]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/amd64/amd64/pmap.c
Document POPCNT erratum for 6th Generation Intel Core processors.
[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/bus.h>
108 #include <sys/systm.h>
109 #include <sys/kernel.h>
110 #include <sys/ktr.h>
111 #include <sys/lock.h>
112 #include <sys/malloc.h>
113 #include <sys/mman.h>
114 #include <sys/mutex.h>
115 #include <sys/proc.h>
116 #include <sys/rwlock.h>
117 #include <sys/sx.h>
118 #include <sys/turnstile.h>
119 #include <sys/vmem.h>
120 #include <sys/vmmeter.h>
121 #include <sys/sched.h>
122 #include <sys/sysctl.h>
123 #include <sys/smp.h>
124
125 #include <vm/vm.h>
126 #include <vm/vm_param.h>
127 #include <vm/vm_kern.h>
128 #include <vm/vm_page.h>
129 #include <vm/vm_map.h>
130 #include <vm/vm_object.h>
131 #include <vm/vm_extern.h>
132 #include <vm/vm_pageout.h>
133 #include <vm/vm_pager.h>
134 #include <vm/vm_phys.h>
135 #include <vm/vm_radix.h>
136 #include <vm/vm_reserv.h>
137 #include <vm/uma.h>
138
139 #include <machine/intr_machdep.h>
140 #include <x86/apicvar.h>
141 #include <machine/cpu.h>
142 #include <machine/cputypes.h>
143 #include <machine/md_var.h>
144 #include <machine/pcb.h>
145 #include <machine/specialreg.h>
146 #ifdef SMP
147 #include <machine/smp.h>
148 #endif
149
150 static __inline boolean_t
151 pmap_type_guest(pmap_t pmap)
152 {
153
154         return ((pmap->pm_type == PT_EPT) || (pmap->pm_type == PT_RVI));
155 }
156
157 static __inline boolean_t
158 pmap_emulate_ad_bits(pmap_t pmap)
159 {
160
161         return ((pmap->pm_flags & PMAP_EMULATE_AD_BITS) != 0);
162 }
163
164 static __inline pt_entry_t
165 pmap_valid_bit(pmap_t pmap)
166 {
167         pt_entry_t mask;
168
169         switch (pmap->pm_type) {
170         case PT_X86:
171         case PT_RVI:
172                 mask = X86_PG_V;
173                 break;
174         case PT_EPT:
175                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
176                         mask = EPT_PG_EMUL_V;
177                 else
178                         mask = EPT_PG_READ;
179                 break;
180         default:
181                 panic("pmap_valid_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
182         }
183
184         return (mask);
185 }
186
187 static __inline pt_entry_t
188 pmap_rw_bit(pmap_t pmap)
189 {
190         pt_entry_t mask;
191
192         switch (pmap->pm_type) {
193         case PT_X86:
194         case PT_RVI:
195                 mask = X86_PG_RW;
196                 break;
197         case PT_EPT:
198                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
199                         mask = EPT_PG_EMUL_RW;
200                 else
201                         mask = EPT_PG_WRITE;
202                 break;
203         default:
204                 panic("pmap_rw_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
205         }
206
207         return (mask);
208 }
209
210 static __inline pt_entry_t
211 pmap_global_bit(pmap_t pmap)
212 {
213         pt_entry_t mask;
214
215         switch (pmap->pm_type) {
216         case PT_X86:
217                 mask = X86_PG_G;
218                 break;
219         case PT_RVI:
220         case PT_EPT:
221                 mask = 0;
222                 break;
223         default:
224                 panic("pmap_global_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
225         }
226
227         return (mask);
228 }
229
230 static __inline pt_entry_t
231 pmap_accessed_bit(pmap_t pmap)
232 {
233         pt_entry_t mask;
234
235         switch (pmap->pm_type) {
236         case PT_X86:
237         case PT_RVI:
238                 mask = X86_PG_A;
239                 break;
240         case PT_EPT:
241                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
242                         mask = EPT_PG_READ;
243                 else
244                         mask = EPT_PG_A;
245                 break;
246         default:
247                 panic("pmap_accessed_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
248         }
249
250         return (mask);
251 }
252
253 static __inline pt_entry_t
254 pmap_modified_bit(pmap_t pmap)
255 {
256         pt_entry_t mask;
257
258         switch (pmap->pm_type) {
259         case PT_X86:
260         case PT_RVI:
261                 mask = X86_PG_M;
262                 break;
263         case PT_EPT:
264                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
265                         mask = EPT_PG_WRITE;
266                 else
267                         mask = EPT_PG_M;
268                 break;
269         default:
270                 panic("pmap_modified_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
271         }
272
273         return (mask);
274 }
275
276 extern  struct pcpu __pcpu[];
277
278 #if !defined(DIAGNOSTIC)
279 #ifdef __GNUC_GNU_INLINE__
280 #define PMAP_INLINE     __attribute__((__gnu_inline__)) inline
281 #else
282 #define PMAP_INLINE     extern inline
283 #endif
284 #else
285 #define PMAP_INLINE
286 #endif
287
288 #ifdef PV_STATS
289 #define PV_STAT(x)      do { x ; } while (0)
290 #else
291 #define PV_STAT(x)      do { } while (0)
292 #endif
293
294 #define pa_index(pa)    ((pa) >> PDRSHIFT)
295 #define pa_to_pvh(pa)   (&pv_table[pa_index(pa)])
296
297 #define NPV_LIST_LOCKS  MAXCPU
298
299 #define PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa)        \
300                         (&pv_list_locks[pa_index(pa) % NPV_LIST_LOCKS])
301
302 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa)  do {    \
303         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
304         struct rwlock *_new_lock;                       \
305                                                         \
306         _new_lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);           \
307         if (_new_lock != *_lockp) {                     \
308                 if (*_lockp != NULL)                    \
309                         rw_wunlock(*_lockp);            \
310                 *_lockp = _new_lock;                    \
311                 rw_wlock(*_lockp);                      \
312         }                                               \
313 } while (0)
314
315 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m)        \
316                         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, VM_PAGE_TO_PHYS(m))
317
318 #define RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp)             do {    \
319         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
320                                                         \
321         if (*_lockp != NULL) {                          \
322                 rw_wunlock(*_lockp);                    \
323                 *_lockp = NULL;                         \
324         }                                               \
325 } while (0)
326
327 #define VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m)      \
328                         PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(VM_PAGE_TO_PHYS(m))
329
330 struct pmap kernel_pmap_store;
331
332 vm_offset_t virtual_avail;      /* VA of first avail page (after kernel bss) */
333 vm_offset_t virtual_end;        /* VA of last avail page (end of kernel AS) */
334
335 int nkpt;
336 SYSCTL_INT(_machdep, OID_AUTO, nkpt, CTLFLAG_RD, &nkpt, 0,
337     "Number of kernel page table pages allocated on bootup");
338
339 static int ndmpdp;
340 vm_paddr_t dmaplimit;
341 vm_offset_t kernel_vm_end = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
342 pt_entry_t pg_nx;
343
344 static SYSCTL_NODE(_vm, OID_AUTO, pmap, CTLFLAG_RD, 0, "VM/pmap parameters");
345
346 static int pat_works = 1;
347 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pat_works, CTLFLAG_RD, &pat_works, 1,
348     "Is page attribute table fully functional?");
349
350 static int pg_ps_enabled = 1;
351 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pg_ps_enabled, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
352     &pg_ps_enabled, 0, "Are large page mappings enabled?");
353
354 #define PAT_INDEX_SIZE  8
355 static int pat_index[PAT_INDEX_SIZE];   /* cache mode to PAT index conversion */
356
357 static u_int64_t        KPTphys;        /* phys addr of kernel level 1 */
358 static u_int64_t        KPDphys;        /* phys addr of kernel level 2 */
359 u_int64_t               KPDPphys;       /* phys addr of kernel level 3 */
360 u_int64_t               KPML4phys;      /* phys addr of kernel level 4 */
361
362 static u_int64_t        DMPDphys;       /* phys addr of direct mapped level 2 */
363 static u_int64_t        DMPDPphys;      /* phys addr of direct mapped level 3 */
364 static int              ndmpdpphys;     /* number of DMPDPphys pages */
365
366 /*
367  * pmap_mapdev support pre initialization (i.e. console)
368  */
369 #define PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT      8
370 static struct pmap_preinit_mapping {
371         vm_paddr_t      pa;
372         vm_offset_t     va;
373         vm_size_t       sz;
374         int             mode;
375 } pmap_preinit_mapping[PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT];
376 static int pmap_initialized;
377
378 /*
379  * Data for the pv entry allocation mechanism.
380  * Updates to pv_invl_gen are protected by the pv_list_locks[]
381  * elements, but reads are not.
382  */
383 static TAILQ_HEAD(pch, pv_chunk) pv_chunks = TAILQ_HEAD_INITIALIZER(pv_chunks);
384 static struct mtx pv_chunks_mutex;
385 static struct rwlock pv_list_locks[NPV_LIST_LOCKS];
386 static u_long pv_invl_gen[NPV_LIST_LOCKS];
387 static struct md_page *pv_table;
388
389 /*
390  * All those kernel PT submaps that BSD is so fond of
391  */
392 pt_entry_t *CMAP1 = 0;
393 caddr_t CADDR1 = 0;
394 static vm_offset_t qframe = 0;
395 static struct mtx qframe_mtx;
396
397 static int pmap_flags = PMAP_PDE_SUPERPAGE;     /* flags for x86 pmaps */
398
399 int pmap_pcid_enabled = 1;
400 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pcid_enabled, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
401     &pmap_pcid_enabled, 0, "Is TLB Context ID enabled ?");
402 int invpcid_works = 0;
403 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, invpcid_works, CTLFLAG_RD, &invpcid_works, 0,
404     "Is the invpcid instruction available ?");
405
406 static int
407 pmap_pcid_save_cnt_proc(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
408 {
409         int i;
410         uint64_t res;
411
412         res = 0;
413         CPU_FOREACH(i) {
414                 res += cpuid_to_pcpu[i]->pc_pm_save_cnt;
415         }
416         return (sysctl_handle_64(oidp, &res, 0, req));
417 }
418 SYSCTL_PROC(_vm_pmap, OID_AUTO, pcid_save_cnt, CTLTYPE_U64 | CTLFLAG_RW |
419     CTLFLAG_MPSAFE, NULL, 0, pmap_pcid_save_cnt_proc, "QU",
420     "Count of saved TLB context on switch");
421
422 static LIST_HEAD(, pmap_invl_gen) pmap_invl_gen_tracker =
423     LIST_HEAD_INITIALIZER(&pmap_invl_gen_tracker);
424 static struct mtx invl_gen_mtx;
425 static u_long pmap_invl_gen = 0;
426 /* Fake lock object to satisfy turnstiles interface. */
427 static struct lock_object invl_gen_ts = {
428         .lo_name = "invlts",
429 };
430
431 #define PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI() \
432     KASSERT(curthread->td_md.md_invl_gen.gen == 0, ("DI already started"))
433
434 /*
435  * Start a new Delayed Invalidation (DI) block of code, executed by
436  * the current thread.  Within a DI block, the current thread may
437  * destroy both the page table and PV list entries for a mapping and
438  * then release the corresponding PV list lock before ensuring that
439  * the mapping is flushed from the TLBs of any processors with the
440  * pmap active.
441  */
442 static void
443 pmap_delayed_invl_started(void)
444 {
445         struct pmap_invl_gen *invl_gen;
446         u_long currgen;
447
448         invl_gen = &curthread->td_md.md_invl_gen;
449         PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI();
450         mtx_lock(&invl_gen_mtx);
451         if (LIST_EMPTY(&pmap_invl_gen_tracker))
452                 currgen = pmap_invl_gen;
453         else
454                 currgen = LIST_FIRST(&pmap_invl_gen_tracker)->gen;
455         invl_gen->gen = currgen + 1;
456         LIST_INSERT_HEAD(&pmap_invl_gen_tracker, invl_gen, link);
457         mtx_unlock(&invl_gen_mtx);
458 }
459
460 /*
461  * Finish the DI block, previously started by the current thread.  All
462  * required TLB flushes for the pages marked by
463  * pmap_delayed_invl_page() must be finished before this function is
464  * called.
465  *
466  * This function works by bumping the global DI generation number to
467  * the generation number of the current thread's DI, unless there is a
468  * pending DI that started earlier.  In the latter case, bumping the
469  * global DI generation number would incorrectly signal that the
470  * earlier DI had finished.  Instead, this function bumps the earlier
471  * DI's generation number to match the generation number of the
472  * current thread's DI.
473  */
474 static void
475 pmap_delayed_invl_finished(void)
476 {
477         struct pmap_invl_gen *invl_gen, *next;
478         struct turnstile *ts;
479
480         invl_gen = &curthread->td_md.md_invl_gen;
481         KASSERT(invl_gen->gen != 0, ("missed invl_started"));
482         mtx_lock(&invl_gen_mtx);
483         next = LIST_NEXT(invl_gen, link);
484         if (next == NULL) {
485                 turnstile_chain_lock(&invl_gen_ts);
486                 ts = turnstile_lookup(&invl_gen_ts);
487                 pmap_invl_gen = invl_gen->gen;
488                 if (ts != NULL) {
489                         turnstile_broadcast(ts, TS_SHARED_QUEUE);
490                         turnstile_unpend(ts, TS_SHARED_LOCK);
491                 }
492                 turnstile_chain_unlock(&invl_gen_ts);
493         } else {
494                 next->gen = invl_gen->gen;
495         }
496         LIST_REMOVE(invl_gen, link);
497         mtx_unlock(&invl_gen_mtx);
498         invl_gen->gen = 0;
499 }
500
501 #ifdef PV_STATS
502 static long invl_wait;
503 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, invl_wait, CTLFLAG_RD, &invl_wait, 0,
504     "Number of times DI invalidation blocked pmap_remove_all/write");
505 #endif
506
507 static u_long *
508 pmap_delayed_invl_genp(vm_page_t m)
509 {
510
511         return (&pv_invl_gen[pa_index(VM_PAGE_TO_PHYS(m)) % NPV_LIST_LOCKS]);
512 }
513
514 /*
515  * Ensure that all currently executing DI blocks, that need to flush
516  * TLB for the given page m, actually flushed the TLB at the time the
517  * function returned.  If the page m has an empty PV list and we call
518  * pmap_delayed_invl_wait(), upon its return we know that no CPU has a
519  * valid mapping for the page m in either its page table or TLB.
520  *
521  * This function works by blocking until the global DI generation
522  * number catches up with the generation number associated with the
523  * given page m and its PV list.  Since this function's callers
524  * typically own an object lock and sometimes own a page lock, it
525  * cannot sleep.  Instead, it blocks on a turnstile to relinquish the
526  * processor.
527  */
528 static void
529 pmap_delayed_invl_wait(vm_page_t m)
530 {
531         struct thread *td;
532         struct turnstile *ts;
533         u_long *m_gen;
534 #ifdef PV_STATS
535         bool accounted = false;
536 #endif
537
538         td = curthread;
539         m_gen = pmap_delayed_invl_genp(m);
540         while (*m_gen > pmap_invl_gen) {
541 #ifdef PV_STATS
542                 if (!accounted) {
543                         atomic_add_long(&invl_wait, 1);
544                         accounted = true;
545                 }
546 #endif
547                 ts = turnstile_trywait(&invl_gen_ts);
548                 if (*m_gen > pmap_invl_gen)
549                         turnstile_wait(ts, NULL, TS_SHARED_QUEUE);
550                 else
551                         turnstile_cancel(ts);
552         }
553 }
554
555 /*
556  * Mark the page m's PV list as participating in the current thread's
557  * DI block.  Any threads concurrently using m's PV list to remove or
558  * restrict all mappings to m will wait for the current thread's DI
559  * block to complete before proceeding.
560  *
561  * The function works by setting the DI generation number for m's PV
562  * list to at least * the number for the current thread.  This forces
563  * a caller to pmap_delayed_invl_wait() to spin until current thread
564  * calls pmap_delayed_invl_finished().
565  */
566 static void
567 pmap_delayed_invl_page(vm_page_t m)
568 {
569         u_long gen, *m_gen;
570
571         rw_assert(VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), RA_WLOCKED);
572         gen = curthread->td_md.md_invl_gen.gen;
573         if (gen == 0)
574                 return;
575         m_gen = pmap_delayed_invl_genp(m);
576         if (*m_gen < gen)
577                 *m_gen = gen;
578 }
579
580 /*
581  * Crashdump maps.
582  */
583 static caddr_t crashdumpmap;
584
585 static void     free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc);
586 static void     free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv);
587 static pv_entry_t get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp);
588 static int      popcnt_pc_map_elem_pq(uint64_t elem);
589 static vm_page_t reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp);
590 static void     reserve_pv_entries(pmap_t pmap, int needed,
591                     struct rwlock **lockp);
592 static void     pmap_pv_demote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
593                     struct rwlock **lockp);
594 static boolean_t pmap_pv_insert_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
595                     struct rwlock **lockp);
596 static void     pmap_pv_promote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
597                     struct rwlock **lockp);
598 static void     pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va);
599 static pv_entry_t pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap,
600                     vm_offset_t va);
601
602 static int pmap_change_attr_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode);
603 static boolean_t pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va);
604 static boolean_t pmap_demote_pde_locked(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde,
605     vm_offset_t va, struct rwlock **lockp);
606 static boolean_t pmap_demote_pdpe(pmap_t pmap, pdp_entry_t *pdpe,
607     vm_offset_t va);
608 static boolean_t pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
609     vm_prot_t prot, struct rwlock **lockp);
610 static vm_page_t pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
611     vm_page_t m, vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp);
612 static void pmap_fill_ptp(pt_entry_t *firstpte, pt_entry_t newpte);
613 static int pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte);
614 static void pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode);
615 static vm_page_t pmap_lookup_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
616 static void pmap_pde_attr(pd_entry_t *pde, int cache_bits, int mask);
617 static void pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
618     struct rwlock **lockp);
619 static boolean_t pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva,
620     vm_prot_t prot);
621 static void pmap_pte_attr(pt_entry_t *pte, int cache_bits, int mask);
622 static int pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
623     struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
624 static int pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t sva,
625     pd_entry_t ptepde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
626 static void pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte);
627 static void pmap_remove_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
628     struct spglist *free);
629 static boolean_t pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
630     vm_page_t m, struct rwlock **lockp);
631 static void pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
632     pd_entry_t newpde);
633 static void pmap_update_pde_invalidate(pmap_t, vm_offset_t va, pd_entry_t pde);
634
635 static vm_page_t _pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex,
636                 struct rwlock **lockp);
637 static vm_page_t pmap_allocpde(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
638                 struct rwlock **lockp);
639 static vm_page_t pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
640                 struct rwlock **lockp);
641
642 static void _pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
643     struct spglist *free);
644 static int pmap_unuse_pt(pmap_t, vm_offset_t, pd_entry_t, struct spglist *);
645 static vm_offset_t pmap_kmem_choose(vm_offset_t addr);
646
647 /*
648  * Move the kernel virtual free pointer to the next
649  * 2MB.  This is used to help improve performance
650  * by using a large (2MB) page for much of the kernel
651  * (.text, .data, .bss)
652  */
653 static vm_offset_t
654 pmap_kmem_choose(vm_offset_t addr)
655 {
656         vm_offset_t newaddr = addr;
657
658         newaddr = roundup2(addr, NBPDR);
659         return (newaddr);
660 }
661
662 /********************/
663 /* Inline functions */
664 /********************/
665
666 /* Return a non-clipped PD index for a given VA */
667 static __inline vm_pindex_t
668 pmap_pde_pindex(vm_offset_t va)
669 {
670         return (va >> PDRSHIFT);
671 }
672
673
674 /* Return various clipped indexes for a given VA */
675 static __inline vm_pindex_t
676 pmap_pte_index(vm_offset_t va)
677 {
678
679         return ((va >> PAGE_SHIFT) & ((1ul << NPTEPGSHIFT) - 1));
680 }
681
682 static __inline vm_pindex_t
683 pmap_pde_index(vm_offset_t va)
684 {
685
686         return ((va >> PDRSHIFT) & ((1ul << NPDEPGSHIFT) - 1));
687 }
688
689 static __inline vm_pindex_t
690 pmap_pdpe_index(vm_offset_t va)
691 {
692
693         return ((va >> PDPSHIFT) & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1));
694 }
695
696 static __inline vm_pindex_t
697 pmap_pml4e_index(vm_offset_t va)
698 {
699
700         return ((va >> PML4SHIFT) & ((1ul << NPML4EPGSHIFT) - 1));
701 }
702
703 /* Return a pointer to the PML4 slot that corresponds to a VA */
704 static __inline pml4_entry_t *
705 pmap_pml4e(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
706 {
707
708         return (&pmap->pm_pml4[pmap_pml4e_index(va)]);
709 }
710
711 /* Return a pointer to the PDP slot that corresponds to a VA */
712 static __inline pdp_entry_t *
713 pmap_pml4e_to_pdpe(pml4_entry_t *pml4e, vm_offset_t va)
714 {
715         pdp_entry_t *pdpe;
716
717         pdpe = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4e & PG_FRAME);
718         return (&pdpe[pmap_pdpe_index(va)]);
719 }
720
721 /* Return a pointer to the PDP slot that corresponds to a VA */
722 static __inline pdp_entry_t *
723 pmap_pdpe(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
724 {
725         pml4_entry_t *pml4e;
726         pt_entry_t PG_V;
727
728         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
729         pml4e = pmap_pml4e(pmap, va);
730         if ((*pml4e & PG_V) == 0)
731                 return (NULL);
732         return (pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, va));
733 }
734
735 /* Return a pointer to the PD slot that corresponds to a VA */
736 static __inline pd_entry_t *
737 pmap_pdpe_to_pde(pdp_entry_t *pdpe, vm_offset_t va)
738 {
739         pd_entry_t *pde;
740
741         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdpe & PG_FRAME);
742         return (&pde[pmap_pde_index(va)]);
743 }
744
745 /* Return a pointer to the PD slot that corresponds to a VA */
746 static __inline pd_entry_t *
747 pmap_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
748 {
749         pdp_entry_t *pdpe;
750         pt_entry_t PG_V;
751
752         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
753         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
754         if (pdpe == NULL || (*pdpe & PG_V) == 0)
755                 return (NULL);
756         return (pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va));
757 }
758
759 /* Return a pointer to the PT slot that corresponds to a VA */
760 static __inline pt_entry_t *
761 pmap_pde_to_pte(pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
762 {
763         pt_entry_t *pte;
764
765         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pde & PG_FRAME);
766         return (&pte[pmap_pte_index(va)]);
767 }
768
769 /* Return a pointer to the PT slot that corresponds to a VA */
770 static __inline pt_entry_t *
771 pmap_pte(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
772 {
773         pd_entry_t *pde;
774         pt_entry_t PG_V;
775
776         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
777         pde = pmap_pde(pmap, va);
778         if (pde == NULL || (*pde & PG_V) == 0)
779                 return (NULL);
780         if ((*pde & PG_PS) != 0)        /* compat with i386 pmap_pte() */
781                 return ((pt_entry_t *)pde);
782         return (pmap_pde_to_pte(pde, va));
783 }
784
785 static __inline void
786 pmap_resident_count_inc(pmap_t pmap, int count)
787 {
788
789         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
790         pmap->pm_stats.resident_count += count;
791 }
792
793 static __inline void
794 pmap_resident_count_dec(pmap_t pmap, int count)
795 {
796
797         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
798         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count >= count,
799             ("pmap %p resident count underflow %ld %d", pmap,
800             pmap->pm_stats.resident_count, count));
801         pmap->pm_stats.resident_count -= count;
802 }
803
804 PMAP_INLINE pt_entry_t *
805 vtopte(vm_offset_t va)
806 {
807         u_int64_t mask = ((1ul << (NPTEPGSHIFT + NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT)) - 1);
808
809         KASSERT(va >= VM_MAXUSER_ADDRESS, ("vtopte on a uva/gpa 0x%0lx", va));
810
811         return (PTmap + ((va >> PAGE_SHIFT) & mask));
812 }
813
814 static __inline pd_entry_t *
815 vtopde(vm_offset_t va)
816 {
817         u_int64_t mask = ((1ul << (NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT)) - 1);
818
819         KASSERT(va >= VM_MAXUSER_ADDRESS, ("vtopde on a uva/gpa 0x%0lx", va));
820
821         return (PDmap + ((va >> PDRSHIFT) & mask));
822 }
823
824 static u_int64_t
825 allocpages(vm_paddr_t *firstaddr, int n)
826 {
827         u_int64_t ret;
828
829         ret = *firstaddr;
830         bzero((void *)ret, n * PAGE_SIZE);
831         *firstaddr += n * PAGE_SIZE;
832         return (ret);
833 }
834
835 CTASSERT(powerof2(NDMPML4E));
836
837 /* number of kernel PDP slots */
838 #define NKPDPE(ptpgs)           howmany(ptpgs, NPDEPG)
839
840 static void
841 nkpt_init(vm_paddr_t addr)
842 {
843         int pt_pages;
844         
845 #ifdef NKPT
846         pt_pages = NKPT;
847 #else
848         pt_pages = howmany(addr, 1 << PDRSHIFT);
849         pt_pages += NKPDPE(pt_pages);
850
851         /*
852          * Add some slop beyond the bare minimum required for bootstrapping
853          * the kernel.
854          *
855          * This is quite important when allocating KVA for kernel modules.
856          * The modules are required to be linked in the negative 2GB of
857          * the address space.  If we run out of KVA in this region then
858          * pmap_growkernel() will need to allocate page table pages to map
859          * the entire 512GB of KVA space which is an unnecessary tax on
860          * physical memory.
861          *
862          * Secondly, device memory mapped as part of setting up the low-
863          * level console(s) is taken from KVA, starting at virtual_avail.
864          * This is because cninit() is called after pmap_bootstrap() but
865          * before vm_init() and pmap_init(). 20MB for a frame buffer is
866          * not uncommon.
867          */
868         pt_pages += 32;         /* 64MB additional slop. */
869 #endif
870         nkpt = pt_pages;
871 }
872
873 static void
874 create_pagetables(vm_paddr_t *firstaddr)
875 {
876         int i, j, ndm1g, nkpdpe;
877         pt_entry_t *pt_p;
878         pd_entry_t *pd_p;
879         pdp_entry_t *pdp_p;
880         pml4_entry_t *p4_p;
881
882         /* Allocate page table pages for the direct map */
883         ndmpdp = howmany(ptoa(Maxmem), NBPDP);
884         if (ndmpdp < 4)         /* Minimum 4GB of dirmap */
885                 ndmpdp = 4;
886         ndmpdpphys = howmany(ndmpdp, NPDPEPG);
887         if (ndmpdpphys > NDMPML4E) {
888                 /*
889                  * Each NDMPML4E allows 512 GB, so limit to that,
890                  * and then readjust ndmpdp and ndmpdpphys.
891                  */
892                 printf("NDMPML4E limits system to %d GB\n", NDMPML4E * 512);
893                 Maxmem = atop(NDMPML4E * NBPML4);
894                 ndmpdpphys = NDMPML4E;
895                 ndmpdp = NDMPML4E * NPDEPG;
896         }
897         DMPDPphys = allocpages(firstaddr, ndmpdpphys);
898         ndm1g = 0;
899         if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0)
900                 ndm1g = ptoa(Maxmem) >> PDPSHIFT;
901         if (ndm1g < ndmpdp)
902                 DMPDphys = allocpages(firstaddr, ndmpdp - ndm1g);
903         dmaplimit = (vm_paddr_t)ndmpdp << PDPSHIFT;
904
905         /* Allocate pages */
906         KPML4phys = allocpages(firstaddr, 1);
907         KPDPphys = allocpages(firstaddr, NKPML4E);
908
909         /*
910          * Allocate the initial number of kernel page table pages required to
911          * bootstrap.  We defer this until after all memory-size dependent
912          * allocations are done (e.g. direct map), so that we don't have to
913          * build in too much slop in our estimate.
914          *
915          * Note that when NKPML4E > 1, we have an empty page underneath
916          * all but the KPML4I'th one, so we need NKPML4E-1 extra (zeroed)
917          * pages.  (pmap_enter requires a PD page to exist for each KPML4E.)
918          */
919         nkpt_init(*firstaddr);
920         nkpdpe = NKPDPE(nkpt);
921
922         KPTphys = allocpages(firstaddr, nkpt);
923         KPDphys = allocpages(firstaddr, nkpdpe);
924
925         /* Fill in the underlying page table pages */
926         /* Nominally read-only (but really R/W) from zero to physfree */
927         /* XXX not fully used, underneath 2M pages */
928         pt_p = (pt_entry_t *)KPTphys;
929         for (i = 0; ptoa(i) < *firstaddr; i++)
930                 pt_p[i] = ptoa(i) | X86_PG_RW | X86_PG_V | X86_PG_G;
931
932         /* Now map the page tables at their location within PTmap */
933         pd_p = (pd_entry_t *)KPDphys;
934         for (i = 0; i < nkpt; i++)
935                 pd_p[i] = (KPTphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW | X86_PG_V;
936
937         /* Map from zero to end of allocations under 2M pages */
938         /* This replaces some of the KPTphys entries above */
939         for (i = 0; (i << PDRSHIFT) < *firstaddr; i++)
940                 pd_p[i] = (i << PDRSHIFT) | X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_PS |
941                     X86_PG_G;
942
943         /* And connect up the PD to the PDP (leaving room for L4 pages) */
944         pdp_p = (pdp_entry_t *)(KPDPphys + ptoa(KPML4I - KPML4BASE));
945         for (i = 0; i < nkpdpe; i++)
946                 pdp_p[i + KPDPI] = (KPDphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW | X86_PG_V |
947                     PG_U;
948
949         /*
950          * Now, set up the direct map region using 2MB and/or 1GB pages.  If
951          * the end of physical memory is not aligned to a 1GB page boundary,
952          * then the residual physical memory is mapped with 2MB pages.  Later,
953          * if pmap_mapdev{_attr}() uses the direct map for non-write-back
954          * memory, pmap_change_attr() will demote any 2MB or 1GB page mappings
955          * that are partially used. 
