]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/stable/10.git/blob - sys/amd64/amd64/pmap.c
MFC 261781:
[FreeBSD/stable/10.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/vmmeter.h>
119 #include <sys/sched.h>
120 #include <sys/sysctl.h>
121 #include <sys/_unrhdr.h>
122 #include <sys/smp.h>
123
124 #include <vm/vm.h>
125 #include <vm/vm_param.h>
126 #include <vm/vm_kern.h>
127 #include <vm/vm_page.h>
128 #include <vm/vm_map.h>
129 #include <vm/vm_object.h>
130 #include <vm/vm_extern.h>
131 #include <vm/vm_pageout.h>
132 #include <vm/vm_pager.h>
133 #include <vm/vm_radix.h>
134 #include <vm/vm_reserv.h>
135 #include <vm/uma.h>
136
137 #include <machine/intr_machdep.h>
138 #include <machine/apicvar.h>
139 #include <machine/cpu.h>
140 #include <machine/cputypes.h>
141 #include <machine/md_var.h>
142 #include <machine/pcb.h>
143 #include <machine/specialreg.h>
144 #ifdef SMP
145 #include <machine/smp.h>
146 #endif
147
148 static __inline boolean_t
149 pmap_emulate_ad_bits(pmap_t pmap)
150 {
151
152         return ((pmap->pm_flags & PMAP_EMULATE_AD_BITS) != 0);
153 }
154
155 static __inline pt_entry_t
156 pmap_valid_bit(pmap_t pmap)
157 {
158         pt_entry_t mask;
159
160         switch (pmap->pm_type) {
161         case PT_X86:
162                 mask = X86_PG_V;
163                 break;
164         case PT_EPT:
165                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
166                         mask = EPT_PG_EMUL_V;
167                 else
168                         mask = EPT_PG_READ;
169                 break;
170         default:
171                 panic("pmap_valid_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
172         }
173
174         return (mask);
175 }
176
177 static __inline pt_entry_t
178 pmap_rw_bit(pmap_t pmap)
179 {
180         pt_entry_t mask;
181
182         switch (pmap->pm_type) {
183         case PT_X86:
184                 mask = X86_PG_RW;
185                 break;
186         case PT_EPT:
187                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
188                         mask = EPT_PG_EMUL_RW;
189                 else
190                         mask = EPT_PG_WRITE;
191                 break;
192         default:
193                 panic("pmap_rw_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
194         }
195
196         return (mask);
197 }
198
199 static __inline pt_entry_t
200 pmap_global_bit(pmap_t pmap)
201 {
202         pt_entry_t mask;
203
204         switch (pmap->pm_type) {
205         case PT_X86:
206                 mask = X86_PG_G;
207                 break;
208         case PT_EPT:
209                 mask = 0;
210                 break;
211         default:
212                 panic("pmap_global_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
213         }
214
215         return (mask);
216 }
217
218 static __inline pt_entry_t
219 pmap_accessed_bit(pmap_t pmap)
220 {
221         pt_entry_t mask;
222
223         switch (pmap->pm_type) {
224         case PT_X86:
225                 mask = X86_PG_A;
226                 break;
227         case PT_EPT:
228                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
229                         mask = EPT_PG_READ;
230                 else
231                         mask = EPT_PG_A;
232                 break;
233         default:
234                 panic("pmap_accessed_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
235         }
236
237         return (mask);
238 }
239
240 static __inline pt_entry_t
241 pmap_modified_bit(pmap_t pmap)
242 {
243         pt_entry_t mask;
244
245         switch (pmap->pm_type) {
246         case PT_X86:
247                 mask = X86_PG_M;
248                 break;
249         case PT_EPT:
250                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
251                         mask = EPT_PG_WRITE;
252                 else
253                         mask = EPT_PG_M;
254                 break;
255         default:
256                 panic("pmap_modified_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
257         }
258
259         return (mask);
260 }
261
262 #if !defined(DIAGNOSTIC)
263 #ifdef __GNUC_GNU_INLINE__
264 #define PMAP_INLINE     __attribute__((__gnu_inline__)) inline
265 #else
266 #define PMAP_INLINE     extern inline
267 #endif
268 #else
269 #define PMAP_INLINE
270 #endif
271
272 #ifdef PV_STATS
273 #define PV_STAT(x)      do { x ; } while (0)
274 #else
275 #define PV_STAT(x)      do { } while (0)
276 #endif
277
278 #define pa_index(pa)    ((pa) >> PDRSHIFT)
279 #define pa_to_pvh(pa)   (&pv_table[pa_index(pa)])
280
281 #define NPV_LIST_LOCKS  MAXCPU
282
283 #define PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa)        \
284                         (&pv_list_locks[pa_index(pa) % NPV_LIST_LOCKS])
