEs in the specified PTP.  Abort if this
4222          * PTE maps an unexpected 4KB physical page or does not have identical
4223          * characteristics to the first PTE.
4224          */
4225         pa = (newpde & (PG_PS_FRAME | PG_A | PG_V)) + NBPDR - PAGE_SIZE;
4226         for (pte = firstpte + NPTEPG - 1; pte > firstpte; pte--) {
4227 setpte:
4228                 oldpte = *pte;
4229                 if ((oldpte & (PG_FRAME | PG_A | PG_V)) != pa) {
4230                         atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
4231                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
4232                             " in pmap %p", va, pmap);
4233                         return;
4234                 }
4235                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
4236                         /*
4237                          * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared
4238                          * without a TLB invalidation.
4239                          */
4240                         if (!atomic_cmpset_long(pte, oldpte, oldpte & ~PG_RW))
4241                                 goto setpte;
4242                         oldpte &= ~PG_RW;
4243                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: protect for va %#lx"
4244                             " in pmap %p", (oldpte & PG_FRAME & PDRMASK) |
4245                             (va & ~PDRMASK), pmap);
4246                 }
4247                 if ((oldpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpde & PG_PTE_PROMOTE)) {
4248                         atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
4249                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
4250                             " in pmap %p", va, pmap);
4251                         return;
4252                 }
4253                 pa -= PAGE_SIZE;
4254         }
4255
4256         /*
4257          * Save the page table page in its current state until the PDE
4258          * mapping the superpage is demoted by pmap_demote_pde() or
4259          * destroyed by pmap_remove_pde(). 
4260          */
4261         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
4262         KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
4263             mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
4264             ("pmap_promote_pde: page table page is out of range"));
4265         KASSERT(mpte->pindex == pmap_pde_pindex(va),
4266             ("pmap_promote_pde: page table page's pindex is wrong"));
4267         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mpte)) {
4268                 atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
4269                 CTR2(KTR_PMAP,
4270                     "pmap_promote_pde: failure for va %#lx in pmap %p", va,
4271                     pmap);
4272                 return;
4273         }
4274
4275         /*
4276          * Promote the pv entries.
4277          */
4278         if ((newpde & PG_MANAGED) != 0)
4279                 pmap_pv_promote_pde(pmap, va, newpde & PG_PS_FRAME, lockp);
4280
4281         /*
4282          * Propagate the PAT index to its proper position.
4283          */
4284         newpde = pmap_swap_pat(pmap, newpde);
4285
4286         /*
4287          * Map the superpage.
4288          */
4289         if (workaround_erratum383)
4290                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, PG_PS | newpde);
4291         else
4292                 pde_store(pde, PG_PS | newpde);
4293
4294         atomic_add_long(&pmap_pde_promotions, 1);
4295         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: success for va %#lx"
4296             " in pmap %p", va, pmap);
4297 }
4298
4299 /*
4300  *      Insert the given physical page (p) at
4301  *      the specified virtual address (v) in the
4302  *      target physical map with the protection requested.
4303  *
4304  *      If specified, the page will be wired down, meaning
4305  *      that the related pte can not be reclaimed.
4306  *
4307  *      NB:  This is the only routine which MAY NOT lazy-evaluate
4308  *      or lose information.  That is, this routine must actually
4309  *      insert this page into the given map NOW.
4310  *
4311  *      When destroying both a page table and PV entry, this function
4312  *      performs the TLB invalidation before releasing the PV list
4313  *      lock, so we do not need pmap_delayed_invl_page() calls here.
4314  */
4315 int
4316 pmap_enter(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
4317     u_int flags, int8_t psind __unused)
4318 {
4319         struct rwlock *lock;
4320         pd_entry_t *pde;
4321         pt_entry_t *pte, PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
4322         pt_entry_t newpte, origpte;
4323         pv_entry_t pv;
4324         vm_paddr_t opa, pa;
4325         vm_page_t mpte, om;
4326         boolean_t nosleep;
4327
4328         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
4329         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
4330         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4331         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4332         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4333
4334         va = trunc_page(va);
4335         KASSERT(va <= VM_MAX_KERNEL_ADDRESS, ("pmap_enter: toobig"));
4336         KASSERT(va < UPT_MIN_ADDRESS || va >= UPT_MAX_ADDRESS,
4337             ("pmap_enter: invalid to pmap_enter page table pages (va: 0x%lx)",
4338             va));
4339         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0 || va < kmi.clean_sva ||
4340             va >= kmi.clean_eva,
4341             ("pmap_enter: managed mapping within the clean submap"));
4342         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 && !vm_page_xbusied(m))
4343                 VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m->object);
4344         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
4345         newpte = (pt_entry_t)(pa | PG_A | PG_V);
4346         if ((flags & VM_PROT_WRITE) != 0)
4347                 newpte |= PG_M;
4348         if ((prot & VM_PROT_WRITE) != 0)
4349                 newpte |= PG_RW;
4350         KASSERT((newpte & (PG_M | PG_RW)) != PG_M,
4351             ("pmap_enter: flags includes VM_PROT_WRITE but prot doesn't"));
4352         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
4353                 newpte |= pg_nx;
4354         if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) != 0)
4355                 newpte |= PG_W;
4356         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
4357                 newpte |= PG_U;
4358         if (pmap == kernel_pmap)
4359                 newpte |= PG_G;
4360         newpte |= pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, 0);
4361
4362         /*
4363          * Set modified bit gratuitously for writeable mappings if
4364          * the page is unmanaged. We do not want to take a fault
4365          * to do the dirty bit accounting for these mappings.
4366          */
4367         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0) {
4368                 if ((newpte & PG_RW) != 0)
4369                         newpte |= PG_M;
4370         } else
4371                 newpte |= PG_MANAGED;
4372
4373         mpte = NULL;
4374
4375         lock = NULL;
4376         PMAP_LOCK(pmap);
4377
4378         /*
4379          * In the case that a page table page is not
4380          * resident, we are creating it here.
4381          */
4382 retry:
4383         pde = pmap_pde(pmap, va);
4384         if (pde != NULL && (*pde & PG_V) != 0 && ((*pde & PG_PS) == 0 ||
4385             pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock))) {
4386                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
4387                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS && mpte == NULL) {
4388                         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
4389                         mpte->wire_count++;
4390                 }
4391         } else if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
4392                 /*
4393                  * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been
4394                  * deallocated.
4395                  */
4396                 nosleep = (flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0;
4397                 mpte = _pmap_allocpte(pmap, pmap_pde_pindex(va),
4398                     nosleep ? NULL : &lock);
4399                 if (mpte == NULL && nosleep) {
4400                         if (lock != NULL)
4401                                 rw_wunlock(lock);
4402                         PMAP_UNLOCK(pmap);
4403                         return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
4404                 }
4405                 goto retry;
4406         } else
4407                 panic("pmap_enter: invalid page directory va=%#lx", va);
4408
4409         origpte = *pte;
4410
4411         /*
4412          * Is the specified virtual address already mapped?
4413          */
4414         if ((origpte & PG_V) != 0) {
4415                 /*
4416                  * Wiring change, just update stats. We don't worry about
4417                  * wiring PT pages as they remain resident as long as there
4418                  * are valid mappings in them. Hence, if a user page is wired,
4419                  * the PT page will be also.
4420                  */
4421                 if ((newpte & PG_W) != 0 && (origpte & PG_W) == 0)
4422                         pmap->pm_stats.wired_count++;
4423                 else if ((newpte & PG_W) == 0 && (origpte & PG_W) != 0)
4424                         pmap->pm_stats.wired_count--;
4425
4426                 /*
4427                  * Remove the extra PT page reference.
4428                  */
4429                 if (mpte != NULL) {
4430                         mpte->wire_count--;
4431                         KASSERT(mpte->wire_count > 0,
4432                             ("pmap_enter: missing reference to page table page,"
4433                              " va: 0x%lx", va));
4434                 }
4435
4436                 /*
4437                  * Has the physical page changed?
4438                  */
4439                 opa = origpte & PG_FRAME;
4440                 if (opa == pa) {
4441                         /*
4442                          * No, might be a protection or wiring change.
4443                          */
4444                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0 &&
4445                             (newpte & PG_RW) != 0)
4446                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
4447                         if (((origpte ^ newpte) & ~(PG_M | PG_A)) == 0)
4448                                 goto unchanged;
4449                         goto validate;
4450                 }
4451         } else {
4452                 /*
4453                  * Increment the counters.
4454                  */
4455                 if ((newpte & PG_W) != 0)
4456                         pmap->pm_stats.wired_count++;
4457                 pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
4458         }
4459
4460         /*
4461          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
4462          */
4463         if ((newpte & PG_MANAGED) != 0) {
4464                 pv = get_pv_entry(pmap, &lock);
4465                 pv->pv_va = va;
4466                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, pa);
4467                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4468                 m->md.pv_gen++;
4469                 if ((newpte & PG_RW) != 0)
4470                         vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
4471         }
4472
4473         /*
4474          * Update the PTE.
4475          */
4476         if ((origpte & PG_V) != 0) {
4477 validate:
4478                 origpte = pte_load_store(pte, newpte);
4479                 opa = origpte & PG_FRAME;
4480                 if (opa != pa) {
4481                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0) {
4482                                 om = PHYS_TO_VM_PAGE(opa);
4483                                 if ((origpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M |
4484                                     PG_RW))
4485                                         vm_page_dirty(om);
4486                                 if ((origpte & PG_A) != 0)
4487                                         vm_page_aflag_set(om, PGA_REFERENCED);
4488                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, opa);
4489                                 pmap_pvh_free(&om->md, pmap, va);
4490                                 if ((om->aflags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
4491                                     TAILQ_EMPTY(&om->md.pv_list) &&
4492                                     ((om->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
4493                                     TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(opa)->pv_list)))
4494                                         vm_page_aflag_clear(om, PGA_WRITEABLE);
4495                         }
4496                 } else if ((newpte & PG_M) == 0 && (origpte & (PG_M |
4497                     PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
4498                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0)
4499                                 vm_page_dirty(m);
4500
4501                         /*
4502                          * Although the PTE may still have PG_RW set, TLB
4503                          * invalidation may nonetheless be required because
4504                          * the PTE no longer has PG_M set.
4505                          */
4506                 } else if ((origpte & PG_NX) != 0 || (newpte & PG_NX) == 0) {
4507                         /*
4508                          * This PTE change does not require TLB invalidation.
4509                          */
4510                         goto unchanged;
4511                 }
4512                 if ((origpte & PG_A) != 0)
4513                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
4514         } else
4515                 pte_store(pte, newpte);
4516
4517 unchanged:
4518
4519         /*
4520          * If both the page table page and the reservation are fully
4521          * populated, then attempt promotion.
4522          */
4523         if ((mpte == NULL || mpte->wire_count == NPTEPG) &&
4524             pmap_ps_enabled(pmap) &&
4525             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
4526             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0)
4527                 pmap_promote_pde(pmap, pde, va, &lock);
4528
4529         if (lock != NULL)
4530                 rw_wunlock(lock);
4531         PMAP_UNLOCK(pmap);
4532         return (KERN_SUCCESS);
4533 }
4534
4535 /*
4536  * Tries to create a 2MB page mapping.  Returns TRUE if successful and FALSE
4537  * otherwise.  Fails if (1) a page table page cannot be allocated without
4538  * blocking, (2) a mapping already exists at the specified virtual address, or
4539  * (3) a pv entry cannot be allocated without reclaiming another pv entry. 
4540  */
4541 static boolean_t
4542 pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
4543     struct rwlock **lockp)
4544 {
4545         pd_entry_t *pde, newpde;
4546         pt_entry_t PG_V;
4547         vm_page_t mpde;
4548         struct spglist free;
4549
4550         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4551         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4552
4553         if ((mpde = pmap_allocpde(pmap, va, NULL)) == NULL) {
4554                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
4555                     " in pmap %p", va, pmap);
4556                 return (FALSE);
4557         }
4558         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mpde));
4559         pde = &pde[pmap_pde_index(va)];
4560         if ((*pde & PG_V) != 0) {
4561                 KASSERT(mpde->wire_count > 1,
4562                     ("pmap_enter_pde: mpde's wire count is too low"));
4563                 mpde->wire_count--;
4564                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
4565                     " in pmap %p", va, pmap);
4566                 return (FALSE);
4567         }
4568         newpde = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, 1) |
4569             PG_PS | PG_V;
4570         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
4571                 newpde |= PG_MANAGED;
4572
4573                 /*
4574                  * Abort this mapping if its PV entry could not be created.
4575                  */
4576                 if (!pmap_pv_insert_pde(pmap, va, VM_PAGE_TO_PHYS(m),
4577                     lockp)) {
4578                         SLIST_INIT(&free);
4579                         if (pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpde, &free)) {
4580                                 /*
4581                                  * Although "va" is not mapped, paging-
4582                                  * structure caches could nonetheless have
4583                                  * entries that refer to the freed page table
4584                                  * pages.  Invalidate those entries.
4585                                  */
4586                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
4587                                 pmap_free_zero_pages(&free);
4588                         }
4589                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
4590                             " in pmap %p", va, pmap);
4591                         return (FALSE);
4592                 }
4593         }
4594         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
4595                 newpde |= pg_nx;
4596         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
4597                 newpde |= PG_U;
4598
4599         /*
4600          * Increment counters.
4601          */
4602         pmap_resident_count_inc(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
4603
4604         /*
4605          * Map the superpage.