956          */
957         pd_p = (pd_entry_t *)DMPDphys;
958         for (i = NPDEPG * ndm1g, j = 0; i < NPDEPG * ndmpdp; i++, j++) {
959                 pd_p[j] = (vm_paddr_t)i << PDRSHIFT;
960                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
961                 pd_p[j] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_PS | X86_PG_G |
962                     X86_PG_M | X86_PG_A;
963         }
964         pdp_p = (pdp_entry_t *)DMPDPphys;
965         for (i = 0; i < ndm1g; i++) {
966                 pdp_p[i] = (vm_paddr_t)i << PDPSHIFT;
967                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
968                 pdp_p[i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_PS | X86_PG_G |
969                     X86_PG_M | X86_PG_A;
970         }
971         for (j = 0; i < ndmpdp; i++, j++) {
972                 pdp_p[i] = DMPDphys + ptoa(j);
973                 pdp_p[i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_U;
974         }
975
976         /* And recursively map PML4 to itself in order to get PTmap */
977         p4_p = (pml4_entry_t *)KPML4phys;
978         p4_p[PML4PML4I] = KPML4phys;
979         p4_p[PML4PML4I] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_U;
980
981         /* Connect the Direct Map slot(s) up to the PML4. */
982         for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++) {
983                 p4_p[DMPML4I + i] = DMPDPphys + ptoa(i);
984                 p4_p[DMPML4I + i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_U;
985         }
986
987         /* Connect the KVA slots up to the PML4 */
988         for (i = 0; i < NKPML4E; i++) {
989                 p4_p[KPML4BASE + i] = KPDPphys + ptoa(i);
990                 p4_p[KPML4BASE + i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_U;
991         }
992 }
993
994 /*
995  *      Bootstrap the system enough to run with virtual memory.
996  *
997  *      On amd64 this is called after mapping has already been enabled
998  *      and just syncs the pmap module with what has already been done.
999  *      [We can't call it easily with mapping off since the kernel is not
1000  *      mapped with PA == VA, hence we would have to relocate every address
1001  *      from the linked base (virtual) address "KERNBASE" to the actual
1002  *      (physical) address starting relative to 0]
1003  */
1004 void
1005 pmap_bootstrap(vm_paddr_t *firstaddr)
1006 {
1007         vm_offset_t va;
1008         pt_entry_t *pte;
1009         int i;
1010
1011         /*
1012          * Create an initial set of page tables to run the kernel in.
1013          */
1014         create_pagetables(firstaddr);
1015
1016         /*
1017          * Add a physical memory segment (vm_phys_seg) corresponding to the
1018          * preallocated kernel page table pages so that vm_page structures
1019          * representing these pages will be created.  The vm_page structures
1020          * are required for promotion of the corresponding kernel virtual
1021          * addresses to superpage mappings.
1022          */
1023         vm_phys_add_seg(KPTphys, KPTphys + ptoa(nkpt));
1024
1025         virtual_avail = (vm_offset_t) KERNBASE + *firstaddr;
1026         virtual_avail = pmap_kmem_choose(virtual_avail);
1027
1028         virtual_end = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS;
1029
1030
1031         /* XXX do %cr0 as well */
1032         load_cr4(rcr4() | CR4_PGE);
1033         load_cr3(KPML4phys);
1034         if (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_SMEP)
1035                 load_cr4(rcr4() | CR4_SMEP);
1036
1037         /*
1038          * Initialize the kernel pmap (which is statically allocated).
1039          */
1040         PMAP_LOCK_INIT(kernel_pmap);
1041         kernel_pmap->pm_pml4 = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(KPML4phys);
1042         kernel_pmap->pm_cr3 = KPML4phys;
1043         CPU_FILL(&kernel_pmap->pm_active);      /* don't allow deactivation */
1044         TAILQ_INIT(&kernel_pmap->pm_pvchunk);
1045         kernel_pmap->pm_flags = pmap_flags;
1046
1047         /*
1048          * Initialize the TLB invalidations generation number lock.
1049          */
1050         mtx_init(&invl_gen_mtx, "invlgn", NULL, MTX_DEF);
1051
1052         /*
1053          * Reserve some special page table entries/VA space for temporary
1054          * mapping of pages.
1055          */
1056 #define SYSMAP(c, p, v, n)      \
1057         v = (c)va; va += ((n)*PAGE_SIZE); p = pte; pte += (n);
1058
1059         va = virtual_avail;
1060         pte = vtopte(va);
1061
1062         /*
1063          * Crashdump maps.  The first page is reused as CMAP1 for the
1064          * memory test.
1065          */
1066         SYSMAP(caddr_t, CMAP1, crashdumpmap, MAXDUMPPGS)
1067         CADDR1 = crashdumpmap;
1068
1069         virtual_avail = va;
1070
1071         /* Initialize the PAT MSR. */
1072         pmap_init_pat();
1073
1074         /* Initialize TLB Context Id. */
1075         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.pcid_enabled", &pmap_pcid_enabled);
1076         if ((cpu_feature2 & CPUID2_PCID) != 0 && pmap_pcid_enabled) {
1077                 /* Check for INVPCID support */
1078                 invpcid_works = (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_INVPCID)
1079                     != 0;
1080                 for (i = 0; i < MAXCPU; i++) {
1081                         kernel_pmap->pm_pcids[i].pm_pcid = PMAP_PCID_KERN;
1082                         kernel_pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 1;
1083                 }
1084                 __pcpu[0].pc_pcid_next = PMAP_PCID_KERN + 1;
1085                 __pcpu[0].pc_pcid_gen = 1;
1086                 /*
1087                  * pcpu area for APs is zeroed during AP startup.
1088                  * pc_pcid_next and pc_pcid_gen are initialized by AP
1089                  * during pcpu setup.
1090                  */
1091                 load_cr4(rcr4() | CR4_PCIDE);
1092         } else {
1093                 pmap_pcid_enabled = 0;
1094         }
1095 }
1096
1097 /*
1098  * Setup the PAT MSR.
1099  */
1100 void
1101 pmap_init_pat(void)
1102 {
1103         int pat_table[PAT_INDEX_SIZE];
1104         uint64_t pat_msr;
1105         u_long cr0, cr4;
1106         int i;
1107
1108         /* Bail if this CPU doesn't implement PAT. */
1109         if ((cpu_feature & CPUID_PAT) == 0)
1110                 panic("no PAT??");
1111
1112         /* Set default PAT index table. */
1113         for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
1114                 pat_table[i] = -1;
1115         pat_table[PAT_WRITE_BACK] = 0;
1116         pat_table[PAT_WRITE_THROUGH] = 1;
1117         pat_table[PAT_UNCACHEABLE] = 3;
1118         pat_table[PAT_WRITE_COMBINING] = 3;
1119         pat_table[PAT_WRITE_PROTECTED] = 3;
1120         pat_table[PAT_UNCACHED] = 3;
1121
1122         /* Initialize default PAT entries. */
1123         pat_msr = PAT_VALUE(0, PAT_WRITE_BACK) |
1124             PAT_VALUE(1, PAT_WRITE_THROUGH) |
1125             PAT_VALUE(2, PAT_UNCACHED) |
1126             PAT_VALUE(3, PAT_UNCACHEABLE) |
1127             PAT_VALUE(4, PAT_WRITE_BACK) |
1128             PAT_VALUE(5, PAT_WRITE_THROUGH) |
1129             PAT_VALUE(6, PAT_UNCACHED) |
1130             PAT_VALUE(7, PAT_UNCACHEABLE);
1131
1132         if (pat_works) {
1133                 /*
1134                  * Leave the indices 0-3 at the default of WB, WT, UC-, and UC.
1135                  * Program 5 and 6 as WP and WC.
1136                  * Leave 4 and 7 as WB and UC.
1137                  */
1138                 pat_msr &= ~(PAT_MASK(5) | PAT_MASK(6));
1139                 pat_msr |= PAT_VALUE(5, PAT_WRITE_PROTECTED) |
1140                     PAT_VALUE(6, PAT_WRITE_COMBINING);
1141                 pat_table[PAT_UNCACHED] = 2;
1142                 pat_table[PAT_WRITE_PROTECTED] = 5;
1143                 pat_table[PAT_WRITE_COMBINING] = 6;
1144         } else {
1145                 /*
1146                  * Just replace PAT Index 2 with WC instead of UC-.
1147                  */
1148                 pat_msr &= ~PAT_MASK(2);
1149                 pat_msr |= PAT_VALUE(2, PAT_WRITE_COMBINING);
1150                 pat_table[PAT_WRITE_COMBINING] = 2;
1151         }
1152
1153         /* Disable PGE. */
1154         cr4 = rcr4();
1155         load_cr4(cr4 & ~CR4_PGE);
1156
1157         /* Disable caches (CD = 1, NW = 0). */
1158         cr0 = rcr0();
1159         load_cr0((cr0 & ~CR0_NW) | CR0_CD);
1160
1161         /* Flushes caches and TLBs. */
1162         wbinvd();
1163         invltlb();
1164
1165         /* Update PAT and index table. */
1166         wrmsr(MSR_PAT, pat_msr);
1167         for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
1168                 pat_index[i] = pat_table[i];
1169
1170         /* Flush caches and TLBs again. */
1171         wbinvd();
1172         invltlb();
1173
1174         /* Restore caches and PGE. */
1175         load_cr0(cr0);
1176         load_cr4(cr4);
1177 }
1178
1179 /*
1180  *      Initialize a vm_page's machine-dependent fields.
1181  */
1182 void
1183 pmap_page_init(vm_page_t m)
1184 {
1185
1186         TAILQ_INIT(&m->md.pv_list);
1187         m->md.pat_mode = PAT_WRITE_BACK;
1188 }
1189
1190 /*
1191  *      Initialize the pmap module.
1192  *      Called by vm_init, to initialize any structures that the pmap
1193  *      system needs to map virtual memory.
1194  */
1195 void
1196 pmap_init(void)
1197 {
1198         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
1199         vm_page_t mpte;
1200         vm_size_t s;
1201         int error, i, pv_npg;
1202
1203         /*
1204          * Initialize the vm page array entries for the kernel pmap's
1205          * page table pages.
1206          */ 
1207         for (i = 0; i < nkpt; i++) {
1208                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(KPTphys + (i << PAGE_SHIFT));
1209                 KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
1210                     mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
1211                     ("pmap_init: page table page is out of range"));
1212                 mpte->pindex = pmap_pde_pindex(KERNBASE) + i;
1213                 mpte->phys_addr = KPTphys + (i << PAGE_SHIFT);
1214         }
1215
1216         /*
1217          * If the kernel is running on a virtual machine, then it must assume
1218          * that MCA is enabled by the hypervisor.  Moreover, the kernel must
1219          * be prepared for the hypervisor changing the vendor and family that
1220          * are reported by CPUID.  Consequently, the workaround for AMD Family
1221          * 10h Erratum 383 is enabled if the processor's feature set does not
1222          * include at least one feature that is only supported by older Intel
1223          * or newer AMD processors.
1224          */
1225         if (vm_guest == VM_GUEST_VM && (cpu_feature & CPUID_SS) == 0 &&
1226             (cpu_feature2 & (CPUID2_SSSE3 | CPUID2_SSE41 | CPUID2_AESNI |
1227             CPUID2_AVX | CPUID2_XSAVE)) == 0 && (amd_feature2 & (AMDID2_XOP |
1228             AMDID2_FMA4)) == 0)
1229                 workaround_erratum383 = 1;
1230
1231         /*
1232          * Are large page mappings enabled?
1233          */
1234         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.pg_ps_enabled", &pg_ps_enabled);
1235         if (pg_ps_enabled) {
1236                 KASSERT(MAXPAGESIZES > 1 && pagesizes[1] == 0,
1237                     ("pmap_init: can't assign to pagesizes[1]"));
1238                 pagesizes[1] = NBPDR;
1239         }
1240
1241         /*
1242          * Initialize the pv chunk list mutex.
1243          */
1244         mtx_init(&pv_chunks_mutex, "pmap pv chunk list", NULL, MTX_DEF);
1245
1246         /*
1247          * Initialize the pool of pv list locks.
1248          */
1249         for (i = 0; i < NPV_LIST_LOCKS; i++)
1250                 rw_init(&pv_list_locks[i], "pmap pv list");
1251
1252         /*
1253          * Calculate the size of the pv head table for superpages.
1254          */
1255         pv_npg = howmany(vm_phys_segs[vm_phys_nsegs - 1].end, NBPDR);
1256
1257         /*
1258          * Allocate memory for the pv head table for superpages.
1259          */
1260         s = (vm_size_t)(pv_npg * sizeof(struct md_page));
1261         s = round_page(s);
1262         pv_table = (struct md_page *)kmem_malloc(kernel_arena, s,
1263             M_WAITOK | M_ZERO);
1264         for (i = 0; i < pv_npg; i++)
1265                 TAILQ_INIT(&pv_table[i].pv_list);
1266
1267         pmap_initialized = 1;
1268         for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
1269                 ppim = pmap_preinit_mapping + i;
1270                 if (ppim->va == 0)
1271                         continue;
1272                 /* Make the direct map consistent */
1273                 if (ppim->pa < dmaplimit && ppim->pa + ppim->sz < dmaplimit) {
1274                         (void)pmap_change_attr(PHYS_TO_DMAP(ppim->pa),
1275                             ppim->sz, ppim->mode);
1276                 }
1277                 if (!bootverbose)
1278                         continue;
1279                 printf("PPIM %u: PA=%#lx, VA=%#lx, size=%#lx, mode=%#x\n", i,
1280                     ppim->pa, ppim->va, ppim->sz, ppim->mode);
1281         }
1282
1283         mtx_init(&qframe_mtx, "qfrmlk", NULL, MTX_SPIN);
1284         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE, M_BESTFIT | M_WAITOK,
1285             (vmem_addr_t *)&qframe);
1286         if (error != 0)
1287                 panic("qframe allocation failed");
1288 }
1289
1290 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, pde, CTLFLAG_RD, 0,
1291     "2MB page mapping counters");
1292
1293 static u_long pmap_pde_demotions;
1294 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
1295     &pmap_pde_demotions, 0, "2MB page demotions");
1296
1297 static u_long pmap_pde_mappings;
1298 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, mappings, CTLFLAG_RD,
1299     &pmap_pde_mappings, 0, "2MB page mappings");
1300
1301 static u_long pmap_pde_p_failures;
1302 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, p_failures, CTLFLAG_RD,
1303     &pmap_pde_p_failures, 0, "2MB page promotion failures");
1304
1305 static u_long pmap_pde_promotions;
1306 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, promotions, CTLFLAG_RD,
1307     &pmap_pde_promotions, 0, "2MB page promotions");
1308
1309 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, pdpe, CTLFLAG_RD, 0,
1310     "1GB page mapping counters");
1311
1312 static u_long pmap_pdpe_demotions;
1313 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pdpe, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
1314     &pmap_pdpe_demotions, 0, "1GB page demotions");
1315
1316 /***************************************************
1317  * Low level helper routines.....
1318  ***************************************************/
1319
1320 static pt_entry_t
1321 pmap_swap_pat(pmap_t pmap, pt_entry_t entry)
1322 {
1323         int x86_pat_bits = X86_PG_PTE_PAT | X86_PG_PDE_PAT;
1324
1325         switch (pmap->pm_type) {
1326         case PT_X86:
1327         case PT_RVI:
1328                 /* Verify that both PAT bits are not set at the same time */
1329                 KASSERT((entry & x86_pat_bits) != x86_pat_bits,
1330                     ("Invalid PAT bits in entry %#lx", entry));
1331
1332                 /* Swap the PAT bits if one of them is set */
1333                 if ((entry & x86_pat_bits) != 0)
1334                         entry ^= x86_pat_bits;
1335                 break;
1336         case PT_EPT:
1337                 /*
1338                  * Nothing to do - the memory attributes are represented
1339                  * the same way for regular pages and superpages.
1340                  */
1341                 break;
1342         default:
1343                 panic("pmap_switch_pat_bits: bad pm_type %d", pmap->pm_type);
1344         }
1345
1346         return (entry);
1347 }
1348
1349 /*
1350  * Determine the appropriate bits to set in a PTE or PDE for a specified
1351  * caching mode.
1352  */
1353 static int
1354 pmap_cache_bits(pmap_t pmap, int mode, boolean_t is_pde)
1355 {
1356         int cache_bits, pat_flag, pat_idx;
1357
1358         if (mode < 0 || mode >= PAT_INDEX_SIZE || pat_index[mode] < 0)
1359                 panic("Unknown caching mode %d\n", mode);
1360
1361         switch (pmap->pm_type) {
1362         case PT_X86:
1363         case PT_RVI:
1364                 /* The PAT bit is different for PTE's and PDE's. */
1365                 pat_flag = is_pde ? X86_PG_PDE_PAT : X86_PG_PTE_PAT;
1366
1367                 /* Map the caching mode to a PAT index. */
1368                 pat_idx = pat_index[mode];
1369
1370                 /* Map the 3-bit index value into the PAT, PCD, and PWT bits. */
1371                 cache_bits = 0;
1372                 if (pat_idx & 0x4)
1373                         cache_bits |= pat_flag;
1374                 if (pat_idx & 0x2)
1375                         cache_bits |= PG_NC_PCD;
1376                 if (pat_idx & 0x1)
1377                         cache_bits |= PG_NC_PWT;
1378                 break;
1379
1380         case PT_EPT:
1381                 cache_bits = EPT_PG_IGNORE_PAT | EPT_PG_MEMORY_TYPE(mode);
1382                 break;
1383
1384         default:
1385                 panic("unsupported pmap type %d", pmap->pm_type);
1386         }
1387
1388         return (cache_bits);
1389 }
1390
1391 static int
1392 pmap_cache_mask(pmap_t pmap, boolean_t is_pde)
1393 {
1394         int mask;
1395
1396         switch (pmap->pm_type) {
1397         case PT_X86:
1398         case PT_RVI:
1399                 mask = is_pde ? X86_PG_PDE_CACHE : X86_PG_PTE_CACHE;
1400                 break;
1401         case PT_EPT:
1402                 mask = EPT_PG_IGNORE_PAT | EPT_PG_MEMORY_TYPE(0x7);
1403                 break;
1404         default:
1405                 panic("pmap_cache_mask: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
1406         }
1407
1408         return (mask);
1409 }
1410
1411 static __inline boolean_t
1412 pmap_ps_enabled(pmap_t pmap)
1413 {
1414
1415         return (pg_ps_enabled && (pmap->pm_flags & PMAP_PDE_SUPERPAGE) != 0);
1416 }
1417
1418 static void
1419 pmap_update_pde_store(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
1420 {
1421
1422         switch (pmap->pm_type) {
1423         case PT_X86:
1424                 break;
1425         case PT_RVI:
1426         case PT_EPT:
1427                 /*
1428                  * XXX
1429                  * This is a little bogus since the generation number is
1430                  * supposed to be bumped up when a region of the address
1431                  * space is invalidated in the page tables.
1432                  *
1433                  * In this case the old PDE entry is valid but yet we want
1434                  * to make sure that any mappings using the old entry are
1435                  * invalidated in the TLB.
1436                  *
1437                  * The reason this works as expected is because we rendezvous
1438                  * "all" host cpus and force any vcpu context to exit as a
1439                  * side-effect.
1440                  */
1441                 atomic_add_acq_long(&pmap->pm_eptgen, 1);
1442                 break;
1443         default:
1444                 panic("pmap_update_pde_store: bad pm_type %d", pmap->pm_type);
1445         }
1446         pde_store(pde, newpde);
1447 }
1448
1449 /*
1450  * After changing the page size for the specified virtual address in the page
1451  * table, flush the corresponding entries from the processor's TLB.  Only the
1452  * calling processor's TLB is affected.
1453  *
1454  * The calling thread must be pinned to a processor.
1455  */
1456 static void
1457 pmap_update_pde_invalidate(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t newpde)
1458 {
1459         pt_entry_t PG_G;
1460
1461         if (pmap_type_guest(pmap))
1462                 return;
1463
1464         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
1465             ("pmap_update_pde_invalidate: invalid type %d", pmap->pm_type));
1466
1467         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
1468
1469         if ((newpde & PG_PS) == 0)
1470                 /* Demotion: flush a specific 2MB page mapping. */
1471                 invlpg(va);
1472         else if ((newpde & PG_G) == 0)
1473                 /*
1474                  * Promotion: flush every 4KB page mapping from the TLB
1475                  * because there are too many to flush individually.
1476                  */
1477                 invltlb();
1478         else {
1479                 /*
1480                  * Promotion: flush every 4KB page mapping from the TLB,
1481                  * including any global (PG_G) mappings.
1482                  */
1483                 invltlb_glob();
1484         }
1485 }
1486 #ifdef SMP
1487
1488 /*
1489  * For SMP, these functions have to use the IPI mechanism for coherence.
1490  *
1491  * N.B.: Before calling any of the following TLB invalidation functions,
1492  * the calling processor must ensure that all stores updating a non-
1493  * kernel page table are globally performed.  Otherwise, another
1494  * processor could cache an old, pre-update entry without being
1495  * invalidated.  This can happen one of two ways: (1) The pmap becomes
1496  * active on another processor after its pm_active field is checked by
1497  * one of the following functions but before a store updating the page
1498  * table is globally performed. (2) The pmap becomes active on another
1499  * processor before its pm_active field is checked but due to
1500  * speculative loads one of the following functions stills reads the
1501  * pmap as inactive on the other processor.
1502  * 
1503  * The kernel page table is exempt because its pm_active field is
1504  * immutable.  The kernel page table is always active on every
1505  * processor.
1506  */
1507
1508 /*
1509  * Interrupt the cpus that are executing in the guest context.
1510  * This will force the vcpu to exit and the cached EPT mappings
1511  * will be invalidated by the host before the next vmresume.
1512  */
1513 static __inline void
1514 pmap_invalidate_ept(pmap_t pmap)
1515 {
1516         int ipinum;
1517
1518         sched_pin();
1519         KASSERT(!CPU_ISSET(curcpu, &pmap->pm_active),
1520             ("pmap_invalidate_ept: absurd pm_active"));
1521
1522         /*
1523          * The TLB mappings associated with a vcpu context are not
1524          * flushed each time a different vcpu is chosen to execute.
1525          *
1526          * This is in contrast with a process's vtop mappings that
1527          * are flushed from the TLB on each context switch.
1528          *
1529          * Therefore we need to do more than just a TLB shootdown on
1530          * the active cpus in 'pmap->pm_active'. To do this we keep
1531          * track of the number of invalidations performed on this pmap.
1532          *
1533          * Each vcpu keeps a cache of this counter and compares it
1534          * just before a vmresume. If the counter is out-of-date an
1535          * invept will be done to flush stale mappings from the TLB.
1536          */
1537         atomic_add_acq_long(&pmap->pm_eptgen, 1);
1538
1539         /*
1540          * Force the vcpu to exit and trap back into the hypervisor.
1541          */
1542         ipinum = pmap->pm_flags & PMAP_NESTED_IPIMASK;
1543         ipi_selected(pmap->pm_active, ipinum);
1544         sched_unpin();
1545 }
1546
1547 void
1548 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1549 {
1550         cpuset_t *mask;
1551         u_int cpuid, i;
1552
1553         if (pmap_type_guest(pmap)) {
1554                 pmap_invalidate_ept(pmap);
1555                 return;
1556         }
1557
1558         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
1559             ("pmap_invalidate_page: invalid type %d", pmap->pm_type));
1560
1561         sched_pin();
1562         if (pmap == kernel_pmap) {
1563                 invlpg(va);
1564                 mask = &all_cpus;
1565         } else {
1566                 cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1567                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap))
1568                         invlpg(va);
1569                 else if (pmap_pcid_enabled)
1570                         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = 0;
1571                 if (pmap_pcid_enabled) {
1572                         CPU_FOREACH(i) {
1573                                 if (cpuid != i)
1574                                         pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
1575                         }
1576                 }
1577                 mask = &pmap->pm_active;
1578         }
1579         smp_masked_invlpg(*mask, va);
1580         sched_unpin();
1581 }
1582
1583 /* 4k PTEs -- Chosen to exceed the total size of Broadwell L2 TLB */
1584 #define PMAP_INVLPG_THRESHOLD   (4 * 1024 * PAGE_SIZE)
1585
1586 void
1587 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
1588 {
1589         cpuset_t *mask;
1590         vm_offset_t addr;
1591         u_int cpuid, i;
1592
1593         if (eva - sva >= PMAP_INVLPG_THRESHOLD) {
1594                 pmap_invalidate_all(pmap);
1595                 return;
1596         }
1597
1598         if (pmap_type_guest(pmap)) {
1599                 pmap_invalidate_ept(pmap);
1600                 return;
1601         }
1602
1603         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
1604             ("pmap_invalidate_range: invalid type %d", pmap->pm_type));
1605
1606         sched_pin();
1607         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1608         if (pmap == kernel_pmap) {
1609                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
1610                         invlpg(addr);
1611                 mask = &all_cpus;
1612         } else {
1613                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
1614                         for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
1615                                 invlpg(addr);
1616                 } else if (pmap_pcid_enabled) {
1617                         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = 0;
1618                 }
1619                 if (pmap_pcid_enabled) {
1620                         CPU_FOREACH(i) {
1621                                 if (cpuid != i)
1622                                         pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
1623                         }
1624                 }
1625                 mask = &pmap->pm_active;
1626         }
1627         smp_masked_invlpg_range(*mask, sva, eva);
1628         sched_unpin();
1629 }
1630
1631 void
1632 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
1633 {
1634         cpuset_t *mask;
1635         struct invpcid_descr d;
1636         u_int cpuid, i;
1637
1638         if (pmap_type_guest(pmap)) {
1639                 pmap_invalidate_ept(pmap);
1640                 return;
1641         }
1642
1643         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
1644             ("pmap_invalidate_all: invalid type %d", pmap->pm_type));
1645
1646         sched_pin();
1647         if (pmap == kernel_pmap) {
1648                 if (pmap_pcid_enabled && invpcid_works) {
1649                         bzero(&d, sizeof(d));
1650                         invpcid(&d, INVPCID_CTXGLOB);
1651                 } else {
1652                         invltlb_glob();
1653                 }
1654                 mask = &all_cpus;
1655         } else {
1656                 cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1657                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
1658                         if (pmap_pcid_enabled) {
1659                                 if (invpcid_works) {
1660                                         d.pcid = pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
1661                                         d.pad = 0;
1662                                         d.addr = 0;
1663                                         invpcid(&d, INVPCID_CTX);
1664                                 } else {
1665                                         load_cr3(pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids
1666                                             [PCPU_GET(cpuid)].pm_pcid);
1667                                 }
1668                         } else {
1669                                 invltlb();
1670                         }
1671                 } else if (pmap_pcid_enabled) {
1672                         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = 0;
1673                 }
1674                 if (pmap_pcid_enabled) {
1675                         CPU_FOREACH(i) {
1676                                 if (cpuid != i)
1677                                         pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
1678                         }
1679                 }
1680                 mask = &pmap->pm_active;
1681         }
1682         smp_masked_invltlb(*mask, pmap);
1683         sched_unpin();
1684 }
1685
1686 void
1687 pmap_invalidate_cache(void)
1688 {
1689
1690         sched_pin();
1691         wbinvd();
1692         smp_cache_flush();
1693         sched_unpin();
1694 }
1695
1696 struct pde_action {
1697         cpuset_t invalidate;    /* processors that invalidate their TLB */
1698         pmap_t pmap;
1699         vm_offset_t va;
1700         pd_entry_t *pde;
1701         pd_entry_t newpde;
1702         u_int store;            /* processor that updates the PDE */
1703 };
1704
1705 static void
1706 pmap_update_pde_action(void *arg)
1707 {
1708         struct pde_action *act = arg;
1709
1710         if (act->store == PCPU_GET(cpuid))
1711                 pmap_update_pde_store(act->pmap, act->pde, act->newpde);
1712 }
1713
1714 static void
1715 pmap_update_pde_teardown(void *arg)
1716 {
1717         struct pde_action *act = arg;
1718
1719         if (CPU_ISSET(PCPU_GET(cpuid), &act->invalidate))
1720                 pmap_update_pde_invalidate(act->pmap, act->va, act->newpde);
1721 }
1722
1723 /*
1724  * Change the page size for the specified virtual address in a way that
1725  * prevents any possibility of the TLB ever having two entries that map the
1726  * same virtual address using different page sizes.  This is the recommended
1727  * workaround for Erratum 383 on AMD Family 10h processors.  It prevents a
1728  * machine check exception for a TLB state that is improperly diagnosed as a
1729  * hardware error.
1730  */
1731 static void
1732 pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
1733 {
1734         struct pde_action act;
1735         cpuset_t active, other_cpus;
1736         u_int cpuid;
1737
1738         sched_pin();
1739         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1740         other_cpus = all_cpus;
1741         CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
1742         if (pmap == kernel_pmap || pmap_type_guest(pmap)) 
1743                 active = all_cpus;
1744         else {
1745                 active = pmap->pm_active;
1746         }
1747         if (CPU_OVERLAP(&active, &other_cpus)) { 
1748                 act.store = cpuid;
1749                 act.invalidate = active;
1750                 act.va = va;
1751                 act.pmap = pmap;
1752                 act.pde = pde;
1753                 act.newpde = newpde;
1754                 CPU_SET(cpuid, &active);
1755                 smp_rendezvous_cpus(active,
1756                     smp_no_rendevous_barrier, pmap_update_pde_action,
1757                     pmap_update_pde_teardown, &act);
1758         } else {
1759                 pmap_update_pde_store(pmap, pde, newpde);
1760                 if (CPU_ISSET(cpuid, &active))
1761                         pmap_update_pde_invalidate(pmap, va, newpde);
1762         }
1763         sched_unpin();
1764 }
1765 #else /* !SMP */
1766 /*
1767  * Normal, non-SMP, invalidation functions.