285
286 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa)  do {    \
287         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
288         struct rwlock *_new_lock;                       \
289                                                         \
290         _new_lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);           \
291         if (_new_lock != *_lockp) {                     \
292                 if (*_lockp != NULL)                    \
293                         rw_wunlock(*_lockp);            \
294                 *_lockp = _new_lock;                    \
295                 rw_wlock(*_lockp);                      \
296         }                                               \
297 } while (0)
298
299 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m)        \
300                         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, VM_PAGE_TO_PHYS(m))
301
302 #define RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp)             do {    \
303         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
304                                                         \
305         if (*_lockp != NULL) {                          \
306                 rw_wunlock(*_lockp);                    \
307                 *_lockp = NULL;                         \
308         }                                               \
309 } while (0)
310
311 #define VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m)      \
312                         PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(VM_PAGE_TO_PHYS(m))
313
314 struct pmap kernel_pmap_store;
315
316 vm_offset_t virtual_avail;      /* VA of first avail page (after kernel bss) */
317 vm_offset_t virtual_end;        /* VA of last avail page (end of kernel AS) */
318
319 int nkpt;
320 SYSCTL_INT(_machdep, OID_AUTO, nkpt, CTLFLAG_RD, &nkpt, 0,
321     "Number of kernel page table pages allocated on bootup");
322
323 static int ndmpdp;
324 vm_paddr_t dmaplimit;
325 vm_offset_t kernel_vm_end = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
326 pt_entry_t pg_nx;
327
328 static SYSCTL_NODE(_vm, OID_AUTO, pmap, CTLFLAG_RD, 0, "VM/pmap parameters");
329
330 static int pat_works = 1;
331 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pat_works, CTLFLAG_RD, &pat_works, 1,
332     "Is page attribute table fully functional?");
333
334 static int pg_ps_enabled = 1;
335 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pg_ps_enabled, CTLFLAG_RDTUN, &pg_ps_enabled, 0,
336     "Are large page mappings enabled?");
337
338 #define PAT_INDEX_SIZE  8
339 static int pat_index[PAT_INDEX_SIZE];   /* cache mode to PAT index conversion */
340
341 static u_int64_t        KPTphys;        /* phys addr of kernel level 1 */
342 static u_int64_t        KPDphys;        /* phys addr of kernel level 2 */
343 u_int64_t               KPDPphys;       /* phys addr of kernel level 3 */
344 u_int64_t               KPML4phys;      /* phys addr of kernel level 4 */
345
346 static u_int64_t        DMPDphys;       /* phys addr of direct mapped level 2 */
347 static u_int64_t        DMPDPphys;      /* phys addr of direct mapped level 3 */
348 static int              ndmpdpphys;     /* number of DMPDPphys pages */
349
350 static struct rwlock_padalign pvh_global_lock;
351
352 /*
353  * Data for the pv entry allocation mechanism
354  */
355 static TAILQ_HEAD(pch, pv_chunk) pv_chunks = TAILQ_HEAD_INITIALIZER(pv_chunks);
356 static struct mtx pv_chunks_mutex;
357 static struct rwlock pv_list_locks[NPV_LIST_LOCKS];
358 static struct md_page *pv_table;
359
360 /*
361  * All those kernel PT submaps that BSD is so fond of
362  */
363 pt_entry_t *CMAP1 = 0;
364 caddr_t CADDR1 = 0;
365
366 static int pmap_flags = PMAP_PDE_SUPERPAGE;     /* flags for x86 pmaps */
367
368 static struct unrhdr pcid_unr;
369 static struct mtx pcid_mtx;
370 int pmap_pcid_enabled = 0;
371 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pcid_enabled, CTLFLAG_RDTUN, &pmap_pcid_enabled,
372     0, "Is TLB Context ID enabled ?");
373 int invpcid_works = 0;
374 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, invpcid_works, CTLFLAG_RD, &invpcid_works, 0,
375     "Is the invpcid instruction available ?");
376
377 static int
378 pmap_pcid_save_cnt_proc(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
379 {
380         int i;
381         uint64_t res;
382
383         res = 0;
384         CPU_FOREACH(i) {
385                 res += cpuid_to_pcpu[i]->pc_pm_save_cnt;
386         }
387         return (sysctl_handle_64(oidp, &res, 0, req));
388 }
389 SYSCTL_PROC(_vm_pmap, OID_AUTO, pcid_save_cnt, CTLTYPE_U64 | CTLFLAG_RW |
390     CTLFLAG_MPSAFE, NULL, 0, pmap_pcid_save_cnt_proc, "QU",
391     "Count of saved TLB context on switch");
392
393 /*
394  * Crashdump maps.