4606          */
4607         pde_store(pde, newpde);
4608
4609         atomic_add_long(&pmap_pde_mappings, 1);
4610         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: success for va %#lx"
4611             " in pmap %p", va, pmap);
4612         return (TRUE);
4613 }
4614
4615 /*
4616  * Maps a sequence of resident pages belonging to the same object.
4617  * The sequence begins with the given page m_start.  This page is
4618  * mapped at the given virtual address start.  Each subsequent page is
4619  * mapped at a virtual address that is offset from start by the same
4620  * amount as the page is offset from m_start within the object.  The
4621  * last page in the sequence is the page with the largest offset from
4622  * m_start that can be mapped at a virtual address less than the given
4623  * virtual address end.  Not every virtual page between start and end
4624  * is mapped; only those for which a resident page exists with the
4625  * corresponding offset from m_start are mapped.
4626  */
4627 void
4628 pmap_enter_object(pmap_t pmap, vm_offset_t start, vm_offset_t end,
4629     vm_page_t m_start, vm_prot_t prot)
4630 {
4631         struct rwlock *lock;
4632         vm_offset_t va;
4633         vm_page_t m, mpte;
4634         vm_pindex_t diff, psize;
4635
4636         VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m_start->object);
4637
4638         psize = atop(end - start);
4639         mpte = NULL;
4640         m = m_start;
4641         lock = NULL;
4642         PMAP_LOCK(pmap);
4643         while (m != NULL && (diff = m->pindex - m_start->pindex) < psize) {
4644                 va = start + ptoa(diff);
4645                 if ((va & PDRMASK) == 0 && va + NBPDR <= end &&
4646                     m->psind == 1 && pmap_ps_enabled(pmap) &&
4647                     pmap_enter_pde(pmap, va, m, prot, &lock))
4648                         m = &m[NBPDR / PAGE_SIZE - 1];
4649                 else
4650                         mpte = pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot,
4651                             mpte, &lock);
4652                 m = TAILQ_NEXT(m, listq);
4653         }
4654         if (lock != NULL)
4655                 rw_wunlock(lock);
4656         PMAP_UNLOCK(pmap);
4657 }
4658
4659 /*
4660  * this code makes some *MAJOR* assumptions:
4661  * 1. Current pmap & pmap exists.
4662  * 2. Not wired.
4663  * 3. Read access.
4664  * 4. No page table pages.
4665  * but is *MUCH* faster than pmap_enter...
4666  */
4667
4668 void
4669 pmap_enter_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot)
4670 {
4671         struct rwlock *lock;
4672
4673         lock = NULL;
4674         PMAP_LOCK(pmap);
4675         (void)pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot, NULL, &lock);
4676         if (lock != NULL)
4677                 rw_wunlock(lock);
4678         PMAP_UNLOCK(pmap);
4679 }
4680
4681 static vm_page_t
4682 pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
4683     vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp)
4684 {
4685         struct spglist free;
4686         pt_entry_t *pte, PG_V;
4687         vm_paddr_t pa;
4688
4689         KASSERT(va < kmi.clean_sva || va >= kmi.clean_eva ||
4690             (m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0,
4691             ("pmap_enter_quick_locked: managed mapping within the clean submap"));
4692         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4693         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4694
4695         /*
4696          * In the case that a page table page is not
4697          * resident, we are creating it here.
4698          */
4699         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
4700                 vm_pindex_t ptepindex;
4701                 pd_entry_t *ptepa;
4702
4703                 /*
4704                  * Calculate pagetable page index
4705                  */
4706                 ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
4707                 if (mpte && (mpte->pindex == ptepindex)) {
4708                         mpte->wire_count++;
4709                 } else {
4710                         /*
4711                          * Get the page directory entry
4712                          */
4713                         ptepa = pmap_pde(pmap, va);
4714
4715                         /*
4716                          * If the page table page is mapped, we just increment
4717                          * the hold count, and activate it.  Otherwise, we
4718                          * attempt to allocate a page table page.  If this
4719                          * attempt fails, we don't retry.  Instead, we give up.
4720                          */
4721                         if (ptepa && (*ptepa & PG_V) != 0) {
4722                                 if (*ptepa & PG_PS)
4723                                         return (NULL);
4724                                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*ptepa & PG_FRAME);
4725                                 mpte->wire_count++;
4726                         } else {
4727                                 /*
4728                                  * Pass NULL instead of the PV list lock
4729                                  * pointer, because we don't intend to sleep.
4730                                  */
4731                                 mpte = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex, NULL);
4732                                 if (mpte == NULL)
4733                                         return (mpte);
4734                         }
4735                 }
4736                 pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mpte));
4737                 pte = &pte[pmap_pte_index(va)];
4738         } else {
4739                 mpte = NULL;
4740                 pte = vtopte(va);
4741         }
4742         if (*pte) {
4743                 if (mpte != NULL) {
4744                         mpte->wire_count--;
4745                         mpte = NULL;
4746                 }
4747                 return (mpte);
4748         }
4749
4750         /*
4751          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
4752          */
4753         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 &&
4754             !pmap_try_insert_pv_entry(pmap, va, m, lockp)) {
4755                 if (mpte != NULL) {
4756                         SLIST_INIT(&free);
4757                         if (pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpte, &free)) {
4758                                 /*
4759                                  * Although "va" is not mapped, paging-
4760                                  * structure caches could nonetheless have
4761                                  * entries that refer to the freed page table
4762                                  * pages.  Invalidate those entries.
4763                                  */
4764                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
4765                                 pmap_free_zero_pages(&free);
4766                         }
4767                         mpte = NULL;
4768                 }
4769                 return (mpte);
4770         }
4771
4772         /*
4773          * Increment counters
4774          */
4775         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
4776
4777         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, 0);
4778         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
4779                 pa |= pg_nx;
4780
4781         /*
4782          * Now validate mapping with RO protection
4783          */
4784         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
4785                 pte_store(pte, pa | PG_V | PG_U);
4786         else
4787                 pte_store(pte, pa | PG_V | PG_U | PG_MANAGED);
4788         return (mpte);
4789 }
4790
4791 /*
4792  * Make a temporary mapping for a physical address.  This is only intended
4793  * to be used for panic dumps.
4794  */
4795 void *
4796 pmap_kenter_temporary(vm_paddr_t pa, int i)
4797 {
4798         vm_offset_t va;
4799
4800         va = (vm_offset_t)crashdumpmap + (i * PAGE_SIZE);
4801         pmap_kenter(va, pa);
4802         invlpg(va);
4803         return ((void *)crashdumpmap);
4804 }
4805
4806 /*
4807  * This code maps large physical mmap regions into the
4808  * processor address space.  Note that some shortcuts
4809  * are taken, but the code works.
4810  */
4811 void
4812 pmap_object_init_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_object_t object,
4813     vm_pindex_t pindex, vm_size_t size)
4814 {
4815         pd_entry_t *pde;
4816         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
4817         vm_paddr_t pa, ptepa;
4818         vm_page_t p, pdpg;
4819         int pat_mode;
4820
4821         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
4822         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4823         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4824         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4825
4826         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
4827         KASSERT(object->type == OBJT_DEVICE || object->type == OBJT_SG,
4828             ("pmap_object_init_pt: non-device object"));
4829         if ((addr & (NBPDR - 1)) == 0 && (size & (NBPDR - 1)) == 0) {
4830                 if (!pmap_ps_enabled(pmap))
4831                         return;
4832                 if (!vm_object_populate(object, pindex, pindex + atop(size)))
4833                         return;
4834                 p = vm_page_lookup(object, pindex);
4835                 KASSERT(p->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
4836                     ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
4837                 pat_mode = p->md.pat_mode;
4838
4839                 /*
4840                  * Abort the mapping if the first page is not physically
4841                  * aligned to a 2MB page boundary.
4842                  */
4843                 ptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(p);
4844                 if (ptepa & (NBPDR - 1))
4845                         return;
4846
4847                 /*
4848                  * Skip the first page.  Abort the mapping if the rest of
4849                  * the pages are not physically contiguous or have differing
4850                  * memory attributes.
4851                  */
4852                 p = TAILQ_NEXT(p, listq);
4853                 for (pa = ptepa + PAGE_SIZE; pa < ptepa + size;
4854                     pa += PAGE_SIZE) {
4855                         KASSERT(p->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
4856                             ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
4857                         if (pa != VM_PAGE_TO_PHYS(p) ||
4858                             pat_mode != p->md.pat_mode)
4859                                 return;
4860                         p = TAILQ_NEXT(p, listq);
4861                 }
4862
4863                 /*
4864                  * Map using 2MB pages.  Since "ptepa" is 2M aligned and
4865                  * "size" is a multiple of 2M, adding the PAT setting to "pa"
4866                  * will not affect the termination of this loop.
4867                  */ 
4868                 PMAP_LOCK(pmap);
4869                 for (pa = ptepa | pmap_cache_bits(pmap, pat_mode, 1);
4870                     pa < ptepa + size; pa += NBPDR) {
4871                         pdpg = pmap_allocpde(pmap, addr, NULL);
4872                         if (pdpg == NULL) {
4873                                 /*
4874                                  * The creation of mappings below is only an
4875                                  * optimization.  If a page directory page
4876                                  * cannot be allocated without blocking,
4877                                  * continue on to the next mapping rather than
4878                                  * blocking.
4879                                  */
4880                                 addr += NBPDR;
4881                                 continue;
4882                         }
4883                         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pdpg));
4884                         pde = &pde[pmap_pde_index(addr)];
4885                         if ((*pde & PG_V) == 0) {
4886                                 pde_store(pde, pa | PG_PS | PG_M | PG_A |
4887                                     PG_U | PG_RW | PG_V);
4888                                 pmap_resident_count_inc(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
4889                                 atomic_add_long(&pmap_pde_mappings, 1);
4890                         } else {
4891                                 /* Continue on if the PDE is already valid. */
4892                                 pdpg->wire_count--;
4893                                 KASSERT(pdpg->wire_count > 0,
4894                                     ("pmap_object_init_pt: missing reference "
4895                                     "to page directory page, va: 0x%lx", addr));
4896                         }
4897                         addr += NBPDR;
4898                 }
4899                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4900         }
4901 }
4902
4903 /*
4904  *      Clear the wired attribute from the mappings for the specified range of
4905  *      addresses in the given pmap.  Every valid mapping within that range
4906  *      must have the wired attribute set.  In contrast, invalid mappings
4907  *      cannot have the wired attribute set, so they are ignored.
4908  *
4909  *      The wired attribute of the page table entry is not a hardware
4910  *      feature, so there is no need to invalidate any TLB entries.
4911  *      Since pmap_demote_pde() for the wired entry must never fail,
4912  *      pmap_delayed_invl_started()/finished() calls around the
4913  *      function are not needed.
4914  */
4915 void
4916 pmap_unwire(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
4917 {
4918         vm_offset_t va_next;
4919         pml4_entry_t *pml4e;
4920         pdp_entry_t *pdpe;
4921         pd_entry_t *pde;
4922         pt_entry_t *pte, PG_V;
4923
4924         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4925         PMAP_LOCK(pmap);
4926         for (; sva < eva; sva = va_next) {
4927                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
4928                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
4929                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
4930                         if (va_next < sva)
4931                                 va_next = eva;
4932                         continue;
4933                 }
4934                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
4935                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
4936                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
4937                         if (va_next < sva)
4938                                 va_next = eva;
4939                         continue;
4940                 }
4941                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
4942                 if (va_next < sva)
4943                         va_next = eva;
4944                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
4945                 if ((*pde & PG_V) == 0)
4946                         continue;
4947                 if ((*pde & PG_PS) != 0) {
4948                         if ((*pde & PG_W) == 0)
4949                                 panic("pmap_unwire: pde %#jx is missing PG_W",
4950                                     (uintmax_t)*pde);
4951
4952                         /*
4953                          * Are we unwiring the entire large page?  If not,
4954                          * demote the mapping and fall through.
4955                          */
4956                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
4957                                 atomic_clear_long(pde, PG_W);
4958                                 pmap->pm_stats.wired_count -= NBPDR /
4959                                     PAGE_SIZE;
4960                                 continue;
4961                         } else if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, sva))
4962                                 panic("pmap_unwire: demotion failed");
4963                 }
4964                 if (va_next > eva)
4965                         va_next = eva;
4966                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
4967                     sva += PAGE_SIZE) {
4968                         if ((*pte & PG_V) == 0)
4969                                 continue;
4970                         if ((*pte & PG_W) == 0)
4971                                 panic("pmap_unwire: pte %#jx is missing PG_W",
4972                                     (uintmax_t)*pte);
4973
4974                         /*
4975                          * PG_W must be cleared atomically.  Although the pmap
4976                          * lock synchronizes access to PG_W, another processor
4977                          * could be setting PG_M and/or PG_A concurrently.
4978                          */
4979                         atomic_clear_long(pte, PG_W);
4980                         pmap->pm_stats.wired_count--;
4981                 }
4982         }
4983         PMAP_UNLOCK(pmap);
4984 }
4985
4986 /*
4987  *      Copy the range specified by src_addr/len
4988  *      from the source map to the range dst_addr/len
4989  *      in the destination map.
4990  *
4991  *      This routine is only advisory and need not do anything.