1768  */
1769 void
1770 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1771 {
1772
1773         if (pmap->pm_type == PT_RVI || pmap->pm_type == PT_EPT) {
1774                 pmap->pm_eptgen++;
1775                 return;
1776         }
1777         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
1778             ("pmap_invalidate_range: unknown type %d", pmap->pm_type));
1779
1780         if (pmap == kernel_pmap || pmap == PCPU_GET(curpmap))
1781                 invlpg(va);
1782         else if (pmap_pcid_enabled)
1783                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
1784 }
1785
1786 void
1787 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
1788 {
1789         vm_offset_t addr;
1790
1791         if (pmap->pm_type == PT_RVI || pmap->pm_type == PT_EPT) {
1792                 pmap->pm_eptgen++;
1793                 return;
1794         }
1795         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
1796             ("pmap_invalidate_range: unknown type %d", pmap->pm_type));
1797
1798         if (pmap == kernel_pmap || pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
1799                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
1800                         invlpg(addr);
1801         } else if (pmap_pcid_enabled) {
1802                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
1803         }
1804 }
1805
1806 void
1807 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
1808 {
1809         struct invpcid_descr d;
1810
1811         if (pmap->pm_type == PT_RVI || pmap->pm_type == PT_EPT) {
1812                 pmap->pm_eptgen++;
1813                 return;
1814         }
1815         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
1816             ("pmap_invalidate_all: unknown type %d", pmap->pm_type));
1817
1818         if (pmap == kernel_pmap) {
1819                 if (pmap_pcid_enabled && invpcid_works) {
1820                         bzero(&d, sizeof(d));
1821                         invpcid(&d, INVPCID_CTXGLOB);
1822                 } else {
1823                         invltlb_glob();
1824                 }
1825         } else if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
1826                 if (pmap_pcid_enabled) {
1827                         if (invpcid_works) {
1828                                 d.pcid = pmap->pm_pcids[0].pm_pcid;
1829                                 d.pad = 0;
1830                                 d.addr = 0;
1831                                 invpcid(&d, INVPCID_CTX);
1832                         } else {
1833                                 load_cr3(pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[0].
1834                                     pm_pcid);
1835                         }
1836                 } else {
1837                         invltlb();
1838                 }
1839         } else if (pmap_pcid_enabled) {
1840                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
1841         }
1842 }
1843
1844 PMAP_INLINE void
1845 pmap_invalidate_cache(void)
1846 {
1847
1848         wbinvd();
1849 }
1850
1851 static void
1852 pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
1853 {
1854
1855         pmap_update_pde_store(pmap, pde, newpde);
1856         if (pmap == kernel_pmap || pmap == PCPU_GET(curpmap))
1857                 pmap_update_pde_invalidate(pmap, va, newpde);
1858         else
1859                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
1860 }
1861 #endif /* !SMP */
1862
1863 #define PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD   (2 * 1024 * 1024)
1864
1865 void
1866 pmap_invalidate_cache_range(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, boolean_t force)
1867 {
1868
1869         if (force) {
1870                 sva &= ~(vm_offset_t)cpu_clflush_line_size;
1871         } else {
1872                 KASSERT((sva & PAGE_MASK) == 0,
1873                     ("pmap_invalidate_cache_range: sva not page-aligned"));
1874                 KASSERT((eva & PAGE_MASK) == 0,
1875                     ("pmap_invalidate_cache_range: eva not page-aligned"));
1876         }
1877
1878         if ((cpu_feature & CPUID_SS) != 0 && !force)
1879                 ; /* If "Self Snoop" is supported and allowed, do nothing. */
1880         else if ((cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT) != 0 &&
1881             eva - sva < PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD) {
1882                 /*
1883                  * XXX: Some CPUs fault, hang, or trash the local APIC
1884                  * registers if we use CLFLUSH on the local APIC
1885                  * range.  The local APIC is always uncached, so we
1886                  * don't need to flush for that range anyway.
1887                  */
1888                 if (pmap_kextract(sva) == lapic_paddr)
1889                         return;
1890
1891                 /*
1892                  * Otherwise, do per-cache line flush.  Use the mfence
1893                  * instruction to insure that previous stores are
1894                  * included in the write-back.  The processor
1895                  * propagates flush to other processors in the cache
1896                  * coherence domain.
1897                  */
1898                 mfence();
1899                 for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size)
1900                         clflushopt(sva);
1901                 mfence();
1902         } else if ((cpu_feature & CPUID_CLFSH) != 0 &&
1903             eva - sva < PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD) {
1904                 if (pmap_kextract(sva) == lapic_paddr)
1905                         return;
1906                 /*
1907                  * Writes are ordered by CLFLUSH on Intel CPUs.
1908                  */
1909                 if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
1910                         mfence();
1911                 for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size)
1912                         clflush(sva);
1913                 if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
1914                         mfence();
1915         } else {
1916
1917                 /*
1918                  * No targeted cache flush methods are supported by CPU,
1919                  * or the supplied range is bigger than 2MB.
1920                  * Globally invalidate cache.
1921                  */
1922                 pmap_invalidate_cache();
1923         }
1924 }
1925
1926 /*
1927  * Remove the specified set of pages from the data and instruction caches.
1928  *
1929  * In contrast to pmap_invalidate_cache_range(), this function does not
1930  * rely on the CPU's self-snoop feature, because it is intended for use
1931  * when moving pages into a different cache domain.
1932  */
1933 void
1934 pmap_invalidate_cache_pages(vm_page_t *pages, int count)
1935 {
1936         vm_offset_t daddr, eva;
1937         int i;
1938         bool useclflushopt;
1939
1940         useclflushopt = (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT) != 0;
1941         if (count >= PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD / PAGE_SIZE ||
1942             ((cpu_feature & CPUID_CLFSH) == 0 && !useclflushopt))
1943                 pmap_invalidate_cache();
1944         else {
1945                 if (useclflushopt || cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
1946                         mfence();
1947                 for (i = 0; i < count; i++) {
1948                         daddr = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pages[i]));
1949                         eva = daddr + PAGE_SIZE;
1950                         for (; daddr < eva; daddr += cpu_clflush_line_size) {
1951                                 if (useclflushopt)
1952                                         clflushopt(daddr);
1953                                 else
1954                                         clflush(daddr);
1955                         }
1956                 }
1957                 if (useclflushopt || cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
1958                         mfence();
1959         }
1960 }
1961
1962 /*
1963  *      Routine:        pmap_extract
1964  *      Function:
1965  *              Extract the physical page address associated
1966  *              with the given map/virtual_address pair.
1967  */
1968 vm_paddr_t 
1969 pmap_extract(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1970 {
1971         pdp_entry_t *pdpe;
1972         pd_entry_t *pde;
1973         pt_entry_t *pte, PG_V;
1974         vm_paddr_t pa;
1975
1976         pa = 0;
1977         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
1978         PMAP_LOCK(pmap);
1979         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
1980         if (pdpe != NULL && (*pdpe & PG_V) != 0) {
1981                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0)
1982                         pa = (*pdpe & PG_PS_FRAME) | (va & PDPMASK);
1983                 else {
1984                         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
1985                         if ((*pde & PG_V) != 0) {
1986                                 if ((*pde & PG_PS) != 0) {
1987                                         pa = (*pde & PG_PS_FRAME) |
1988                                             (va & PDRMASK);
1989                                 } else {
1990                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
1991                                         pa = (*pte & PG_FRAME) |
1992                                             (va & PAGE_MASK);
1993                                 }
1994                         }
1995                 }
1996         }
1997         PMAP_UNLOCK(pmap);
1998         return (pa);
1999 }
2000
2001 /*
2002  *      Routine:        pmap_extract_and_hold
2003  *      Function:
2004  *              Atomically extract and hold the physical page
2005  *              with the given pmap and virtual address pair
2006  *              if that mapping permits the given protection.
2007  */
2008 vm_page_t
2009 pmap_extract_and_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_prot_t prot)
2010 {
2011         pd_entry_t pde, *pdep;
2012         pt_entry_t pte, PG_RW, PG_V;
2013         vm_paddr_t pa;
2014         vm_page_t m;
2015
2016         pa = 0;
2017         m = NULL;
2018         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
2019         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
2020         PMAP_LOCK(pmap);
2021 retry:
2022         pdep = pmap_pde(pmap, va);
2023         if (pdep != NULL && (pde = *pdep)) {
2024                 if (pde & PG_PS) {
2025                         if ((pde & PG_RW) || (prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
2026                                 if (vm_page_pa_tryrelock(pmap, (pde &
2027                                     PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK), &pa))
2028                                         goto retry;
2029                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE((pde & PG_PS_FRAME) |
2030                                     (va & PDRMASK));
2031                                 vm_page_hold(m);
2032                         }
2033                 } else {
2034                         pte = *pmap_pde_to_pte(pdep, va);
2035                         if ((pte & PG_V) &&
2036                             ((pte & PG_RW) || (prot & VM_PROT_WRITE) == 0)) {
2037                                 if (vm_page_pa_tryrelock(pmap, pte & PG_FRAME,
2038                                     &pa))
2039                                         goto retry;
2040                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pte & PG_FRAME);
2041                                 vm_page_hold(m);
2042                         }
2043                 }
2044         }
2045         PA_UNLOCK_COND(pa);
2046         PMAP_UNLOCK(pmap);
2047         return (m);
2048 }
2049
2050 vm_paddr_t
2051 pmap_kextract(vm_offset_t va)
2052 {
2053         pd_entry_t pde;
2054         vm_paddr_t pa;
2055
2056         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS) {
2057                 pa = DMAP_TO_PHYS(va);
2058         } else {
2059                 pde = *vtopde(va);
2060                 if (pde & PG_PS) {
2061                         pa = (pde & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK);
2062                 } else {
2063                         /*
2064                          * Beware of a concurrent promotion that changes the
2065                          * PDE at this point!  For example, vtopte() must not
2066                          * be used to access the PTE because it would use the
2067                          * new PDE.  It is, however, safe to use the old PDE
2068                          * because the page table page is preserved by the
2069                          * promotion.
2070                          */
2071                         pa = *pmap_pde_to_pte(&pde, va);
2072                         pa = (pa & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK);
2073                 }
2074         }
2075         return (pa);
2076 }
2077
2078 /***************************************************
2079  * Low level mapping routines.....
2080  ***************************************************/
2081
2082 /*
2083  * Add a wired page to the kva.
2084  * Note: not SMP coherent.
2085  */
2086 PMAP_INLINE void 
2087 pmap_kenter(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
2088 {
2089         pt_entry_t *pte;
2090
2091         pte = vtopte(va);
2092         pte_store(pte, pa | X86_PG_RW | X86_PG_V | X86_PG_G);
2093 }
2094
2095 static __inline void
2096 pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode)
2097 {
2098         pt_entry_t *pte;
2099         int cache_bits;
2100
2101         pte = vtopte(va);
2102         cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, 0);
2103         pte_store(pte, pa | X86_PG_RW | X86_PG_V | X86_PG_G | cache_bits);
2104 }
2105
2106 /*
2107  * Remove a page from the kernel pagetables.
2108  * Note: not SMP coherent.
2109  */
2110 PMAP_INLINE void
2111 pmap_kremove(vm_offset_t va)
2112 {
2113         pt_entry_t *pte;
2114
2115         pte = vtopte(va);
2116         pte_clear(pte);
2117 }
2118
2119 /*
2120  *      Used to map a range of physical addresses into kernel
2121  *      virtual address space.
2122  *
2123  *      The value passed in '*virt' is a suggested virtual address for
2124  *      the mapping. Architectures which can support a direct-mapped
2125  *      physical to virtual region can return the appropriate address
2126  *      within that region, leaving '*virt' unchanged. Other
2127  *      architectures should map the pages starting at '*virt' and
2128  *      update '*virt' with the first usable address after the mapped
2129  *      region.
2130  */
2131 vm_offset_t
2132 pmap_map(vm_offset_t *virt, vm_paddr_t start, vm_paddr_t end, int prot)
2133 {
2134         return PHYS_TO_DMAP(start);
2135 }
2136
2137
2138 /*
2139  * Add a list of wired pages to the kva
2140  * this routine is only used for temporary
2141  * kernel mappings that do not need to have
2142  * page modification or references recorded.
2143  * Note that old mappings are simply written
2144  * over.  The page *must* be wired.
2145  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
2146  */
2147 void
2148 pmap_qenter(vm_offset_t sva, vm_page_t *ma, int count)
2149 {
2150         pt_entry_t *endpte, oldpte, pa, *pte;
2151         vm_page_t m;
2152         int cache_bits;
2153
2154         oldpte = 0;
2155         pte = vtopte(sva);
2156         endpte = pte + count;
2157         while (pte < endpte) {
2158                 m = *ma++;
2159                 cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap, m->md.pat_mode, 0);
2160                 pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | cache_bits;
2161                 if ((*pte & (PG_FRAME | X86_PG_PTE_CACHE)) != pa) {
2162                         oldpte |= *pte;
2163                         pte_store(pte, pa | X86_PG_G | X86_PG_RW | X86_PG_V);
2164                 }
2165                 pte++;
2166         }
2167         if (__predict_false((oldpte & X86_PG_V) != 0))
2168                 pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, sva + count *
2169                     PAGE_SIZE);
2170 }
2171
2172 /*
2173  * This routine tears out page mappings from the
2174  * kernel -- it is meant only for temporary mappings.
2175  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
2176  */
2177 void
2178 pmap_qremove(vm_offset_t sva, int count)
2179 {
2180         vm_offset_t va;
2181
2182         va = sva;
2183         while (count-- > 0) {
2184                 KASSERT(va >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS, ("usermode va %lx", va));
2185                 pmap_kremove(va);
2186                 va += PAGE_SIZE;
2187         }
2188         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
2189 }
2190
2191 /***************************************************
2192  * Page table page management routines.....
2193  ***************************************************/
2194 static __inline void
2195 pmap_free_zero_pages(struct spglist *free)
2196 {
2197         vm_page_t m;
2198
2199         while ((m = SLIST_FIRST(free)) != NULL) {
2200                 SLIST_REMOVE_HEAD(free, plinks.s.ss);
2201                 /* Preserve the page's PG_ZERO setting. */
2202                 vm_page_free_toq(m);
2203         }
2204 }
2205
2206 /*
2207  * Schedule the specified unused page table page to be freed.  Specifically,
2208  * add the page to the specified list of pages that will be released to the
2209  * physical memory manager after the TLB has been updated.
2210  */
2211 static __inline void
2212 pmap_add_delayed_free_list(vm_page_t m, struct spglist *free,
2213     boolean_t set_PG_ZERO)
2214 {
2215
2216         if (set_PG_ZERO)
2217                 m->flags |= PG_ZERO;
2218         else
2219                 m->flags &= ~PG_ZERO;
2220         SLIST_INSERT_HEAD(free, m, plinks.s.ss);
2221 }
2222         
2223 /*
2224  * Inserts the specified page table page into the specified pmap's collection
2225  * of idle page table pages.  Each of a pmap's page table pages is responsible
2226  * for mapping a distinct range of virtual addresses.  The pmap's collection is
2227  * ordered by this virtual address range.
2228  */
2229 static __inline int
2230 pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte)
2231 {
2232
2233         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2234         return (vm_radix_insert(&pmap->pm_root, mpte));
2235 }
2236
2237 /*
2238  * Looks for a page table page mapping the specified virtual address in the
2239  * specified pmap's collection of idle page table pages.  Returns NULL if there
2240  * is no page table page corresponding to the specified virtual address.
2241  */
2242 static __inline vm_page_t
2243 pmap_lookup_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2244 {
2245
2246         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2247         return (vm_radix_lookup(&pmap->pm_root, pmap_pde_pindex(va)));
2248 }
2249
2250 /*
2251  * Removes the specified page table page from the specified pmap's collection
2252  * of idle page table pages.  The specified page table page must be a member of
2253  * the pmap's collection.
2254  */
2255 static __inline void
2256 pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte)
2257 {
2258
2259         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2260         vm_radix_remove(&pmap->pm_root, mpte->pindex);
2261 }
2262
2263 /*
2264  * Decrements a page table page's wire count, which is used to record the
2265  * number of valid page table entries within the page.  If the wire count
2266  * drops to zero, then the page table page is unmapped.  Returns TRUE if the
2267  * page table page was unmapped and FALSE otherwise.
2268  */
2269 static inline boolean_t
2270 pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
2271 {
2272
2273         --m->wire_count;
2274         if (m->wire_count == 0) {
2275                 _pmap_unwire_ptp(pmap, va, m, free);
2276                 return (TRUE);
2277         } else
2278                 return (FALSE);
2279 }
2280
2281 static void
2282 _pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
2283 {
2284
2285         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2286         /*
2287          * unmap the page table page
2288          */
2289         if (m->pindex >= (NUPDE + NUPDPE)) {
2290                 /* PDP page */
2291                 pml4_entry_t *pml4;
2292                 pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
2293                 *pml4 = 0;
2294         } else if (m->pindex >= NUPDE) {
2295                 /* PD page */
2296                 pdp_entry_t *pdp;
2297                 pdp = pmap_pdpe(pmap, va);
2298                 *pdp = 0;
2299         } else {
2300                 /* PTE page */
2301                 pd_entry_t *pd;
2302                 pd = pmap_pde(pmap, va);
2303                 *pd = 0;
2304         }
2305         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
2306         if (m->pindex < NUPDE) {
2307                 /* We just released a PT, unhold the matching PD */
2308                 vm_page_t pdpg;
2309
2310                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pdpe(pmap, va) & PG_FRAME);
2311                 pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdpg, free);
2312         }
2313         if (m->pindex >= NUPDE && m->pindex < (NUPDE + NUPDPE)) {
2314                 /* We just released a PD, unhold the matching PDP */
2315                 vm_page_t pdppg;
2316
2317                 pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pml4e(pmap, va) & PG_FRAME);
2318                 pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdppg, free);
2319         }
2320
2321         /*
2322          * This is a release store so that the ordinary store unmapping
2323          * the page table page is globally performed before TLB shoot-
2324          * down is begun.
2325          */
2326         atomic_subtract_rel_int(&vm_cnt.v_wire_count, 1);
2327
2328         /* 
2329          * Put page on a list so that it is released after
2330          * *ALL* TLB shootdown is done
2331          */
2332         pmap_add_delayed_free_list(m, free, TRUE);
2333 }
2334
2335 /*
2336  * After removing a page table entry, this routine is used to
2337  * conditionally free the page, and manage the hold/wire counts.
2338  */
2339 static int
2340 pmap_unuse_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t ptepde,
2341     struct spglist *free)
2342 {
2343         vm_page_t mpte;
2344
2345         if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
2346                 return (0);
2347         KASSERT(ptepde != 0, ("pmap_unuse_pt: ptepde != 0"));
2348         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(ptepde & PG_FRAME);
2349         return (pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpte, free));
2350 }
2351
2352 void
2353 pmap_pinit0(pmap_t pmap)
2354 {
2355         int i;
2356
2357         PMAP_LOCK_INIT(pmap);
2358         pmap->pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(KPML4phys);
2359         pmap->pm_cr3 = KPML4phys;
2360         pmap->pm_root.rt_root = 0;
2361         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
2362         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
2363         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
2364         pmap->pm_flags = pmap_flags;
2365         CPU_FOREACH(i) {
2366                 pmap->pm_pcids[i].pm_pcid = PMAP_PCID_NONE;
2367                 pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
2368         }
2369         PCPU_SET(curpmap, kernel_pmap);
2370         pmap_activate(curthread);
2371         CPU_FILL(&kernel_pmap->pm_active);
2372 }
2373
2374 /*
2375  * Initialize a preallocated and zeroed pmap structure,
2376  * such as one in a vmspace structure.
2377  */
2378 int
2379 pmap_pinit_type(pmap_t pmap, enum pmap_type pm_type, int flags)
2380 {
2381         vm_page_t pml4pg;
2382         vm_paddr_t pml4phys;
2383         int i;
2384
2385         /*
2386          * allocate the page directory page
2387          */
2388         while ((pml4pg = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL |
2389             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO)) == NULL)
2390                 VM_WAIT;
2391
2392         pml4phys = VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg);
2393         pmap->pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pml4phys);
2394         CPU_FOREACH(i) {
2395                 pmap->pm_pcids[i].pm_pcid = PMAP_PCID_NONE;
2396                 pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
2397         }
2398         pmap->pm_cr3 = ~0;      /* initialize to an invalid value */
2399
2400         if ((pml4pg->flags & PG_ZERO) == 0)
2401                 pagezero(pmap->pm_pml4);
2402
2403         /*
2404          * Do not install the host kernel mappings in the nested page
2405          * tables. These mappings are meaningless in the guest physical
2406          * address space.
2407          */
2408         if ((pmap->pm_type = pm_type) == PT_X86) {
2409                 pmap->pm_cr3 = pml4phys;
2410
2411                 /* Wire in kernel global address entries. */
2412                 for (i = 0; i < NKPML4E; i++) {
2413                         pmap->pm_pml4[KPML4BASE + i] = (KPDPphys + ptoa(i)) |
2414                             X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_U;
2415                 }
2416                 for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++) {
2417                         pmap->pm_pml4[DMPML4I + i] = (DMPDPphys + ptoa(i)) |
2418                             X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_U;
2419                 }
2420
2421                 /* install self-referential address mapping entry(s) */
2422                 pmap->pm_pml4[PML4PML4I] = VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg) |
2423                     X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A | X86_PG_M;
2424         }
2425
2426         pmap->pm_root.rt_root = 0;
2427         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
2428         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
2429         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
2430         pmap->pm_flags = flags;
2431         pmap->pm_eptgen = 0;
2432
2433         return (1);
2434 }
2435
2436 int
2437 pmap_pinit(pmap_t pmap)
2438 {
2439
2440         return (pmap_pinit_type(pmap, PT_X86, pmap_flags));
2441 }
2442
2443 /*
2444  * This routine is called if the desired page table page does not exist.
2445  *
2446  * If page table page allocation fails, this routine may sleep before
2447  * returning NULL.  It sleeps only if a lock pointer was given.
2448  *
2449  * Note: If a page allocation fails at page table level two or three,
2450  * one or two pages may be held during the wait, only to be released
2451  * afterwards.  This conservative approach is easily argued to avoid
2452  * race conditions.
2453  */
2454 static vm_page_t
2455 _pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex, struct rwlock **lockp)
2456 {
2457         vm_page_t m, pdppg, pdpg;
2458         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
2459
2460         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2461
2462         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
2463         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
2464         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
2465         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
2466
2467         /*
2468          * Allocate a page table page.
2469          */
2470         if ((m = vm_page_alloc(NULL, ptepindex, VM_ALLOC_NOOBJ |
2471             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO)) == NULL) {
2472                 if (lockp != NULL) {
2473                         RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
2474                         PMAP_UNLOCK(pmap);
2475                         PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI();
2476                         VM_WAIT;
2477                         PMAP_LOCK(pmap);
2478                 }
2479
2480                 /*
2481                  * Indicate the need to retry.  While waiting, the page table
2482                  * page may have been allocated.
2483                  */
2484                 return (NULL);
2485         }
2486         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0)
2487                 pmap_zero_page(m);
2488
2489         /*
2490          * Map the pagetable page into the process address space, if
2491          * it isn't already there.
2492          */
2493
2494         if (ptepindex >= (NUPDE + NUPDPE)) {
2495                 pml4_entry_t *pml4;
2496                 vm_pindex_t pml4index;
2497
2498                 /* Wire up a new PDPE page */
2499                 pml4index = ptepindex - (NUPDE + NUPDPE);
2500                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
2501                 *pml4 = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
2502
2503         } else if (ptepindex >= NUPDE) {
2504                 vm_pindex_t pml4index;
2505                 vm_pindex_t pdpindex;
2506                 pml4_entry_t *pml4;
2507                 pdp_entry_t *pdp;
2508
2509                 /* Wire up a new PDE page */
2510                 pdpindex = ptepindex - NUPDE;
2511                 pml4index = pdpindex >> NPML4EPGSHIFT;
2512
2513                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
2514                 if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
2515                         /* Have to allocate a new pdp, recurse */
2516                         if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + NUPDPE + pml4index,
2517                             lockp) == NULL) {
2518                                 --m->wire_count;
2519                                 atomic_subtract_int(&vm_cnt.v_wire_count, 1);
2520                                 vm_page_free_zero(m);
2521                                 return (NULL);
2522                         }
2523                 } else {
2524                         /* Add reference to pdp page */
2525                         pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pml4 & PG_FRAME);
2526                         pdppg->wire_count++;
2527                 }
2528                 pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
2529
2530                 /* Now find the pdp page */
2531                 pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
2532                 *pdp = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
2533
2534         } else {
2535                 vm_pindex_t pml4index;
2536                 vm_pindex_t pdpindex;
2537                 pml4_entry_t *pml4;
2538                 pdp_entry_t *pdp;
2539                 pd_entry_t *pd;
2540
2541                 /* Wire up a new PTE page */
2542                 pdpindex = ptepindex >> NPDPEPGSHIFT;
2543                 pml4index = pdpindex >> NPML4EPGSHIFT;
2544
2545                 /* First, find the pdp and check that its valid. */
2546                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
2547                 if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
2548                         /* Have to allocate a new pd, recurse */
2549                         if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex,
2550                             lockp) == NULL) {
2551                                 --m->wire_count;
2552                                 atomic_subtract_int(&vm_cnt.v_wire_count, 1);
2553                                 vm_page_free_zero(m);
2554                                 return (NULL);
2555                         }
2556                         pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
2557                         pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
2558                 } else {
2559                         pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
2560                         pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
2561                         if ((*pdp & PG_V) == 0) {
2562                                 /* Have to allocate a new pd, recurse */
2563                                 if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex,
2564                                     lockp) == NULL) {
2565                                         --m->wire_count;
2566                                         atomic_subtract_int(&vm_cnt.v_wire_count,
2567                                             1);
2568                                         vm_page_free_zero(m);
2569                                         return (NULL);
2570                                 }
2571                         } else {
2572                                 /* Add reference to the pd page */
2573                                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdp & PG_FRAME);
2574                                 pdpg->wire_count++;
2575                         }
2576                 }
2577                 pd = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdp & PG_FRAME);
2578
2579                 /* Now we know where the page directory page is */
2580                 pd = &pd[ptepindex & ((1ul << NPDEPGSHIFT) - 1)];
2581                 *pd = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
2582         }
2583
2584         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
2585
2586         return (m);
2587 }
2588
2589 static vm_page_t
2590 pmap_allocpde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct rwlock **lockp)
2591 {
2592         vm_pindex_t pdpindex, ptepindex;
2593         pdp_entry_t *pdpe, PG_V;
2594         vm_page_t pdpg;
2595
2596         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
2597
2598 retry:
2599         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
2600         if (pdpe != NULL && (*pdpe & PG_V) != 0) {
2601                 /* Add a reference to the pd page. */
2602                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdpe & PG_FRAME);
2603                 pdpg->wire_count++;
2604         } else {
2605                 /* Allocate a pd page. */
2606                 ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
2607                 pdpindex = ptepindex >> NPDPEPGSHIFT;
2608                 pdpg = _pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex, lockp);
2609                 if (pdpg == NULL && lockp != NULL)
2610                         goto retry;
2611         }
2612         return (pdpg);
2613 }
2614
2615 static vm_page_t
2616 pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct rwlock **lockp)
2617 {
2618         vm_pindex_t ptepindex;
2619         pd_entry_t *pd, PG_V;
2620         vm_page_t m;
2621
2622         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
2623
2624         /*
2625          * Calculate pagetable page index
2626          */
2627         ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
2628 retry:
2629         /*
2630          * Get the page directory entry
2631          */
2632         pd = pmap_pde(pmap, va);
2633
2634         /*
2635          * This supports switching from a 2MB page to a
2636          * normal 4K page.
2637          */
2638         if (pd != NULL && (*pd & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V)) {
2639                 if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pd, va, lockp)) {
2640                         /*
2641                          * Invalidation of the 2MB page mapping may have caused
2642                          * the deallocation of the underlying PD page.
2643                          */
2644                         pd = NULL;
2645                 }
2646         }
2647
2648         /*
2649          * If the page table page is mapped, we just increment the
2650          * hold count, and activate it.
2651          */
2652         if (pd != NULL && (*pd & PG_V) != 0) {
2653                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pd & PG_FRAME);
2654                 m->wire_count++;
2655         } else {
2656                 /*
2657                  * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been
2658                  * deallocated.
2659                  */
2660                 m = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex, lockp);
2661                 if (m == NULL && lockp != NULL)
2662                         goto retry;
2663         }
2664         return (m);
2665 }
2666
2667
2668 /***************************************************
2669  * Pmap allocation/deallocation routines.
2670  ***************************************************/
2671
2672 /*
2673  * Release any resources held by the given physical map.
2674  * Called when a pmap initialized by pmap_pinit is being released.
2675  * Should only be called if the map contains no valid mappings.
2676  */
2677 void
2678 pmap_release(pmap_t pmap)
2679 {
2680         vm_page_t m;
2681         int i;
2682
2683         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count == 0,
2684             ("pmap_release: pmap resident count %ld != 0",
2685             pmap->pm_stats.resident_count));
2686         KASSERT(vm_radix_is_empty(&pmap->pm_root),
2687             ("pmap_release: pmap has reserved page table page(s)"));
2688         KASSERT(CPU_EMPTY(&pmap->pm_active),
2689             ("releasing active pmap %p", pmap));
2690
2691         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pmap->pm_pml4));
2692
2693         for (i = 0; i < NKPML4E; i++)   /* KVA */
2694                 pmap->pm_pml4[KPML4BASE + i] = 0;
2695         for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++)/* Direct Map */
2696                 pmap->pm_pml4[DMPML4I + i] = 0;
2697         pmap->pm_pml4[PML4PML4I] = 0;   /* Recursive Mapping */
2698
2699         m->wire_count--;
2700         atomic_subtract_int(&vm_cnt.v_wire_count, 1);
2701         vm_page_free_zero(m);
2702 }
2703 \f
2704 static int
2705 kvm_size(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
2706 {
2707         unsigned long ksize = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
2708
2709         return sysctl_handle_long(oidp, &ksize, 0, req);
2710 }
2711 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_size, CTLTYPE_LONG|CTLFLAG_RD, 
2712     0, 0, kvm_size, "LU", "Size of KVM");
2713
2714 static int
2715 kvm_free(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
2716 {
2717         unsigned long kfree = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - kernel_vm_end;
2718
2719         return sysctl_handle_long(oidp, &kfree, 0, req);
2720 }
2721 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_free, CTLTYPE_LONG|CTLFLAG_RD, 
2722     0, 0, kvm_free, "LU", "Amount of KVM free");
2723
2724 /*
2725  * grow the number of kernel page table entries, if needed
2726  */
2727 void
2728 pmap_growkernel(vm_offset_t addr)
2729 {
2730         vm_paddr_t paddr;
2731         vm_page_t nkpg;
2732         pd_entry_t *pde, newpdir;
2733         pdp_entry_t *pdpe;
2734
2735         mtx_assert(&kernel_map->system_mtx, MA_OWNED);
2736
2737         /*
2738          * Return if "addr" is within the range of kernel page table pages
2739          * that were preallocated during pmap bootstrap.  Moreover, leave
2740          * "kernel_vm_end" and the kernel page table as they were.