395  */
396 static caddr_t crashdumpmap;
397
398 static void     free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc);
399 static void     free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv);
400 static pv_entry_t get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp);
401 static int      popcnt_pc_map_elem(uint64_t elem);
402 static vm_page_t reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp);
403 static void     reserve_pv_entries(pmap_t pmap, int needed,
404                     struct rwlock **lockp);
405 static void     pmap_pv_demote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
406                     struct rwlock **lockp);
407 static boolean_t pmap_pv_insert_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
408                     struct rwlock **lockp);
409 static void     pmap_pv_promote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
410                     struct rwlock **lockp);
411 static void     pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va);
412 static pv_entry_t pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap,
413                     vm_offset_t va);
414
415 static int pmap_change_attr_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode);
416 static boolean_t pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va);
417 static boolean_t pmap_demote_pde_locked(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde,
418     vm_offset_t va, struct rwlock **lockp);
419 static boolean_t pmap_demote_pdpe(pmap_t pmap, pdp_entry_t *pdpe,
420     vm_offset_t va);
421 static boolean_t pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
422     vm_prot_t prot, struct rwlock **lockp);
423 static vm_page_t pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
424     vm_page_t m, vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp);
425 static void pmap_fill_ptp(pt_entry_t *firstpte, pt_entry_t newpte);
426 static int pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte);
427 static void pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode);
428 static vm_page_t pmap_lookup_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
429 static void pmap_pde_attr(pd_entry_t *pde, int cache_bits, int mask);
430 static void pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
431     struct rwlock **lockp);
432 static boolean_t pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva,
433     vm_prot_t prot);
434 static void pmap_pte_attr(pt_entry_t *pte, int cache_bits, int mask);
435 static int pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
436     struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
437 static int pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t sva,
438     pd_entry_t ptepde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
439 static void pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte);
440 static void pmap_remove_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
441     struct spglist *free);
442 static boolean_t pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
443     vm_page_t m, struct rwlock **lockp);
444 static void pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
445     pd_entry_t newpde);
446 static void pmap_update_pde_invalidate(pmap_t, vm_offset_t va, pd_entry_t pde);
447
448 static vm_page_t _pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex,
449                 struct rwlock **lockp);
450 static vm_page_t pmap_allocpde(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
451                 struct rwlock **lockp);
452 static vm_page_t pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
453                 struct rwlock **lockp);
454
455 static void _pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
456     struct spglist *free);
457 static int pmap_unuse_pt(pmap_t, vm_offset_t, pd_entry_t, struct spglist *);
458 static vm_offset_t pmap_kmem_choose(vm_offset_t addr);
459
460 /*
461  * Move the kernel virtual free pointer to the next
462  * 2MB.  This is used to help improve performance
463  * by using a large (2MB) page for much of the kernel
464  * (.text, .data, .bss)
465  */
466 static vm_offset_t
467 pmap_kmem_choose(vm_offset_t addr)
468 {
469         vm_offset_t newaddr = addr;
470
471         newaddr = (addr + (NBPDR - 1)) & ~(NBPDR - 1);
472         return (newaddr);
473 }
474
475 /********************/
476 /* Inline functions */
477 /********************/
478
479 /* Return a non-clipped PD index for a given VA */
480 static __inline vm_pindex_t
481 pmap_pde_pindex(vm_offset_t va)
482 {
483         return (va >> PDRSHIFT);
484 }
485
486
487 /* Return various clipped indexes for a given VA */
488 static __inline vm_pindex_t
489 pmap_pte_index(vm_offset_t va)
490 {
491
492         return ((va >> PAGE_SHIFT) & ((1ul << NPTEPGSHIFT) - 1));
493 }
494
495 static __inline vm_pindex_t
496 pmap_pde_index(vm_offset_t va)
497 {
498
499         return ((va >> PDRSHIFT) & ((1ul << NPDEPGSHIFT) - 1));
500 }
501
502 static __inline vm_pindex_t
503 pmap_pdpe_index(vm_offset_t va)
504 {
505
506         return ((va >> PDPSHIFT) & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1));
507 }
508
509 static __inline vm_pindex_t
510 pmap_pml4e_index(vm_offset_t va)
511 {
512
513         return ((va >> PML4SHIFT) & ((1ul << NPML4EPGSHIFT) - 1));
514 }
515
516 /* Return a pointer to the PML4 slot that corresponds to a VA */