4992  */
4993
4994 void
4995 pmap_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap, vm_offset_t dst_addr, vm_size_t len,
4996     vm_offset_t src_addr)
4997 {
4998         struct rwlock *lock;
4999         struct spglist free;
5000         vm_offset_t addr;
5001         vm_offset_t end_addr = src_addr + len;
5002         vm_offset_t va_next;
5003         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_V;
5004
5005         if (dst_addr != src_addr)
5006                 return;
5007
5008         if (dst_pmap->pm_type != src_pmap->pm_type)
5009                 return;
5010
5011         /*
5012          * EPT page table entries that require emulation of A/D bits are
5013          * sensitive to clearing the PG_A bit (aka EPT_PG_READ). Although
5014          * we clear PG_M (aka EPT_PG_WRITE) concomitantly, the PG_U bit
5015          * (aka EPT_PG_EXECUTE) could still be set. Since some EPT
5016          * implementations flag an EPT misconfiguration for exec-only
5017          * mappings we skip this function entirely for emulated pmaps.
5018          */
5019         if (pmap_emulate_ad_bits(dst_pmap))
5020                 return;
5021
5022         lock = NULL;
5023         if (dst_pmap < src_pmap) {
5024                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
5025                 PMAP_LOCK(src_pmap);
5026         } else {
5027                 PMAP_LOCK(src_pmap);
5028                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
5029         }
5030
5031         PG_A = pmap_accessed_bit(dst_pmap);
5032         PG_M = pmap_modified_bit(dst_pmap);
5033         PG_V = pmap_valid_bit(dst_pmap);
5034
5035         for (addr = src_addr; addr < end_addr; addr = va_next) {
5036                 pt_entry_t *src_pte, *dst_pte;
5037                 vm_page_t dstmpde, dstmpte, srcmpte;
5038                 pml4_entry_t *pml4e;
5039                 pdp_entry_t *pdpe;
5040                 pd_entry_t srcptepaddr, *pde;
5041
5042                 KASSERT(addr < UPT_MIN_ADDRESS,
5043                     ("pmap_copy: invalid to pmap_copy page tables"));
5044
5045                 pml4e = pmap_pml4e(src_pmap, addr);
5046                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
5047                         va_next = (addr + NBPML4) & ~PML4MASK;
5048                         if (va_next < addr)
5049                                 va_next = end_addr;
5050                         continue;
5051                 }
5052
5053                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, addr);
5054                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
5055                         va_next = (addr + NBPDP) & ~PDPMASK;
5056                         if (va_next < addr)
5057                                 va_next = end_addr;
5058                         continue;
5059                 }
5060
5061                 va_next = (addr + NBPDR) & ~PDRMASK;
5062                 if (va_next < addr)
5063                         va_next = end_addr;
5064
5065                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, addr);
5066                 srcptepaddr = *pde;
5067                 if (srcptepaddr == 0)
5068                         continue;
5069                         
5070                 if (srcptepaddr & PG_PS) {
5071                         if ((addr & PDRMASK) != 0 || addr + NBPDR > end_addr)
5072                                 continue;
5073                         dstmpde = pmap_allocpde(dst_pmap, addr, NULL);
5074                         if (dstmpde == NULL)
5075                                 break;
5076                         pde = (pd_entry_t *)
5077                             PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(dstmpde));
5078                         pde = &pde[pmap_pde_index(addr)];
5079                         if (*pde == 0 && ((srcptepaddr & PG_MANAGED) == 0 ||
5080                             pmap_pv_insert_pde(dst_pmap, addr, srcptepaddr &
5081                             PG_PS_FRAME, &lock))) {
5082                                 *pde = srcptepaddr & ~PG_W;
5083                                 pmap_resident_count_inc(dst_pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
5084                                 atomic_add_long(&pmap_pde_mappings, 1);
5085                         } else
5086                                 dstmpde->wire_count--;
5087                         continue;
5088                 }
5089
5090                 srcptepaddr &= PG_FRAME;
5091                 srcmpte = PHYS_TO_VM_PAGE(srcptepaddr);
5092                 KASSERT(srcmpte->wire_count > 0,
5093                     ("pmap_copy: source page table page is unused"));
5094
5095                 if (va_next > end_addr)
5096                         va_next = end_addr;
5097
5098                 src_pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(srcptepaddr);
5099                 src_pte = &src_pte[pmap_pte_index(addr)];
5100                 dstmpte = NULL;
5101                 while (addr < va_next) {
5102                         pt_entry_t ptetemp;
5103                         ptetemp = *src_pte;
5104                         /*
5105                          * we only virtual copy managed pages
5106                          */
5107                         if ((ptetemp & PG_MANAGED) != 0) {
5108                                 if (dstmpte != NULL &&
5109                                     dstmpte->pindex == pmap_pde_pindex(addr))
5110                                         dstmpte->wire_count++;
5111                                 else if ((dstmpte = pmap_allocpte(dst_pmap,
5112                                     addr, NULL)) == NULL)
5113                                         goto out;
5114                                 dst_pte = (pt_entry_t *)
5115                                     PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(dstmpte));
5116                                 dst_pte = &dst_pte[pmap_pte_index(addr)];
5117                                 if (*dst_pte == 0 &&
5118                                     pmap_try_insert_pv_entry(dst_pmap, addr,
5119                                     PHYS_TO_VM_PAGE(ptetemp & PG_FRAME),
5120                                     &lock)) {
5121                                         /*
5122                                          * Clear the wired, modified, and
5123                                          * accessed (referenced) bits
5124                                          * during the copy.
5125                                          */
5126                                         *dst_pte = ptetemp & ~(PG_W | PG_M |
5127                                             PG_A);
5128                                         pmap_resident_count_inc(dst_pmap, 1);
5129                                 } else {
5130                                         SLIST_INIT(&free);
5131                                         if (pmap_unwire_ptp(dst_pmap, addr,
5132                                             dstmpte, &free)) {
5133                                                 /*
5134                                                  * Although "addr" is not
5135                                                  * mapped, paging-structure
5136                                                  * caches could nonetheless
5137                                                  * have entries that refer to
5138                                                  * the freed page table pages.
5139                                                  * Invalidate those entries.
5140                                                  */
5141                                                 pmap_invalidate_page(dst_pmap,
5142                                                     addr);
5143                                                 pmap_free_zero_pages(&free);
5144                                         }
5145                                         goto out;
5146                                 }
5147                                 if (dstmpte->wire_count >= srcmpte->wire_count)
5148                                         break;
5149                         }
5150                         addr += PAGE_SIZE;
5151                         src_pte++;
5152                 }
5153         }
5154 out:
5155         if (lock != NULL)
5156                 rw_wunlock(lock);
5157         PMAP_UNLOCK(src_pmap);
5158         PMAP_UNLOCK(dst_pmap);
5159 }
5160
5161 /*
5162  *      pmap_zero_page zeros the specified hardware page by mapping
5163  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.
5164  */
5165 void
5166 pmap_zero_page(vm_page_t m)
5167 {
5168         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5169
5170         pagezero((void *)va);
5171 }
5172
5173 /*
5174  *      pmap_zero_page_area zeros the specified hardware page by mapping 
5175  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.
5176  *
5177  *      off and size may not cover an area beyond a single hardware page.
5178  */
5179 void
5180 pmap_zero_page_area(vm_page_t m, int off, int size)
5181 {
5182         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5183
5184         if (off == 0 && size == PAGE_SIZE)
5185                 pagezero((void *)va);
5186         else
5187                 bzero((char *)va + off, size);
5188 }
5189
5190 /*
5191  *      pmap_zero_page_idle zeros the specified hardware page by mapping 
5192  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.  This
5193  *      is intended to be called from the vm_pagezero process only and
5194  *      outside of Giant.
5195  */
5196 void
5197 pmap_zero_page_idle(vm_page_t m)
5198 {
5199         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5200
5201         pagezero((void *)va);
5202 }
5203
5204 /*
5205  *      pmap_copy_page copies the specified (machine independent)
5206  *      page by mapping the page into virtual memory and using
5207  *      bcopy to copy the page, one machine dependent page at a
5208  *      time.
5209  */
5210 void
5211 pmap_copy_page(vm_page_t msrc, vm_page_t mdst)
5212 {
5213         vm_offset_t src = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(msrc));
5214         vm_offset_t dst = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mdst));
5215
5216         pagecopy((void *)src, (void *)dst);
5217 }
5218
5219 int unmapped_buf_allowed = 1;
5220
5221 void
5222 pmap_copy_pages(vm_page_t ma[], vm_offset_t a_offset, vm_page_t mb[],
5223     vm_offset_t b_offset, int xfersize)
5224 {
5225         void *a_cp, *b_cp;
5226         vm_page_t pages[2];
5227         vm_offset_t vaddr[2], a_pg_offset, b_pg_offset;
5228         int cnt;
5229         boolean_t mapped;
5230
5231         while (xfersize > 0) {
5232                 a_pg_offset = a_offset & PAGE_MASK;
5233                 pages[0] = ma[a_offset >> PAGE_SHIFT];
5234                 b_pg_offset = b_offset & PAGE_MASK;
5235                 pages[1] = mb[b_offset >> PAGE_SHIFT];
5236                 cnt = min(xfersize, PAGE_SIZE - a_pg_offset);
5237                 cnt = min(cnt, PAGE_SIZE - b_pg_offset);
5238                 mapped = pmap_map_io_transient(pages, vaddr, 2, FALSE);
5239                 a_cp = (char *)vaddr[0] + a_pg_offset;
5240                 b_cp = (char *)vaddr[1] + b_pg_offset;
5241                 bcopy(a_cp, b_cp, cnt);
5242                 if (__predict_false(mapped))
5243                         pmap_unmap_io_transient(pages, vaddr, 2, FALSE);
5244                 a_offset += cnt;
5245                 b_offset += cnt;
5246                 xfersize -= cnt;
5247         }
5248 }
5249
5250 /*
5251  * Returns true if the pmap's pv is one of the first
5252  * 16 pvs linked to from this page.  This count may
5253  * be changed upwards or downwards in the future; it
5254  * is only necessary that true be returned for a small
5255  * subset of pmaps for proper page aging.
5256  */
5257 boolean_t
5258 pmap_page_exists_quick(pmap_t pmap, vm_page_t m)
5259 {
5260         struct md_page *pvh;
5261         struct rwlock *lock;
5262         pv_entry_t pv;
5263         int loops = 0;
5264         boolean_t rv;
5265
5266         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5267             ("pmap_page_exists_quick: page %p is not managed", m));
5268         rv = FALSE;
5269         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5270         rw_rlock(lock);
5271         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5272                 if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
5273                         rv = TRUE;
5274                         break;
5275                 }
5276                 loops++;
5277                 if (loops >= 16)
5278                         break;
5279         }
5280         if (!rv && loops < 16 && (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5281                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5282                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
5283                         if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
5284                                 rv = TRUE;
5285                                 break;
5286                         }
5287                         loops++;
5288                         if (loops >= 16)
5289                                 break;
5290                 }
5291         }
5292         rw_runlock(lock);
5293         return (rv);
5294 }
5295
5296 /*
5297  *      pmap_page_wired_mappings:
5298  *
5299  *      Return the number of managed mappings to the given physical page
5300  *      that are wired.
5301  */
5302 int
5303 pmap_page_wired_mappings(vm_page_t m)
5304 {
5305         struct rwlock *lock;
5306         struct md_page *pvh;
5307         pmap_t pmap;
5308         pt_entry_t *pte;
5309         pv_entry_t pv;
5310         int count, md_gen, pvh_gen;
5311
5312         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
5313                 return (0);
5314         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5315         rw_rlock(lock);
5316 restart:
5317         count = 0;
5318         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5319                 pmap = PV_PMAP(pv);
5320                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5321                         md_gen = m->md.pv_gen;
5322                         rw_runlock(lock);
5323                         PMAP_LOCK(pmap);
5324                         rw_rlock(lock);
5325                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
5326                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5327                                 goto restart;
5328                         }
5329                 }
5330                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va);
5331                 if ((*pte & PG_W) != 0)
5332                         count++;
5333                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5334         }
5335         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5336                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5337                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
5338                         pmap = PV_PMAP(pv);
5339                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5340                                 md_gen = m->md.pv_gen;
5341                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
5342                                 rw_runlock(lock);
5343                                 PMAP_LOCK(pmap);
5344                                 rw_rlock(lock);
5345                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
5346                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
5347                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
5348                                         goto restart;
5349                                 }
5350                         }
5351                         pte = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
5352                         if ((*pte & PG_W) != 0)
5353                                 count++;
5354                         PMAP_UNLOCK(pmap);
5355                 }
5356         }
5357         rw_runlock(lock);
5358         return (count);
5359 }
5360
5361 /*
5362  * Returns TRUE if the given page is mapped individually or as part of
5363  * a 2mpage.  Otherwise, returns FALSE.
5364  */
5365 boolean_t
5366 pmap_page_is_mapped(vm_page_t m)
5367 {
5368         struct rwlock *lock;
5369         boolean_t rv;
5370
5371         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
5372                 return (FALSE);
5373         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5374         rw_rlock(lock);
5375         rv = !TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) ||
5376             ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
5377             !TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m))->pv_list));
5378         rw_runlock(lock);
5379         return (rv);
5380 }
5381
5382 /*
5383  * Destroy all managed, non-wired mappings in the given user-space
5384  * pmap.  This pmap cannot be active on any processor besides the
5385  * caller.
5386  *
5387  * This function cannot be applied to the kernel pmap.  Moreover, it
5388  * is not intended for general use.  It is only to be used during
5389  * process termination.  Consequently, it can be implemented in ways
5390  * that make it faster than pmap_remove().  First, it can more quickly
5391  * destroy mappings by iterating over the pmap's collection of PV
5392  * entries, rather than searching the page table.  Second, it doesn't
5393  * have to test and clear the page table entries atomically, because
5394  * no processor is currently accessing the user address space.  In
5395  * particular, a page table entry's dirty bit won't change state once
5396  * this function starts.