2741          *
2742          * The correctness of this action is based on the following
2743          * argument: vm_map_insert() allocates contiguous ranges of the
2744          * kernel virtual address space.  It calls this function if a range
2745          * ends after "kernel_vm_end".  If the kernel is mapped between
2746          * "kernel_vm_end" and "addr", then the range cannot begin at
2747          * "kernel_vm_end".  In fact, its beginning address cannot be less
2748          * than the kernel.  Thus, there is no immediate need to allocate
2749          * any new kernel page table pages between "kernel_vm_end" and
2750          * "KERNBASE".
2751          */
2752         if (KERNBASE < addr && addr <= KERNBASE + nkpt * NBPDR)
2753                 return;
2754
2755         addr = roundup2(addr, NBPDR);
2756         if (addr - 1 >= kernel_map->max_offset)
2757                 addr = kernel_map->max_offset;
2758         while (kernel_vm_end < addr) {
2759                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, kernel_vm_end);
2760                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0) {
2761                         /* We need a new PDP entry */
2762                         nkpg = vm_page_alloc(NULL, kernel_vm_end >> PDPSHIFT,
2763                             VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ |
2764                             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
2765                         if (nkpg == NULL)
2766                                 panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
2767                         if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
2768                                 pmap_zero_page(nkpg);
2769                         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
2770                         *pdpe = (pdp_entry_t)(paddr | X86_PG_V | X86_PG_RW |
2771                             X86_PG_A | X86_PG_M);
2772                         continue; /* try again */
2773                 }
2774                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, kernel_vm_end);
2775                 if ((*pde & X86_PG_V) != 0) {
2776                         kernel_vm_end = (kernel_vm_end + NBPDR) & ~PDRMASK;
2777                         if (kernel_vm_end - 1 >= kernel_map->max_offset) {
2778                                 kernel_vm_end = kernel_map->max_offset;
2779                                 break;                       
2780                         }
2781                         continue;
2782                 }
2783
2784                 nkpg = vm_page_alloc(NULL, pmap_pde_pindex(kernel_vm_end),
2785                     VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED |
2786                     VM_ALLOC_ZERO);
2787                 if (nkpg == NULL)
2788                         panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
2789                 if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
2790                         pmap_zero_page(nkpg);
2791                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
2792                 newpdir = paddr | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A | X86_PG_M;
2793                 pde_store(pde, newpdir);
2794
2795                 kernel_vm_end = (kernel_vm_end + NBPDR) & ~PDRMASK;
2796                 if (kernel_vm_end - 1 >= kernel_map->max_offset) {
2797                         kernel_vm_end = kernel_map->max_offset;
2798                         break;                       
2799                 }
2800         }
2801 }
2802
2803
2804 /***************************************************
2805  * page management routines.
2806  ***************************************************/
2807
2808 CTASSERT(sizeof(struct pv_chunk) == PAGE_SIZE);
2809 CTASSERT(_NPCM == 3);
2810 CTASSERT(_NPCPV == 168);
2811
2812 static __inline struct pv_chunk *
2813 pv_to_chunk(pv_entry_t pv)
2814 {
2815
2816         return ((struct pv_chunk *)((uintptr_t)pv & ~(uintptr_t)PAGE_MASK));
2817 }
2818
2819 #define PV_PMAP(pv) (pv_to_chunk(pv)->pc_pmap)
2820
2821 #define PC_FREE0        0xfffffffffffffffful
2822 #define PC_FREE1        0xfffffffffffffffful
2823 #define PC_FREE2        0x000000fffffffffful
2824
2825 static const uint64_t pc_freemask[_NPCM] = { PC_FREE0, PC_FREE1, PC_FREE2 };
2826
2827 #ifdef PV_STATS
2828 static int pc_chunk_count, pc_chunk_allocs, pc_chunk_frees, pc_chunk_tryfail;
2829
2830 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_count, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_count, 0,
2831         "Current number of pv entry chunks");
2832 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_allocs, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_allocs, 0,
2833         "Current number of pv entry chunks allocated");
2834 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_frees, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_frees, 0,
2835         "Current number of pv entry chunks frees");
2836 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_tryfail, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_tryfail, 0,
2837         "Number of times tried to get a chunk page but failed.");
2838
2839 static long pv_entry_frees, pv_entry_allocs, pv_entry_count;
2840 static int pv_entry_spare;
2841
2842 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_frees, CTLFLAG_RD, &pv_entry_frees, 0,
2843         "Current number of pv entry frees");
2844 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_allocs, CTLFLAG_RD, &pv_entry_allocs, 0,
2845         "Current number of pv entry allocs");
2846 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_count, CTLFLAG_RD, &pv_entry_count, 0,
2847         "Current number of pv entries");
2848 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_spare, CTLFLAG_RD, &pv_entry_spare, 0,
2849         "Current number of spare pv entries");
2850 #endif
2851
2852 /*
2853  * We are in a serious low memory condition.  Resort to
2854  * drastic measures to free some pages so we can allocate
2855  * another pv entry chunk.
2856  *
2857  * Returns NULL if PV entries were reclaimed from the specified pmap.
2858  *
2859  * We do not, however, unmap 2mpages because subsequent accesses will
2860  * allocate per-page pv entries until repromotion occurs, thereby
2861  * exacerbating the shortage of free pv entries.
2862  */
2863 static vm_page_t
2864 reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp)
2865 {
2866         struct pch new_tail;
2867         struct pv_chunk *pc;
2868         struct md_page *pvh;
2869         pd_entry_t *pde;
2870         pmap_t pmap;
2871         pt_entry_t *pte, tpte;
2872         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW;
2873         pv_entry_t pv;
2874         vm_offset_t va;
2875         vm_page_t m, m_pc;
2876         struct spglist free;
2877         uint64_t inuse;
2878         int bit, field, freed;
2879
2880         PMAP_LOCK_ASSERT(locked_pmap, MA_OWNED);
2881         KASSERT(lockp != NULL, ("reclaim_pv_chunk: lockp is NULL"));
2882         pmap = NULL;
2883         m_pc = NULL;
2884         PG_G = PG_A = PG_M = PG_RW = 0;
2885         SLIST_INIT(&free);
2886         TAILQ_INIT(&new_tail);
2887         pmap_delayed_invl_started();
2888         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2889         while ((pc = TAILQ_FIRST(&pv_chunks)) != NULL && SLIST_EMPTY(&free)) {
2890                 TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2891                 mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
2892                 if (pmap != pc->pc_pmap) {
2893                         if (pmap != NULL) {
2894                                 pmap_invalidate_all(pmap);
2895                                 if (pmap != locked_pmap)
2896                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
2897                         }
2898                         pmap_delayed_invl_finished();
2899                         pmap_delayed_invl_started();
2900                         pmap = pc->pc_pmap;
2901                         /* Avoid deadlock and lock recursion. */
2902                         if (pmap > locked_pmap) {
2903                                 RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
2904                                 PMAP_LOCK(pmap);
2905                         } else if (pmap != locked_pmap &&
2906                             !PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
2907                                 pmap = NULL;
2908                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail, pc, pc_lru);
2909                                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2910                                 continue;
2911                         }
2912                         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
2913                         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
2914                         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
2915                         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
2916                 }
2917
2918                 /*
2919                  * Destroy every non-wired, 4 KB page mapping in the chunk.
2920                  */
2921                 freed = 0;
2922                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
2923                         for (inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
2924                             inuse != 0; inuse &= ~(1UL << bit)) {
2925                                 bit = bsfq(inuse);
2926                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
2927                                 va = pv->pv_va;
2928                                 pde = pmap_pde(pmap, va);
2929                                 if ((*pde & PG_PS) != 0)
2930                                         continue;
2931                                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
2932                                 if ((*pte & PG_W) != 0)
2933                                         continue;
2934                                 tpte = pte_load_clear(pte);
2935                                 if ((tpte & PG_G) != 0)
2936                                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
2937                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpte & PG_FRAME);
2938                                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
2939                                         vm_page_dirty(m);
2940                                 if ((tpte & PG_A) != 0)
2941                                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2942                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
2943                                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2944                                 m->md.pv_gen++;
2945                                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
2946                                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
2947                                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2948                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
2949                                                 vm_page_aflag_clear(m,
2950                                                     PGA_WRITEABLE);
2951                                         }
2952                                 }
2953                                 pmap_delayed_invl_page(m);
2954                                 pc->pc_map[field] |= 1UL << bit;
2955                                 pmap_unuse_pt(pmap, va, *pde, &free);
2956                                 freed++;
2957                         }
2958                 }
2959                 if (freed == 0) {
2960                         TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail, pc, pc_lru);
2961                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2962                         continue;
2963                 }
2964                 /* Every freed mapping is for a 4 KB page. */
2965                 pmap_resident_count_dec(pmap, freed);
2966                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
2967                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
2968                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
2969                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2970                 if (pc->pc_map[0] == PC_FREE0 && pc->pc_map[1] == PC_FREE1 &&
2971                     pc->pc_map[2] == PC_FREE2) {
2972                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
2973                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
2974                         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
2975                         /* Entire chunk is free; return it. */
2976                         m_pc = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
2977                         dump_drop_page(m_pc->phys_addr);
2978                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2979                         break;
2980                 }
2981                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2982                 TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail, pc, pc_lru);
2983                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2984                 /* One freed pv entry in locked_pmap is sufficient. */
2985                 if (pmap == locked_pmap)
2986                         break;
2987         }
2988         TAILQ_CONCAT(&pv_chunks, &new_tail, pc_lru);
2989         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
2990         if (pmap != NULL) {
2991                 pmap_invalidate_all(pmap);
2992                 if (pmap != locked_pmap)
2993                         PMAP_UNLOCK(pmap);
2994         }
2995         pmap_delayed_invl_finished();
2996         if (m_pc == NULL && !SLIST_EMPTY(&free)) {
2997                 m_pc = SLIST_FIRST(&free);
2998                 SLIST_REMOVE_HEAD(&free, plinks.s.ss);
2999                 /* Recycle a freed page table page. */
3000                 m_pc->wire_count = 1;
3001                 atomic_add_int(&vm_cnt.v_wire_count, 1);
3002         }
3003         pmap_free_zero_pages(&free);
3004         return (m_pc);
3005 }
3006
3007 /*
3008  * free the pv_entry back to the free list
3009  */
3010 static void
3011 free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv)
3012 {
3013         struct pv_chunk *pc;
3014         int idx, field, bit;
3015
3016         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3017         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, 1));
3018         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, 1));
3019         PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, 1));
3020         pc = pv_to_chunk(pv);
3021         idx = pv - &pc->pc_pventry[0];
3022         field = idx / 64;
3023         bit = idx % 64;
3024         pc->pc_map[field] |= 1ul << bit;
3025         if (pc->pc_map[0] != PC_FREE0 || pc->pc_map[1] != PC_FREE1 ||
3026             pc->pc_map[2] != PC_FREE2) {
3027                 /* 98% of the time, pc is already at the head of the list. */
3028                 if (__predict_false(pc != TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk))) {
3029                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3030                         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3031                 }
3032                 return;
3033         }
3034         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3035         free_pv_chunk(pc);
3036 }
3037
3038 static void
3039 free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc)
3040 {
3041         vm_page_t m;
3042
3043         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
3044         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
3045         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
3046         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
3047         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
3048         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
3049         /* entire chunk is free, return it */
3050         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
3051         dump_drop_page(m->phys_addr);
3052         vm_page_unwire(m, PQ_NONE);
3053         vm_page_free(m);
3054 }
3055
3056 /*
3057  * Returns a new PV entry, allocating a new PV chunk from the system when
3058  * needed.  If this PV chunk allocation fails and a PV list lock pointer was
3059  * given, a PV chunk is reclaimed from an arbitrary pmap.  Otherwise, NULL is
3060  * returned.
3061  *
3062  * The given PV list lock may be released.
3063  */
3064 static pv_entry_t
3065 get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp)
3066 {
3067         int bit, field;
3068         pv_entry_t pv;
3069         struct pv_chunk *pc;
3070         vm_page_t m;
3071
3072         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3073         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, 1));
3074 retry:
3075         pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
3076         if (pc != NULL) {
3077                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
3078                         if (pc->pc_map[field]) {
3079                                 bit = bsfq(pc->pc_map[field]);
3080                                 break;
3081                         }
3082                 }
3083                 if (field < _NPCM) {
3084                         pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
3085                         pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
3086                         /* If this was the last item, move it to tail */
3087                         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 &&
3088                             pc->pc_map[2] == 0) {
3089                                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3090                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc,
3091                                     pc_list);
3092                         }
3093                         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
3094                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, 1));
3095                         return (pv);
3096                 }
3097         }
3098         /* No free items, allocate another chunk */
3099         m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
3100             VM_ALLOC_WIRED);
3101         if (m == NULL) {
3102                 if (lockp == NULL) {
3103                         PV_STAT(pc_chunk_tryfail++);
3104                         return (NULL);
3105                 }
3106                 m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
3107                 if (m == NULL)
3108                         goto retry;
3109         }
3110         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
3111         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
3112         dump_add_page(m->phys_addr);
3113         pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
3114         pc->pc_pmap = pmap;
3115         pc->pc_map[0] = PC_FREE0 & ~1ul;        /* preallocated bit 0 */
3116         pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
3117         pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
3118         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
3119         TAILQ_INSERT_TAIL(&pv_chunks, pc, pc_lru);
3120         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
3121         pv = &pc->pc_pventry[0];
3122         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3123         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
3124         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV - 1));
3125         return (pv);
3126 }
3127
3128 /*
3129  * Returns the number of one bits within the given PV chunk map element.
3130  *
3131  * The erratas for Intel processors state that "POPCNT Instruction May
3132  * Take Longer to Execute Than Expected".  It is believed that the
3133  * issue is the spurious dependency on the destination register.
3134  * Provide a hint to the register rename logic that the destination
3135  * value is overwritten, by clearing it, as suggested in the
3136  * optimization manual.  It should be cheap for unaffected processors
3137  * as well.
3138  *
3139  * Reference numbers for erratas are
3140  * 4th Gen Core: HSD146
3141  * 5th Gen Core: BDM85
3142  * 6th Gen Core: SKL029
3143  */
3144 static int
3145 popcnt_pc_map_elem_pq(uint64_t elem)
3146 {
3147         u_long result;
3148
3149         __asm __volatile("xorl %k0,%k0;popcntq %1,%0"
3150             : "=&r" (result) : "rm" (elem));
3151         return (result);
3152 }
3153
3154 /*
3155  * Ensure that the number of spare PV entries in the specified pmap meets or
3156  * exceeds the given count, "needed".
3157  *
3158  * The given PV list lock may be released.
3159  */
3160 static void
3161 reserve_pv_entries(pmap_t pmap, int needed, struct rwlock **lockp)
3162 {
3163         struct pch new_tail;
3164         struct pv_chunk *pc;
3165         int avail, free;
3166         vm_page_t m;
3167
3168         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3169         KASSERT(lockp != NULL, ("reserve_pv_entries: lockp is NULL"));
3170
3171         /*
3172          * Newly allocated PV chunks must be stored in a private list until
3173          * the required number of PV chunks have been allocated.  Otherwise,
3174          * reclaim_pv_chunk() could recycle one of these chunks.  In
3175          * contrast, these chunks must be added to the pmap upon allocation.
3176          */
3177         TAILQ_INIT(&new_tail);
3178 retry:
3179         avail = 0;
3180         TAILQ_FOREACH(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list) {
3181 #ifndef __POPCNT__
3182                 if ((cpu_feature2 & CPUID2_POPCNT) == 0) {
3183                         free = bitcount64(pc->pc_map[0]);
3184                         free += bitcount64(pc->pc_map[1]);
3185                         free += bitcount64(pc->pc_map[2]);
3186                 } else
3187 #endif
3188                 {
3189                         free = popcnt_pc_map_elem_pq(pc->pc_map[0]);
3190                         free += popcnt_pc_map_elem_pq(pc->pc_map[1]);
3191                         free += popcnt_pc_map_elem_pq(pc->pc_map[2]);
3192                 }
3193                 if (free == 0)
3194                         break;
3195                 avail += free;
3196                 if (avail >= needed)
3197                         break;
3198         }
3199         for (; avail < needed; avail += _NPCPV) {
3200                 m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
3201                     VM_ALLOC_WIRED);
3202                 if (m == NULL) {
3203                         m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
3204                         if (m == NULL)
3205                                 goto retry;
3206                 }
3207                 PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
3208                 PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
3209                 dump_add_page(m->phys_addr);
3210                 pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
3211                 pc->pc_pmap = pmap;
3212                 pc->pc_map[0] = PC_FREE0;
3213                 pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
3214                 pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
3215                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3216                 TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail, pc, pc_lru);
3217                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
3218         }
3219         if (!TAILQ_EMPTY(&new_tail)) {
3220                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
3221                 TAILQ_CONCAT(&pv_chunks, &new_tail, pc_lru);
3222                 mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
3223         }
3224 }
3225
3226 /*
3227  * First find and then remove the pv entry for the specified pmap and virtual
3228  * address from the specified pv list.  Returns the pv entry if found and NULL
3229  * otherwise.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or
3230  * 2MB page mappings.
3231  */
3232 static __inline pv_entry_t
3233 pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3234 {
3235         pv_entry_t pv;
3236
3237         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
3238                 if (pmap == PV_PMAP(pv) && va == pv->pv_va) {
3239                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
3240                         pvh->pv_gen++;
3241                         break;
3242                 }
3243         }
3244         return (pv);
3245 }
3246
3247 /*
3248  * After demotion from a 2MB page mapping to 512 4KB page mappings,
3249  * destroy the pv entry for the 2MB page mapping and reinstantiate the pv
3250  * entries for each of the 4KB page mappings.
3251  */
3252 static void
3253 pmap_pv_demote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
3254     struct rwlock **lockp)
3255 {
3256         struct md_page *pvh;
3257         struct pv_chunk *pc;
3258         pv_entry_t pv;
3259         vm_offset_t va_last;
3260         vm_page_t m;
3261         int bit, field;
3262
3263         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3264         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
3265             ("pmap_pv_demote_pde: pa is not 2mpage aligned"));
3266         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
3267
3268         /*
3269          * Transfer the 2mpage's pv entry for this mapping to the first
3270          * page's pv list.  Once this transfer begins, the pv list lock
3271          * must not be released until the last pv entry is reinstantiated.
3272          */
3273         pvh = pa_to_pvh(pa);
3274         va = trunc_2mpage(va);
3275         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
3276         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_demote_pde: pv not found"));
3277         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
3278         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3279         m->md.pv_gen++;
3280         /* Instantiate the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
3281         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, NPTEPG - 1));
3282         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
3283         for (;;) {
3284                 pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
3285                 KASSERT(pc->pc_map[0] != 0 || pc->pc_map[1] != 0 ||
3286                     pc->pc_map[2] != 0, ("pmap_pv_demote_pde: missing spare"));
3287                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
3288                         while (pc->pc_map[field]) {
3289                                 bit = bsfq(pc->pc_map[field]);
3290                                 pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
3291                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
3292                                 va += PAGE_SIZE;
3293                                 pv->pv_va = va;
3294                                 m++;
3295                                 KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
3296                             ("pmap_pv_demote_pde: page %p is not managed", m));
3297                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3298                                 m->md.pv_gen++;
3299                                 if (va == va_last)
3300                                         goto out;
3301                         }
3302                 }
3303                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3304                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3305         }
3306 out:
3307         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 && pc->pc_map[2] == 0) {
3308                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3309                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3310         }
3311         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, NPTEPG - 1));
3312         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, NPTEPG - 1));
3313 }
3314
3315 /*
3316  * After promotion from 512 4KB page mappings to a single 2MB page mapping,
3317  * replace the many pv entries for the 4KB page mappings by a single pv entry
3318  * for the 2MB page mapping.
3319  */
3320 static void
3321 pmap_pv_promote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
3322     struct rwlock **lockp)
3323 {
3324         struct md_page *pvh;
3325         pv_entry_t pv;
3326         vm_offset_t va_last;
3327         vm_page_t m;
3328
3329         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
3330             ("pmap_pv_promote_pde: pa is not 2mpage aligned"));
3331         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
3332
3333         /*
3334          * Transfer the first page's pv entry for this mapping to the 2mpage's
3335          * pv list.  Aside from avoiding the cost of a call to get_pv_entry(),
3336          * a transfer avoids the possibility that get_pv_entry() calls
3337          * reclaim_pv_chunk() and that reclaim_pv_chunk() removes one of the
3338          * mappings that is being promoted.
3339          */
3340         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
3341         va = trunc_2mpage(va);
3342         pv = pmap_pvh_remove(&m->md, pmap, va);
3343         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_promote_pde: pv not found"));
3344         pvh = pa_to_pvh(pa);
3345         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
3346         pvh->pv_gen++;
3347         /* Free the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
3348         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
3349         do {
3350                 m++;
3351                 va += PAGE_SIZE;
3352                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
3353         } while (va < va_last);
3354 }
3355
3356 /*
3357  * First find and then destroy the pv entry for the specified pmap and virtual
3358  * address.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or 2MB
3359  * page mappings.
3360  */
3361 static void
3362 pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3363 {
3364         pv_entry_t pv;
3365
3366         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
3367         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pvh_free: pv not found"));
3368         free_pv_entry(pmap, pv);
3369 }
3370
3371 /*
3372  * Conditionally create the PV entry for a 4KB page mapping if the required
3373  * memory can be allocated without resorting to reclamation.
3374  */
3375 static boolean_t
3376 pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
3377     struct rwlock **lockp)
3378 {
3379         pv_entry_t pv;
3380
3381         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3382         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
3383         if ((pv = get_pv_entry(pmap, NULL)) != NULL) {
3384                 pv->pv_va = va;
3385                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
3386                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3387                 m->md.pv_gen++;
3388                 return (TRUE);
3389         } else
3390                 return (FALSE);
3391 }
3392
3393 /*
3394  * Conditionally create the PV entry for a 2MB page mapping if the required
3395  * memory can be allocated without resorting to reclamation.
3396  */
3397 static boolean_t
3398 pmap_pv_insert_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
3399     struct rwlock **lockp)
3400 {
3401         struct md_page *pvh;
3402         pv_entry_t pv;
3403
3404         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3405         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
3406         if ((pv = get_pv_entry(pmap, NULL)) != NULL) {
3407                 pv->pv_va = va;
3408                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
3409                 pvh = pa_to_pvh(pa);
3410                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
3411                 pvh->pv_gen++;
3412                 return (TRUE);
3413         } else
3414                 return (FALSE);
3415 }
3416
3417 /*
3418  * Fills a page table page with mappings to consecutive physical pages.
3419  */
3420 static void
3421 pmap_fill_ptp(pt_entry_t *firstpte, pt_entry_t newpte)
3422 {
3423         pt_entry_t *pte;
3424
3425         for (pte = firstpte; pte < firstpte + NPTEPG; pte++) {
3426                 *pte = newpte;
3427                 newpte += PAGE_SIZE;
3428         }
3429 }
3430
3431 /*
3432  * Tries to demote a 2MB page mapping.  If demotion fails, the 2MB page
3433  * mapping is invalidated.
3434  */
3435 static boolean_t
3436 pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
3437 {
3438         struct rwlock *lock;
3439         boolean_t rv;
3440
3441         lock = NULL;
3442         rv = pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
3443         if (lock != NULL)
3444                 rw_wunlock(lock);
3445         return (rv);
3446 }
3447
3448 static boolean_t
3449 pmap_demote_pde_locked(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
3450     struct rwlock **lockp)
3451 {
3452         pd_entry_t newpde, oldpde;
3453         pt_entry_t *firstpte, newpte;
3454         pt_entry_t PG_A, PG_G, PG_M, PG_RW, PG_V;
3455         vm_paddr_t mptepa;
3456         vm_page_t mpte;
3457         struct spglist free;
3458         int PG_PTE_CACHE;
3459
3460         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
3461         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
3462         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
3463         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
3464         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3465         PG_PTE_CACHE = pmap_cache_mask(pmap, 0);
3466
3467         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3468         oldpde = *pde;
3469         KASSERT((oldpde & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V),
3470             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_PS and/or PG_V"));
3471         if ((oldpde & PG_A) != 0 && (mpte = pmap_lookup_pt_page(pmap, va)) !=
3472             NULL)
3473                 pmap_remove_pt_page(pmap, mpte);
3474         else {
3475                 KASSERT((oldpde & PG_W) == 0,
3476                     ("pmap_demote_pde: page table page for a wired mapping"
3477                     " is missing"));
3478
3479                 /*
3480                  * Invalidate the 2MB page mapping and return "failure" if the
3481                  * mapping was never accessed or the allocation of the new
3482                  * page table page fails.  If the 2MB page mapping belongs to
3483                  * the direct map region of the kernel's address space, then
3484                  * the page allocation request specifies the highest possible
3485                  * priority (VM_ALLOC_INTERRUPT).  Otherwise, the priority is
3486                  * normal.  Page table pages are preallocated for every other
3487                  * part of the kernel address space, so the direct map region
3488                  * is the only part of the kernel address space that must be
3489                  * handled here.
3490                  */
3491                 if ((oldpde & PG_A) == 0 || (mpte = vm_page_alloc(NULL,
3492                     pmap_pde_pindex(va), (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va <
3493                     DMAP_MAX_ADDRESS ? VM_ALLOC_INTERRUPT : VM_ALLOC_NORMAL) |
3494                     VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED)) == NULL) {
3495                         SLIST_INIT(&free);
3496                         pmap_remove_pde(pmap, pde, trunc_2mpage(va), &free,
3497                             lockp);
3498                         pmap_invalidate_page(pmap, trunc_2mpage(va));
3499                         pmap_free_zero_pages(&free);
3500                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: failure for va %#lx"
3501                             " in pmap %p", va, pmap);
3502                         return (FALSE);
3503                 }
3504                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
3505                         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
3506         }
3507         mptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpte);
3508         firstpte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mptepa);
3509         newpde = mptepa | PG_M | PG_A | (oldpde & PG_U) | PG_RW | PG_V;
3510         KASSERT((oldpde & PG_A) != 0,
3511             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_A"));
3512         KASSERT((oldpde & (PG_M | PG_RW)) != PG_RW,
3513             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_M"));
3514         newpte = oldpde & ~PG_PS;
3515         newpte = pmap_swap_pat(pmap, newpte);
3516
3517         /*
3518          * If the page table page is new, initialize it.
3519          */
3520         if (mpte->wire_count == 1) {
3521                 mpte->wire_count = NPTEPG;
3522                 pmap_fill_ptp(firstpte, newpte);
3523         }
3524         KASSERT((*firstpte & PG_FRAME) == (newpte & PG_FRAME),
3525             ("pmap_demote_pde: firstpte and newpte map different physical"
3526             " addresses"));
3527
3528         /*
3529          * If the mapping has changed attributes, update the page table
3530          * entries.
3531          */
3532         if ((*firstpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpte & PG_PTE_PROMOTE))
3533                 pmap_fill_ptp(firstpte, newpte);
3534
3535         /*
3536          * The spare PV entries must be reserved prior to demoting the
3537          * mapping, that is, prior to changing the PDE.  Otherwise, the state
3538          * of the PDE and the PV lists will be inconsistent, which can result
3539          * in reclaim_pv_chunk() attempting to remove a PV entry from the
3540          * wrong PV list and pmap_pv_demote_pde() failing to find the expected
3541          * PV entry for the 2MB page mapping that is being demoted.
3542          */
3543         if ((oldpde & PG_MANAGED) != 0)
3544                 reserve_pv_entries(pmap, NPTEPG - 1, lockp);
3545
3546         /*
3547          * Demote the mapping.  This pmap is locked.  The old PDE has
3548          * PG_A set.  If the old PDE has PG_RW set, it also has PG_M
3549          * set.  Thus, there is no danger of a race with another
3550          * processor changing the setting of PG_A and/or PG_M between
3551          * the read above and the store below. 
3552          */
3553         if (workaround_erratum383)
3554                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, newpde);
3555         else
3556                 pde_store(pde, newpde);
3557
3558         /*
3559          * Invalidate a stale recursive mapping of the page table page.
3560          */
3561         if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
3562                 pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopte(va));
3563
3564         /*
3565          * Demote the PV entry.
3566          */
3567         if ((oldpde & PG_MANAGED) != 0)
3568                 pmap_pv_demote_pde(pmap, va, oldpde & PG_PS_FRAME, lockp);
3569
3570         atomic_add_long(&pmap_pde_demotions, 1);
3571         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: success for va %#lx"
3572             " in pmap %p", va, pmap);
3573         return (TRUE);
3574 }
3575
3576 /*
3577  * pmap_remove_kernel_pde: Remove a kernel superpage mapping.
3578  */
3579 static void
3580 pmap_remove_kernel_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
3581 {
3582         pd_entry_t newpde;
3583         vm_paddr_t mptepa;
3584         vm_page_t mpte;
3585
3586         KASSERT(pmap == kernel_pmap, ("pmap %p is not kernel_pmap", pmap));
3587         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3588         mpte = pmap_lookup_pt_page(pmap, va);
3589         if (mpte == NULL)
3590                 panic("pmap_remove_kernel_pde: Missing pt page.");
3591
3592         pmap_remove_pt_page(pmap, mpte);
3593         mptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpte);
3594         newpde = mptepa | X86_PG_M | X86_PG_A | X86_PG_RW | X86_PG_V;
3595
3596         /*
3597          * Initialize the page table page.
3598          */
3599         pagezero((void *)PHYS_TO_DMAP(mptepa));
3600
3601         /*
3602          * Demote the mapping.
3603          */
3604         if (workaround_erratum383)
3605                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, newpde);
3606         else
3607                 pde_store(pde, newpde);
3608
3609         /*
3610          * Invalidate a stale recursive mapping of the page table page.