517 static __inline pml4_entry_t *
518 pmap_pml4e(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
519 {
520
521         return (&pmap->pm_pml4[pmap_pml4e_index(va)]);
522 }
523
524 /* Return a pointer to the PDP slot that corresponds to a VA */
525 static __inline pdp_entry_t *
526 pmap_pml4e_to_pdpe(pml4_entry_t *pml4e, vm_offset_t va)
527 {
528         pdp_entry_t *pdpe;
529
530         pdpe = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4e & PG_FRAME);
531         return (&pdpe[pmap_pdpe_index(va)]);
532 }
533
534 /* Return a pointer to the PDP slot that corresponds to a VA */
535 static __inline pdp_entry_t *
536 pmap_pdpe(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
537 {
538         pml4_entry_t *pml4e;
539         pt_entry_t PG_V;
540
541         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
542         pml4e = pmap_pml4e(pmap, va);
543         if ((*pml4e & PG_V) == 0)
544                 return (NULL);
545         return (pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, va));
546 }
547
548 /* Return a pointer to the PD slot that corresponds to a VA */
549 static __inline pd_entry_t *
550 pmap_pdpe_to_pde(pdp_entry_t *pdpe, vm_offset_t va)
551 {
552         pd_entry_t *pde;
553
554         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdpe & PG_FRAME);
555         return (&pde[pmap_pde_index(va)]);
556 }
557
558 /* Return a pointer to the PD slot that corresponds to a VA */
559 static __inline pd_entry_t *
560 pmap_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
561 {
562         pdp_entry_t *pdpe;
563         pt_entry_t PG_V;
564
565         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
566         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
567         if (pdpe == NULL || (*pdpe & PG_V) == 0)
568                 return (NULL);
569         return (pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va));
570 }
571
572 /* Return a pointer to the PT slot that corresponds to a VA */
573 static __inline pt_entry_t *
574 pmap_pde_to_pte(pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
575 {
576         pt_entry_t *pte;
577
578         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pde & PG_FRAME);
579         return (&pte[pmap_pte_index(va)]);
580 }
581
582 /* Return a pointer to the PT slot that corresponds to a VA */
583 static __inline pt_entry_t *
584 pmap_pte(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
585 {
586         pd_entry_t *pde;
587         pt_entry_t PG_V;
588
589         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
590         pde = pmap_pde(pmap, va);
591         if (pde == NULL || (*pde & PG_V) == 0)
592                 return (NULL);
593         if ((*pde & PG_PS) != 0)        /* compat with i386 pmap_pte() */
594                 return ((pt_entry_t *)pde);
595         return (pmap_pde_to_pte(pde, va));
596 }
597
598 static __inline void
599 pmap_resident_count_inc(pmap_t pmap, int count)
600 {
601
602         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
603         pmap->pm_stats.resident_count += count;
604 }
605
606 static __inline void
607 pmap_resident_count_dec(pmap_t pmap, int count)
608 {
609
610         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
611         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count >= count,
612             ("pmap %p resident count underflow %ld %d", pmap,
613             pmap->pm_stats.resident_count, count));
614         pmap->pm_stats.resident_count -= count;
615 }
616
617 PMAP_INLINE pt_entry_t *
618 vtopte(vm_offset_t va)
619 {
620         u_int64_t mask = ((1ul << (NPTEPGSHIFT + NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT)) - 1);
621
622         KASSERT(va >= VM_MAXUSER_ADDRESS, ("vtopte on a uva/gpa 0x%0lx", va));
623
624         return (PTmap + ((va >> PAGE_SHIFT) & mask));
625 }
626
627 static __inline pd_entry_t *
628 vtopde(vm_offset_t va)
629 {
630         u_int64_t mask = ((1ul << (NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT)) - 1);
631
632         KASSERT(va >= VM_MAXUSER_ADDRESS, ("vtopde on a uva/gpa 0x%0lx", va));
633
634         return (PDmap + ((va >> PDRSHIFT) & mask));
635 }
636
637 static u_int64_t
638 allocpages(vm_paddr_t *firstaddr, int n)
639 {
640         u_int64_t ret;
641
642         ret = *firstaddr;
643         bzero((void *)ret, n * PAGE_SIZE);
644         *firstaddr += n * PAGE_SIZE;
645         return (ret);
646 }
647
648 CTASSERT(powerof2(NDMPML4E));
649
650 /* number of kernel PDP slots */
651 #define NKPDPE(ptpgs)           howmany((ptpgs), NPDEPG)
652
653 static void
654 nkpt_init(vm_paddr_t addr)
655 {
656         int pt_pages;
657         
658 #ifdef NKPT
659         pt_pages = NKPT;
660 #else
661         pt_pages = howmany(addr, 1 << PDRSHIFT);
662         pt_pages += NKPDPE(pt_pages);
663
664         /*
665          * Add some slop beyond the bare minimum required for bootstrapping
666          * the kernel.
667          *
668          * This is quite important when allocating KVA for kernel modules.
669          * The modules are required to be linked in the negative 2GB of
670          * the address space.  If we run out of KVA in this region then
671          * pmap_growkernel() will need to allocate page table pages to map
672          * the entire 512GB of KVA space which is an unnecessary tax on
673          * physical memory.