5397  */
5398 void
5399 pmap_remove_pages(pmap_t pmap)
5400 {
5401         pd_entry_t ptepde;
5402         pt_entry_t *pte, tpte;
5403         pt_entry_t PG_M, PG_RW, PG_V;
5404         struct spglist free;
5405         vm_page_t m, mpte, mt;
5406         pv_entry_t pv;
5407         struct md_page *pvh;
5408         struct pv_chunk *pc, *npc;
5409         struct rwlock *lock;
5410         int64_t bit;
5411         uint64_t inuse, bitmask;
5412         int allfree, field, freed, idx;
5413         boolean_t superpage;
5414         vm_paddr_t pa;
5415
5416         /*
5417          * Assert that the given pmap is only active on the current
5418          * CPU.  Unfortunately, we cannot block another CPU from
5419          * activating the pmap while this function is executing.
5420          */
5421         KASSERT(pmap == PCPU_GET(curpmap), ("non-current pmap %p", pmap));
5422 #ifdef INVARIANTS
5423         {
5424                 cpuset_t other_cpus;
5425
5426                 other_cpus = all_cpus;
5427                 critical_enter();
5428                 CPU_CLR(PCPU_GET(cpuid), &other_cpus);
5429                 CPU_AND(&other_cpus, &pmap->pm_active);
5430                 critical_exit();
5431                 KASSERT(CPU_EMPTY(&other_cpus), ("pmap active %p", pmap));
5432         }
5433 #endif
5434
5435         lock = NULL;
5436         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5437         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5438         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5439
5440         SLIST_INIT(&free);
5441         PMAP_LOCK(pmap);
5442         TAILQ_FOREACH_SAFE(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list, npc) {
5443                 allfree = 1;
5444                 freed = 0;
5445                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
5446                         inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
5447                         while (inuse != 0) {
5448                                 bit = bsfq(inuse);
5449                                 bitmask = 1UL << bit;
5450                                 idx = field * 64 + bit;
5451                                 pv = &pc->pc_pventry[idx];
5452                                 inuse &= ~bitmask;
5453
5454                                 pte = pmap_pdpe(pmap, pv->pv_va);
5455                                 ptepde = *pte;
5456                                 pte = pmap_pdpe_to_pde(pte, pv->pv_va);
5457                                 tpte = *pte;
5458                                 if ((tpte & (PG_PS | PG_V)) == PG_V) {
5459                                         superpage = FALSE;
5460                                         ptepde = tpte;
5461                                         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(tpte &
5462                                             PG_FRAME);
5463                                         pte = &pte[pmap_pte_index(pv->pv_va)];
5464                                         tpte = *pte;
5465                                 } else {
5466                                         /*
5467                                          * Keep track whether 'tpte' is a
5468                                          * superpage explicitly instead of
5469                                          * relying on PG_PS being set.
5470                                          *
5471                                          * This is because PG_PS is numerically
5472                                          * identical to PG_PTE_PAT and thus a
5473                                          * regular page could be mistaken for
5474                                          * a superpage.
5475                                          */
5476                                         superpage = TRUE;
5477                                 }
5478
5479                                 if ((tpte & PG_V) == 0) {
5480                                         panic("bad pte va %lx pte %lx",
5481                                             pv->pv_va, tpte);
5482                                 }
5483
5484 /*
5485  * We cannot remove wired pages from a process' mapping at this time
5486  */
5487                                 if (tpte & PG_W) {
5488                                         allfree = 0;
5489                                         continue;
5490                                 }
5491
5492                                 if (superpage)
5493                                         pa = tpte & PG_PS_FRAME;
5494                                 else
5495                                         pa = tpte & PG_FRAME;
5496
5497                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
5498                                 KASSERT(m->phys_addr == pa,
5499                                     ("vm_page_t %p phys_addr mismatch %016jx %016jx",
5500                                     m, (uintmax_t)m->phys_addr,
5501                                     (uintmax_t)tpte));
5502
5503                                 KASSERT((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
5504                                     m < &vm_page_array[vm_page_array_size],
5505                                     ("pmap_remove_pages: bad tpte %#jx",
5506                                     (uintmax_t)tpte));
5507
5508                                 pte_clear(pte);
5509
5510                                 /*
5511                                  * Update the vm_page_t clean/reference bits.
5512                                  */
5513                                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
5514                                         if (superpage) {
5515                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
5516                                                         vm_page_dirty(mt);
5517                                         } else
5518                                                 vm_page_dirty(m);
5519                                 }
5520
5521                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(&lock, m);
5522
5523                                 /* Mark free */
5524                                 pc->pc_map[field] |= bitmask;
5525                                 if (superpage) {
5526                                         pmap_resident_count_dec(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
5527                                         pvh = pa_to_pvh(tpte & PG_PS_FRAME);
5528                                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
5529                                         pvh->pv_gen++;
5530                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
5531                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
5532                                                         if ((mt->aflags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
5533                                                             TAILQ_EMPTY(&mt->md.pv_list))
5534                                                                 vm_page_aflag_clear(mt, PGA_WRITEABLE);
5535                                         }
5536                                         mpte = pmap_lookup_pt_page(pmap, pv->pv_va);
5537                                         if (mpte != NULL) {
5538                                                 pmap_remove_pt_page(pmap, mpte);
5539                                                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
5540                                                 KASSERT(mpte->wire_count == NPTEPG,
5541                                                     ("pmap_remove_pages: pte page wire count error"));
5542                                                 mpte->wire_count = 0;
5543                                                 pmap_add_delayed_free_list(mpte, &free, FALSE);
5544                                                 atomic_subtract_int(&vm_cnt.v_wire_count, 1);
5545                                         }
5546                                 } else {
5547                                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
5548                                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5549                                         m->md.pv_gen++;
5550                                         if ((m->aflags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
5551                                             TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
5552                                             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5553                                                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5554                                                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
5555                                                         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
5556                                         }
5557                                 }
5558                                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, ptepde, &free);
5559                                 freed++;
5560                         }
5561                 }
5562                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
5563                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
5564                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
5565                 if (allfree) {
5566                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5567                         free_pv_chunk(pc);
5568                 }
5569         }
5570         if (lock != NULL)
5571                 rw_wunlock(lock);
5572         pmap_invalidate_all(pmap);
5573         PMAP_UNLOCK(pmap);
5574         pmap_free_zero_pages(&free);
5575 }
5576
5577 static boolean_t
5578 pmap_page_test_mappings(vm_page_t m, boolean_t accessed, boolean_t modified)
5579 {
5580         struct rwlock *lock;
5581         pv_entry_t pv;
5582         struct md_page *pvh;
5583         pt_entry_t *pte, mask;
5584         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
5585         pmap_t pmap;
5586         int md_gen, pvh_gen;
5587         boolean_t rv;
5588
5589         rv = FALSE;
5590         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5591         rw_rlock(lock);
5592 restart:
5593         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5594                 pmap = PV_PMAP(pv);
5595                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5596                         md_gen = m->md.pv_gen;
5597                         rw_runlock(lock);
5598                         PMAP_LOCK(pmap);
5599                         rw_rlock(lock);
5600                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
5601                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5602                                 goto restart;
5603                         }
5604                 }
5605                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va);
5606                 mask = 0;
5607                 if (modified) {
5608                         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5609                         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5610                         mask |= PG_RW | PG_M;
5611                 }
5612                 if (accessed) {
5613                         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5614                         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5615                         mask |= PG_V | PG_A;
5616                 }
5617                 rv = (*pte & mask) == mask;
5618                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5619                 if (rv)
5620                         goto out;
5621         }
5622         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5623                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5624                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
5625                         pmap = PV_PMAP(pv);
5626                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5627                                 md_gen = m->md.pv_gen;
5628                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
5629                                 rw_runlock(lock);
5630                                 PMAP_LOCK(pmap);
5631                                 rw_rlock(lock);
5632                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
5633                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
5634                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
5635                                         goto restart;
5636                                 }
5637                         }
5638                         pte = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
5639                         mask = 0;
5640                         if (modified) {
5641                                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5642                                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5643                                 mask |= PG_RW | PG_M;
5644                         }
5645                         if (accessed) {
5646                                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5647                                 PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5648                                 mask |= PG_V | PG_A;
5649                         }
5650                         rv = (*pte & mask) == mask;
5651                         PMAP_UNLOCK(pmap);
5652                         if (rv)
5653                                 goto out;
5654                 }
5655         }
5656 out:
5657         rw_runlock(lock);
5658         return (rv);
5659 }
5660
5661 /*
5662  *      pmap_is_modified:
5663  *
5664  *      Return whether or not the specified physical page was modified
5665  *      in any physical maps.
5666  */
5667 boolean_t
5668 pmap_is_modified(vm_page_t m)
5669 {
5670
5671         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5672             ("pmap_is_modified: page %p is not managed", m));
5673
5674         /*
5675          * If the page is not exclusive busied, then PGA_WRITEABLE cannot be
5676          * concurrently set while the object is locked.  Thus, if PGA_WRITEABLE
5677          * is clear, no PTEs can have PG_M set.
5678          */
5679         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
5680         if (!vm_page_xbusied(m) && (m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
5681                 return (FALSE);
5682         return (pmap_page_test_mappings(m, FALSE, TRUE));
5683 }
5684
5685 /*
5686  *      pmap_is_prefaultable:
5687  *
5688  *      Return whether or not the specified virtual address is eligible
5689  *      for prefault.
5690  */
5691 boolean_t
5692 pmap_is_prefaultable(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
5693 {
5694         pd_entry_t *pde;
5695         pt_entry_t *pte, PG_V;
5696         boolean_t rv;
5697
5698         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5699         rv = FALSE;
5700         PMAP_LOCK(pmap);
5701         pde = pmap_pde(pmap, addr);
5702         if (pde != NULL && (*pde & (PG_PS | PG_V)) == PG_V) {
5703                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, addr);
5704                 rv = (*pte & PG_V) == 0;
5705         }
5706         PMAP_UNLOCK(pmap);
5707         return (rv);
5708 }
5709
5710 /*
5711  *      pmap_is_referenced:
5712  *
5713  *      Return whether or not the specified physical page was referenced
5714  *      in any physical maps.
5715  */
5716 boolean_t
5717 pmap_is_referenced(vm_page_t m)
5718 {
5719
5720         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5721             ("pmap_is_referenced: page %p is not managed", m));
5722         return (pmap_page_test_mappings(m, TRUE, FALSE));
5723 }
5724
5725 /*
5726  * Clear the write and modified bits in each of the given page's mappings.
5727  */
5728 void
5729 pmap_remove_write(vm_page_t m)
5730 {
5731         struct md_page *pvh;
5732         pmap_t pmap;
5733         struct rwlock *lock;
5734         pv_entry_t next_pv, pv;
5735         pd_entry_t *pde;
5736         pt_entry_t oldpte, *pte, PG_M, PG_RW;
5737         vm_offset_t va;
5738         int pvh_gen, md_gen;
5739
5740         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5741             ("pmap_remove_write: page %p is not managed", m));
5742
5743         /*
5744          * If the page is not exclusive busied, then PGA_WRITEABLE cannot be
5745          * set by another thread while the object is locked.  Thus,
5746          * if PGA_WRITEABLE is clear, no page table entries need updating.
5747          */
5748         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
5749         if (!vm_page_xbusied(m) && (m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
5750                 return;
5751         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5752         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
5753             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5754 retry_pv_loop:
5755         rw_wlock(lock);
5756         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
5757                 pmap = PV_PMAP(pv);
5758                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5759                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5760                         rw_wunlock(lock);
5761                         PMAP_LOCK(pmap);
5762                         rw_wlock(lock);
5763                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
5764                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5765                                 rw_wunlock(lock);
5766                                 goto retry_pv_loop;
5767                         }
5768                 }
5769                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5770                 va = pv->pv_va;
5771                 pde = pmap_pde(pmap, va);
5772                 if ((*pde & PG_RW) != 0)
5773                         (void)pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
5774                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
5775                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
5776                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
5777                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5778         }
5779         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5780                 pmap = PV_PMAP(pv);
5781                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5782                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5783                         md_gen = m->md.pv_gen;
5784                         rw_wunlock(lock);
5785                         PMAP_LOCK(pmap);
5786                         rw_wlock(lock);
5787                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen ||
5788                             md_gen != m->md.pv_gen) {
5789                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5790                                 rw_wunlock(lock);
5791                                 goto retry_pv_loop;
5792                         }
5793                 }
5794                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5795                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5796                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
5797                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0,
5798                     ("pmap_remove_write: found a 2mpage in page %p's pv list",
5799                     m));
5800                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
5801 retry:
5802                 oldpte = *pte;
5803                 if (oldpte & PG_RW) {
5804                         if (!atomic_cmpset_long(pte, oldpte, oldpte &
5805                             ~(PG_RW | PG_M)))
5806                                 goto retry;
5807                         if ((oldpte & PG_M) != 0)
5808                                 vm_page_dirty(m);
5809                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
5810                 }
5811                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5812         }
5813         rw_wunlock(lock);
5814         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
5815         pmap_delayed_invl_wait(m);
5816 }
5817
5818 static __inline boolean_t
5819 safe_to_clear_referenced(pmap_t pmap, pt_entry_t pte)
5820 {
5821
5822         if (!pmap_emulate_ad_bits(pmap))
5823                 return (TRUE);
5824
5825         KASSERT(pmap->pm_type == PT_EPT, ("invalid pm_type %d", pmap->pm_type));
5826
5827         /*
5828          * XWR = 010 or 110 will cause an unconditional EPT misconfiguration
5829          * so we don't let the referenced (aka EPT_PG_READ) bit to be cleared
5830          * if the EPT_PG_WRITE bit is set.