3611          */
3612         pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopte(va));
3613 }
3614
3615 /*
3616  * pmap_remove_pde: do the things to unmap a superpage in a process
3617  */
3618 static int
3619 pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
3620     struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
3621 {
3622         struct md_page *pvh;
3623         pd_entry_t oldpde;
3624         vm_offset_t eva, va;
3625         vm_page_t m, mpte;
3626         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW;
3627
3628         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
3629         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
3630         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
3631         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
3632
3633         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3634         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
3635             ("pmap_remove_pde: sva is not 2mpage aligned"));
3636         oldpde = pte_load_clear(pdq);
3637         if (oldpde & PG_W)
3638                 pmap->pm_stats.wired_count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
3639
3640         /*
3641          * Machines that don't support invlpg, also don't support
3642          * PG_G.
3643          */
3644         if (oldpde & PG_G)
3645                 pmap_invalidate_page(kernel_pmap, sva);
3646         pmap_resident_count_dec(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
3647         if (oldpde & PG_MANAGED) {
3648                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, oldpde & PG_PS_FRAME);
3649                 pvh = pa_to_pvh(oldpde & PG_PS_FRAME);
3650                 pmap_pvh_free(pvh, pmap, sva);
3651                 eva = sva + NBPDR;
3652                 for (va = sva, m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
3653                     va < eva; va += PAGE_SIZE, m++) {
3654                         if ((oldpde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
3655                                 vm_page_dirty(m);
3656                         if (oldpde & PG_A)
3657                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
3658                         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
3659                             TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
3660                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
3661                         pmap_delayed_invl_page(m);
3662                 }
3663         }
3664         if (pmap == kernel_pmap) {
3665                 pmap_remove_kernel_pde(pmap, pdq, sva);
3666         } else {
3667                 mpte = pmap_lookup_pt_page(pmap, sva);
3668                 if (mpte != NULL) {
3669                         pmap_remove_pt_page(pmap, mpte);
3670                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3671                         KASSERT(mpte->wire_count == NPTEPG,
3672                             ("pmap_remove_pde: pte page wire count error"));
3673                         mpte->wire_count = 0;
3674                         pmap_add_delayed_free_list(mpte, free, FALSE);
3675                         atomic_subtract_int(&vm_cnt.v_wire_count, 1);
3676                 }
3677         }
3678         return (pmap_unuse_pt(pmap, sva, *pmap_pdpe(pmap, sva), free));
3679 }
3680
3681 /*
3682  * pmap_remove_pte: do the things to unmap a page in a process
3683  */
3684 static int
3685 pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t va, 
3686     pd_entry_t ptepde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
3687 {
3688         struct md_page *pvh;
3689         pt_entry_t oldpte, PG_A, PG_M, PG_RW;
3690         vm_page_t m;
3691
3692         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
3693         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
3694         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
3695
3696         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3697         oldpte = pte_load_clear(ptq);
3698         if (oldpte & PG_W)
3699                 pmap->pm_stats.wired_count -= 1;
3700         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3701         if (oldpte & PG_MANAGED) {
3702                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpte & PG_FRAME);
3703                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
3704                         vm_page_dirty(m);
3705                 if (oldpte & PG_A)
3706                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
3707                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
3708                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
3709                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
3710                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
3711                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3712                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
3713                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
3714                 }
3715                 pmap_delayed_invl_page(m);
3716         }
3717         return (pmap_unuse_pt(pmap, va, ptepde, free));
3718 }
3719
3720 /*
3721  * Remove a single page from a process address space
3722  */
3723 static void
3724 pmap_remove_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
3725     struct spglist *free)
3726 {
3727         struct rwlock *lock;
3728         pt_entry_t *pte, PG_V;
3729
3730         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3731         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3732         if ((*pde & PG_V) == 0)
3733                 return;
3734         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
3735         if ((*pte & PG_V) == 0)
3736                 return;
3737         lock = NULL;
3738         pmap_remove_pte(pmap, pte, va, *pde, free, &lock);
3739         if (lock != NULL)
3740                 rw_wunlock(lock);
3741         pmap_invalidate_page(pmap, va);
3742 }
3743
3744 /*
3745  *      Remove the given range of addresses from the specified map.
3746  *
3747  *      It is assumed that the start and end are properly
3748  *      rounded to the page size.
3749  */
3750 void
3751 pmap_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3752 {
3753         struct rwlock *lock;
3754         vm_offset_t va, va_next;
3755         pml4_entry_t *pml4e;
3756         pdp_entry_t *pdpe;
3757         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
3758         pt_entry_t *pte, PG_G, PG_V;
3759         struct spglist free;
3760         int anyvalid;
3761
3762         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
3763         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3764
3765         /*
3766          * Perform an unsynchronized read.  This is, however, safe.
3767          */
3768         if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
3769                 return;
3770
3771         anyvalid = 0;
3772         SLIST_INIT(&free);
3773
3774         pmap_delayed_invl_started();
3775         PMAP_LOCK(pmap);
3776
3777         /*
3778          * special handling of removing one page.  a very
3779          * common operation and easy to short circuit some
3780          * code.
3781          */
3782         if (sva + PAGE_SIZE == eva) {
3783                 pde = pmap_pde(pmap, sva);
3784                 if (pde && (*pde & PG_PS) == 0) {
3785                         pmap_remove_page(pmap, sva, pde, &free);
3786                         goto out;
3787                 }
3788         }
3789
3790         lock = NULL;
3791         for (; sva < eva; sva = va_next) {
3792
3793                 if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
3794                         break;
3795
3796                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
3797                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
3798                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
3799                         if (va_next < sva)
3800                                 va_next = eva;
3801                         continue;
3802                 }
3803
3804                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
3805                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
3806                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
3807                         if (va_next < sva)
3808                                 va_next = eva;
3809                         continue;
3810                 }
3811
3812                 /*
3813                  * Calculate index for next page table.
3814                  */
3815                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
3816                 if (va_next < sva)
3817                         va_next = eva;
3818
3819                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
3820                 ptpaddr = *pde;
3821
3822                 /*
3823                  * Weed out invalid mappings.
3824                  */
3825                 if (ptpaddr == 0)
3826                         continue;
3827
3828                 /*
3829                  * Check for large page.
3830                  */
3831                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
3832                         /*
3833                          * Are we removing the entire large page?  If not,
3834                          * demote the mapping and fall through.
3835                          */
3836                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
3837                                 /*
3838                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
3839                                  * invalidated by pmap_remove_pde().
3840                                  */
3841                                 if ((ptpaddr & PG_G) == 0)
3842                                         anyvalid = 1;
3843                                 pmap_remove_pde(pmap, pde, sva, &free, &lock);
3844                                 continue;
3845                         } else if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, sva,
3846                             &lock)) {
3847                                 /* The large page mapping was destroyed. */
3848                                 continue;
3849                         } else
3850                                 ptpaddr = *pde;
3851                 }
3852
3853                 /*
3854                  * Limit our scan to either the end of the va represented
3855                  * by the current page table page, or to the end of the
3856                  * range being removed.
3857                  */
3858                 if (va_next > eva)
3859                         va_next = eva;
3860
3861                 va = va_next;
3862                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
3863                     sva += PAGE_SIZE) {
3864                         if (*pte == 0) {
3865                                 if (va != va_next) {
3866                                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
3867                                         va = va_next;
3868                                 }
3869                                 continue;
3870                         }
3871                         if ((*pte & PG_G) == 0)
3872                                 anyvalid = 1;
3873                         else if (va == va_next)
3874                                 va = sva;
3875                         if (pmap_remove_pte(pmap, pte, sva, ptpaddr, &free,
3876                             &lock)) {
3877                                 sva += PAGE_SIZE;
3878                                 break;
3879                         }
3880                 }
3881                 if (va != va_next)
3882                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
3883         }
3884         if (lock != NULL)
3885                 rw_wunlock(lock);
3886 out:
3887         if (anyvalid)
3888                 pmap_invalidate_all(pmap);
3889         PMAP_UNLOCK(pmap);
3890         pmap_delayed_invl_finished();
3891         pmap_free_zero_pages(&free);
3892 }
3893
3894 /*
3895  *      Routine:        pmap_remove_all
3896  *      Function:
3897  *              Removes this physical page from
3898  *              all physical maps in which it resides.
3899  *              Reflects back modify bits to the pager.
3900  *
3901  *      Notes:
3902  *              Original versions of this routine were very
3903  *              inefficient because they iteratively called
3904  *              pmap_remove (slow...)
3905  */
3906
3907 void
3908 pmap_remove_all(vm_page_t m)
3909 {
3910         struct md_page *pvh;
3911         pv_entry_t pv;
3912         pmap_t pmap;
3913         struct rwlock *lock;
3914         pt_entry_t *pte, tpte, PG_A, PG_M, PG_RW;
3915         pd_entry_t *pde;
3916         vm_offset_t va;
3917         struct spglist free;
3918         int pvh_gen, md_gen;
3919
3920         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
3921             ("pmap_remove_all: page %p is not managed", m));
3922         SLIST_INIT(&free);
3923         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
3924         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3925 retry:
3926         rw_wlock(lock);
3927         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0)
3928                 goto small_mappings;
3929         while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != NULL) {
3930                 pmap = PV_PMAP(pv);
3931                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
3932                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
3933                         rw_wunlock(lock);
3934                         PMAP_LOCK(pmap);
3935                         rw_wlock(lock);
3936                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
3937                                 rw_wunlock(lock);
3938                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3939                                 goto retry;
3940                         }
3941                 }
3942                 va = pv->pv_va;
3943                 pde = pmap_pde(pmap, va);
3944                 (void)pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
3945                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3946         }
3947 small_mappings:
3948         while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
3949                 pmap = PV_PMAP(pv);
3950                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
3951                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
3952                         md_gen = m->md.pv_gen;
3953                         rw_wunlock(lock);
3954                         PMAP_LOCK(pmap);
3955                         rw_wlock(lock);
3956                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
3957                                 rw_wunlock(lock);
3958                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3959                                 goto retry;
3960                         }
3961                 }
3962                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
3963                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
3964                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
3965                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3966                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
3967                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_remove_all: found"
3968                     " a 2mpage in page %p's pv list", m));
3969                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
3970                 tpte = pte_load_clear(pte);
3971                 if (tpte & PG_W)
3972                         pmap->pm_stats.wired_count--;
3973                 if (tpte & PG_A)
3974                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
3975
3976                 /*
3977                  * Update the vm_page_t clean and reference bits.
3978                  */
3979                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
3980                         vm_page_dirty(m);
3981                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, *pde, &free);
3982                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
3983                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3984                 m->md.pv_gen++;
3985                 free_pv_entry(pmap, pv);
3986                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3987         }
3988         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
3989         rw_wunlock(lock);
3990         pmap_delayed_invl_wait(m);
3991         pmap_free_zero_pages(&free);
3992 }
3993
3994 /*
3995  * pmap_protect_pde: do the things to protect a 2mpage in a process
3996  */
3997 static boolean_t
3998 pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva, vm_prot_t prot)
3999 {
4000         pd_entry_t newpde, oldpde;
4001         vm_offset_t eva, va;
4002         vm_page_t m;
4003         boolean_t anychanged;
4004         pt_entry_t PG_G, PG_M, PG_RW;
4005
4006         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
4007         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4008         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4009
4010         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4011         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
4012             ("pmap_protect_pde: sva is not 2mpage aligned"));
4013         anychanged = FALSE;
4014 retry:
4015         oldpde = newpde = *pde;
4016         if (oldpde & PG_MANAGED) {
4017                 eva = sva + NBPDR;
4018                 for (va = sva, m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
4019                     va < eva; va += PAGE_SIZE, m++)
4020                         if ((oldpde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
4021                                 vm_page_dirty(m);
4022         }
4023         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0)
4024                 newpde &= ~(PG_RW | PG_M);
4025         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
4026                 newpde |= pg_nx;
4027         if (newpde != oldpde) {
4028                 if (!atomic_cmpset_long(pde, oldpde, newpde))
4029                         goto retry;
4030                 if (oldpde & PG_G)
4031                         pmap_invalidate_page(pmap, sva);
4032                 else
4033                         anychanged = TRUE;
4034         }
4035         return (anychanged);
4036 }
4037
4038 /*
4039  *      Set the physical protection on the
4040  *      specified range of this map as requested.
4041  */
4042 void
4043 pmap_protect(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, vm_prot_t prot)
4044 {
4045         vm_offset_t va_next;
4046         pml4_entry_t *pml4e;
4047         pdp_entry_t *pdpe;
4048         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
4049         pt_entry_t *pte, PG_G, PG_M, PG_RW, PG_V;
4050         boolean_t anychanged;
4051
4052         KASSERT((prot & ~VM_PROT_ALL) == 0, ("invalid prot %x", prot));
4053         if (prot == VM_PROT_NONE) {
4054                 pmap_remove(pmap, sva, eva);
4055                 return;
4056         }
4057
4058         if ((prot & (VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE)) ==
4059             (VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE))
4060                 return;
4061
4062         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
4063         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4064         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4065         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4066         anychanged = FALSE;
4067
4068         PMAP_LOCK(pmap);
4069         for (; sva < eva; sva = va_next) {
4070
4071                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
4072                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
4073                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
4074                         if (va_next < sva)
4075                                 va_next = eva;
4076                         continue;
4077                 }
4078
4079                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
4080                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
4081                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
4082                         if (va_next < sva)
4083                                 va_next = eva;
4084                         continue;
4085                 }
4086
4087                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
4088                 if (va_next < sva)
4089                         va_next = eva;
4090
4091                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
4092                 ptpaddr = *pde;
4093
4094                 /*
4095                  * Weed out invalid mappings.
4096                  */
4097                 if (ptpaddr == 0)
4098                         continue;
4099
4100                 /*
4101                  * Check for large page.
4102                  */
4103                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
4104                         /*
4105                          * Are we protecting the entire large page?  If not,
4106                          * demote the mapping and fall through.
4107                          */
4108                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
4109                                 /*
4110                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
4111                                  * invalidated by pmap_protect_pde().
4112                                  */
4113                                 if (pmap_protect_pde(pmap, pde, sva, prot))
4114                                         anychanged = TRUE;
4115                                 continue;
4116                         } else if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, sva)) {
4117                                 /*
4118                                  * The large page mapping was destroyed.
4119                                  */
4120                                 continue;
4121                         }
4122                 }
4123
4124                 if (va_next > eva)
4125                         va_next = eva;
4126
4127                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
4128                     sva += PAGE_SIZE) {
4129                         pt_entry_t obits, pbits;
4130                         vm_page_t m;
4131
4132 retry:
4133                         obits = pbits = *pte;
4134                         if ((pbits & PG_V) == 0)
4135                                 continue;
4136
4137                         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
4138                                 if ((pbits & (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) ==
4139                                     (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) {
4140                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pbits & PG_FRAME);
4141                                         vm_page_dirty(m);
4142                                 }
4143                                 pbits &= ~(PG_RW | PG_M);
4144                         }
4145                         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
4146                                 pbits |= pg_nx;
4147
4148                         if (pbits != obits) {
4149                                 if (!atomic_cmpset_long(pte, obits, pbits))
4150                                         goto retry;
4151                                 if (obits & PG_G)
4152                                         pmap_invalidate_page(pmap, sva);
4153                                 else
4154                                         anychanged = TRUE;
4155                         }
4156                 }
4157         }
4158         if (anychanged)
4159                 pmap_invalidate_all(pmap);
4160         PMAP_UNLOCK(pmap);
4161 }
4162
4163 /*
4164  * Tries to promote the 512, contiguous 4KB page mappings that are within a
4165  * single page table page (PTP) to a single 2MB page mapping.  For promotion
4166  * to occur, two conditions must be met: (1) the 4KB page mappings must map
4167  * aligned, contiguous physical memory and (2) the 4KB page mappings must have
4168  * identical characteristics. 
4169  */
4170 static void
4171 pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
4172     struct rwlock **lockp)
4173 {
4174         pd_entry_t newpde;
4175         pt_entry_t *firstpte, oldpte, pa, *pte;
4176         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
4177         vm_page_t mpte;
4178         int PG_PTE_CACHE;
4179
4180         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
4181         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
4182         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4183         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4184         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4185         PG_PTE_CACHE = pmap_cache_mask(pmap, 0);
4186
4187         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4188
4189         /*
4190          * Examine the first PTE in the specified PTP.  Abort if this PTE is
4191          * either invalid, unused, or does not map the first 4KB physical page
4192          * within a 2MB page. 
4193          */
4194         firstpte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pde & PG_FRAME);
4195 setpde:
4196         newpde = *firstpte;
4197         if ((newpde & ((PG_FRAME & PDRMASK) | PG_A | PG_V)) != (PG_A | PG_V)) {
4198                 atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
4199                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
4200                     " in pmap %p", va, pmap);
4201                 return;
4202         }
4203         if ((newpde & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
4204                 /*
4205                  * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared without
4206                  * a TLB invalidation.
4207                  */
4208                 if (!atomic_cmpset_long(firstpte, newpde, newpde & ~PG_RW))
4209                         goto setpde;
4210                 newpde &= ~PG_RW;
4211         }
4212
4213         /*
4214          * Examine each of the other PTEs in the specified PTP.  Abort if this
4215          * PTE maps an unexpected 4KB physical page or does not have identical
4216          * characteristics to the first PTE.
4217          */
4218         pa = (newpde & (PG_PS_FRAME | PG_A | PG_V)) + NBPDR - PAGE_SIZE;
4219         for (pte = firstpte + NPTEPG - 1; pte > firstpte; pte--) {
4220 setpte:
4221                 oldpte = *pte;
4222                 if ((oldpte & (PG_FRAME | PG_A | PG_V)) != pa) {
4223                         atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
4224                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
4225                             " in pmap %p", va, pmap);
4226                         return;
4227                 }
4228                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
4229                         /*
4230                          * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared
4231                          * without a TLB invalidation.
4232                          */
4233                         if (!atomic_cmpset_long(pte, oldpte, oldpte & ~PG_RW))
4234                                 goto setpte;
4235                         oldpte &= ~PG_RW;
4236                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: protect for va %#lx"
4237                             " in pmap %p", (oldpte & PG_FRAME & PDRMASK) |
4238                             (va & ~PDRMASK), pmap);
4239                 }
4240                 if ((oldpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpde & PG_PTE_PROMOTE)) {
4241                         atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
4242                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
4243                             " in pmap %p", va, pmap);
4244                         return;
4245                 }
4246                 pa -= PAGE_SIZE;
4247         }
4248
4249         /*
4250          * Save the page table page in its current state until the PDE
4251          * mapping the superpage is demoted by pmap_demote_pde() or
4252          * destroyed by pmap_remove_pde(). 
4253          */
4254         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
4255         KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
4256             mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
4257             ("pmap_promote_pde: page table page is out of range"));
4258         KASSERT(mpte->pindex == pmap_pde_pindex(va),
4259             ("pmap_promote_pde: page table page's pindex is wrong"));
4260         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mpte)) {
4261                 atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
4262                 CTR2(KTR_PMAP,
4263                     "pmap_promote_pde: failure for va %#lx in pmap %p", va,
4264                     pmap);
4265                 return;
4266         }
4267
4268         /*
4269          * Promote the pv entries.
4270          */
4271         if ((newpde & PG_MANAGED) != 0)
4272                 pmap_pv_promote_pde(pmap, va, newpde & PG_PS_FRAME, lockp);
4273
4274         /*
4275          * Propagate the PAT index to its proper position.
4276          */
4277         newpde = pmap_swap_pat(pmap, newpde);
4278
4279         /*
4280          * Map the superpage.
4281          */
4282         if (workaround_erratum383)
4283                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, PG_PS | newpde);
4284         else
4285                 pde_store(pde, PG_PS | newpde);
4286
4287         atomic_add_long(&pmap_pde_promotions, 1);
4288         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: success for va %#lx"
4289             " in pmap %p", va, pmap);
4290 }
4291
4292 /*
4293  *      Insert the given physical page (p) at
4294  *      the specified virtual address (v) in the
4295  *      target physical map with the protection requested.
4296  *
4297  *      If specified, the page will be wired down, meaning
4298  *      that the related pte can not be reclaimed.
4299  *
4300  *      NB:  This is the only routine which MAY NOT lazy-evaluate
4301  *      or lose information.  That is, this routine must actually
4302  *      insert this page into the given map NOW.
4303  *
4304  *      When destroying both a page table and PV entry, this function
4305  *      performs the TLB invalidation before releasing the PV list
4306  *      lock, so we do not need pmap_delayed_invl_page() calls here.
4307  */
4308 int
4309 pmap_enter(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
4310     u_int flags, int8_t psind __unused)
4311 {
4312         struct rwlock *lock;
4313         pd_entry_t *pde;
4314         pt_entry_t *pte, PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
4315         pt_entry_t newpte, origpte;
4316         pv_entry_t pv;
4317         vm_paddr_t opa, pa;
4318         vm_page_t mpte, om;
4319         boolean_t nosleep;
4320
4321         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
4322         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
4323         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4324         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4325         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4326
4327         va = trunc_page(va);
4328         KASSERT(va <= VM_MAX_KERNEL_ADDRESS, ("pmap_enter: toobig"));
4329         KASSERT(va < UPT_MIN_ADDRESS || va >= UPT_MAX_ADDRESS,
4330             ("pmap_enter: invalid to pmap_enter page table pages (va: 0x%lx)",
4331             va));
4332         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0 || va < kmi.clean_sva ||
4333             va >= kmi.clean_eva,
4334             ("pmap_enter: managed mapping within the clean submap"));
4335         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 && !vm_page_xbusied(m))
4336                 VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m->object);
4337         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
4338         newpte = (pt_entry_t)(pa | PG_A | PG_V);
4339         if ((flags & VM_PROT_WRITE) != 0)
4340                 newpte |= PG_M;
4341         if ((prot & VM_PROT_WRITE) != 0)
4342                 newpte |= PG_RW;
4343         KASSERT((newpte & (PG_M | PG_RW)) != PG_M,
4344             ("pmap_enter: flags includes VM_PROT_WRITE but prot doesn't"));
4345         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
4346                 newpte |= pg_nx;
4347         if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) != 0)
4348                 newpte |= PG_W;
4349         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
4350                 newpte |= PG_U;
4351         if (pmap == kernel_pmap)
4352                 newpte |= PG_G;
4353         newpte |= pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, 0);
4354
4355         /*
4356          * Set modified bit gratuitously for writeable mappings if
4357          * the page is unmanaged. We do not want to take a fault
4358          * to do the dirty bit accounting for these mappings.
4359          */
4360         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0) {
4361                 if ((newpte & PG_RW) != 0)
4362                         newpte |= PG_M;
4363         }
4364
4365         mpte = NULL;
4366
4367         lock = NULL;
4368         PMAP_LOCK(pmap);
4369
4370         /*
4371          * In the case that a page table page is not
4372          * resident, we are creating it here.
4373          */
4374 retry:
4375         pde = pmap_pde(pmap, va);
4376         if (pde != NULL && (*pde & PG_V) != 0 && ((*pde & PG_PS) == 0 ||
4377             pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock))) {
4378                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
4379                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS && mpte == NULL) {
4380                         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
4381                         mpte->wire_count++;
4382                 }
4383         } else if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
4384                 /*
4385                  * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been
4386                  * deallocated.
4387                  */
4388                 nosleep = (flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0;
4389                 mpte = _pmap_allocpte(pmap, pmap_pde_pindex(va),
4390                     nosleep ? NULL : &lock);
4391                 if (mpte == NULL && nosleep) {
4392                         if (lock != NULL)
4393                                 rw_wunlock(lock);
4394                         PMAP_UNLOCK(pmap);
4395                         return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
4396                 }
4397                 goto retry;
4398         } else
4399                 panic("pmap_enter: invalid page directory va=%#lx", va);
4400
4401         origpte = *pte;
4402
4403         /*
4404          * Is the specified virtual address already mapped?
4405          */
4406         if ((origpte & PG_V) != 0) {
4407                 /*
4408                  * Wiring change, just update stats. We don't worry about
4409                  * wiring PT pages as they remain resident as long as there
4410                  * are valid mappings in them. Hence, if a user page is wired,
4411                  * the PT page will be also.
4412                  */
4413                 if ((newpte & PG_W) != 0 && (origpte & PG_W) == 0)
4414                         pmap->pm_stats.wired_count++;
4415                 else if ((newpte & PG_W) == 0 && (origpte & PG_W) != 0)
4416                         pmap->pm_stats.wired_count--;
4417
4418                 /*
4419                  * Remove the extra PT page reference.
4420                  */
4421                 if (mpte != NULL) {
4422                         mpte->wire_count--;
4423                         KASSERT(mpte->wire_count > 0,
4424                             ("pmap_enter: missing reference to page table page,"
4425                              " va: 0x%lx", va));
4426                 }
4427
4428                 /*
4429                  * Has the physical page changed?
4430                  */
4431                 opa = origpte & PG_FRAME;
4432                 if (opa == pa) {
4433                         /*
4434                          * No, might be a protection or wiring change.
4435                          */
4436                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0) {
4437                                 newpte |= PG_MANAGED;
4438                                 if ((newpte & PG_RW) != 0)
4439                                         vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
4440                         }
4441                         if (((origpte ^ newpte) & ~(PG_M | PG_A)) == 0)
4442                                 goto unchanged;
4443                         goto validate;
4444                 }
4445         } else {
4446                 /*
4447                  * Increment the counters.
4448                  */
4449                 if ((newpte & PG_W) != 0)
4450                         pmap->pm_stats.wired_count++;
4451                 pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
4452         }
4453
4454         /*
4455          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
4456          */
4457         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
4458                 newpte |= PG_MANAGED;
4459                 pv = get_pv_entry(pmap, &lock);
4460                 pv->pv_va = va;
4461                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, pa);
4462                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4463                 m->md.pv_gen++;
4464                 if ((newpte & PG_RW) != 0)
4465                         vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
4466         }
4467
4468         /*
4469          * Update the PTE.
4470          */
4471         if ((origpte & PG_V) != 0) {
4472 validate:
4473                 origpte = pte_load_store(pte, newpte);
4474                 opa = origpte & PG_FRAME;
4475                 if (opa != pa) {
4476                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0) {
4477                                 om = PHYS_TO_VM_PAGE(opa);
4478                                 if ((origpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M |
4479                                     PG_RW))
4480                                         vm_page_dirty(om);
4481                                 if ((origpte & PG_A) != 0)
4482                                         vm_page_aflag_set(om, PGA_REFERENCED);
4483                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, opa);
4484                                 pmap_pvh_free(&om->md, pmap, va);
4485                                 if ((om->aflags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
4486                                     TAILQ_EMPTY(&om->md.pv_list) &&
4487                                     ((om->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
4488                                     TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(opa)->pv_list)))
4489                                         vm_page_aflag_clear(om, PGA_WRITEABLE);
4490                         }
4491                 } else if ((newpte & PG_M) == 0 && (origpte & (PG_M |
4492                     PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
4493                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0)
4494                                 vm_page_dirty(m);
4495
4496                         /*
4497                          * Although the PTE may still have PG_RW set, TLB
4498                          * invalidation may nonetheless be required because
4499                          * the PTE no longer has PG_M set.
4500                          */
4501                 } else if ((origpte & PG_NX) != 0 || (newpte & PG_NX) == 0) {
4502                         /*
4503                          * This PTE change does not require TLB invalidation.
4504                          */
4505                         goto unchanged;
4506                 }
4507                 if ((origpte & PG_A) != 0)
4508                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
4509         } else
4510                 pte_store(pte, newpte);
4511
4512 unchanged:
4513
4514         /*
4515          * If both the page table page and the reservation are fully
4516          * populated, then attempt promotion.
4517          */
4518         if ((mpte == NULL || mpte->wire_count == NPTEPG) &&
4519             pmap_ps_enabled(pmap) &&
4520             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
4521             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0)
4522                 pmap_promote_pde(pmap, pde, va, &lock);
4523
4524         if (lock != NULL)
4525                 rw_wunlock(lock);
4526         PMAP_UNLOCK(pmap);
4527         return (KERN_SUCCESS);
4528 }
4529
4530 /*
4531  * Tries to create a 2MB page mapping.  Returns TRUE if successful and FALSE
4532  * otherwise.  Fails if (1) a page table page cannot be allocated without
4533  * blocking, (2) a mapping already exists at the specified virtual address, or
4534  * (3) a pv entry cannot be allocated without reclaiming another pv entry. 
4535  */
4536 static boolean_t
4537 pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
4538     struct rwlock **lockp)
4539 {
4540         pd_entry_t *pde, newpde;
4541         pt_entry_t PG_V;
4542         vm_page_t mpde;
4543         struct spglist free;
4544
4545         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4546         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4547
4548         if ((mpde = pmap_allocpde(pmap, va, NULL)) == NULL) {
4549                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
4550                     " in pmap %p", va, pmap);
4551                 return (FALSE);
4552         }
4553         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mpde));
4554         pde = &pde[pmap_pde_index(va)];
4555         if ((*pde & PG_V) != 0) {
4556                 KASSERT(mpde->wire_count > 1,
4557                     ("pmap_enter_pde: mpde's wire count is too low"));
4558                 mpde->wire_count--;
4559                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
4560                     " in pmap %p", va, pmap);
4561                 return (FALSE);
4562         }
4563         newpde = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, 1) |
4564             PG_PS | PG_V;
4565         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
4566                 newpde |= PG_MANAGED;
4567
4568                 /*
4569                  * Abort this mapping if its PV entry could not be created.
4570                  */
4571                 if (!pmap_pv_insert_pde(pmap, va, VM_PAGE_TO_PHYS(m),
4572                     lockp)) {
4573                         SLIST_INIT(&free);
4574                         if (pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpde, &free)) {
4575                                 /*
4576                                  * Although "va" is not mapped, paging-
4577                                  * structure caches could nonetheless have
4578                                  * entries that refer to the freed page table
4579                                  * pages.  Invalidate those entries.
4580                                  */
4581                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
4582                                 pmap_free_zero_pages(&free);
4583                         }
4584                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
4585                             " in pmap %p", va, pmap);
4586                         return (FALSE);
4587                 }
4588         }
4589         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
4590                 newpde |= pg_nx;
4591         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
4592                 newpde |= PG_U;
4593
4594         /*
4595          * Increment counters.
4596          */
4597         pmap_resident_count_inc(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
4598
4599         /*
4600          * Map the superpage.