674          */
675         pt_pages += 8;          /* 16MB additional slop for kernel modules */
676 #endif
677         nkpt = pt_pages;
678 }
679
680 static void
681 create_pagetables(vm_paddr_t *firstaddr)
682 {
683         int i, j, ndm1g, nkpdpe;
684         pt_entry_t *pt_p;
685         pd_entry_t *pd_p;
686         pdp_entry_t *pdp_p;
687         pml4_entry_t *p4_p;
688
689         /* Allocate page table pages for the direct map */
690         ndmpdp = (ptoa(Maxmem) + NBPDP - 1) >> PDPSHIFT;
691         if (ndmpdp < 4)         /* Minimum 4GB of dirmap */
692                 ndmpdp = 4;
693         ndmpdpphys = howmany(ndmpdp, NPDPEPG);
694         if (ndmpdpphys > NDMPML4E) {
695                 /*
696                  * Each NDMPML4E allows 512 GB, so limit to that,
697                  * and then readjust ndmpdp and ndmpdpphys.
698                  */
699                 printf("NDMPML4E limits system to %d GB\n", NDMPML4E * 512);
700                 Maxmem = atop(NDMPML4E * NBPML4);
701                 ndmpdpphys = NDMPML4E;
702                 ndmpdp = NDMPML4E * NPDEPG;
703         }
704         DMPDPphys = allocpages(firstaddr, ndmpdpphys);
705         ndm1g = 0;
706         if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0)
707                 ndm1g = ptoa(Maxmem) >> PDPSHIFT;
708         if (ndm1g < ndmpdp)
709                 DMPDphys = allocpages(firstaddr, ndmpdp - ndm1g);
710         dmaplimit = (vm_paddr_t)ndmpdp << PDPSHIFT;
711
712         /* Allocate pages */
713         KPML4phys = allocpages(firstaddr, 1);
714         KPDPphys = allocpages(firstaddr, NKPML4E);
715
716         /*
717          * Allocate the initial number of kernel page table pages required to
718          * bootstrap.  We defer this until after all memory-size dependent
719          * allocations are done (e.g. direct map), so that we don't have to
720          * build in too much slop in our estimate.
721          *
722          * Note that when NKPML4E > 1, we have an empty page underneath
723          * all but the KPML4I'th one, so we need NKPML4E-1 extra (zeroed)
724          * pages.  (pmap_enter requires a PD page to exist for each KPML4E.)
725          */
726         nkpt_init(*firstaddr);
727         nkpdpe = NKPDPE(nkpt);
728
729         KPTphys = allocpages(firstaddr, nkpt);
730         KPDphys = allocpages(firstaddr, nkpdpe);
731
732         /* Fill in the underlying page table pages */
733         /* Nominally read-only (but really R/W) from zero to physfree */
734         /* XXX not fully used, underneath 2M pages */
735         pt_p = (pt_entry_t *)KPTphys;
736         for (i = 0; ptoa(i) < *firstaddr; i++)
737                 pt_p[i] = ptoa(i) | X86_PG_RW | X86_PG_V | X86_PG_G;
738
739         /* Now map the page tables at their location within PTmap */
740         pd_p = (pd_entry_t *)KPDphys;
741         for (i = 0; i < nkpt; i++)
742                 pd_p[i] = (KPTphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW | X86_PG_V;
743
744         /* Map from zero to end of allocations under 2M pages */
745         /* This replaces some of the KPTphys entries above */
746         for (i = 0; (i << PDRSHIFT) < *firstaddr; i++)
747                 pd_p[i] = (i << PDRSHIFT) | X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_PS |
748                     X86_PG_G;
749
750         /* And connect up the PD to the PDP (leaving room for L4 pages) */
751         pdp_p = (pdp_entry_t *)(KPDPphys + ptoa(KPML4I - KPML4BASE));
752         for (i = 0; i < nkpdpe; i++)
753                 pdp_p[i + KPDPI] = (KPDphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW | X86_PG_V |
754                     PG_U;
755
756         /*
757          * Now, set up the direct map region using 2MB and/or 1GB pages.  If
758          * the end of physical memory is not aligned to a 1GB page boundary,
759          * then the residual physical memory is mapped with 2MB pages.  Later,
760          * if pmap_mapdev{_attr}() uses the direct map for non-write-back
761          * memory, pmap_change_attr() will demote any 2MB or 1GB page mappings
762          * that are partially used. 