5831          */
5832         if ((pte & EPT_PG_WRITE) != 0)
5833                 return (FALSE);
5834
5835         /*
5836          * XWR = 100 is allowed only if the PMAP_SUPPORTS_EXEC_ONLY is set.
5837          */
5838         if ((pte & EPT_PG_EXECUTE) == 0 ||
5839             ((pmap->pm_flags & PMAP_SUPPORTS_EXEC_ONLY) != 0))
5840                 return (TRUE);
5841         else
5842                 return (FALSE);
5843 }
5844
5845 #define PMAP_TS_REFERENCED_MAX  5
5846
5847 /*
5848  *      pmap_ts_referenced:
5849  *
5850  *      Return a count of reference bits for a page, clearing those bits.
5851  *      It is not necessary for every reference bit to be cleared, but it
5852  *      is necessary that 0 only be returned when there are truly no
5853  *      reference bits set.
5854  *
5855  *      XXX: The exact number of bits to check and clear is a matter that
5856  *      should be tested and standardized at some point in the future for
5857  *      optimal aging of shared pages.
5858  *
5859  *      As an optimization, update the page's dirty field if a modified bit is
5860  *      found while counting reference bits.  This opportunistic update can be
5861  *      performed at low cost and can eliminate the need for some future calls
5862  *      to pmap_is_modified().  However, since this function stops after
5863  *      finding PMAP_TS_REFERENCED_MAX reference bits, it may not detect some
5864  *      dirty pages.  Those dirty pages will only be detected by a future call
5865  *      to pmap_is_modified().
5866  *
5867  *      A DI block is not needed within this function, because
5868  *      invalidations are performed before the PV list lock is
5869  *      released.
5870  */
5871 int
5872 pmap_ts_referenced(vm_page_t m)
5873 {
5874         struct md_page *pvh;
5875         pv_entry_t pv, pvf;
5876         pmap_t pmap;
5877         struct rwlock *lock;
5878         pd_entry_t oldpde, *pde;
5879         pt_entry_t *pte, PG_A, PG_M, PG_RW;
5880         vm_offset_t va;
5881         vm_paddr_t pa;
5882         int cleared, md_gen, not_cleared, pvh_gen;
5883         struct spglist free;
5884         boolean_t demoted;
5885
5886         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5887             ("pmap_ts_referenced: page %p is not managed", m));
5888         SLIST_INIT(&free);
5889         cleared = 0;
5890         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
5891         lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);
5892         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy : pa_to_pvh(pa);
5893         rw_wlock(lock);
5894 retry:
5895         not_cleared = 0;
5896         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) == NULL)
5897                 goto small_mappings;
5898         pv = pvf;
5899         do {
5900                 if (pvf == NULL)
5901                         pvf = pv;
5902                 pmap = PV_PMAP(pv);
5903                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5904                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5905                         rw_wunlock(lock);
5906                         PMAP_LOCK(pmap);
5907                         rw_wlock(lock);
5908                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
5909                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5910                                 goto retry;
5911                         }
5912                 }
5913                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5914                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5915                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5916                 va = pv->pv_va;
5917                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
5918                 oldpde = *pde;
5919                 if ((oldpde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
5920                         /*
5921                          * Although "oldpde" is mapping a 2MB page, because
5922                          * this function is called at a 4KB page granularity,
5923                          * we only update the 4KB page under test.
5924                          */
5925                         vm_page_dirty(m);
5926                 }
5927                 if ((*pde & PG_A) != 0) {
5928                         /*
5929                          * Since this reference bit is shared by 512 4KB
5930                          * pages, it should not be cleared every time it is
5931                          * tested.  Apply a simple "hash" function on the
5932                          * physical page number, the virtual superpage number,
5933                          * and the pmap address to select one 4KB page out of
5934                          * the 512 on which testing the reference bit will
5935                          * result in clearing that reference bit.  This
5936                          * function is designed to avoid the selection of the
5937                          * same 4KB page for every 2MB page mapping.
5938                          *
5939                          * On demotion, a mapping that hasn't been referenced
5940                          * is simply destroyed.  To avoid the possibility of a
5941                          * subsequent page fault on a demoted wired mapping,
5942                          * always leave its reference bit set.  Moreover,
5943                          * since the superpage is wired, the current state of
5944                          * its reference bit won't affect page replacement.
5945                          */
5946                         if ((((pa >> PAGE_SHIFT) ^ (pv->pv_va >> PDRSHIFT) ^
5947                             (uintptr_t)pmap) & (NPTEPG - 1)) == 0 &&
5948                             (*pde & PG_W) == 0) {
5949                                 if (safe_to_clear_referenced(pmap, oldpde)) {
5950                                         atomic_clear_long(pde, PG_A);
5951                                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
5952                                         demoted = FALSE;
5953                                 } else if (pmap_demote_pde_locked(pmap, pde,
5954                                     pv->pv_va, &lock)) {
5955                                         /*
5956                                          * Remove the mapping to a single page
5957                                          * so that a subsequent access may
5958                                          * repromote.  Since the underlying
5959                                          * page table page is fully populated,
5960                                          * this removal never frees a page
5961                                          * table page.
5962                                          */
5963                                         demoted = TRUE;
5964                                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde &
5965                                             PG_PS_FRAME);
5966                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
5967                                         pmap_remove_pte(pmap, pte, va, *pde,
5968                                             NULL, &lock);
5969                                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
5970                                 } else
5971                                         demoted = TRUE;
5972
5973                                 if (demoted) {
5974                                         /*
5975                                          * The superpage mapping was removed
5976                                          * entirely and therefore 'pv' is no
5977                                          * longer valid.
5978                                          */
5979                                         if (pvf == pv)
5980                                                 pvf = NULL;
5981                                         pv = NULL;
5982                                 }
5983                                 cleared++;
5984                                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
5985                                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
5986                                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
5987                         } else
5988                                 not_cleared++;
5989                 }
5990                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5991                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
5992                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
5993                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
5994                         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
5995                         pvh->pv_gen++;
5996                 }
5997                 if (cleared + not_cleared >= PMAP_TS_REFERENCED_MAX)
5998                         goto out;
5999         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != pvf);
6000 small_mappings:
6001         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) == NULL)
6002                 goto out;
6003         pv = pvf;
6004         do {
6005                 if (pvf == NULL)
6006                         pvf = pv;
6007                 pmap = PV_PMAP(pv);
6008                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6009                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
6010                         md_gen = m->md.pv_gen;
6011                         rw_wunlock(lock);
6012                         PMAP_LOCK(pmap);
6013                         rw_wlock(lock);
6014                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
6015                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6016                                 goto retry;
6017                         }
6018                 }
6019                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6020                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6021                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6022                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
6023                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0,
6024                     ("pmap_ts_referenced: found a 2mpage in page %p's pv list",
6025                     m));
6026                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
6027                 if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
6028                         vm_page_dirty(m);
6029                 if ((*pte & PG_A) != 0) {
6030                         if (safe_to_clear_referenced(pmap, *pte)) {
6031                                 atomic_clear_long(pte, PG_A);
6032                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
6033                                 cleared++;
6034                         } else if ((*pte & PG_W) == 0) {
6035                                 /*
6036                                  * Wired pages cannot be paged out so
6037                                  * doing accessed bit emulation for
6038                                  * them is wasted effort. We do the
6039                                  * hard work for unwired pages only.
6040                                  */
6041                                 pmap_remove_pte(pmap, pte, pv->pv_va,
6042                                     *pde, &free, &lock);
6043                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
6044                                 cleared++;
6045                                 if (pvf == pv)
6046                                         pvf = NULL;
6047                                 pv = NULL;
6048                                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
6049                                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
6050                                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
6051                         } else
6052                                 not_cleared++;
6053                 }
6054                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6055                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
6056                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
6057                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
6058                         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
6059                         m->md.pv_gen++;
6060                 }
6061         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != pvf && cleared +
6062             not_cleared < PMAP_TS_REFERENCED_MAX);
6063 out:
6064         rw_wunlock(lock);
6065         pmap_free_zero_pages(&free);
6066         return (cleared + not_cleared);
6067 }
6068
6069 /*
6070  *      Apply the given advice to the specified range of addresses within the
6071  *      given pmap.  Depending on the advice, clear the referenced and/or
6072  *      modified flags in each mapping and set the mapped page's dirty field.
6073  */
6074 void
6075 pmap_advise(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, int advice)
6076 {
6077         struct rwlock *lock;
6078         pml4_entry_t *pml4e;
6079         pdp_entry_t *pdpe;
6080         pd_entry_t oldpde, *pde;
6081         pt_entry_t *pte, PG_A, PG_G, PG_M, PG_RW, PG_V;
6082         vm_offset_t va, va_next;
6083         vm_page_t m;
6084         boolean_t anychanged;
6085
6086         if (advice != MADV_DONTNEED && advice != MADV_FREE)
6087                 return;
6088
6089         /*
6090          * A/D bit emulation requires an alternate code path when clearing
6091          * the modified and accessed bits below. Since this function is
6092          * advisory in nature we skip it entirely for pmaps that require
6093          * A/D bit emulation.
6094          */
6095         if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
6096                 return;
6097
6098         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6099         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
6100         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6101         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6102         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6103         anychanged = FALSE;
6104         pmap_delayed_invl_started();
6105         PMAP_LOCK(pmap);
6106         for (; sva < eva; sva = va_next) {
6107                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
6108                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
6109                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
6110                         if (va_next < sva)
6111                                 va_next = eva;
6112                         continue;
6113                 }
6114                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
6115                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
6116                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
6117                         if (va_next < sva)
6118                                 va_next = eva;
6119                         continue;
6120                 }
6121                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
6122                 if (va_next < sva)
6123                         va_next = eva;
6124                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
6125                 oldpde = *pde;
6126                 if ((oldpde & PG_V) == 0)
6127                         continue;
6128                 else if ((oldpde & PG_PS) != 0) {
6129                         if ((oldpde & PG_MANAGED) == 0)
6130                                 continue;
6131                         lock = NULL;
6132                         if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, sva, &lock)) {
6133                                 if (lock != NULL)
6134                                         rw_wunlock(lock);
6135
6136                                 /*
6137                                  * The large page mapping was destroyed.
6138                                  */
6139                                 continue;
6140                         }
6141
6142                         /*
6143                          * Unless the page mappings are wired, remove the
6144                          * mapping to a single page so that a subsequent
6145                          * access may repromote.  Since the underlying page
6146                          * table page is fully populated, this removal never
6147                          * frees a page table page.
6148                          */
6149                         if ((oldpde & PG_W) == 0) {
6150                                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva);
6151                                 KASSERT((*pte & PG_V) != 0,
6152                                     ("pmap_advise: invalid PTE"));
6153                                 pmap_remove_pte(pmap, pte, sva, *pde, NULL,
6154                                     &lock);
6155                                 anychanged = TRUE;
6156                         }
6157                         if (lock != NULL)
6158                                 rw_wunlock(lock);
6159                 }
6160                 if (va_next > eva)
6161                         va_next = eva;
6162                 va = va_next;
6163                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
6164                     sva += PAGE_SIZE) {
6165                         if ((*pte & (PG_MANAGED | PG_V)) != (PG_MANAGED | PG_V))
6166                                 goto maybe_invlrng;
6167                         else if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
6168                                 if (advice == MADV_DONTNEED) {
6169                                         /*
6170                                          * Future calls to pmap_is_modified()
6171                                          * can be avoided by making the page
6172                                          * dirty now.
6173                                          */
6174                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pte & PG_FRAME);
6175                                         vm_page_dirty(m);
6176                                 }
6177                                 atomic_clear_long(pte, PG_M | PG_A);
6178                         } else if ((*pte & PG_A) != 0)
6179                                 atomic_clear_long(pte, PG_A);
6180                         else
6181                                 goto maybe_invlrng;
6182
6183                         if ((*pte & PG_G) != 0) {
6184                                 if (va == va_next)
6185                                         va = sva;
6186                         } else
6187                                 anychanged = TRUE;
6188                         continue;
6189 maybe_invlrng:
6190                         if (va != va_next) {
6191                                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
6192                                 va = va_next;
6193                         }
6194                 }
6195                 if (va != va_next)
6196                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
6197         }
6198         if (anychanged)
6199                 pmap_invalidate_all(pmap);
6200         PMAP_UNLOCK(pmap);
6201         pmap_delayed_invl_finished();
6202 }
6203
6204 /*
6205  *      Clear the modify bits on the specified physical page.
6206  */
6207 void
6208 pmap_clear_modify(vm_page_t m)
6209 {
6210         struct md_page *pvh;
6211         pmap_t pmap;
6212         pv_entry_t next_pv, pv;
6213         pd_entry_t oldpde, *pde;
6214         pt_entry_t oldpte, *pte, PG_M, PG_RW, PG_V;
6215         struct rwlock *lock;
6216         vm_offset_t va;
6217         int md_gen, pvh_gen;
6218
6219         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
6220             ("pmap_clear_modify: page %p is not managed", m));
6221         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
6222         KASSERT(!vm_page_xbusied(m),
6223             ("pmap_clear_modify: page %p is exclusive busied", m));
6224
6225         /*
6226          * If the page is not PGA_WRITEABLE, then no PTEs can have PG_M set.