4601          */
4602         pde_store(pde, newpde);
4603
4604         atomic_add_long(&pmap_pde_mappings, 1);
4605         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: success for va %#lx"
4606             " in pmap %p", va, pmap);
4607         return (TRUE);
4608 }
4609
4610 /*
4611  * Maps a sequence of resident pages belonging to the same object.
4612  * The sequence begins with the given page m_start.  This page is
4613  * mapped at the given virtual address start.  Each subsequent page is
4614  * mapped at a virtual address that is offset from start by the same
4615  * amount as the page is offset from m_start within the object.  The
4616  * last page in the sequence is the page with the largest offset from
4617  * m_start that can be mapped at a virtual address less than the given
4618  * virtual address end.  Not every virtual page between start and end
4619  * is mapped; only those for which a resident page exists with the
4620  * corresponding offset from m_start are mapped.
4621  */
4622 void
4623 pmap_enter_object(pmap_t pmap, vm_offset_t start, vm_offset_t end,
4624     vm_page_t m_start, vm_prot_t prot)
4625 {
4626         struct rwlock *lock;
4627         vm_offset_t va;
4628         vm_page_t m, mpte;
4629         vm_pindex_t diff, psize;
4630
4631         VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m_start->object);
4632
4633         psize = atop(end - start);
4634         mpte = NULL;
4635         m = m_start;
4636         lock = NULL;
4637         PMAP_LOCK(pmap);
4638         while (m != NULL && (diff = m->pindex - m_start->pindex) < psize) {
4639                 va = start + ptoa(diff);
4640                 if ((va & PDRMASK) == 0 && va + NBPDR <= end &&
4641                     m->psind == 1 && pmap_ps_enabled(pmap) &&
4642                     pmap_enter_pde(pmap, va, m, prot, &lock))
4643                         m = &m[NBPDR / PAGE_SIZE - 1];
4644                 else
4645                         mpte = pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot,
4646                             mpte, &lock);
4647                 m = TAILQ_NEXT(m, listq);
4648         }
4649         if (lock != NULL)
4650                 rw_wunlock(lock);
4651         PMAP_UNLOCK(pmap);
4652 }
4653
4654 /*
4655  * this code makes some *MAJOR* assumptions:
4656  * 1. Current pmap & pmap exists.
4657  * 2. Not wired.
4658  * 3. Read access.
4659  * 4. No page table pages.
4660  * but is *MUCH* faster than pmap_enter...
4661  */
4662
4663 void
4664 pmap_enter_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot)
4665 {
4666         struct rwlock *lock;
4667
4668         lock = NULL;
4669         PMAP_LOCK(pmap);
4670         (void)pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot, NULL, &lock);
4671         if (lock != NULL)
4672                 rw_wunlock(lock);
4673         PMAP_UNLOCK(pmap);
4674 }
4675
4676 static vm_page_t
4677 pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
4678     vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp)
4679 {
4680         struct spglist free;
4681         pt_entry_t *pte, PG_V;
4682         vm_paddr_t pa;
4683
4684         KASSERT(va < kmi.clean_sva || va >= kmi.clean_eva ||
4685             (m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0,
4686             ("pmap_enter_quick_locked: managed mapping within the clean submap"));
4687         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4688         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4689
4690         /*
4691          * In the case that a page table page is not
4692          * resident, we are creating it here.
4693          */
4694         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
4695                 vm_pindex_t ptepindex;
4696                 pd_entry_t *ptepa;
4697
4698                 /*
4699                  * Calculate pagetable page index
4700                  */
4701                 ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
4702                 if (mpte && (mpte->pindex == ptepindex)) {
4703                         mpte->wire_count++;
4704                 } else {
4705                         /*
4706                          * Get the page directory entry
4707                          */
4708                         ptepa = pmap_pde(pmap, va);
4709
4710                         /*
4711                          * If the page table page is mapped, we just increment
4712                          * the hold count, and activate it.  Otherwise, we
4713                          * attempt to allocate a page table page.  If this
4714                          * attempt fails, we don't retry.  Instead, we give up.
4715                          */
4716                         if (ptepa && (*ptepa & PG_V) != 0) {
4717                                 if (*ptepa & PG_PS)
4718                                         return (NULL);
4719                                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*ptepa & PG_FRAME);
4720                                 mpte->wire_count++;
4721                         } else {
4722                                 /*
4723                                  * Pass NULL instead of the PV list lock
4724                                  * pointer, because we don't intend to sleep.
4725                                  */
4726                                 mpte = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex, NULL);
4727                                 if (mpte == NULL)
4728                                         return (mpte);
4729                         }
4730                 }
4731                 pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mpte));
4732                 pte = &pte[pmap_pte_index(va)];
4733         } else {
4734                 mpte = NULL;
4735                 pte = vtopte(va);
4736         }
4737         if (*pte) {
4738                 if (mpte != NULL) {
4739                         mpte->wire_count--;
4740                         mpte = NULL;
4741                 }
4742                 return (mpte);
4743         }
4744
4745         /*
4746          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
4747          */
4748         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 &&
4749             !pmap_try_insert_pv_entry(pmap, va, m, lockp)) {
4750                 if (mpte != NULL) {
4751                         SLIST_INIT(&free);
4752                         if (pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpte, &free)) {
4753                                 /*
4754                                  * Although "va" is not mapped, paging-
4755                                  * structure caches could nonetheless have
4756                                  * entries that refer to the freed page table
4757                                  * pages.  Invalidate those entries.
4758                                  */
4759                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
4760                                 pmap_free_zero_pages(&free);
4761                         }
4762                         mpte = NULL;
4763                 }
4764                 return (mpte);
4765         }
4766
4767         /*
4768          * Increment counters
4769          */
4770         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
4771
4772         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, 0);
4773         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
4774                 pa |= pg_nx;
4775
4776         /*
4777          * Now validate mapping with RO protection
4778          */
4779         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
4780                 pte_store(pte, pa | PG_V | PG_U);
4781         else
4782                 pte_store(pte, pa | PG_V | PG_U | PG_MANAGED);
4783         return (mpte);
4784 }
4785
4786 /*
4787  * Make a temporary mapping for a physical address.  This is only intended
4788  * to be used for panic dumps.
4789  */
4790 void *
4791 pmap_kenter_temporary(vm_paddr_t pa, int i)
4792 {
4793         vm_offset_t va;
4794
4795         va = (vm_offset_t)crashdumpmap + (i * PAGE_SIZE);
4796         pmap_kenter(va, pa);
4797         invlpg(va);
4798         return ((void *)crashdumpmap);
4799 }
4800
4801 /*
4802  * This code maps large physical mmap regions into the
4803  * processor address space.  Note that some shortcuts
4804  * are taken, but the code works.
4805  */
4806 void
4807 pmap_object_init_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_object_t object,
4808     vm_pindex_t pindex, vm_size_t size)
4809 {
4810         pd_entry_t *pde;
4811         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
4812         vm_paddr_t pa, ptepa;
4813         vm_page_t p, pdpg;
4814         int pat_mode;
4815
4816         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
4817         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4818         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4819         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4820
4821         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
4822         KASSERT(object->type == OBJT_DEVICE || object->type == OBJT_SG,
4823             ("pmap_object_init_pt: non-device object"));
4824         if ((addr & (NBPDR - 1)) == 0 && (size & (NBPDR - 1)) == 0) {
4825                 if (!pmap_ps_enabled(pmap))
4826                         return;
4827                 if (!vm_object_populate(object, pindex, pindex + atop(size)))
4828                         return;
4829                 p = vm_page_lookup(object, pindex);
4830                 KASSERT(p->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
4831                     ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
4832                 pat_mode = p->md.pat_mode;
4833
4834                 /*
4835                  * Abort the mapping if the first page is not physically
4836                  * aligned to a 2MB page boundary.
4837                  */
4838                 ptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(p);
4839                 if (ptepa & (NBPDR - 1))
4840                         return;
4841
4842                 /*
4843                  * Skip the first page.  Abort the mapping if the rest of
4844                  * the pages are not physically contiguous or have differing
4845                  * memory attributes.
4846                  */
4847                 p = TAILQ_NEXT(p, listq);
4848                 for (pa = ptepa + PAGE_SIZE; pa < ptepa + size;
4849                     pa += PAGE_SIZE) {
4850                         KASSERT(p->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
4851                             ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
4852                         if (pa != VM_PAGE_TO_PHYS(p) ||
4853                             pat_mode != p->md.pat_mode)
4854                                 return;
4855                         p = TAILQ_NEXT(p, listq);
4856                 }
4857
4858                 /*
4859                  * Map using 2MB pages.  Since "ptepa" is 2M aligned and
4860                  * "size" is a multiple of 2M, adding the PAT setting to "pa"
4861                  * will not affect the termination of this loop.
4862                  */ 
4863                 PMAP_LOCK(pmap);
4864                 for (pa = ptepa | pmap_cache_bits(pmap, pat_mode, 1);
4865                     pa < ptepa + size; pa += NBPDR) {
4866                         pdpg = pmap_allocpde(pmap, addr, NULL);
4867                         if (pdpg == NULL) {
4868                                 /*
4869                                  * The creation of mappings below is only an
4870                                  * optimization.  If a page directory page
4871                                  * cannot be allocated without blocking,
4872                                  * continue on to the next mapping rather than
4873                                  * blocking.
4874                                  */
4875                                 addr += NBPDR;
4876                                 continue;
4877                         }
4878                         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pdpg));
4879                         pde = &pde[pmap_pde_index(addr)];
4880                         if ((*pde & PG_V) == 0) {
4881                                 pde_store(pde, pa | PG_PS | PG_M | PG_A |
4882                                     PG_U | PG_RW | PG_V);
4883                                 pmap_resident_count_inc(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
4884                                 atomic_add_long(&pmap_pde_mappings, 1);
4885                         } else {
4886                                 /* Continue on if the PDE is already valid. */
4887                                 pdpg->wire_count--;
4888                                 KASSERT(pdpg->wire_count > 0,
4889                                     ("pmap_object_init_pt: missing reference "
4890                                     "to page directory page, va: 0x%lx", addr));
4891                         }
4892                         addr += NBPDR;
4893                 }
4894                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4895         }
4896 }
4897
4898 /*
4899  *      Clear the wired attribute from the mappings for the specified range of
4900  *      addresses in the given pmap.  Every valid mapping within that range
4901  *      must have the wired attribute set.  In contrast, invalid mappings
4902  *      cannot have the wired attribute set, so they are ignored.
4903  *
4904  *      The wired attribute of the page table entry is not a hardware
4905  *      feature, so there is no need to invalidate any TLB entries.
4906  *      Since pmap_demote_pde() for the wired entry must never fail,
4907  *      pmap_delayed_invl_started()/finished() calls around the
4908  *      function are not needed.
4909  */
4910 void
4911 pmap_unwire(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
4912 {
4913         vm_offset_t va_next;
4914         pml4_entry_t *pml4e;
4915         pdp_entry_t *pdpe;
4916         pd_entry_t *pde;
4917         pt_entry_t *pte, PG_V;
4918
4919         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4920         PMAP_LOCK(pmap);
4921         for (; sva < eva; sva = va_next) {
4922                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
4923                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
4924                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
4925                         if (va_next < sva)
4926                                 va_next = eva;
4927                         continue;
4928                 }
4929                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
4930                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
4931                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
4932                         if (va_next < sva)
4933                                 va_next = eva;
4934                         continue;
4935                 }
4936                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
4937                 if (va_next < sva)
4938                         va_next = eva;
4939                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
4940                 if ((*pde & PG_V) == 0)
4941                         continue;
4942                 if ((*pde & PG_PS) != 0) {
4943                         if ((*pde & PG_W) == 0)
4944                                 panic("pmap_unwire: pde %#jx is missing PG_W",
4945                                     (uintmax_t)*pde);
4946
4947                         /*
4948                          * Are we unwiring the entire large page?  If not,
4949                          * demote the mapping and fall through.
4950                          */
4951                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
4952                                 atomic_clear_long(pde, PG_W);
4953                                 pmap->pm_stats.wired_count -= NBPDR /
4954                                     PAGE_SIZE;
4955                                 continue;
4956                         } else if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, sva))
4957                                 panic("pmap_unwire: demotion failed");
4958                 }
4959                 if (va_next > eva)
4960                         va_next = eva;
4961                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
4962                     sva += PAGE_SIZE) {
4963                         if ((*pte & PG_V) == 0)
4964                                 continue;
4965                         if ((*pte & PG_W) == 0)
4966                                 panic("pmap_unwire: pte %#jx is missing PG_W",
4967                                     (uintmax_t)*pte);
4968
4969                         /*
4970                          * PG_W must be cleared atomically.  Although the pmap
4971                          * lock synchronizes access to PG_W, another processor
4972                          * could be setting PG_M and/or PG_A concurrently.
4973                          */
4974                         atomic_clear_long(pte, PG_W);
4975                         pmap->pm_stats.wired_count--;
4976                 }
4977         }
4978         PMAP_UNLOCK(pmap);
4979 }
4980
4981 /*
4982  *      Copy the range specified by src_addr/len
4983  *      from the source map to the range dst_addr/len
4984  *      in the destination map.
4985  *
4986  *      This routine is only advisory and need not do anything.
4987  */
4988
4989 void
4990 pmap_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap, vm_offset_t dst_addr, vm_size_t len,
4991     vm_offset_t src_addr)
4992 {
4993         struct rwlock *lock;
4994         struct spglist free;
4995         vm_offset_t addr;
4996         vm_offset_t end_addr = src_addr + len;
4997         vm_offset_t va_next;
4998         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_V;
4999
5000         if (dst_addr != src_addr)
5001                 return;
5002
5003         if (dst_pmap->pm_type != src_pmap->pm_type)
5004                 return;
5005
5006         /*
5007          * EPT page table entries that require emulation of A/D bits are
5008          * sensitive to clearing the PG_A bit (aka EPT_PG_READ). Although
5009          * we clear PG_M (aka EPT_PG_WRITE) concomitantly, the PG_U bit
5010          * (aka EPT_PG_EXECUTE) could still be set. Since some EPT
5011          * implementations flag an EPT misconfiguration for exec-only
5012          * mappings we skip this function entirely for emulated pmaps.
5013          */
5014         if (pmap_emulate_ad_bits(dst_pmap))
5015                 return;
5016
5017         lock = NULL;
5018         if (dst_pmap < src_pmap) {
5019                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
5020                 PMAP_LOCK(src_pmap);
5021         } else {
5022                 PMAP_LOCK(src_pmap);
5023                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
5024         }
5025
5026         PG_A = pmap_accessed_bit(dst_pmap);
5027         PG_M = pmap_modified_bit(dst_pmap);
5028         PG_V = pmap_valid_bit(dst_pmap);
5029
5030         for (addr = src_addr; addr < end_addr; addr = va_next) {
5031                 pt_entry_t *src_pte, *dst_pte;
5032                 vm_page_t dstmpde, dstmpte, srcmpte;
5033                 pml4_entry_t *pml4e;
5034                 pdp_entry_t *pdpe;
5035                 pd_entry_t srcptepaddr, *pde;
5036
5037                 KASSERT(addr < UPT_MIN_ADDRESS,
5038                     ("pmap_copy: invalid to pmap_copy page tables"));
5039
5040                 pml4e = pmap_pml4e(src_pmap, addr);
5041                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
5042                         va_next = (addr + NBPML4) & ~PML4MASK;
5043                         if (va_next < addr)
5044                                 va_next = end_addr;
5045                         continue;
5046                 }
5047
5048                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, addr);
5049                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
5050                         va_next = (addr + NBPDP) & ~PDPMASK;
5051                         if (va_next < addr)
5052                                 va_next = end_addr;
5053                         continue;
5054                 }
5055
5056                 va_next = (addr + NBPDR) & ~PDRMASK;
5057                 if (va_next < addr)
5058                         va_next = end_addr;
5059
5060                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, addr);
5061                 srcptepaddr = *pde;
5062                 if (srcptepaddr == 0)
5063                         continue;
5064                         
5065                 if (srcptepaddr & PG_PS) {
5066                         if ((addr & PDRMASK) != 0 || addr + NBPDR > end_addr)
5067                                 continue;
5068                         dstmpde = pmap_allocpde(dst_pmap, addr, NULL);
5069                         if (dstmpde == NULL)
5070                                 break;
5071                         pde = (pd_entry_t *)
5072                             PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(dstmpde));
5073                         pde = &pde[pmap_pde_index(addr)];
5074                         if (*pde == 0 && ((srcptepaddr & PG_MANAGED) == 0 ||
5075                             pmap_pv_insert_pde(dst_pmap, addr, srcptepaddr &
5076                             PG_PS_FRAME, &lock))) {
5077                                 *pde = srcptepaddr & ~PG_W;
5078                                 pmap_resident_count_inc(dst_pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
5079                                 atomic_add_long(&pmap_pde_mappings, 1);
5080                         } else
5081                                 dstmpde->wire_count--;
5082                         continue;
5083                 }
5084
5085                 srcptepaddr &= PG_FRAME;
5086                 srcmpte = PHYS_TO_VM_PAGE(srcptepaddr);
5087                 KASSERT(srcmpte->wire_count > 0,
5088                     ("pmap_copy: source page table page is unused"));
5089
5090                 if (va_next > end_addr)
5091                         va_next = end_addr;
5092
5093                 src_pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(srcptepaddr);
5094                 src_pte = &src_pte[pmap_pte_index(addr)];
5095                 dstmpte = NULL;
5096                 while (addr < va_next) {
5097                         pt_entry_t ptetemp;
5098                         ptetemp = *src_pte;
5099                         /*
5100                          * we only virtual copy managed pages
5101                          */
5102                         if ((ptetemp & PG_MANAGED) != 0) {
5103                                 if (dstmpte != NULL &&
5104                                     dstmpte->pindex == pmap_pde_pindex(addr))
5105                                         dstmpte->wire_count++;
5106                                 else if ((dstmpte = pmap_allocpte(dst_pmap,
5107                                     addr, NULL)) == NULL)
5108                                         goto out;
5109                                 dst_pte = (pt_entry_t *)
5110                                     PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(dstmpte));
5111                                 dst_pte = &dst_pte[pmap_pte_index(addr)];
5112                                 if (*dst_pte == 0 &&
5113                                     pmap_try_insert_pv_entry(dst_pmap, addr,
5114                                     PHYS_TO_VM_PAGE(ptetemp & PG_FRAME),
5115                                     &lock)) {
5116                                         /*
5117                                          * Clear the wired, modified, and
5118                                          * accessed (referenced) bits
5119                                          * during the copy.
5120                                          */
5121                                         *dst_pte = ptetemp & ~(PG_W | PG_M |
5122                                             PG_A);
5123                                         pmap_resident_count_inc(dst_pmap, 1);
5124                                 } else {
5125                                         SLIST_INIT(&free);
5126                                         if (pmap_unwire_ptp(dst_pmap, addr,
5127                                             dstmpte, &free)) {
5128                                                 /*
5129                                                  * Although "addr" is not
5130                                                  * mapped, paging-structure
5131                                                  * caches could nonetheless
5132                                                  * have entries that refer to
5133                                                  * the freed page table pages.
5134                                                  * Invalidate those entries.
5135                                                  */
5136                                                 pmap_invalidate_page(dst_pmap,
5137                                                     addr);
5138                                                 pmap_free_zero_pages(&free);
5139                                         }
5140                                         goto out;
5141                                 }
5142                                 if (dstmpte->wire_count >= srcmpte->wire_count)
5143                                         break;
5144                         }
5145                         addr += PAGE_SIZE;
5146                         src_pte++;
5147                 }
5148         }
5149 out:
5150         if (lock != NULL)
5151                 rw_wunlock(lock);
5152         PMAP_UNLOCK(src_pmap);
5153         PMAP_UNLOCK(dst_pmap);
5154 }
5155
5156 /*
5157  *      pmap_zero_page zeros the specified hardware page by mapping
5158  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.
5159  */
5160 void
5161 pmap_zero_page(vm_page_t m)
5162 {
5163         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5164
5165         pagezero((void *)va);
5166 }
5167
5168 /*
5169  *      pmap_zero_page_area zeros the specified hardware page by mapping 
5170  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.
5171  *
5172  *      off and size may not cover an area beyond a single hardware page.
5173  */
5174 void
5175 pmap_zero_page_area(vm_page_t m, int off, int size)
5176 {
5177         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5178
5179         if (off == 0 && size == PAGE_SIZE)
5180                 pagezero((void *)va);
5181         else
5182                 bzero((char *)va + off, size);
5183 }
5184
5185 /*
5186  *      pmap_zero_page_idle zeros the specified hardware page by mapping 
5187  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.  This
5188  *      is intended to be called from the vm_pagezero process only and
5189  *      outside of Giant.
5190  */
5191 void
5192 pmap_zero_page_idle(vm_page_t m)
5193 {
5194         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5195
5196         pagezero((void *)va);
5197 }
5198
5199 /*
5200  *      pmap_copy_page copies the specified (machine independent)
5201  *      page by mapping the page into virtual memory and using
5202  *      bcopy to copy the page, one machine dependent page at a
5203  *      time.
5204  */
5205 void
5206 pmap_copy_page(vm_page_t msrc, vm_page_t mdst)
5207 {
5208         vm_offset_t src = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(msrc));
5209         vm_offset_t dst = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mdst));
5210
5211         pagecopy((void *)src, (void *)dst);
5212 }
5213
5214 int unmapped_buf_allowed = 1;
5215
5216 void
5217 pmap_copy_pages(vm_page_t ma[], vm_offset_t a_offset, vm_page_t mb[],
5218     vm_offset_t b_offset, int xfersize)
5219 {
5220         void *a_cp, *b_cp;
5221         vm_page_t pages[2];
5222         vm_offset_t vaddr[2], a_pg_offset, b_pg_offset;
5223         int cnt;
5224         boolean_t mapped;
5225
5226         while (xfersize > 0) {
5227                 a_pg_offset = a_offset & PAGE_MASK;
5228                 pages[0] = ma[a_offset >> PAGE_SHIFT];
5229                 b_pg_offset = b_offset & PAGE_MASK;
5230                 pages[1] = mb[b_offset >> PAGE_SHIFT];
5231                 cnt = min(xfersize, PAGE_SIZE - a_pg_offset);
5232                 cnt = min(cnt, PAGE_SIZE - b_pg_offset);
5233                 mapped = pmap_map_io_transient(pages, vaddr, 2, FALSE);
5234                 a_cp = (char *)vaddr[0] + a_pg_offset;
5235                 b_cp = (char *)vaddr[1] + b_pg_offset;
5236                 bcopy(a_cp, b_cp, cnt);
5237                 if (__predict_false(mapped))
5238                         pmap_unmap_io_transient(pages, vaddr, 2, FALSE);
5239                 a_offset += cnt;
5240                 b_offset += cnt;
5241                 xfersize -= cnt;
5242         }
5243 }
5244
5245 /*
5246  * Returns true if the pmap's pv is one of the first
5247  * 16 pvs linked to from this page.  This count may
5248  * be changed upwards or downwards in the future; it
5249  * is only necessary that true be returned for a small
5250  * subset of pmaps for proper page aging.
5251  */
5252 boolean_t
5253 pmap_page_exists_quick(pmap_t pmap, vm_page_t m)
5254 {
5255         struct md_page *pvh;
5256         struct rwlock *lock;
5257         pv_entry_t pv;
5258         int loops = 0;
5259         boolean_t rv;
5260
5261         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5262             ("pmap_page_exists_quick: page %p is not managed", m));
5263         rv = FALSE;
5264         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5265         rw_rlock(lock);
5266         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5267                 if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
5268                         rv = TRUE;
5269                         break;
5270                 }
5271                 loops++;
5272                 if (loops >= 16)
5273                         break;
5274         }
5275         if (!rv && loops < 16 && (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5276                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5277                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
5278                         if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
5279                                 rv = TRUE;
5280                                 break;
5281                         }
5282                         loops++;
5283                         if (loops >= 16)
5284                                 break;
5285                 }
5286         }
5287         rw_runlock(lock);
5288         return (rv);
5289 }
5290
5291 /*
5292  *      pmap_page_wired_mappings:
5293  *
5294  *      Return the number of managed mappings to the given physical page
5295  *      that are wired.
5296  */
5297 int
5298 pmap_page_wired_mappings(vm_page_t m)
5299 {
5300         struct rwlock *lock;
5301         struct md_page *pvh;
5302         pmap_t pmap;
5303         pt_entry_t *pte;
5304         pv_entry_t pv;
5305         int count, md_gen, pvh_gen;
5306
5307         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
5308                 return (0);
5309         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5310         rw_rlock(lock);
5311 restart:
5312         count = 0;
5313         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5314                 pmap = PV_PMAP(pv);
5315                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5316                         md_gen = m->md.pv_gen;
5317                         rw_runlock(lock);
5318                         PMAP_LOCK(pmap);
5319                         rw_rlock(lock);
5320                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
5321                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5322                                 goto restart;
5323                         }
5324                 }
5325                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va);
5326                 if ((*pte & PG_W) != 0)
5327                         count++;
5328                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5329         }
5330         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5331                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5332                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
5333                         pmap = PV_PMAP(pv);
5334                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5335                                 md_gen = m->md.pv_gen;
5336                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
5337                                 rw_runlock(lock);
5338                                 PMAP_LOCK(pmap);
5339                                 rw_rlock(lock);
5340                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
5341                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
5342                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
5343                                         goto restart;
5344                                 }
5345                         }
5346                         pte = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
5347                         if ((*pte & PG_W) != 0)
5348                                 count++;
5349                         PMAP_UNLOCK(pmap);
5350                 }
5351         }
5352         rw_runlock(lock);
5353         return (count);
5354 }
5355
5356 /*
5357  * Returns TRUE if the given page is mapped individually or as part of
5358  * a 2mpage.  Otherwise, returns FALSE.
5359  */
5360 boolean_t
5361 pmap_page_is_mapped(vm_page_t m)
5362 {
5363         struct rwlock *lock;
5364         boolean_t rv;
5365
5366         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
5367                 return (FALSE);
5368         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5369         rw_rlock(lock);
5370         rv = !TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) ||
5371             ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
5372             !TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m))->pv_list));
5373         rw_runlock(lock);
5374         return (rv);
5375 }
5376
5377 /*
5378  * Destroy all managed, non-wired mappings in the given user-space
5379  * pmap.  This pmap cannot be active on any processor besides the
5380  * caller.
5381  *
5382  * This function cannot be applied to the kernel pmap.  Moreover, it
5383  * is not intended for general use.  It is only to be used during
5384  * process termination.  Consequently, it can be implemented in ways
5385  * that make it faster than pmap_remove().  First, it can more quickly
5386  * destroy mappings by iterating over the pmap's collection of PV
5387  * entries, rather than searching the page table.  Second, it doesn't
5388  * have to test and clear the page table entries atomically, because
5389  * no processor is currently accessing the user address space.  In
5390  * particular, a page table entry's dirty bit won't change state once
5391  * this function starts.
5392  */
5393 void
5394 pmap_remove_pages(pmap_t pmap)
5395 {
5396         pd_entry_t ptepde;
5397         pt_entry_t *pte, tpte;
5398         pt_entry_t PG_M, PG_RW, PG_V;
5399         struct spglist free;
5400         vm_page_t m, mpte, mt;
5401         pv_entry_t pv;
5402         struct md_page *pvh;
5403         struct pv_chunk *pc, *npc;
5404         struct rwlock *lock;
5405         int64_t bit;
5406         uint64_t inuse, bitmask;
5407         int allfree, field, freed, idx;
5408         boolean_t superpage;
5409         vm_paddr_t pa;
5410
5411         /*
5412          * Assert that the given pmap is only active on the current
5413          * CPU.  Unfortunately, we cannot block another CPU from
5414          * activating the pmap while this function is executing.
5415          */
5416         KASSERT(pmap == PCPU_GET(curpmap), ("non-current pmap %p", pmap));
5417 #ifdef INVARIANTS
5418         {
5419                 cpuset_t other_cpus;
5420
5421                 other_cpus = all_cpus;
5422                 critical_enter();
5423                 CPU_CLR(PCPU_GET(cpuid), &other_cpus);
5424                 CPU_AND(&other_cpus, &pmap->pm_active);
5425                 critical_exit();
5426                 KASSERT(CPU_EMPTY(&other_cpus), ("pmap active %p", pmap));
5427         }
5428 #endif
5429
5430         lock = NULL;
5431         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5432         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5433         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5434
5435         SLIST_INIT(&free);
5436         PMAP_LOCK(pmap);
5437         TAILQ_FOREACH_SAFE(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list, npc) {
5438                 allfree = 1;
5439                 freed = 0;
5440                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
5441                         inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
5442                         while (inuse != 0) {
5443                                 bit = bsfq(inuse);
5444                                 bitmask = 1UL << bit;
5445                                 idx = field * 64 + bit;
5446                                 pv = &pc->pc_pventry[idx];
5447                                 inuse &= ~bitmask;
5448
5449                                 pte = pmap_pdpe(pmap, pv->pv_va);
5450                                 ptepde = *pte;
5451                                 pte = pmap_pdpe_to_pde(pte, pv->pv_va);
5452                                 tpte = *pte;
5453                                 if ((tpte & (PG_PS | PG_V)) == PG_V) {
5454                                         superpage = FALSE;
5455                                         ptepde = tpte;
5456                                         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(tpte &
5457                                             PG_FRAME);
5458                                         pte = &pte[pmap_pte_index(pv->pv_va)];
5459                                         tpte = *pte;
5460                                 } else {
5461                                         /*
5462                                          * Keep track whether 'tpte' is a
5463                                          * superpage explicitly instead of
5464                                          * relying on PG_PS being set.
5465                                          *
5466                                          * This is because PG_PS is numerically
5467                                          * identical to PG_PTE_PAT and thus a
5468                                          * regular page could be mistaken for
5469                                          * a superpage.