763          */
764         pd_p = (pd_entry_t *)DMPDphys;
765         for (i = NPDEPG * ndm1g, j = 0; i < NPDEPG * ndmpdp; i++, j++) {
766                 pd_p[j] = (vm_paddr_t)i << PDRSHIFT;
767                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
768                 pd_p[j] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_PS | X86_PG_G |
769                     X86_PG_M | X86_PG_A;
770         }
771         pdp_p = (pdp_entry_t *)DMPDPphys;
772         for (i = 0; i < ndm1g; i++) {
773                 pdp_p[i] = (vm_paddr_t)i << PDPSHIFT;
774                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
775                 pdp_p[i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_PS | X86_PG_G |
776                     X86_PG_M | X86_PG_A;
777         }
778         for (j = 0; i < ndmpdp; i++, j++) {
779                 pdp_p[i] = DMPDphys + ptoa(j);
780                 pdp_p[i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_U;
781         }
782
783         /* And recursively map PML4 to itself in order to get PTmap */
784         p4_p = (pml4_entry_t *)KPML4phys;
785         p4_p[PML4PML4I] = KPML4phys;
786         p4_p[PML4PML4I] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_U;
787
788         /* Connect the Direct Map slot(s) up to the PML4. */
789         for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++) {
790                 p4_p[DMPML4I + i] = DMPDPphys + ptoa(i);
791                 p4_p[DMPML4I + i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_U;
792         }
793
794         /* Connect the KVA slots up to the PML4 */
795         for (i = 0; i < NKPML4E; i++) {
796                 p4_p[KPML4BASE + i] = KPDPphys + ptoa(i);
797                 p4_p[KPML4BASE + i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_U;
798         }
799 }
800
801 /*
802  *      Bootstrap the system enough to run with virtual memory.
803  *
804  *      On amd64 this is called after mapping has already been enabled
805  *      and just syncs the pmap module with what has already been done.
806  *      [We can't call it easily with mapping off since the kernel is not
807  *      mapped with PA == VA, hence we would have to relocate every address
808  *      from the linked base (virtual) address "KERNBASE" to the actual
809  *      (physical) address starting relative to 0]
810  */
811 void
812 pmap_bootstrap(vm_paddr_t *firstaddr)
813 {
814         vm_offset_t va;
815         pt_entry_t *pte;
816
817         /*
818          * Create an initial set of page tables to run the kernel in.
819          */
820         create_pagetables(firstaddr);
821
822         virtual_avail = (vm_offset_t) KERNBASE + *firstaddr;
823         virtual_avail = pmap_kmem_choose(virtual_avail);
824
825         virtual_end = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS;
826
827
828         /* XXX do %cr0 as well */
829         load_cr4(rcr4() | CR4_PGE | CR4_PSE);
830         load_cr3(KPML4phys);
831         if (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_SMEP)
832                 load_cr4(rcr4() | CR4_SMEP);
833
834         /*
835          * Initialize the kernel pmap (which is statically allocated).
836          */
837         PMAP_LOCK_INIT(kernel_pmap);
838         kernel_pmap->pm_pml4 = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(KPML4phys);
839         kernel_pmap->pm_cr3 = KPML4phys;
840         CPU_FILL(&kernel_pmap->pm_active);      /* don't allow deactivation */
841         CPU_FILL(&kernel_pmap->pm_save);        /* always superset of pm_active */
842         TAILQ_INIT(&kernel_pmap->pm_pvchunk);
843         kernel_pmap->pm_flags = pmap_flags;
844
845         /*
846          * Initialize the global pv list lock.
847          */
848         rw_init(&pvh_global_lock, "pmap pv global");
849
850         /*
851          * Reserve some special page table entries/VA space for temporary
852          * mapping of pages.
853          */
854 #define SYSMAP(c, p, v, n)      \
855         v = (c)va; va += ((n)*PAGE_SIZE); p = pte; pte += (n);
856
857         va = virtual_avail;
858         pte = vtopte(va);
859
860         /*
861          * Crashdump maps.  The first page is reused as CMAP1 for the
862          * memory test.
863          */
864         SYSMAP(caddr_t, CMAP1, crashdumpmap, MAXDUMPPGS)
865         CADDR1 = crashdumpmap;
866
867         virtual_avail = va;
868
869         /* Initialize the PAT MSR. */
870         pmap_init_pat();
871
872         /* Initialize TLB Context Id. */
873         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.pcid_enabled", &pmap_pcid_enabled);
874         if ((cpu_feature2 & CPUID2_PCID) != 0 && pmap_pcid_enabled) {
875                 load_cr4(rcr4() | CR4_PCIDE);
876                 mtx_init(&pcid_mtx, "pcid", NULL, MTX_DEF);
877                 init_unrhdr(&pcid_unr, 1, (1 << 12) - 1, &pcid_mtx);
878                 /* Check for INVPCID support */
879                 invpcid_works = (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_INVPCID)
880                     != 0;
881                 kernel_pmap->pm_pcid = 0;
882 #ifndef SMP
883                 pmap_pcid_enabled = 0;
884 #endif
885         } else
886                 pmap_pcid_enabled = 0;
887 }
888
889 /*
890  * Setup the PAT MSR.