6227          * If the object containing the page is locked and the page is not
6228          * exclusive busied, then PGA_WRITEABLE cannot be concurrently set.
6229          */
6230         if ((m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
6231                 return;
6232         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
6233             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
6234         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
6235         rw_wlock(lock);
6236 restart:
6237         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
6238                 pmap = PV_PMAP(pv);
6239                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6240                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
6241                         rw_wunlock(lock);
6242                         PMAP_LOCK(pmap);
6243                         rw_wlock(lock);
6244                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
6245                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6246                                 goto restart;
6247                         }
6248                 }
6249                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6250                 PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6251                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6252                 va = pv->pv_va;
6253                 pde = pmap_pde(pmap, va);
6254                 oldpde = *pde;
6255                 if ((oldpde & PG_RW) != 0) {
6256                         if (pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock)) {
6257                                 if ((oldpde & PG_W) == 0) {
6258                                         /*
6259                                          * Write protect the mapping to a
6260                                          * single page so that a subsequent
6261                                          * write access may repromote.
6262                                          */
6263                                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde &
6264                                             PG_PS_FRAME);
6265                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
6266                                         oldpte = *pte;
6267                                         if ((oldpte & PG_V) != 0) {
6268                                                 while (!atomic_cmpset_long(pte,
6269                                                     oldpte,
6270                                                     oldpte & ~(PG_M | PG_RW)))
6271                                                         oldpte = *pte;
6272                                                 vm_page_dirty(m);
6273                                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
6274                                         }
6275                                 }
6276                         }
6277                 }
6278                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6279         }
6280         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
6281                 pmap = PV_PMAP(pv);
6282                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6283                         md_gen = m->md.pv_gen;
6284                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
6285                         rw_wunlock(lock);
6286                         PMAP_LOCK(pmap);
6287                         rw_wlock(lock);
6288                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
6289                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6290                                 goto restart;
6291                         }
6292                 }
6293                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6294                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6295                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
6296                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_clear_modify: found"
6297                     " a 2mpage in page %p's pv list", m));
6298                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
6299                 if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
6300                         atomic_clear_long(pte, PG_M);
6301                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
6302                 }
6303                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6304         }
6305         rw_wunlock(lock);
6306 }
6307
6308 /*
6309  * Miscellaneous support routines follow
6310  */
6311
6312 /* Adjust the cache mode for a 4KB page mapped via a PTE. */
6313 static __inline void
6314 pmap_pte_attr(pt_entry_t *pte, int cache_bits, int mask)
6315 {
6316         u_int opte, npte;
6317
6318         /*
6319          * The cache mode bits are all in the low 32-bits of the
6320          * PTE, so we can just spin on updating the low 32-bits.
6321          */
6322         do {
6323                 opte = *(u_int *)pte;
6324                 npte = opte & ~mask;
6325                 npte |= cache_bits;
6326         } while (npte != opte && !atomic_cmpset_int((u_int *)pte, opte, npte));
6327 }
6328
6329 /* Adjust the cache mode for a 2MB page mapped via a PDE. */
6330 static __inline void
6331 pmap_pde_attr(pd_entry_t *pde, int cache_bits, int mask)
6332 {
6333         u_int opde, npde;
6334
6335         /*
6336          * The cache mode bits are all in the low 32-bits of the
6337          * PDE, so we can just spin on updating the low 32-bits.
6338          */
6339         do {
6340                 opde = *(u_int *)pde;
6341                 npde = opde & ~mask;
6342                 npde |= cache_bits;
6343         } while (npde != opde && !atomic_cmpset_int((u_int *)pde, opde, npde));
6344 }
6345
6346 /*
6347  * Map a set of physical memory pages into the kernel virtual
6348  * address space. Return a pointer to where it is mapped. This
6349  * routine is intended to be used for mapping device memory,
6350  * NOT real memory.
6351  */
6352 void *
6353 pmap_mapdev_attr(vm_paddr_t pa, vm_size_t size, int mode)
6354 {
6355         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
6356         vm_offset_t va, offset;
6357         vm_size_t tmpsize;
6358         int i;
6359
6360         offset = pa & PAGE_MASK;
6361         size = round_page(offset + size);
6362         pa = trunc_page(pa);
6363
6364         if (!pmap_initialized) {
6365                 va = 0;
6366                 for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
6367                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
6368                         if (ppim->va == 0) {
6369                                 ppim->pa = pa;
6370                                 ppim->sz = size;
6371                                 ppim->mode = mode;
6372                                 ppim->va = virtual_avail;
6373                                 virtual_avail += size;
6374                                 va = ppim->va;
6375                                 break;
6376                         }
6377                 }
6378                 if (va == 0)
6379                         panic("%s: too many preinit mappings", __func__);
6380         } else {
6381                 /*
6382                  * If we have a preinit mapping, re-use it.
6383                  */
6384                 for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
6385                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
6386                         if (ppim->pa == pa && ppim->sz == size &&
6387                             ppim->mode == mode)
6388                                 return ((void *)(ppim->va + offset));
6389                 }
6390                 /*
6391                  * If the specified range of physical addresses fits within
6392                  * the direct map window, use the direct map.
6393                  */
6394                 if (pa < dmaplimit && pa + size < dmaplimit) {
6395                         va = PHYS_TO_DMAP(pa);
6396                         if (!pmap_change_attr(va, size, mode))
6397                                 return ((void *)(va + offset));
6398                 }
6399                 va = kva_alloc(size);
6400                 if (va == 0)
6401                         panic("%s: Couldn't allocate KVA", __func__);
6402         }
6403         for (tmpsize = 0; tmpsize < size; tmpsize += PAGE_SIZE)
6404                 pmap_kenter_attr(va + tmpsize, pa + tmpsize, mode);
6405         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, va, va + tmpsize);
6406         pmap_invalidate_cache_range(va, va + tmpsize, FALSE);
6407         return ((void *)(va + offset));
6408 }
6409
6410 void *
6411 pmap_mapdev(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
6412 {
6413
6414         return (pmap_mapdev_attr(pa, size, PAT_UNCACHEABLE));
6415 }
6416
6417 void *
6418 pmap_mapbios(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
6419 {
6420
6421         return (pmap_mapdev_attr(pa, size, PAT_WRITE_BACK));
6422 }
6423
6424 void
6425 pmap_unmapdev(vm_offset_t va, vm_size_t size)
6426 {
6427         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
6428         vm_offset_t offset;
6429         int i;
6430
6431         /* If we gave a direct map region in pmap_mapdev, do nothing */
6432         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS)
6433                 return;
6434         offset = va & PAGE_MASK;
6435         size = round_page(offset + size);
6436         va = trunc_page(va);
6437         for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
6438                 ppim = pmap_preinit_mapping + i;
6439                 if (ppim->va == va && ppim->sz == size) {
6440                         if (pmap_initialized)
6441                                 return;
6442                         ppim->pa = 0;
6443                         ppim->va = 0;
6444                         ppim->sz = 0;
6445                         ppim->mode = 0;
6446                         if (va + size == virtual_avail)
6447                                 virtual_avail = va;
6448                         return;
6449                 }
6450         }
6451         if (pmap_initialized)
6452                 kva_free(va, size);
6453 }
6454
6455 /*
6456  * Tries to demote a 1GB page mapping.
6457  */
6458 static boolean_t
6459 pmap_demote_pdpe(pmap_t pmap, pdp_entry_t *pdpe, vm_offset_t va)
6460 {
6461         pdp_entry_t newpdpe, oldpdpe;
6462         pd_entry_t *firstpde, newpde, *pde;
6463         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
6464         vm_paddr_t mpdepa;
6465         vm_page_t mpde;
6466
6467         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6468         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6469         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6470         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6471
6472         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6473         oldpdpe = *pdpe;
6474         KASSERT((oldpdpe & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V),
6475             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_PS and/or PG_V"));
6476         if ((mpde = vm_page_alloc(NULL, va >> PDPSHIFT, VM_ALLOC_INTERRUPT |
6477             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED)) == NULL) {
6478                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pdpe: failure for va %#lx"
6479                     " in pmap %p", va, pmap);
6480                 return (FALSE);
6481         }
6482         mpdepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpde);
6483         firstpde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mpdepa);
6484         newpdpe = mpdepa | PG_M | PG_A | (oldpdpe & PG_U) | PG_RW | PG_V;
6485         KASSERT((oldpdpe & PG_A) != 0,
6486             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_A"));
6487         KASSERT((oldpdpe & (PG_M | PG_RW)) != PG_RW,
6488             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_M"));
6489         newpde = oldpdpe;
6490
6491         /*
6492          * Initialize the page directory page.
6493          */
6494         for (pde = firstpde; pde < firstpde + NPDEPG; pde++) {
6495                 *pde = newpde;
6496                 newpde += NBPDR;
6497         }
6498
6499         /*
6500          * Demote the mapping.
6501          */
6502         *pdpe = newpdpe;
6503
6504         /*
6505          * Invalidate a stale recursive mapping of the page directory page.
6506          */
6507         pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopde(va));
6508
6509         pmap_pdpe_demotions++;
6510         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pdpe: success for va %#lx"
6511             " in pmap %p", va, pmap);
6512         return (TRUE);
6513 }
6514
6515 /*
6516  * Sets the memory attribute for the specified page.
6517  */
6518 void
6519 pmap_page_set_memattr(vm_page_t m, vm_memattr_t ma)
6520 {
6521
6522         m->md.pat_mode = ma;
6523
6524         /*
6525          * If "m" is a normal page, update its direct mapping.  This update
6526          * can be relied upon to perform any cache operations that are
6527          * required for data coherence.
6528          */
6529         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
6530             pmap_change_attr(PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m)), PAGE_SIZE,
6531             m->md.pat_mode))
6532                 panic("memory attribute change on the direct map failed");
6533 }
6534
6535 /*
6536  * Changes the specified virtual address range's memory type to that given by
6537  * the parameter "mode".  The specified virtual address range must be
6538  * completely contained within either the direct map or the kernel map.  If
6539  * the virtual address range is contained within the kernel map, then the
6540  * memory type for each of the corresponding ranges of the direct map is also
6541  * changed.  (The corresponding ranges of the direct map are those ranges that
6542  * map the same physical pages as the specified virtual address range.)  These
6543  * changes to the direct map are necessary because Intel describes the
6544  * behavior of their processors as "undefined" if two or more mappings to the
6545  * same physical page have different memory types.
6546  *
6547  * Returns zero if the change completed successfully, and either EINVAL or
6548  * ENOMEM if the change failed.  Specifically, EINVAL is returned if some part
6549  * of the virtual address range was not mapped, and ENOMEM is returned if
6550  * there was insufficient memory available to complete the change.  In the
6551  * latter case, the memory type may have been changed on some part of the
6552  * virtual address range or the direct map.
6553  */
6554 int
6555 pmap_change_attr(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
6556 {
6557         int error;
6558
6559         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
6560         error = pmap_change_attr_locked(va, size, mode);
6561         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
6562         return (error);
6563 }
6564
6565 static int
6566 pmap_change_attr_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
6567 {
6568         vm_offset_t base, offset, tmpva;
6569         vm_paddr_t pa_start, pa_end, pa_end1;
6570         pdp_entry_t *pdpe;
6571         pd_entry_t *pde;
6572         pt_entry_t *pte;
6573         int cache_bits_pte, cache_bits_pde, error;
6574         boolean_t changed;
6575
6576         PMAP_LOCK_ASSERT(kernel_pmap, MA_OWNED);
6577         base = trunc_page(va);
6578         offset = va & PAGE_MASK;
6579         size = round_page(offset + size);
6580
6581         /*
6582          * Only supported on kernel virtual addresses, including the direct
6583          * map but excluding the recursive map.
6584          */
6585         if (base < DMAP_MIN_ADDRESS)
6586                 return (EINVAL);
6587
6588         cache_bits_pde = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, 1);
6589         cache_bits_pte = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, 0);
6590         changed = FALSE;
6591
6592         /*
6593          * Pages that aren't mapped aren't supported.  Also break down 2MB pages
6594          * into 4KB pages if required.
6595          */
6596         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
6597                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, tmpva);
6598                 if (pdpe == NULL || *pdpe == 0)
6599                         return (EINVAL);
6600                 if (*pdpe & PG_PS) {
6601                         /*
6602                          * If the current 1GB page already has the required
6603                          * memory type, then we need not demote this page. Just
6604                          * increment tmpva to the next 1GB page frame.
6605                          */
6606                         if ((*pdpe & X86_PG_PDE_CACHE) == cache_bits_pde) {
6607                                 tmpva = trunc_1gpage(tmpva) + NBPDP;
6608                                 continue;
6609                         }
6610
6611                         /*
6612                          * If the current offset aligns with a 1GB page frame
6613                          * and there is at least 1GB left within the range, then
6614                          * we need not break down this page into 2MB pages.
6615                          */
6616                         if ((tmpva & PDPMASK) == 0 &&
6617                             tmpva + PDPMASK < base + size) {
6618                                 tmpva += NBPDP;
6619                                 continue;
6620                         }
6621                         if (!pmap_demote_pdpe(kernel_pmap, pdpe, tmpva))
6622                                 return (ENOMEM);
6623                 }
6624                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, tmpva);
6625                 if (*pde == 0)
6626                         return (EINVAL);
6627                 if (*pde & PG_PS) {
6628                         /*
6629                          * If the current 2MB page already has the required
6630                          * memory type, then we need not demote this page. Just
6631                          * increment tmpva to the next 2MB page frame.