5470                                          */
5471                                         superpage = TRUE;
5472                                 }
5473
5474                                 if ((tpte & PG_V) == 0) {
5475                                         panic("bad pte va %lx pte %lx",
5476                                             pv->pv_va, tpte);
5477                                 }
5478
5479 /*
5480  * We cannot remove wired pages from a process' mapping at this time
5481  */
5482                                 if (tpte & PG_W) {
5483                                         allfree = 0;
5484                                         continue;
5485                                 }
5486
5487                                 if (superpage)
5488                                         pa = tpte & PG_PS_FRAME;
5489                                 else
5490                                         pa = tpte & PG_FRAME;
5491
5492                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
5493                                 KASSERT(m->phys_addr == pa,
5494                                     ("vm_page_t %p phys_addr mismatch %016jx %016jx",
5495                                     m, (uintmax_t)m->phys_addr,
5496                                     (uintmax_t)tpte));
5497
5498                                 KASSERT((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
5499                                     m < &vm_page_array[vm_page_array_size],
5500                                     ("pmap_remove_pages: bad tpte %#jx",
5501                                     (uintmax_t)tpte));
5502
5503                                 pte_clear(pte);
5504
5505                                 /*
5506                                  * Update the vm_page_t clean/reference bits.
5507                                  */
5508                                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
5509                                         if (superpage) {
5510                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
5511                                                         vm_page_dirty(mt);
5512                                         } else
5513                                                 vm_page_dirty(m);
5514                                 }
5515
5516                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(&lock, m);
5517
5518                                 /* Mark free */
5519                                 pc->pc_map[field] |= bitmask;
5520                                 if (superpage) {
5521                                         pmap_resident_count_dec(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
5522                                         pvh = pa_to_pvh(tpte & PG_PS_FRAME);
5523                                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
5524                                         pvh->pv_gen++;
5525                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
5526                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
5527                                                         if ((mt->aflags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
5528                                                             TAILQ_EMPTY(&mt->md.pv_list))
5529                                                                 vm_page_aflag_clear(mt, PGA_WRITEABLE);
5530                                         }
5531                                         mpte = pmap_lookup_pt_page(pmap, pv->pv_va);
5532                                         if (mpte != NULL) {
5533                                                 pmap_remove_pt_page(pmap, mpte);
5534                                                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
5535                                                 KASSERT(mpte->wire_count == NPTEPG,
5536                                                     ("pmap_remove_pages: pte page wire count error"));
5537                                                 mpte->wire_count = 0;
5538                                                 pmap_add_delayed_free_list(mpte, &free, FALSE);
5539                                                 atomic_subtract_int(&vm_cnt.v_wire_count, 1);
5540                                         }
5541                                 } else {
5542                                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
5543                                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5544                                         m->md.pv_gen++;
5545                                         if ((m->aflags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
5546                                             TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
5547                                             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5548                                                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5549                                                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
5550                                                         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
5551                                         }
5552                                 }
5553                                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, ptepde, &free);
5554                                 freed++;
5555                         }
5556                 }
5557                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
5558                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
5559                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
5560                 if (allfree) {
5561                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5562                         free_pv_chunk(pc);
5563                 }
5564         }
5565         if (lock != NULL)
5566                 rw_wunlock(lock);
5567         pmap_invalidate_all(pmap);
5568         PMAP_UNLOCK(pmap);
5569         pmap_free_zero_pages(&free);
5570 }
5571
5572 static boolean_t
5573 pmap_page_test_mappings(vm_page_t m, boolean_t accessed, boolean_t modified)
5574 {
5575         struct rwlock *lock;
5576         pv_entry_t pv;
5577         struct md_page *pvh;
5578         pt_entry_t *pte, mask;
5579         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
5580         pmap_t pmap;
5581         int md_gen, pvh_gen;
5582         boolean_t rv;
5583
5584         rv = FALSE;
5585         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5586         rw_rlock(lock);
5587 restart:
5588         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5589                 pmap = PV_PMAP(pv);
5590                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5591                         md_gen = m->md.pv_gen;
5592                         rw_runlock(lock);
5593                         PMAP_LOCK(pmap);
5594                         rw_rlock(lock);
5595                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
5596                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5597                                 goto restart;
5598                         }
5599                 }
5600                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va);
5601                 mask = 0;
5602                 if (modified) {
5603                         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5604                         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5605                         mask |= PG_RW | PG_M;
5606                 }
5607                 if (accessed) {
5608                         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5609                         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5610                         mask |= PG_V | PG_A;
5611                 }
5612                 rv = (*pte & mask) == mask;
5613                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5614                 if (rv)
5615                         goto out;
5616         }
5617         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5618                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5619                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
5620                         pmap = PV_PMAP(pv);
5621                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5622                                 md_gen = m->md.pv_gen;
5623                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
5624                                 rw_runlock(lock);
5625                                 PMAP_LOCK(pmap);
5626                                 rw_rlock(lock);
5627                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
5628                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
5629                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
5630                                         goto restart;
5631                                 }
5632                         }
5633                         pte = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
5634                         mask = 0;
5635                         if (modified) {
5636                                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5637                                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5638                                 mask |= PG_RW | PG_M;
5639                         }
5640                         if (accessed) {
5641                                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5642                                 PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5643                                 mask |= PG_V | PG_A;
5644                         }
5645                         rv = (*pte & mask) == mask;
5646                         PMAP_UNLOCK(pmap);
5647                         if (rv)
5648                                 goto out;
5649                 }
5650         }
5651 out:
5652         rw_runlock(lock);
5653         return (rv);
5654 }
5655
5656 /*
5657  *      pmap_is_modified:
5658  *
5659  *      Return whether or not the specified physical page was modified
5660  *      in any physical maps.
5661  */
5662 boolean_t
5663 pmap_is_modified(vm_page_t m)
5664 {
5665
5666         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5667             ("pmap_is_modified: page %p is not managed", m));
5668
5669         /*
5670          * If the page is not exclusive busied, then PGA_WRITEABLE cannot be
5671          * concurrently set while the object is locked.  Thus, if PGA_WRITEABLE
5672          * is clear, no PTEs can have PG_M set.
5673          */
5674         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
5675         if (!vm_page_xbusied(m) && (m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
5676                 return (FALSE);
5677         return (pmap_page_test_mappings(m, FALSE, TRUE));
5678 }
5679
5680 /*
5681  *      pmap_is_prefaultable:
5682  *
5683  *      Return whether or not the specified virtual address is eligible
5684  *      for prefault.
5685  */
5686 boolean_t
5687 pmap_is_prefaultable(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
5688 {
5689         pd_entry_t *pde;
5690         pt_entry_t *pte, PG_V;
5691         boolean_t rv;
5692
5693         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5694         rv = FALSE;
5695         PMAP_LOCK(pmap);
5696         pde = pmap_pde(pmap, addr);
5697         if (pde != NULL && (*pde & (PG_PS | PG_V)) == PG_V) {
5698                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, addr);
5699                 rv = (*pte & PG_V) == 0;
5700         }
5701         PMAP_UNLOCK(pmap);
5702         return (rv);
5703 }
5704
5705 /*
5706  *      pmap_is_referenced:
5707  *
5708  *      Return whether or not the specified physical page was referenced
5709  *      in any physical maps.
5710  */
5711 boolean_t
5712 pmap_is_referenced(vm_page_t m)
5713 {
5714
5715         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5716             ("pmap_is_referenced: page %p is not managed", m));
5717         return (pmap_page_test_mappings(m, TRUE, FALSE));
5718 }
5719
5720 /*
5721  * Clear the write and modified bits in each of the given page's mappings.
5722  */
5723 void
5724 pmap_remove_write(vm_page_t m)
5725 {
5726         struct md_page *pvh;
5727         pmap_t pmap;
5728         struct rwlock *lock;
5729         pv_entry_t next_pv, pv;
5730         pd_entry_t *pde;
5731         pt_entry_t oldpte, *pte, PG_M, PG_RW;
5732         vm_offset_t va;
5733         int pvh_gen, md_gen;
5734
5735         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5736             ("pmap_remove_write: page %p is not managed", m));
5737
5738         /*
5739          * If the page is not exclusive busied, then PGA_WRITEABLE cannot be
5740          * set by another thread while the object is locked.  Thus,
5741          * if PGA_WRITEABLE is clear, no page table entries need updating.
5742          */
5743         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
5744         if (!vm_page_xbusied(m) && (m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
5745                 return;
5746         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5747         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5748 retry_pv_loop:
5749         rw_wlock(lock);
5750         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0)
5751                 goto small_mappings;
5752         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
5753                 pmap = PV_PMAP(pv);
5754                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5755                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5756                         rw_wunlock(lock);
5757                         PMAP_LOCK(pmap);
5758                         rw_wlock(lock);
5759                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
5760                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5761                                 rw_wunlock(lock);
5762                                 goto retry_pv_loop;
5763                         }
5764                 }
5765                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5766                 va = pv->pv_va;
5767                 pde = pmap_pde(pmap, va);
5768                 if ((*pde & PG_RW) != 0)
5769                         (void)pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
5770                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
5771                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
5772                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
5773                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5774         }
5775 small_mappings:
5776         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5777                 pmap = PV_PMAP(pv);
5778                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5779                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5780                         md_gen = m->md.pv_gen;
5781                         rw_wunlock(lock);
5782                         PMAP_LOCK(pmap);
5783                         rw_wlock(lock);
5784                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen ||
5785                             md_gen != m->md.pv_gen) {
5786                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5787                                 rw_wunlock(lock);
5788                                 goto retry_pv_loop;
5789                         }
5790                 }
5791                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5792                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5793                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
5794                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0,
5795                     ("pmap_remove_write: found a 2mpage in page %p's pv list",
5796                     m));
5797                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
5798 retry:
5799                 oldpte = *pte;
5800                 if (oldpte & PG_RW) {
5801                         if (!atomic_cmpset_long(pte, oldpte, oldpte &
5802                             ~(PG_RW | PG_M)))
5803                                 goto retry;
5804                         if ((oldpte & PG_M) != 0)
5805                                 vm_page_dirty(m);
5806                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
5807                 }
5808                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5809         }
5810         rw_wunlock(lock);
5811         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
5812         pmap_delayed_invl_wait(m);
5813 }
5814
5815 static __inline boolean_t
5816 safe_to_clear_referenced(pmap_t pmap, pt_entry_t pte)
5817 {
5818
5819         if (!pmap_emulate_ad_bits(pmap))
5820                 return (TRUE);
5821
5822         KASSERT(pmap->pm_type == PT_EPT, ("invalid pm_type %d", pmap->pm_type));
5823
5824         /*
5825          * XWR = 010 or 110 will cause an unconditional EPT misconfiguration
5826          * so we don't let the referenced (aka EPT_PG_READ) bit to be cleared
5827          * if the EPT_PG_WRITE bit is set.
5828          */
5829         if ((pte & EPT_PG_WRITE) != 0)
5830                 return (FALSE);
5831
5832         /*
5833          * XWR = 100 is allowed only if the PMAP_SUPPORTS_EXEC_ONLY is set.
5834          */
5835         if ((pte & EPT_PG_EXECUTE) == 0 ||
5836             ((pmap->pm_flags & PMAP_SUPPORTS_EXEC_ONLY) != 0))
5837                 return (TRUE);
5838         else
5839                 return (FALSE);
5840 }
5841
5842 #define PMAP_TS_REFERENCED_MAX  5
5843
5844 /*
5845  *      pmap_ts_referenced:
5846  *
5847  *      Return a count of reference bits for a page, clearing those bits.
5848  *      It is not necessary for every reference bit to be cleared, but it
5849  *      is necessary that 0 only be returned when there are truly no
5850  *      reference bits set.
5851  *
5852  *      XXX: The exact number of bits to check and clear is a matter that
5853  *      should be tested and standardized at some point in the future for
5854  *      optimal aging of shared pages.
5855  *
5856  *      A DI block is not needed within this function, because
5857  *      invalidations are performed before the PV list lock is
5858  *      released.
5859  */
5860 int
5861 pmap_ts_referenced(vm_page_t m)
5862 {
5863         struct md_page *pvh;
5864         pv_entry_t pv, pvf;
5865         pmap_t pmap;
5866         struct rwlock *lock;
5867         pd_entry_t oldpde, *pde;
5868         pt_entry_t *pte, PG_A;
5869         vm_offset_t va;
5870         vm_paddr_t pa;
5871         int cleared, md_gen, not_cleared, pvh_gen;
5872         struct spglist free;
5873         boolean_t demoted;
5874
5875         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5876             ("pmap_ts_referenced: page %p is not managed", m));
5877         SLIST_INIT(&free);
5878         cleared = 0;
5879         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
5880         lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);
5881         pvh = pa_to_pvh(pa);
5882         rw_wlock(lock);
5883 retry:
5884         not_cleared = 0;
5885         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
5886             (pvf = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) == NULL)
5887                 goto small_mappings;
5888         pv = pvf;
5889         do {
5890                 if (pvf == NULL)
5891                         pvf = pv;
5892                 pmap = PV_PMAP(pv);
5893                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5894                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5895                         rw_wunlock(lock);
5896                         PMAP_LOCK(pmap);
5897                         rw_wlock(lock);
5898                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
5899                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5900                                 goto retry;
5901                         }
5902                 }
5903                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5904                 va = pv->pv_va;
5905                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
5906                 oldpde = *pde;
5907                 if ((*pde & PG_A) != 0) {
5908                         /*
5909                          * Since this reference bit is shared by 512 4KB
5910                          * pages, it should not be cleared every time it is
5911                          * tested.  Apply a simple "hash" function on the
5912                          * physical page number, the virtual superpage number,
5913                          * and the pmap address to select one 4KB page out of
5914                          * the 512 on which testing the reference bit will
5915                          * result in clearing that reference bit.  This
5916                          * function is designed to avoid the selection of the
5917                          * same 4KB page for every 2MB page mapping.
5918                          *
5919                          * On demotion, a mapping that hasn't been referenced
5920                          * is simply destroyed.  To avoid the possibility of a
5921                          * subsequent page fault on a demoted wired mapping,
5922                          * always leave its reference bit set.  Moreover,
5923                          * since the superpage is wired, the current state of
5924                          * its reference bit won't affect page replacement.
5925                          */
5926                         if ((((pa >> PAGE_SHIFT) ^ (pv->pv_va >> PDRSHIFT) ^
5927                             (uintptr_t)pmap) & (NPTEPG - 1)) == 0 &&
5928                             (*pde & PG_W) == 0) {
5929                                 if (safe_to_clear_referenced(pmap, oldpde)) {
5930                                         atomic_clear_long(pde, PG_A);
5931                                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
5932                                         demoted = FALSE;
5933                                 } else if (pmap_demote_pde_locked(pmap, pde,
5934                                     pv->pv_va, &lock)) {
5935                                         /*
5936                                          * Remove the mapping to a single page
5937                                          * so that a subsequent access may
5938                                          * repromote.  Since the underlying
5939                                          * page table page is fully populated,
5940                                          * this removal never frees a page
5941                                          * table page.
5942                                          */
5943                                         demoted = TRUE;
5944                                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde &
5945                                             PG_PS_FRAME);
5946                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
5947                                         pmap_remove_pte(pmap, pte, va, *pde,
5948                                             NULL, &lock);
5949                                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
5950                                 } else
5951                                         demoted = TRUE;
5952
5953                                 if (demoted) {
5954                                         /*
5955                                          * The superpage mapping was removed
5956                                          * entirely and therefore 'pv' is no
5957                                          * longer valid.
5958                                          */
5959                                         if (pvf == pv)
5960                                                 pvf = NULL;
5961                                         pv = NULL;
5962                                 }
5963                                 cleared++;
5964                                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
5965                                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
5966                                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
5967                         } else
5968                                 not_cleared++;
5969                 }
5970                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5971                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
5972                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
5973                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
5974                         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
5975                         pvh->pv_gen++;
5976                 }
5977                 if (cleared + not_cleared >= PMAP_TS_REFERENCED_MAX)
5978                         goto out;
5979         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != pvf);
5980 small_mappings:
5981         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) == NULL)
5982                 goto out;
5983         pv = pvf;
5984         do {
5985                 if (pvf == NULL)
5986                         pvf = pv;
5987                 pmap = PV_PMAP(pv);
5988                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5989                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5990                         md_gen = m->md.pv_gen;
5991                         rw_wunlock(lock);
5992                         PMAP_LOCK(pmap);
5993                         rw_wlock(lock);
5994                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
5995                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5996                                 goto retry;
5997                         }
5998                 }
5999                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6000                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
6001                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0,
6002                     ("pmap_ts_referenced: found a 2mpage in page %p's pv list",
6003                     m));
6004                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
6005                 if ((*pte & PG_A) != 0) {
6006                         if (safe_to_clear_referenced(pmap, *pte)) {
6007                                 atomic_clear_long(pte, PG_A);
6008                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
6009                                 cleared++;
6010                         } else if ((*pte & PG_W) == 0) {
6011                                 /*
6012                                  * Wired pages cannot be paged out so
6013                                  * doing accessed bit emulation for
6014                                  * them is wasted effort. We do the
6015                                  * hard work for unwired pages only.
6016                                  */
6017                                 pmap_remove_pte(pmap, pte, pv->pv_va,
6018                                     *pde, &free, &lock);
6019                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
6020                                 cleared++;
6021                                 if (pvf == pv)
6022                                         pvf = NULL;
6023                                 pv = NULL;
6024                                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
6025                                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
6026                                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
6027                         } else
6028                                 not_cleared++;
6029                 }
6030                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6031                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
6032                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
6033                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
6034                         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
6035                         m->md.pv_gen++;
6036                 }
6037         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != pvf && cleared +
6038             not_cleared < PMAP_TS_REFERENCED_MAX);
6039 out:
6040         rw_wunlock(lock);
6041         pmap_free_zero_pages(&free);
6042         return (cleared + not_cleared);
6043 }
6044
6045 /*
6046  *      Apply the given advice to the specified range of addresses within the
6047  *      given pmap.  Depending on the advice, clear the referenced and/or
6048  *      modified flags in each mapping and set the mapped page's dirty field.
6049  */
6050 void
6051 pmap_advise(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, int advice)
6052 {
6053         struct rwlock *lock;
6054         pml4_entry_t *pml4e;
6055         pdp_entry_t *pdpe;
6056         pd_entry_t oldpde, *pde;
6057         pt_entry_t *pte, PG_A, PG_G, PG_M, PG_RW, PG_V;
6058         vm_offset_t va_next;
6059         vm_page_t m;
6060         boolean_t anychanged;
6061
6062         if (advice != MADV_DONTNEED && advice != MADV_FREE)
6063                 return;
6064         pmap_delayed_invl_started();
6065
6066         /*
6067          * A/D bit emulation requires an alternate code path when clearing
6068          * the modified and accessed bits below. Since this function is
6069          * advisory in nature we skip it entirely for pmaps that require
6070          * A/D bit emulation.
6071          */
6072         if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
6073                 return;
6074
6075         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6076         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
6077         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6078         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6079         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6080         anychanged = FALSE;
6081         PMAP_LOCK(pmap);
6082         for (; sva < eva; sva = va_next) {
6083                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
6084                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
6085                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
6086                         if (va_next < sva)
6087                                 va_next = eva;
6088                         continue;
6089                 }
6090                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
6091                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
6092                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
6093                         if (va_next < sva)
6094                                 va_next = eva;
6095                         continue;
6096                 }
6097                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
6098                 if (va_next < sva)
6099                         va_next = eva;
6100                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
6101                 oldpde = *pde;
6102                 if ((oldpde & PG_V) == 0)
6103                         continue;
6104                 else if ((oldpde & PG_PS) != 0) {
6105                         if ((oldpde & PG_MANAGED) == 0)
6106                                 continue;
6107                         lock = NULL;
6108                         if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, sva, &lock)) {
6109                                 if (lock != NULL)
6110                                         rw_wunlock(lock);
6111
6112                                 /*
6113                                  * The large page mapping was destroyed.
6114                                  */
6115                                 continue;
6116                         }
6117
6118                         /*
6119                          * Unless the page mappings are wired, remove the
6120                          * mapping to a single page so that a subsequent
6121                          * access may repromote.  Since the underlying page
6122                          * table page is fully populated, this removal never
6123                          * frees a page table page.
6124                          */
6125                         if ((oldpde & PG_W) == 0) {
6126                                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva);
6127                                 KASSERT((*pte & PG_V) != 0,
6128                                     ("pmap_advise: invalid PTE"));
6129                                 pmap_remove_pte(pmap, pte, sva, *pde, NULL,
6130                                     &lock);
6131                                 anychanged = TRUE;
6132                         }
6133                         if (lock != NULL)
6134                                 rw_wunlock(lock);
6135                 }
6136                 if (va_next > eva)
6137                         va_next = eva;
6138                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
6139                     sva += PAGE_SIZE) {
6140                         if ((*pte & (PG_MANAGED | PG_V)) != (PG_MANAGED |
6141                             PG_V))
6142                                 continue;
6143                         else if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
6144                                 if (advice == MADV_DONTNEED) {
6145                                         /*
6146                                          * Future calls to pmap_is_modified()
6147                                          * can be avoided by making the page
6148                                          * dirty now.
6149                                          */
6150                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pte & PG_FRAME);
6151                                         vm_page_dirty(m);
6152                                 }
6153                                 atomic_clear_long(pte, PG_M | PG_A);
6154                         } else if ((*pte & PG_A) != 0)
6155                                 atomic_clear_long(pte, PG_A);
6156                         else
6157                                 continue;
6158                         if ((*pte & PG_G) != 0)
6159                                 pmap_invalidate_page(pmap, sva);
6160                         else
6161                                 anychanged = TRUE;
6162                 }
6163         }
6164         if (anychanged)
6165                 pmap_invalidate_all(pmap);
6166         PMAP_UNLOCK(pmap);
6167         pmap_delayed_invl_finished();
6168 }
6169
6170 /*
6171  *      Clear the modify bits on the specified physical page.
6172  */
6173 void
6174 pmap_clear_modify(vm_page_t m)
6175 {
6176         struct md_page *pvh;
6177         pmap_t pmap;
6178         pv_entry_t next_pv, pv;
6179         pd_entry_t oldpde, *pde;
6180         pt_entry_t oldpte, *pte, PG_M, PG_RW, PG_V;
6181         struct rwlock *lock;
6182         vm_offset_t va;
6183         int md_gen, pvh_gen;
6184
6185         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
6186             ("pmap_clear_modify: page %p is not managed", m));
6187         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
6188         KASSERT(!vm_page_xbusied(m),
6189             ("pmap_clear_modify: page %p is exclusive busied", m));
6190
6191         /*
6192          * If the page is not PGA_WRITEABLE, then no PTEs can have PG_M set.
6193          * If the object containing the page is locked and the page is not
6194          * exclusive busied, then PGA_WRITEABLE cannot be concurrently set.
6195          */
6196         if ((m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
6197                 return;
6198         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
6199         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
6200         rw_wlock(lock);
6201 restart:
6202         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0)
6203                 goto small_mappings;
6204         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
6205                 pmap = PV_PMAP(pv);
6206                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6207                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
6208                         rw_wunlock(lock);
6209                         PMAP_LOCK(pmap);
6210                         rw_wlock(lock);
6211                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
6212                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6213                                 goto restart;
6214                         }
6215                 }
6216                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6217                 PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6218                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6219                 va = pv->pv_va;
6220                 pde = pmap_pde(pmap, va);
6221                 oldpde = *pde;
6222                 if ((oldpde & PG_RW) != 0) {
6223                         if (pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock)) {
6224                                 if ((oldpde & PG_W) == 0) {
6225                                         /*
6226                                          * Write protect the mapping to a
6227                                          * single page so that a subsequent
6228                                          * write access may repromote.
6229                                          */
6230                                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde &
6231                                             PG_PS_FRAME);
6232                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
6233                                         oldpte = *pte;
6234                                         if ((oldpte & PG_V) != 0) {
6235                                                 while (!atomic_cmpset_long(pte,
6236                                                     oldpte,
6237                                                     oldpte & ~(PG_M | PG_RW)))
6238                                                         oldpte = *pte;
6239                                                 vm_page_dirty(m);
6240                                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
6241                                         }
6242                                 }
6243                         }
6244                 }
6245                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6246         }
6247 small_mappings:
6248         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
6249                 pmap = PV_PMAP(pv);
6250                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6251                         md_gen = m->md.pv_gen;
6252                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
6253                         rw_wunlock(lock);
6254                         PMAP_LOCK(pmap);
6255                         rw_wlock(lock);
6256                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
6257                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6258                                 goto restart;
6259                         }
6260                 }
6261                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6262                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6263                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
6264                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_clear_modify: found"
6265                     " a 2mpage in page %p's pv list", m));
6266                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
6267                 if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
6268                         atomic_clear_long(pte, PG_M);
6269                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
6270                 }
6271                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6272         }
6273         rw_wunlock(lock);
6274 }
6275
6276 /*
6277  * Miscellaneous support routines follow
6278  */
6279
6280 /* Adjust the cache mode for a 4KB page mapped via a PTE. */
6281 static __inline void
6282 pmap_pte_attr(pt_entry_t *pte, int cache_bits, int mask)
6283 {
6284         u_int opte, npte;
6285
6286         /*
6287          * The cache mode bits are all in the low 32-bits of the
6288          * PTE, so we can just spin on updating the low 32-bits.
6289          */
6290         do {
6291                 opte = *(u_int *)pte;
6292                 npte = opte & ~mask;
6293                 npte |= cache_bits;
6294         } while (npte != opte && !atomic_cmpset_int((u_int *)pte, opte, npte));
6295 }
6296
6297 /* Adjust the cache mode for a 2MB page mapped via a PDE. */
6298 static __inline void
6299 pmap_pde_attr(pd_entry_t *pde, int cache_bits, int mask)
6300 {
6301         u_int opde, npde;
6302
6303         /*
6304          * The cache mode bits are all in the low 32-bits of the
6305          * PDE, so we can just spin on updating the low 32-bits.
6306          */
6307         do {
6308                 opde = *(u_int *)pde;
6309                 npde = opde & ~mask;
6310                 npde |= cache_bits;
6311         } while (npde != opde && !atomic_cmpset_int((u_int *)pde, opde, npde));
6312 }
6313
6314 /*
6315  * Map a set of physical memory pages into the kernel virtual
6316  * address space. Return a pointer to where it is mapped. This
6317  * routine is intended to be used for mapping device memory,
6318  * NOT real memory.
6319  */
6320 void *
6321 pmap_mapdev_attr(vm_paddr_t pa, vm_size_t size, int mode)
6322 {
6323         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
6324         vm_offset_t va, offset;
6325         vm_size_t tmpsize;
6326         int i;
6327
6328         offset = pa & PAGE_MASK;
6329         size = round_page(offset + size);
6330         pa = trunc_page(pa);
6331
6332         if (!pmap_initialized) {
6333                 va = 0;
6334                 for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
6335                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
6336                         if (ppim->va == 0) {
6337                                 ppim->pa = pa;
6338                                 ppim->sz = size;
6339                                 ppim->mode = mode;
6340                                 ppim->va = virtual_avail;
6341                                 virtual_avail += size;
6342                                 va = ppim->va;
6343                                 break;
6344                         }
6345                 }
6346                 if (va == 0)
6347                         panic("%s: too many preinit mappings", __func__);
6348         } else {
6349                 /*
6350                  * If we have a preinit mapping, re-use it.
6351                  */
6352                 for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
6353                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
6354                         if (ppim->pa == pa && ppim->sz == size &&
6355                             ppim->mode == mode)
6356                                 return ((void *)(ppim->va + offset));
6357                 }
6358                 /*
6359                  * If the specified range of physical addresses fits within
6360                  * the direct map window, use the direct map.
6361                  */
6362                 if (pa < dmaplimit && pa + size < dmaplimit) {
6363                         va = PHYS_TO_DMAP(pa);
6364                         if (!pmap_change_attr(va, size, mode))
6365                                 return ((void *)(va + offset));
6366                 }
6367                 va = kva_alloc(size);
6368                 if (va == 0)
6369                         panic("%s: Couldn't allocate KVA", __func__);
6370         }
6371         for (tmpsize = 0; tmpsize < size; tmpsize += PAGE_SIZE)
6372                 pmap_kenter_attr(va + tmpsize, pa + tmpsize, mode);
6373         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, va, va + tmpsize);
6374         pmap_invalidate_cache_range(va, va + tmpsize, FALSE);
6375         return ((void *)(va + offset));
6376 }
6377
6378 void *
6379 pmap_mapdev(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
6380 {
6381
6382         return (pmap_mapdev_attr(pa, size, PAT_UNCACHEABLE));
6383 }
6384
6385 void *
6386 pmap_mapbios(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
6387 {
6388
6389         return (pmap_mapdev_attr(pa, size, PAT_WRITE_BACK));
6390 }
6391
6392 void
6393 pmap_unmapdev(vm_offset_t va, vm_size_t size)
6394 {
6395         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
6396         vm_offset_t offset;
6397         int i;
6398
6399         /* If we gave a direct map region in pmap_mapdev, do nothing */
6400         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS)
6401                 return;
6402         offset = va & PAGE_MASK;
6403         size = round_page(offset + size);
6404         va = trunc_page(va);
6405         for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
6406                 ppim = pmap_preinit_mapping + i;
6407                 if (ppim->va == va && ppim->sz == size) {
6408                         if (pmap_initialized)
6409                                 return;
6410                         ppim->pa = 0;
6411                         ppim->va = 0;
6412                         ppim->sz = 0;
6413                         ppim->mode = 0;
6414                         if (va + size == virtual_avail)
6415                                 virtual_avail = va;
6416                         return;
6417                 }
6418         }
6419         if (pmap_initialized)
6420                 kva_free(va, size);
6421 }
6422
6423 /*
6424  * Tries to demote a 1GB page mapping.
6425  */
6426 static boolean_t
6427 pmap_demote_pdpe(pmap_t pmap, pdp_entry_t *pdpe, vm_offset_t va)
6428 {
6429         pdp_entry_t newpdpe, oldpdpe;
6430         pd_entry_t *firstpde, newpde, *pde;
6431         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
6432         vm_paddr_t mpdepa;
6433         vm_page_t mpde;
6434
6435         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6436         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6437         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6438         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6439
6440         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6441         oldpdpe = *pdpe;
6442         KASSERT((oldpdpe & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V),
6443             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_PS and/or PG_V"));
6444         if ((mpde = vm_page_alloc(NULL, va >> PDPSHIFT, VM_ALLOC_INTERRUPT |
6445             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED)) == NULL) {
6446                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pdpe: failure for va %#lx"
6447                     " in pmap %p", va, pmap);
6448                 return (FALSE);
6449         }
6450         mpdepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpde);
6451         firstpde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mpdepa);
6452         newpdpe = mpdepa | PG_M | PG_A | (oldpdpe & PG_U) | PG_RW | PG_V;
6453         KASSERT((oldpdpe & PG_A) != 0,
6454             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_A"));
6455         KASSERT((oldpdpe & (PG_M | PG_RW)) != PG_RW,
6456             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_M"));
6457         newpde = oldpdpe;
6458
6459         /*
6460          * Initialize the page directory page.