891  */
892 void
893 pmap_init_pat(void)
894 {
895         int pat_table[PAT_INDEX_SIZE];
896         uint64_t pat_msr;
897         u_long cr0, cr4;
898         int i;
899
900         /* Bail if this CPU doesn't implement PAT. */
901         if ((cpu_feature & CPUID_PAT) == 0)
902                 panic("no PAT??");
903
904         /* Set default PAT index table. */
905         for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
906                 pat_table[i] = -1;
907         pat_table[PAT_WRITE_BACK] = 0;
908         pat_table[PAT_WRITE_THROUGH] = 1;
909         pat_table[PAT_UNCACHEABLE] = 3;
910         pat_table[PAT_WRITE_COMBINING] = 3;
911         pat_table[PAT_WRITE_PROTECTED] = 3;
912         pat_table[PAT_UNCACHED] = 3;
913
914         /* Initialize default PAT entries. */
915         pat_msr = PAT_VALUE(0, PAT_WRITE_BACK) |
916             PAT_VALUE(1, PAT_WRITE_THROUGH) |
917             PAT_VALUE(2, PAT_UNCACHED) |
918             PAT_VALUE(3, PAT_UNCACHEABLE) |
919             PAT_VALUE(4, PAT_WRITE_BACK) |
920             PAT_VALUE(5, PAT_WRITE_THROUGH) |
921             PAT_VALUE(6, PAT_UNCACHED) |
922             PAT_VALUE(7, PAT_UNCACHEABLE);
923
924         if (pat_works) {
925                 /*
926                  * Leave the indices 0-3 at the default of WB, WT, UC-, and UC.
927                  * Program 5 and 6 as WP and WC.
928                  * Leave 4 and 7 as WB and UC.
929                  */
930                 pat_msr &= ~(PAT_MASK(5) | PAT_MASK(6));
931                 pat_msr |= PAT_VALUE(5, PAT_WRITE_PROTECTED) |
932                     PAT_VALUE(6, PAT_WRITE_COMBINING);
933                 pat_table[PAT_UNCACHED] = 2;
934                 pat_table[PAT_WRITE_PROTECTED] = 5;
935                 pat_table[PAT_WRITE_COMBINING] = 6;
936         } else {
937                 /*
938                  * Just replace PAT Index 2 with WC instead of UC-.
939                  */
940                 pat_msr &= ~PAT_MASK(2);
941                 pat_msr |= PAT_VALUE(2, PAT_WRITE_COMBINING);
942                 pat_table[PAT_WRITE_COMBINING] = 2;
943         }
944
945         /* Disable PGE. */
946         cr4 = rcr4();
947         load_cr4(cr4 & ~CR4_PGE);
948
949         /* Disable caches (CD = 1, NW = 0). */
950         cr0 = rcr0();
951         load_cr0((cr0 & ~CR0_NW) | CR0_CD);
952
953         /* Flushes caches and TLBs. */
954         wbinvd();
955         invltlb();
956
957         /* Update PAT and index table. */
958         wrmsr(MSR_PAT, pat_msr);
959         for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
960                 pat_index[i] = pat_table[i];
961
962         /* Flush caches and TLBs again. */
963         wbinvd();
964         invltlb();
965
966         /* Restore caches and PGE. */
967         load_cr0(cr0);
968         load_cr4(cr4);
969 }
970
971 /*
972  *      Initialize a vm_page's machine-dependent fields.
973  */
974 void
975 pmap_page_init(vm_page_t m)
976 {
977
978         TAILQ_INIT(&m->md.pv_list);
979         m->md.pat_mode = PAT_WRITE_BACK;
980 }
981
982 /*
983  *      Initialize the pmap module.
984  *      Called by vm_init, to initialize any structures that the pmap
985  *      system needs to map virtual memory.
986  */
987 void
988 pmap_init(void)
989 {
990         vm_page_t mpte;
991         vm_size_t s;
992         int i, pv_npg;
993
994         /*
995          * Initialize the vm page array entries for the kernel pmap's
996          * page table pages.
997          */ 
998         for (i = 0; i < nkpt; i++) {
999                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(KPTphys + (i << PAGE_SHIFT));
1000                 KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
1001                     mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
1002                     ("pmap_init: page table page is out of range"));
1003                 mpte->pindex = pmap_pde_pindex(KERNBASE) + i;
1004                 mpte->phys_addr = KPTphys + (i << PAGE_SHIFT);
1005         }
1006
1007         /*
1008          * If the kernel is running on a virtual machine, then it must assume
1009          * that MCA is enabled by the hypervisor.  Moreover, the kernel must
1010          * be prepared for the hypervisor changing the vendor and family that
1011          * are reported by CPUID.  Consequently, the workaround for AMD Family
1012          * 10h Erratum 383 is enabled if the processor's feature set does not
1013          * include at least one feature that is only supported by older Intel
1014          * or newer AMD processors.
1015          */
1016         if (vm_guest == VM_GUEST_VM && (cpu_feature & CPUID_SS) == 0 &&
1017             (cpu_feature2 & (CPUID2_SSSE3 | CPUID2_SSE41 | CPUID2_AESNI |
1018             CPUID2_AVX | CPUID2_XSAVE)) == 0 && (amd_feature2 & (AMDID2_XOP |
1019             AMDID2_FMA4)) == 0)
1020                 workaround_erratum383 = 1;
1021
1022         /*
1023          * Are large page mappings enabled?