6632                          */
6633                         if ((*pde & X86_PG_PDE_CACHE) == cache_bits_pde) {
6634                                 tmpva = trunc_2mpage(tmpva) + NBPDR;
6635                                 continue;
6636                         }
6637
6638                         /*
6639                          * If the current offset aligns with a 2MB page frame
6640                          * and there is at least 2MB left within the range, then
6641                          * we need not break down this page into 4KB pages.
6642                          */
6643                         if ((tmpva & PDRMASK) == 0 &&
6644                             tmpva + PDRMASK < base + size) {
6645                                 tmpva += NBPDR;
6646                                 continue;
6647                         }
6648                         if (!pmap_demote_pde(kernel_pmap, pde, tmpva))
6649                                 return (ENOMEM);
6650                 }
6651                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, tmpva);
6652                 if (*pte == 0)
6653                         return (EINVAL);
6654                 tmpva += PAGE_SIZE;
6655         }
6656         error = 0;
6657
6658         /*
6659          * Ok, all the pages exist, so run through them updating their
6660          * cache mode if required.
6661          */
6662         pa_start = pa_end = 0;
6663         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
6664                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, tmpva);
6665                 if (*pdpe & PG_PS) {
6666                         if ((*pdpe & X86_PG_PDE_CACHE) != cache_bits_pde) {
6667                                 pmap_pde_attr(pdpe, cache_bits_pde,
6668                                     X86_PG_PDE_CACHE);
6669                                 changed = TRUE;
6670                         }
6671                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS &&
6672                             (*pdpe & PG_PS_FRAME) < dmaplimit) {
6673                                 if (pa_start == pa_end) {
6674                                         /* Start physical address run. */
6675                                         pa_start = *pdpe & PG_PS_FRAME;
6676                                         pa_end = pa_start + NBPDP;
6677                                 } else if (pa_end == (*pdpe & PG_PS_FRAME))
6678                                         pa_end += NBPDP;
6679                                 else {
6680                                         /* Run ended, update direct map. */
6681                                         error = pmap_change_attr_locked(
6682                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
6683                                             pa_end - pa_start, mode);
6684                                         if (error != 0)
6685                                                 break;
6686                                         /* Start physical address run. */
6687                                         pa_start = *pdpe & PG_PS_FRAME;
6688                                         pa_end = pa_start + NBPDP;
6689                                 }
6690                         }
6691                         tmpva = trunc_1gpage(tmpva) + NBPDP;
6692                         continue;
6693                 }
6694                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, tmpva);
6695                 if (*pde & PG_PS) {
6696                         if ((*pde & X86_PG_PDE_CACHE) != cache_bits_pde) {
6697                                 pmap_pde_attr(pde, cache_bits_pde,
6698                                     X86_PG_PDE_CACHE);
6699                                 changed = TRUE;
6700                         }
6701                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS &&
6702                             (*pde & PG_PS_FRAME) < dmaplimit) {
6703                                 if (pa_start == pa_end) {
6704                                         /* Start physical address run. */
6705                                         pa_start = *pde & PG_PS_FRAME;
6706                                         pa_end = pa_start + NBPDR;
6707                                 } else if (pa_end == (*pde & PG_PS_FRAME))
6708                                         pa_end += NBPDR;
6709                                 else {
6710                                         /* Run ended, update direct map. */
6711                                         error = pmap_change_attr_locked(
6712                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
6713                                             pa_end - pa_start, mode);
6714                                         if (error != 0)
6715                                                 break;
6716                                         /* Start physical address run. */
6717                                         pa_start = *pde & PG_PS_FRAME;
6718                                         pa_end = pa_start + NBPDR;
6719                                 }
6720                         }
6721                         tmpva = trunc_2mpage(tmpva) + NBPDR;
6722                 } else {
6723                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, tmpva);
6724                         if ((*pte & X86_PG_PTE_CACHE) != cache_bits_pte) {
6725                                 pmap_pte_attr(pte, cache_bits_pte,
6726                                     X86_PG_PTE_CACHE);
6727                                 changed = TRUE;
6728                         }
6729                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS &&
6730                             (*pte & PG_FRAME) < dmaplimit) {
6731                                 if (pa_start == pa_end) {
6732                                         /* Start physical address run. */
6733                                         pa_start = *pte & PG_FRAME;
6734                                         pa_end = pa_start + PAGE_SIZE;
6735                                 } else if (pa_end == (*pte & PG_FRAME))
6736                                         pa_end += PAGE_SIZE;
6737                                 else {
6738                                         /* Run ended, update direct map. */
6739                                         error = pmap_change_attr_locked(
6740                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
6741                                             pa_end - pa_start, mode);
6742                                         if (error != 0)
6743                                                 break;
6744                                         /* Start physical address run. */
6745                                         pa_start = *pte & PG_FRAME;
6746                                         pa_end = pa_start + PAGE_SIZE;
6747                                 }
6748                         }
6749                         tmpva += PAGE_SIZE;
6750                 }
6751         }
6752         if (error == 0 && pa_start != pa_end && pa_start < dmaplimit) {
6753                 pa_end1 = MIN(pa_end, dmaplimit);
6754                 if (pa_start != pa_end1)
6755                         error = pmap_change_attr_locked(PHYS_TO_DMAP(pa_start),
6756                             pa_end1 - pa_start, mode);
6757         }
6758
6759         /*
6760          * Flush CPU caches if required to make sure any data isn't cached that
6761          * shouldn't be, etc.
6762          */
6763         if (changed) {
6764                 pmap_invalidate_range(kernel_pmap, base, tmpva);
6765                 pmap_invalidate_cache_range(base, tmpva, FALSE);
6766         }
6767         return (error);
6768 }
6769
6770 /*
6771  * Demotes any mapping within the direct map region that covers more than the
6772  * specified range of physical addresses.  This range's size must be a power
6773  * of two and its starting address must be a multiple of its size.  Since the
6774  * demotion does not change any attributes of the mapping, a TLB invalidation
6775  * is not mandatory.  The caller may, however, request a TLB invalidation.
6776  */
6777 void
6778 pmap_demote_DMAP(vm_paddr_t base, vm_size_t len, boolean_t invalidate)
6779 {
6780         pdp_entry_t *pdpe;
6781         pd_entry_t *pde;
6782         vm_offset_t va;
6783         boolean_t changed;
6784
6785         if (len == 0)
6786                 return;
6787         KASSERT(powerof2(len), ("pmap_demote_DMAP: len is not a power of 2"));
6788         KASSERT((base & (len - 1)) == 0,
6789             ("pmap_demote_DMAP: base is not a multiple of len"));
6790         if (len < NBPDP && base < dmaplimit) {
6791                 va = PHYS_TO_DMAP(base);
6792                 changed = FALSE;
6793                 PMAP_LOCK(kernel_pmap);
6794                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, va);
6795                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0)
6796                         panic("pmap_demote_DMAP: invalid PDPE");
6797                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0) {
6798                         if (!pmap_demote_pdpe(kernel_pmap, pdpe, va))
6799                                 panic("pmap_demote_DMAP: PDPE failed");
6800                         changed = TRUE;
6801                 }
6802                 if (len < NBPDR) {
6803                         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
6804                         if ((*pde & X86_PG_V) == 0)
6805                                 panic("pmap_demote_DMAP: invalid PDE");
6806                         if ((*pde & PG_PS) != 0) {
6807                                 if (!pmap_demote_pde(kernel_pmap, pde, va))
6808                                         panic("pmap_demote_DMAP: PDE failed");
6809                                 changed = TRUE;
6810                         }
6811                 }
6812                 if (changed && invalidate)
6813                         pmap_invalidate_page(kernel_pmap, va);
6814                 PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
6815         }
6816 }
6817
6818 /*
6819  * perform the pmap work for mincore
6820  */
6821 int
6822 pmap_mincore(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_paddr_t *locked_pa)
6823 {
6824         pd_entry_t *pdep;
6825         pt_entry_t pte, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
6826         vm_paddr_t pa;
6827         int val;
6828
6829         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6830         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6831         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6832         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6833
6834         PMAP_LOCK(pmap);
6835 retry:
6836         pdep = pmap_pde(pmap, addr);
6837         if (pdep != NULL && (*pdep & PG_V)) {
6838                 if (*pdep & PG_PS) {
6839                         pte = *pdep;
6840                         /* Compute the physical address of the 4KB page. */
6841                         pa = ((*pdep & PG_PS_FRAME) | (addr & PDRMASK)) &
6842                             PG_FRAME;
6843                         val = MINCORE_SUPER;
6844                 } else {
6845                         pte = *pmap_pde_to_pte(pdep, addr);
6846                         pa = pte & PG_FRAME;
6847                         val = 0;
6848                 }
6849         } else {
6850                 pte = 0;
6851                 pa = 0;
6852                 val = 0;
6853         }
6854         if ((pte & PG_V) != 0) {
6855                 val |= MINCORE_INCORE;
6856                 if ((pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
6857                         val |= MINCORE_MODIFIED | MINCORE_MODIFIED_OTHER;
6858                 if ((pte & PG_A) != 0)
6859                         val |= MINCORE_REFERENCED | MINCORE_REFERENCED_OTHER;
6860         }
6861         if ((val & (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER)) !=
6862             (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER) &&
6863             (pte & (PG_MANAGED | PG_V)) == (PG_MANAGED | PG_V)) {
6864                 /* Ensure that "PHYS_TO_VM_PAGE(pa)->object" doesn't change. */
6865                 if (vm_page_pa_tryrelock(pmap, pa, locked_pa))
6866                         goto retry;
6867         } else
6868                 PA_UNLOCK_COND(*locked_pa);
6869         PMAP_UNLOCK(pmap);
6870         return (val);
6871 }
6872
6873 static uint64_t
6874 pmap_pcid_alloc(pmap_t pmap, u_int cpuid)
6875 {
6876         uint32_t gen, new_gen, pcid_next;
6877
6878         CRITICAL_ASSERT(curthread);
6879         gen = PCPU_GET(pcid_gen);
6880         if (pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid == PMAP_PCID_KERN ||
6881             pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen == gen)
6882                 return (CR3_PCID_SAVE);
6883         pcid_next = PCPU_GET(pcid_next);
6884         KASSERT(pcid_next <= PMAP_PCID_OVERMAX, ("cpu %d pcid_next %#x",
6885             cpuid, pcid_next));
6886         if (pcid_next == PMAP_PCID_OVERMAX) {
6887                 new_gen = gen + 1;
6888                 if (new_gen == 0)
6889                         new_gen = 1;
6890                 PCPU_SET(pcid_gen, new_gen);
6891                 pcid_next = PMAP_PCID_KERN + 1;
6892         } else {
6893                 new_gen = gen;
6894         }
6895         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid = pcid_next;
6896         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = new_gen;
6897         PCPU_SET(pcid_next, pcid_next + 1);
6898         return (0);
6899 }
6900
6901 void
6902 pmap_activate_sw(struct thread *td)
6903 {
6904         pmap_t oldpmap, pmap;
6905         uint64_t cached, cr3;
6906         register_t rflags;
6907         u_int cpuid;
6908
6909         oldpmap = PCPU_GET(curpmap);
6910         pmap = vmspace_pmap(td->td_proc->p_vmspace);
6911         if (oldpmap == pmap)
6912                 return;
6913         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
6914 #ifdef SMP
6915         CPU_SET_ATOMIC(cpuid, &pmap->pm_active);
6916 #else
6917         CPU_SET(cpuid, &pmap->pm_active);
6918 #endif
6919         cr3 = rcr3();
6920         if (pmap_pcid_enabled) {
6921                 cached = pmap_pcid_alloc(pmap, cpuid);
6922                 KASSERT(pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid >= 0 &&
6923                     pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid < PMAP_PCID_OVERMAX,
6924                     ("pmap %p cpu %d pcid %#x", pmap, cpuid,
6925                     pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid));
6926                 KASSERT(pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid != PMAP_PCID_KERN ||
6927                     pmap == kernel_pmap,
6928                     ("non-kernel pmap thread %p pmap %p cpu %d pcid %#x",
6929                     td, pmap, cpuid, pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid));
6930
6931                 /*
6932                  * If the INVPCID instruction is not available,
6933                  * invltlb_pcid_handler() is used for handle
6934                  * invalidate_all IPI, which checks for curpmap ==
6935                  * smp_tlb_pmap.  Below operations sequence has a
6936                  * window where %CR3 is loaded with the new pmap's
6937                  * PML4 address, but curpmap value is not yet updated.
6938                  * This causes invltlb IPI handler, called between the
6939                  * updates, to execute as NOP, which leaves stale TLB
6940                  * entries.
6941                  *
6942                  * Note that the most typical use of
6943                  * pmap_activate_sw(), from the context switch, is
6944                  * immune to this race, because interrupts are
6945                  * disabled (while the thread lock is owned), and IPI
6946                  * happends after curpmap is updated.  Protect other
6947                  * callers in a similar way, by disabling interrupts
6948                  * around the %cr3 register reload and curpmap
6949                  * assignment.