6461          */
6462         for (pde = firstpde; pde < firstpde + NPDEPG; pde++) {
6463                 *pde = newpde;
6464                 newpde += NBPDR;
6465         }
6466
6467         /*
6468          * Demote the mapping.
6469          */
6470         *pdpe = newpdpe;
6471
6472         /*
6473          * Invalidate a stale recursive mapping of the page directory page.
6474          */
6475         pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopde(va));
6476
6477         pmap_pdpe_demotions++;
6478         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pdpe: success for va %#lx"
6479             " in pmap %p", va, pmap);
6480         return (TRUE);
6481 }
6482
6483 /*
6484  * Sets the memory attribute for the specified page.
6485  */
6486 void
6487 pmap_page_set_memattr(vm_page_t m, vm_memattr_t ma)
6488 {
6489
6490         m->md.pat_mode = ma;
6491
6492         /*
6493          * If "m" is a normal page, update its direct mapping.  This update
6494          * can be relied upon to perform any cache operations that are
6495          * required for data coherence.
6496          */
6497         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
6498             pmap_change_attr(PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m)), PAGE_SIZE,
6499             m->md.pat_mode))
6500                 panic("memory attribute change on the direct map failed");
6501 }
6502
6503 /*
6504  * Changes the specified virtual address range's memory type to that given by
6505  * the parameter "mode".  The specified virtual address range must be
6506  * completely contained within either the direct map or the kernel map.  If
6507  * the virtual address range is contained within the kernel map, then the
6508  * memory type for each of the corresponding ranges of the direct map is also
6509  * changed.  (The corresponding ranges of the direct map are those ranges that
6510  * map the same physical pages as the specified virtual address range.)  These
6511  * changes to the direct map are necessary because Intel describes the
6512  * behavior of their processors as "undefined" if two or more mappings to the
6513  * same physical page have different memory types.
6514  *
6515  * Returns zero if the change completed successfully, and either EINVAL or
6516  * ENOMEM if the change failed.  Specifically, EINVAL is returned if some part
6517  * of the virtual address range was not mapped, and ENOMEM is returned if
6518  * there was insufficient memory available to complete the change.  In the
6519  * latter case, the memory type may have been changed on some part of the
6520  * virtual address range or the direct map.
6521  */
6522 int
6523 pmap_change_attr(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
6524 {
6525         int error;
6526
6527         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
6528         error = pmap_change_attr_locked(va, size, mode);
6529         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
6530         return (error);
6531 }
6532
6533 static int
6534 pmap_change_attr_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
6535 {
6536         vm_offset_t base, offset, tmpva;
6537         vm_paddr_t pa_start, pa_end;
6538         pdp_entry_t *pdpe;
6539         pd_entry_t *pde;
6540         pt_entry_t *pte;
6541         int cache_bits_pte, cache_bits_pde, error;
6542         boolean_t changed;
6543
6544         PMAP_LOCK_ASSERT(kernel_pmap, MA_OWNED);
6545         base = trunc_page(va);
6546         offset = va & PAGE_MASK;
6547         size = round_page(offset + size);
6548
6549         /*
6550          * Only supported on kernel virtual addresses, including the direct
6551          * map but excluding the recursive map.
6552          */
6553         if (base < DMAP_MIN_ADDRESS)
6554                 return (EINVAL);
6555
6556         cache_bits_pde = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, 1);
6557         cache_bits_pte = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, 0);
6558         changed = FALSE;
6559
6560         /*
6561          * Pages that aren't mapped aren't supported.  Also break down 2MB pages
6562          * into 4KB pages if required.
6563          */
6564         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
6565                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, tmpva);
6566                 if (pdpe == NULL || *pdpe == 0)
6567                         return (EINVAL);
6568                 if (*pdpe & PG_PS) {
6569                         /*
6570                          * If the current 1GB page already has the required
6571                          * memory type, then we need not demote this page. Just
6572                          * increment tmpva to the next 1GB page frame.
6573                          */
6574                         if ((*pdpe & X86_PG_PDE_CACHE) == cache_bits_pde) {
6575                                 tmpva = trunc_1gpage(tmpva) + NBPDP;
6576                                 continue;
6577                         }
6578
6579                         /*
6580                          * If the current offset aligns with a 1GB page frame
6581                          * and there is at least 1GB left within the range, then
6582                          * we need not break down this page into 2MB pages.
6583                          */
6584                         if ((tmpva & PDPMASK) == 0 &&
6585                             tmpva + PDPMASK < base + size) {
6586                                 tmpva += NBPDP;
6587                                 continue;
6588                         }
6589                         if (!pmap_demote_pdpe(kernel_pmap, pdpe, tmpva))
6590                                 return (ENOMEM);
6591                 }
6592                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, tmpva);
6593                 if (*pde == 0)
6594                         return (EINVAL);
6595                 if (*pde & PG_PS) {
6596                         /*
6597                          * If the current 2MB page already has the required
6598                          * memory type, then we need not demote this page. Just
6599                          * increment tmpva to the next 2MB page frame.
6600                          */
6601                         if ((*pde & X86_PG_PDE_CACHE) == cache_bits_pde) {
6602                                 tmpva = trunc_2mpage(tmpva) + NBPDR;
6603                                 continue;
6604                         }
6605
6606                         /*
6607                          * If the current offset aligns with a 2MB page frame
6608                          * and there is at least 2MB left within the range, then
6609                          * we need not break down this page into 4KB pages.
6610                          */
6611                         if ((tmpva & PDRMASK) == 0 &&
6612                             tmpva + PDRMASK < base + size) {
6613                                 tmpva += NBPDR;
6614                                 continue;
6615                         }
6616                         if (!pmap_demote_pde(kernel_pmap, pde, tmpva))
6617                                 return (ENOMEM);
6618                 }
6619                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, tmpva);
6620                 if (*pte == 0)
6621                         return (EINVAL);
6622                 tmpva += PAGE_SIZE;
6623         }
6624         error = 0;
6625
6626         /*
6627          * Ok, all the pages exist, so run through them updating their
6628          * cache mode if required.
6629          */
6630         pa_start = pa_end = 0;
6631         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
6632                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, tmpva);
6633                 if (*pdpe & PG_PS) {
6634                         if ((*pdpe & X86_PG_PDE_CACHE) != cache_bits_pde) {
6635                                 pmap_pde_attr(pdpe, cache_bits_pde,
6636                                     X86_PG_PDE_CACHE);
6637                                 changed = TRUE;
6638                         }
6639                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS &&
6640                             (*pdpe & PG_PS_FRAME) < dmaplimit) {
6641                                 if (pa_start == pa_end) {
6642                                         /* Start physical address run. */
6643                                         pa_start = *pdpe & PG_PS_FRAME;
6644                                         pa_end = pa_start + NBPDP;
6645                                 } else if (pa_end == (*pdpe & PG_PS_FRAME))
6646                                         pa_end += NBPDP;
6647                                 else {
6648                                         /* Run ended, update direct map. */
6649                                         error = pmap_change_attr_locked(
6650                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
6651                                             pa_end - pa_start, mode);
6652                                         if (error != 0)
6653                                                 break;
6654                                         /* Start physical address run. */
6655                                         pa_start = *pdpe & PG_PS_FRAME;
6656                                         pa_end = pa_start + NBPDP;
6657                                 }
6658                         }
6659                         tmpva = trunc_1gpage(tmpva) + NBPDP;
6660                         continue;
6661                 }
6662                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, tmpva);
6663                 if (*pde & PG_PS) {
6664                         if ((*pde & X86_PG_PDE_CACHE) != cache_bits_pde) {
6665                                 pmap_pde_attr(pde, cache_bits_pde,
6666                                     X86_PG_PDE_CACHE);
6667                                 changed = TRUE;
6668                         }
6669                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS &&
6670                             (*pde & PG_PS_FRAME) < dmaplimit) {
6671                                 if (pa_start == pa_end) {
6672                                         /* Start physical address run. */
6673                                         pa_start = *pde & PG_PS_FRAME;
6674                                         pa_end = pa_start + NBPDR;
6675                                 } else if (pa_end == (*pde & PG_PS_FRAME))
6676                                         pa_end += NBPDR;
6677                                 else {
6678                                         /* Run ended, update direct map. */
6679                                         error = pmap_change_attr_locked(
6680                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
6681                                             pa_end - pa_start, mode);
6682                                         if (error != 0)
6683                                                 break;
6684                                         /* Start physical address run. */
6685                                         pa_start = *pde & PG_PS_FRAME;
6686                                         pa_end = pa_start + NBPDR;
6687                                 }
6688                         }
6689                         tmpva = trunc_2mpage(tmpva) + NBPDR;
6690                 } else {
6691                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, tmpva);
6692                         if ((*pte & X86_PG_PTE_CACHE) != cache_bits_pte) {
6693                                 pmap_pte_attr(pte, cache_bits_pte,
6694                                     X86_PG_PTE_CACHE);
6695                                 changed = TRUE;
6696                         }
6697                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS &&
6698                             (*pte & PG_PS_FRAME) < dmaplimit) {
6699                                 if (pa_start == pa_end) {
6700                                         /* Start physical address run. */
6701                                         pa_start = *pte & PG_FRAME;
6702                                         pa_end = pa_start + PAGE_SIZE;
6703                                 } else if (pa_end == (*pte & PG_FRAME))
6704                                         pa_end += PAGE_SIZE;
6705                                 else {
6706                                         /* Run ended, update direct map. */
6707                                         error = pmap_change_attr_locked(
6708                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
6709                                             pa_end - pa_start, mode);
6710                                         if (error != 0)
6711                                                 break;
6712                                         /* Start physical address run. */
6713                                         pa_start = *pte & PG_FRAME;
6714                                         pa_end = pa_start + PAGE_SIZE;
6715                                 }
6716                         }
6717                         tmpva += PAGE_SIZE;
6718                 }
6719         }
6720         if (error == 0 && pa_start != pa_end)
6721                 error = pmap_change_attr_locked(PHYS_TO_DMAP(pa_start),
6722                     pa_end - pa_start, mode);
6723
6724         /*
6725          * Flush CPU caches if required to make sure any data isn't cached that
6726          * shouldn't be, etc.
6727          */
6728         if (changed) {
6729                 pmap_invalidate_range(kernel_pmap, base, tmpva);
6730                 pmap_invalidate_cache_range(base, tmpva, FALSE);
6731         }
6732         return (error);
6733 }
6734
6735 /*
6736  * Demotes any mapping within the direct map region that covers more than the
6737  * specified range of physical addresses.  This range's size must be a power
6738  * of two and its starting address must be a multiple of its size.  Since the
6739  * demotion does not change any attributes of the mapping, a TLB invalidation
6740  * is not mandatory.  The caller may, however, request a TLB invalidation.
6741  */
6742 void
6743 pmap_demote_DMAP(vm_paddr_t base, vm_size_t len, boolean_t invalidate)
6744 {
6745         pdp_entry_t *pdpe;
6746         pd_entry_t *pde;
6747         vm_offset_t va;
6748         boolean_t changed;
6749
6750         if (len == 0)
6751                 return;
6752         KASSERT(powerof2(len), ("pmap_demote_DMAP: len is not a power of 2"));
6753         KASSERT((base & (len - 1)) == 0,
6754             ("pmap_demote_DMAP: base is not a multiple of len"));
6755         if (len < NBPDP && base < dmaplimit) {
6756                 va = PHYS_TO_DMAP(base);
6757                 changed = FALSE;
6758                 PMAP_LOCK(kernel_pmap);
6759                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, va);
6760                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0)
6761                         panic("pmap_demote_DMAP: invalid PDPE");
6762                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0) {
6763                         if (!pmap_demote_pdpe(kernel_pmap, pdpe, va))
6764                                 panic("pmap_demote_DMAP: PDPE failed");
6765                         changed = TRUE;
6766                 }
6767                 if (len < NBPDR) {
6768                         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
6769                         if ((*pde & X86_PG_V) == 0)
6770                                 panic("pmap_demote_DMAP: invalid PDE");
6771                         if ((*pde & PG_PS) != 0) {
6772                                 if (!pmap_demote_pde(kernel_pmap, pde, va))
6773                                         panic("pmap_demote_DMAP: PDE failed");
6774                                 changed = TRUE;
6775                         }
6776                 }
6777                 if (changed && invalidate)
6778                         pmap_invalidate_page(kernel_pmap, va);
6779                 PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
6780         }
6781 }
6782
6783 /*
6784  * perform the pmap work for mincore
6785  */
6786 int
6787 pmap_mincore(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_paddr_t *locked_pa)
6788 {
6789         pd_entry_t *pdep;
6790         pt_entry_t pte, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
6791         vm_paddr_t pa;
6792         int val;
6793
6794         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6795         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6796         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6797         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6798
6799         PMAP_LOCK(pmap);
6800 retry:
6801         pdep = pmap_pde(pmap, addr);
6802         if (pdep != NULL && (*pdep & PG_V)) {
6803                 if (*pdep & PG_PS) {
6804                         pte = *pdep;
6805                         /* Compute the physical address of the 4KB page. */
6806                         pa = ((*pdep & PG_PS_FRAME) | (addr & PDRMASK)) &
6807                             PG_FRAME;
6808                         val = MINCORE_SUPER;
6809                 } else {
6810                         pte = *pmap_pde_to_pte(pdep, addr);
6811                         pa = pte & PG_FRAME;
6812                         val = 0;
6813                 }
6814         } else {
6815                 pte = 0;
6816                 pa = 0;
6817                 val = 0;
6818         }
6819         if ((pte & PG_V) != 0) {
6820                 val |= MINCORE_INCORE;
6821                 if ((pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
6822                         val |= MINCORE_MODIFIED | MINCORE_MODIFIED_OTHER;
6823                 if ((pte & PG_A) != 0)
6824                         val |= MINCORE_REFERENCED | MINCORE_REFERENCED_OTHER;
6825         }
6826         if ((val & (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER)) !=
6827             (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER) &&
6828             (pte & (PG_MANAGED | PG_V)) == (PG_MANAGED | PG_V)) {
6829                 /* Ensure that "PHYS_TO_VM_PAGE(pa)->object" doesn't change. */
6830                 if (vm_page_pa_tryrelock(pmap, pa, locked_pa))
6831                         goto retry;
6832         } else
6833                 PA_UNLOCK_COND(*locked_pa);
6834         PMAP_UNLOCK(pmap);
6835         return (val);
6836 }
6837
6838 static uint64_t
6839 pmap_pcid_alloc(pmap_t pmap, u_int cpuid)
6840 {
6841         uint32_t gen, new_gen, pcid_next;
6842
6843         CRITICAL_ASSERT(curthread);
6844         gen = PCPU_GET(pcid_gen);
6845         if (pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid == PMAP_PCID_KERN ||
6846             pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen == gen)
6847                 return (CR3_PCID_SAVE);
6848         pcid_next = PCPU_GET(pcid_next);
6849         KASSERT(pcid_next <= PMAP_PCID_OVERMAX, ("cpu %d pcid_next %#x",
6850             cpuid, pcid_next));
6851         if (pcid_next == PMAP_PCID_OVERMAX) {
6852                 new_gen = gen + 1;
6853                 if (new_gen == 0)
6854                         new_gen = 1;
6855                 PCPU_SET(pcid_gen, new_gen);
6856                 pcid_next = PMAP_PCID_KERN + 1;
6857         } else {
6858                 new_gen = gen;
6859         }
6860         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid = pcid_next;
6861         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = new_gen;
6862         PCPU_SET(pcid_next, pcid_next + 1);
6863         return (0);
6864 }
6865
6866 void
6867 pmap_activate_sw(struct thread *td)
6868 {
6869         pmap_t oldpmap, pmap;
6870         uint64_t cached, cr3;
6871         u_int cpuid;
6872
6873         oldpmap = PCPU_GET(curpmap);
6874         pmap = vmspace_pmap(td->td_proc->p_vmspace);
6875         if (oldpmap == pmap)
6876                 return;
6877         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
6878 #ifdef SMP
6879         CPU_SET_ATOMIC(cpuid, &pmap->pm_active);
6880 #else
6881         CPU_SET(cpuid, &pmap->pm_active);
6882 #endif
6883         cr3 = rcr3();
6884         if (pmap_pcid_enabled) {
6885                 cached = pmap_pcid_alloc(pmap, cpuid);
6886                 KASSERT(pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid >= 0 &&
6887                     pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid < PMAP_PCID_OVERMAX,
6888                     ("pmap %p cpu %d pcid %#x", pmap, cpuid,
6889                     pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid));
6890                 KASSERT(pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid != PMAP_PCID_KERN ||
6891                     pmap == kernel_pmap,
6892                     ("non-kernel pmap thread %p pmap %p cpu %d pcid %#x",
6893                     td, pmap, cpuid, pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid));
6894                 if (!cached || (cr3 & ~CR3_PCID_MASK) != pmap->pm_cr3) {
6895                         load_cr3(pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid |
6896                             cached);
6897                         if (cached)
6898                                 PCPU_INC(pm_save_cnt);
6899                 }
6900         } else if (cr3 != pmap->pm_cr3) {
6901                 load_cr3(pmap->pm_cr3);
6902         }
6903         PCPU_SET(curpmap, pmap);
6904 #ifdef SMP
6905         CPU_CLR_ATOMIC(cpuid, &oldpmap->pm_active);
6906 #else
6907         CPU_CLR(cpuid, &oldpmap->pm_active);
6908 #endif
6909 }
6910
6911 void
6912 pmap_activate(struct thread *td)
6913 {
6914
6915         critical_enter();
6916         pmap_activate_sw(td);
6917         critical_exit();
6918 }
6919
6920 void
6921 pmap_sync_icache(pmap_t pm, vm_offset_t va, vm_size_t sz)
6922 {
6923 }
6924
6925 /*
6926  *      Increase the starting virtual address of the given mapping if a
6927  *      different alignment might result in more superpage mappings.
6928  */
6929 void
6930 pmap_align_superpage(vm_object_t object, vm_ooffset_t offset,
6931     vm_offset_t *addr, vm_size_t size)
6932 {
6933         vm_offset_t superpage_offset;
6934
6935         if (size < NBPDR)
6936                 return;
6937         if (object != NULL && (object->flags & OBJ_COLORED) != 0)
6938                 offset += ptoa(object->pg_color);
6939         superpage_offset = offset & PDRMASK;
6940         if (size - ((NBPDR - superpage_offset) & PDRMASK) < NBPDR ||
6941             (*addr & PDRMASK) == superpage_offset)
6942                 return;
6943         if ((*addr & PDRMASK) < superpage_offset)
6944                 *addr = (*addr & ~PDRMASK) + superpage_offset;
6945         else
6946                 *addr = ((*addr + PDRMASK) & ~PDRMASK) + superpage_offset;
6947 }
6948
6949 #ifdef INVARIANTS
6950 static unsigned long num_dirty_emulations;
6951 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_dirty_emulations, CTLFLAG_RW,
6952              &num_dirty_emulations, 0, NULL);
6953
6954 static unsigned long num_accessed_emulations;
6955 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_accessed_emulations, CTLFLAG_RW,
6956              &num_accessed_emulations, 0, NULL);
6957
6958 static unsigned long num_superpage_accessed_emulations;
6959 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_superpage_accessed_emulations, CTLFLAG_RW,
6960              &num_superpage_accessed_emulations, 0, NULL);
6961
6962 static unsigned long ad_emulation_superpage_promotions;
6963 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, ad_emulation_superpage_promotions, CTLFLAG_RW,
6964              &ad_emulation_superpage_promotions, 0, NULL);
6965 #endif  /* INVARIANTS */
6966
6967 int
6968 pmap_emulate_accessed_dirty(pmap_t pmap, vm_offset_t va, int ftype)
6969 {
6970         int rv;
6971         struct rwlock *lock;
6972         vm_page_t m, mpte;
6973         pd_entry_t *pde;
6974         pt_entry_t *pte, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
6975
6976         KASSERT(ftype == VM_PROT_READ || ftype == VM_PROT_WRITE,
6977             ("pmap_emulate_accessed_dirty: invalid fault type %d", ftype));
6978
6979         if (!pmap_emulate_ad_bits(pmap))
6980                 return (-1);
6981
6982         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6983         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6984         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6985         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6986
6987         rv = -1;
6988         lock = NULL;
6989         PMAP_LOCK(pmap);
6990
6991         pde = pmap_pde(pmap, va);
6992         if (pde == NULL || (*pde & PG_V) == 0)
6993                 goto done;
6994
6995         if ((*pde & PG_PS) != 0) {
6996                 if (ftype == VM_PROT_READ) {
6997 #ifdef INVARIANTS
6998                         atomic_add_long(&num_superpage_accessed_emulations, 1);
6999 #endif
7000                         *pde |= PG_A;
7001                         rv = 0;
7002                 }
7003                 goto done;
7004         }
7005
7006         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
7007         if ((*pte & PG_V) == 0)
7008                 goto done;
7009
7010         if (ftype == VM_PROT_WRITE) {
7011                 if ((*pte & PG_RW) == 0)
7012                         goto done;
7013                 /*
7014                  * Set the modified and accessed bits simultaneously.
7015                  *
7016                  * Intel EPT PTEs that do software emulation of A/D bits map
7017                  * PG_A and PG_M to EPT_PG_READ and EPT_PG_WRITE respectively.
7018                  * An EPT misconfiguration is triggered if the PTE is writable
7019                  * but not readable (WR=10). This is avoided by setting PG_A
7020                  * and PG_M simultaneously.
7021                  */
7022                 *pte |= PG_M | PG_A;
7023         } else {
7024                 *pte |= PG_A;
7025         }
7026
7027         /* try to promote the mapping */
7028         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
7029                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
7030         else
7031                 mpte = NULL;
7032
7033         m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pte & PG_FRAME);
7034
7035         if ((mpte == NULL || mpte->wire_count == NPTEPG) &&
7036             pmap_ps_enabled(pmap) &&
7037             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
7038             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0) {
7039                 pmap_promote_pde(pmap, pde, va, &lock);
7040 #ifdef INVARIANTS
7041                 atomic_add_long(&ad_emulation_superpage_promotions, 1);
7042 #endif
7043         }
7044 #ifdef INVARIANTS
7045         if (ftype == VM_PROT_WRITE)
7046                 atomic_add_long(&num_dirty_emulations, 1);
7047         else
7048                 atomic_add_long(&num_accessed_emulations, 1);
7049 #endif
7050         rv = 0;         /* success */
7051 done:
7052         if (lock != NULL)
7053                 rw_wunlock(lock);
7054         PMAP_UNLOCK(pmap);
7055         return (rv);
7056 }
7057
7058 void
7059 pmap_get_mapping(pmap_t pmap, vm_offset_t va, uint64_t *ptr, int *num)
7060 {
7061         pml4_entry_t *pml4;
7062         pdp_entry_t *pdp;
7063         pd_entry_t *pde;
7064         pt_entry_t *pte, PG_V;
7065         int idx;
7066
7067         idx = 0;
7068         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7069         PMAP_LOCK(pmap);
7070
7071         pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
7072         ptr[idx++] = *pml4;
7073         if ((*pml4 & PG_V) == 0)
7074                 goto done;
7075
7076         pdp = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4, va);
7077         ptr[idx++] = *pdp;
7078         if ((*pdp & PG_V) == 0 || (*pdp & PG_PS) != 0)
7079                 goto done;
7080
7081         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdp, va);
7082         ptr[idx++] = *pde;
7083         if ((*pde & PG_V) == 0 || (*pde & PG_PS) != 0)
7084                 goto done;
7085
7086         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
7087         ptr[idx++] = *pte;
7088
7089 done:
7090         PMAP_UNLOCK(pmap);
7091         *num = idx;
7092 }
7093
7094 /**
7095  * Get the kernel virtual address of a set of physical pages. If there are
7096  * physical addresses not covered by the DMAP perform a transient mapping
7097  * that will be removed when calling pmap_unmap_io_transient.
7098  *
7099  * \param page        The pages the caller wishes to obtain the virtual
7100  *                    address on the kernel memory map.
7101  * \param vaddr       On return contains the kernel virtual memory address
7102  *                    of the pages passed in the page parameter.
7103  * \param count       Number of pages passed in.
7104  * \param can_fault   TRUE if the thread using the mapped pages can take
7105  *                    page faults, FALSE otherwise.
7106  *
7107  * \returns TRUE if the caller must call pmap_unmap_io_transient when
7108  *          finished or FALSE otherwise.
7109  *
7110  */
7111 boolean_t
7112 pmap_map_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
7113     boolean_t can_fault)
7114 {
7115         vm_paddr_t paddr;
7116         boolean_t needs_mapping;
7117         pt_entry_t *pte;
7118         int cache_bits, error, i;
7119
7120         /*
7121          * Allocate any KVA space that we need, this is done in a separate
7122          * loop to prevent calling vmem_alloc while pinned.
7123          */
7124         needs_mapping = FALSE;
7125         for (i = 0; i < count; i++) {
7126                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
7127                 if (__predict_false(paddr >= dmaplimit)) {
7128                         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE,
7129                             M_BESTFIT | M_WAITOK, &vaddr[i]);
7130                         KASSERT(error == 0, ("vmem_alloc failed: %d", error));
7131                         needs_mapping = TRUE;
7132                 } else {
7133                         vaddr[i] = PHYS_TO_DMAP(paddr);
7134                 }
7135         }
7136
7137         /* Exit early if everything is covered by the DMAP */
7138         if (!needs_mapping)
7139                 return (FALSE);
7140
7141         /*
7142          * NB:  The sequence of updating a page table followed by accesses
7143          * to the corresponding pages used in the !DMAP case is subject to
7144          * the situation described in the "AMD64 Architecture Programmer's
7145          * Manual Volume 2: System Programming" rev. 3.23, "7.3.1 Special
7146          * Coherency Considerations".  Therefore, issuing the INVLPG right
7147          * after modifying the PTE bits is crucial.
7148          */
7149         if (!can_fault)
7150                 sched_pin();
7151         for (i = 0; i < count; i++) {
7152                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
7153                 if (paddr >= dmaplimit) {
7154                         if (can_fault) {
7155                                 /*
7156                                  * Slow path, since we can get page faults
7157                                  * while mappings are active don't pin the
7158                                  * thread to the CPU and instead add a global
7159                                  * mapping visible to all CPUs.
7160                                  */
7161                                 pmap_qenter(vaddr[i], &page[i], 1);
7162                         } else {
7163                                 pte = vtopte(vaddr[i]);
7164                                 cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap,
7165                                     page[i]->md.pat_mode, 0);
7166                                 pte_store(pte, paddr | X86_PG_RW | X86_PG_V |
7167                                     cache_bits);
7168                                 invlpg(vaddr[i]);
7169                         }
7170                 }
7171         }
7172
7173         return (needs_mapping);
7174 }
7175
7176 void
7177 pmap_unmap_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
7178     boolean_t can_fault)
7179 {
7180         vm_paddr_t paddr;
7181         int i;
7182
7183         if (!can_fault)
7184                 sched_unpin();
7185         for (i = 0; i < count; i++) {
7186                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
7187                 if (paddr >= dmaplimit) {
7188                         if (can_fault)
7189                                 pmap_qremove(vaddr[i], 1);
7190                         vmem_free(kernel_arena, vaddr[i], PAGE_SIZE);
7191                 }
7192         }
7193 }
7194
7195 vm_offset_t
7196 pmap_quick_enter_page(vm_page_t m)
7197 {
7198         vm_paddr_t paddr;
7199
7200         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
7201         if (paddr < dmaplimit)
7202                 return (PHYS_TO_DMAP(paddr));
7203         mtx_lock_spin(&qframe_mtx);
7204         KASSERT(*vtopte(qframe) == 0, ("qframe busy"));
7205         pte_store(vtopte(qframe), paddr | X86_PG_RW | X86_PG_V | X86_PG_A |
7206             X86_PG_M | pmap_cache_bits(kernel_pmap, m->md.pat_mode, 0));
7207         return (qframe);
7208 }
7209
7210 void
7211 pmap_quick_remove_page(vm_offset_t addr)
7212 {
7213
7214         if (addr != qframe)
7215                 return;
7216         pte_store(vtopte(qframe), 0);
7217         invlpg(qframe);
7218         mtx_unlock_spin(&qframe_mtx);
7219 }
7220
7221 #include "opt_ddb.h"
7222 #ifdef DDB
7223 #include <ddb/ddb.h>
7224
7225 DB_SHOW_COMMAND(pte, pmap_print_pte)
7226 {
7227         pmap_t pmap;
7228         pml4_entry_t *pml4;
7229         pdp_entry_t *pdp;
7230         pd_entry_t *pde;
7231         pt_entry_t *pte, PG_V;
7232         vm_offset_t va;
7233
7234         if (have_addr) {
7235                 va = (vm_offset_t)addr;
7236                 pmap = PCPU_GET(curpmap); /* XXX */
7237         } else {
7238                 db_printf("show pte addr\n");
7239                 return;
7240         }
7241         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7242         pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
7243         db_printf("VA %#016lx pml4e %#016lx", va, *pml4);
7244         if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
7245                 db_printf("\n");
7246                 return;
7247         }
7248         pdp = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4, va);
7249         db_printf(" pdpe %#016lx", *pdp);
7250         if ((*pdp & PG_V) == 0 || (*pdp & PG_PS) != 0) {
7251                 db_printf("\n");
7252                 return;
7253         }
7254         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdp, va);
7255         db_printf(" pde %#016lx", *pde);
7256         if ((*pde & PG_V) == 0 || (*pde & PG_PS) != 0) {
7257                 db_printf("\n");
7258                 return;
7259         }
7260         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
7261         db_printf(" pte %#016lx\n", *pte);
7262 }
7263
7264 DB_SHOW_COMMAND(phys2dmap, pmap_phys2dmap)
7265 {
7266         vm_paddr_t a;
7267
7268         if (have_addr) {
7269                 a = (vm_paddr_t)addr;
7270                 db_printf("0x%jx\n", (uintmax_t)PHYS_TO_DMAP(a));
7271         } else {
7272                 db_printf("show phys2dmap addr\n");
7273         }
7274 }
7275 #endif