6950                  */
6951                 if (!invpcid_works)
6952                         rflags = intr_disable();
6953
6954                 if (!cached || (cr3 & ~CR3_PCID_MASK) != pmap->pm_cr3) {
6955                         load_cr3(pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid |
6956                             cached);
6957                         if (cached)
6958                                 PCPU_INC(pm_save_cnt);
6959                 }
6960                 PCPU_SET(curpmap, pmap);
6961                 if (!invpcid_works)
6962                         intr_restore(rflags);
6963         } else if (cr3 != pmap->pm_cr3) {
6964                 load_cr3(pmap->pm_cr3);
6965                 PCPU_SET(curpmap, pmap);
6966         }
6967 #ifdef SMP
6968         CPU_CLR_ATOMIC(cpuid, &oldpmap->pm_active);
6969 #else
6970         CPU_CLR(cpuid, &oldpmap->pm_active);
6971 #endif
6972 }
6973
6974 void
6975 pmap_activate(struct thread *td)
6976 {
6977
6978         critical_enter();
6979         pmap_activate_sw(td);
6980         critical_exit();
6981 }
6982
6983 void
6984 pmap_sync_icache(pmap_t pm, vm_offset_t va, vm_size_t sz)
6985 {
6986 }
6987
6988 /*
6989  *      Increase the starting virtual address of the given mapping if a
6990  *      different alignment might result in more superpage mappings.
6991  */
6992 void
6993 pmap_align_superpage(vm_object_t object, vm_ooffset_t offset,
6994     vm_offset_t *addr, vm_size_t size)
6995 {
6996         vm_offset_t superpage_offset;
6997
6998         if (size < NBPDR)
6999                 return;
7000         if (object != NULL && (object->flags & OBJ_COLORED) != 0)
7001                 offset += ptoa(object->pg_color);
7002         superpage_offset = offset & PDRMASK;
7003         if (size - ((NBPDR - superpage_offset) & PDRMASK) < NBPDR ||
7004             (*addr & PDRMASK) == superpage_offset)
7005                 return;
7006         if ((*addr & PDRMASK) < superpage_offset)
7007                 *addr = (*addr & ~PDRMASK) + superpage_offset;
7008         else
7009                 *addr = ((*addr + PDRMASK) & ~PDRMASK) + superpage_offset;
7010 }
7011
7012 #ifdef INVARIANTS
7013 static unsigned long num_dirty_emulations;
7014 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_dirty_emulations, CTLFLAG_RW,
7015              &num_dirty_emulations, 0, NULL);
7016
7017 static unsigned long num_accessed_emulations;
7018 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_accessed_emulations, CTLFLAG_RW,
7019              &num_accessed_emulations, 0, NULL);
7020
7021 static unsigned long num_superpage_accessed_emulations;
7022 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_superpage_accessed_emulations, CTLFLAG_RW,
7023              &num_superpage_accessed_emulations, 0, NULL);
7024
7025 static unsigned long ad_emulation_superpage_promotions;
7026 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, ad_emulation_superpage_promotions, CTLFLAG_RW,
7027              &ad_emulation_superpage_promotions, 0, NULL);
7028 #endif  /* INVARIANTS */
7029
7030 int
7031 pmap_emulate_accessed_dirty(pmap_t pmap, vm_offset_t va, int ftype)
7032 {
7033         int rv;
7034         struct rwlock *lock;
7035         vm_page_t m, mpte;
7036         pd_entry_t *pde;
7037         pt_entry_t *pte, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
7038
7039         KASSERT(ftype == VM_PROT_READ || ftype == VM_PROT_WRITE,
7040             ("pmap_emulate_accessed_dirty: invalid fault type %d", ftype));
7041
7042         if (!pmap_emulate_ad_bits(pmap))
7043                 return (-1);
7044
7045         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
7046         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7047         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7048         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7049
7050         rv = -1;
7051         lock = NULL;
7052         PMAP_LOCK(pmap);
7053
7054         pde = pmap_pde(pmap, va);
7055         if (pde == NULL || (*pde & PG_V) == 0)
7056                 goto done;
7057
7058         if ((*pde & PG_PS) != 0) {
7059                 if (ftype == VM_PROT_READ) {
7060 #ifdef INVARIANTS
7061                         atomic_add_long(&num_superpage_accessed_emulations, 1);
7062 #endif
7063                         *pde |= PG_A;
7064                         rv = 0;
7065                 }
7066                 goto done;
7067         }
7068
7069         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
7070         if ((*pte & PG_V) == 0)
7071                 goto done;
7072
7073         if (ftype == VM_PROT_WRITE) {
7074                 if ((*pte & PG_RW) == 0)
7075                         goto done;
7076                 /*
7077                  * Set the modified and accessed bits simultaneously.
7078                  *
7079                  * Intel EPT PTEs that do software emulation of A/D bits map
7080                  * PG_A and PG_M to EPT_PG_READ and EPT_PG_WRITE respectively.
7081                  * An EPT misconfiguration is triggered if the PTE is writable
7082                  * but not readable (WR=10). This is avoided by setting PG_A
7083                  * and PG_M simultaneously.
7084                  */
7085                 *pte |= PG_M | PG_A;
7086         } else {
7087                 *pte |= PG_A;
7088         }
7089
7090         /* try to promote the mapping */
7091         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
7092                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
7093         else
7094                 mpte = NULL;
7095
7096         m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pte & PG_FRAME);
7097
7098         if ((mpte == NULL || mpte->wire_count == NPTEPG) &&
7099             pmap_ps_enabled(pmap) &&
7100             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
7101             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0) {
7102                 pmap_promote_pde(pmap, pde, va, &lock);
7103 #ifdef INVARIANTS
7104                 atomic_add_long(&ad_emulation_superpage_promotions, 1);
7105 #endif
7106         }
7107 #ifdef INVARIANTS
7108         if (ftype == VM_PROT_WRITE)
7109                 atomic_add_long(&num_dirty_emulations, 1);
7110         else
7111                 atomic_add_long(&num_accessed_emulations, 1);
7112 #endif
7113         rv = 0;         /* success */
7114 done:
7115         if (lock != NULL)
7116                 rw_wunlock(lock);
7117         PMAP_UNLOCK(pmap);
7118         return (rv);
7119 }
7120
7121 void
7122 pmap_get_mapping(pmap_t pmap, vm_offset_t va, uint64_t *ptr, int *num)
7123 {
7124         pml4_entry_t *pml4;
7125         pdp_entry_t *pdp;
7126         pd_entry_t *pde;
7127         pt_entry_t *pte, PG_V;
7128         int idx;
7129
7130         idx = 0;
7131         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7132         PMAP_LOCK(pmap);
7133
7134         pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
7135         ptr[idx++] = *pml4;
7136         if ((*pml4 & PG_V) == 0)
7137                 goto done;
7138
7139         pdp = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4, va);
7140         ptr[idx++] = *pdp;
7141         if ((*pdp & PG_V) == 0 || (*pdp & PG_PS) != 0)
7142                 goto done;
7143
7144         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdp, va);
7145         ptr[idx++] = *pde;
7146         if ((*pde & PG_V) == 0 || (*pde & PG_PS) != 0)
7147                 goto done;
7148
7149         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
7150         ptr[idx++] = *pte;
7151
7152 done:
7153         PMAP_UNLOCK(pmap);
7154         *num = idx;
7155 }
7156
7157 /**
7158  * Get the kernel virtual address of a set of physical pages. If there are
7159  * physical addresses not covered by the DMAP perform a transient mapping
7160  * that will be removed when calling pmap_unmap_io_transient.
7161  *
7162  * \param page        The pages the caller wishes to obtain the virtual
7163  *                    address on the kernel memory map.
7164  * \param vaddr       On return contains the kernel virtual memory address
7165  *                    of the pages passed in the page parameter.
7166  * \param count       Number of pages passed in.
7167  * \param can_fault   TRUE if the thread using the mapped pages can take
7168  *                    page faults, FALSE otherwise.
7169  *
7170  * \returns TRUE if the caller must call pmap_unmap_io_transient when
7171  *          finished or FALSE otherwise.
7172  *
7173  */
7174 boolean_t
7175 pmap_map_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
7176     boolean_t can_fault)
7177 {
7178         vm_paddr_t paddr;
7179         boolean_t needs_mapping;
7180         pt_entry_t *pte;
7181         int cache_bits, error, i;
7182
7183         /*
7184          * Allocate any KVA space that we need, this is done in a separate
7185          * loop to prevent calling vmem_alloc while pinned.
7186          */
7187         needs_mapping = FALSE;
7188         for (i = 0; i < count; i++) {
7189                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
7190                 if (__predict_false(paddr >= dmaplimit)) {
7191                         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE,
7192                             M_BESTFIT | M_WAITOK, &vaddr[i]);
7193                         KASSERT(error == 0, ("vmem_alloc failed: %d", error));
7194                         needs_mapping = TRUE;
7195                 } else {
7196                         vaddr[i] = PHYS_TO_DMAP(paddr);
7197                 }
7198         }
7199
7200         /* Exit early if everything is covered by the DMAP */
7201         if (!needs_mapping)
7202                 return (FALSE);
7203
7204         /*
7205          * NB:  The sequence of updating a page table followed by accesses
7206          * to the corresponding pages used in the !DMAP case is subject to
7207          * the situation described in the "AMD64 Architecture Programmer's
7208          * Manual Volume 2: System Programming" rev. 3.23, "7.3.1 Special
7209          * Coherency Considerations".  Therefore, issuing the INVLPG right
7210          * after modifying the PTE bits is crucial.
7211          */
7212         if (!can_fault)
7213                 sched_pin();
7214         for (i = 0; i < count; i++) {
7215                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
7216                 if (paddr >= dmaplimit) {
7217                         if (can_fault) {
7218                                 /*
7219                                  * Slow path, since we can get page faults
7220                                  * while mappings are active don't pin the
7221                                  * thread to the CPU and instead add a global
7222                                  * mapping visible to all CPUs.
7223                                  */
7224                                 pmap_qenter(vaddr[i], &page[i], 1);
7225                         } else {
7226                                 pte = vtopte(vaddr[i]);
7227                                 cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap,
7228                                     page[i]->md.pat_mode, 0);
7229                                 pte_store(pte, paddr | X86_PG_RW | X86_PG_V |
7230                                     cache_bits);
7231                                 invlpg(vaddr[i]);
7232                         }
7233                 }
7234         }
7235
7236         return (needs_mapping);
7237 }
7238
7239 void
7240 pmap_unmap_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
7241     boolean_t can_fault)
7242 {
7243         vm_paddr_t paddr;
7244         int i;
7245
7246         if (!can_fault)
7247                 sched_unpin();
7248         for (i = 0; i < count; i++) {
7249                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
7250                 if (paddr >= dmaplimit) {
7251                         if (can_fault)
7252                                 pmap_qremove(vaddr[i], 1);
7253                         vmem_free(kernel_arena, vaddr[i], PAGE_SIZE);
7254                 }
7255         }
7256 }
7257
7258 vm_offset_t
7259 pmap_quick_enter_page(vm_page_t m)
7260 {
7261         vm_paddr_t paddr;
7262
7263         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
7264         if (paddr < dmaplimit)
7265                 return (PHYS_TO_DMAP(paddr));
7266         mtx_lock_spin(&qframe_mtx);
7267         KASSERT(*vtopte(qframe) == 0, ("qframe busy"));
7268         pte_store(vtopte(qframe), paddr | X86_PG_RW | X86_PG_V | X86_PG_A |
7269             X86_PG_M | pmap_cache_bits(kernel_pmap, m->md.pat_mode, 0));
7270         return (qframe);
7271 }
7272
7273 void
7274 pmap_quick_remove_page(vm_offset_t addr)
7275 {
7276
7277         if (addr != qframe)
7278                 return;
7279         pte_store(vtopte(qframe), 0);
7280         invlpg(qframe);
7281         mtx_unlock_spin(&qframe_mtx);
7282 }
7283
7284 #include "opt_ddb.h"
7285 #ifdef DDB
7286 #include <ddb/ddb.h>
7287
7288 DB_SHOW_COMMAND(pte, pmap_print_pte)
7289 {
7290         pmap_t pmap;
7291         pml4_entry_t *pml4;
7292         pdp_entry_t *pdp;
7293         pd_entry_t *pde;
7294         pt_entry_t *pte, PG_V;
7295         vm_offset_t va;
7296
7297         if (have_addr) {
7298                 va = (vm_offset_t)addr;
7299                 pmap = PCPU_GET(curpmap); /* XXX */
7300         } else {
7301                 db_printf("show pte addr\n");
7302                 return;
7303         }
7304         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7305         pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
7306         db_printf("VA %#016lx pml4e %#016lx", va, *pml4);
7307         if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
7308                 db_printf("\n");
7309                 return;
7310         }
7311         pdp = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4, va);
7312         db_printf(" pdpe %#016lx", *pdp);
7313         if ((*pdp & PG_V) == 0 || (*pdp & PG_PS) != 0) {
7314                 db_printf("\n");
7315                 return;
7316         }
7317         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdp, va);
7318         db_printf(" pde %#016lx", *pde);
7319         if ((*pde & PG_V) == 0 || (*pde & PG_PS) != 0) {
7320                 db_printf("\n");
7321                 return;
7322         }
7323         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
7324         db_printf(" pte %#016lx\n", *pte);
7325 }
7326
7327 DB_SHOW_COMMAND(phys2dmap, pmap_phys2dmap)
7328 {
7329         vm_paddr_t a;
7330
7331         if (have_addr) {
7332                 a = (vm_paddr_t)addr;
7333                 db_printf("0x%jx\n", (uintmax_t)PHYS_TO_DMAP(a));
7334         } else {
7335                 db_printf("show phys2dmap addr\n");
7336         }
7337 }
7338 #endif