1024          */
1025         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.pg_ps_enabled", &pg_ps_enabled);
1026         if (pg_ps_enabled) {
1027                 KASSERT(MAXPAGESIZES > 1 && pagesizes[1] == 0,
1028                     ("pmap_init: can't assign to pagesizes[1]"));
1029                 pagesizes[1] = NBPDR;
1030         }
1031
1032         /*
1033          * Initialize the pv chunk list mutex.
1034          */
1035         mtx_init(&pv_chunks_mutex, "pmap pv chunk list", NULL, MTX_DEF);
1036
1037         /*
1038          * Initialize the pool of pv list locks.
1039          */
1040         for (i = 0; i < NPV_LIST_LOCKS; i++)
1041                 rw_init(&pv_list_locks[i], "pmap pv list");
1042
1043         /*
1044          * Calculate the size of the pv head table for superpages.
1045          */
1046         for (i = 0; phys_avail[i + 1]; i += 2);
1047         pv_npg = round_2mpage(phys_avail[(i - 2) + 1]) / NBPDR;
1048
1049         /*
1050          * Allocate memory for the pv head table for superpages.
1051          */
1052         s = (vm_size_t)(pv_npg * sizeof(struct md_page));
1053         s = round_page(s);
1054         pv_table = (struct md_page *)kmem_malloc(kernel_arena, s,
1055             M_WAITOK | M_ZERO);
1056         for (i = 0; i < pv_npg; i++)
1057                 TAILQ_INIT(&pv_table[i].pv_list);
1058 }
1059
1060 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, pde, CTLFLAG_RD, 0,
1061     "2MB page mapping counters");
1062
1063 static u_long pmap_pde_demotions;
1064 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
1065     &pmap_pde_demotions, 0, "2MB page demotions");
1066
1067 static u_long pmap_pde_mappings;
1068 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, mappings, CTLFLAG_RD,
1069     &pmap_pde_mappings, 0, "2MB page mappings");
1070
1071 static u_long pmap_pde_p_failures;
1072 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, p_failures, CTLFLAG_RD,
1073     &pmap_pde_p_failures, 0, "2MB page promotion failures");
1074
1075 static u_long pmap_pde_promotions;
1076 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, promotions, CTLFLAG_RD,
1077     &pmap_pde_promotions, 0, "2MB page promotions");
1078
1079 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, pdpe, CTLFLAG_RD, 0,
1080     "1GB page mapping counters");
1081
1082 static u_long pmap_pdpe_demotions;
1083 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pdpe, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
1084     &pmap_pdpe_demotions, 0, "1GB page demotions");
1085
1086 /***************************************************
1087  * Low level helper routines.....
1088  ***************************************************/
1089
1090 static pt_entry_t
1091 pmap_swap_pat(pmap_t pmap, pt_entry_t entry)
1092 {
1093         int x86_pat_bits = X86_PG_PTE_PAT | X86_PG_PDE_PAT;
1094
1095         switch (pmap->pm_type) {
1096         case PT_X86:
1097                 /* Verify that both PAT bits are not set at the same time */
1098                 KASSERT((entry & x86_pat_bits) != x86_pat_bits,
1099                     ("Invalid PAT bits in entry %#lx", entry));
1100
1101                 /* Swap the PAT bits if one of them is set */
1102                 if ((entry & x86_pat_bits) != 0)
1103                         entry ^= x86_pat_bits;
1104                 break;
1105         case PT_EPT:
1106                 /*
1107                  * Nothing to do - the memory attributes are represented
1108                  * the same way for regular pages and superpages.
1109                  */
1110                 break;
1111         default:
1112                 panic("pmap_switch_pat_bits: bad pm_type %d", pmap->pm_type);
1113         }
1114
1115         return (entry);
1116 }
1117
1118 /*
1119  * Determine the appropriate bits to set in a PTE or PDE for a specified
1120  * caching mode.
1121  */
1122 static int
1123 pmap_cache_bits(pmap_t pmap, int mode, boolean_t is_pde)
1124 {
1125         int cache_bits, pat_flag, pat_idx;
1126
1127         if (mode < 0 || mode >= PAT_INDEX_SIZE || pat_index[mode] < 0)
1128                 panic("Unknown caching mode %d\n", mode);
1129
1130         switch (pmap->pm_type) {
1131         case PT_X86:
1132                 /* The PAT bit is different for PTE's and PDE's. */
1133                 pat_flag = is_pde ? X86_PG_PDE_PAT : X86_PG_PTE_PAT;
1134
1135                 /* Map the caching mode to a PAT index. */
1136                 pat_idx = pat_index[mode];
1137
1138                 /* Map the 3-bit index value into the PAT, PCD, and PWT bits. */
1139                 cache_bits = 0;
1140                 if (pat_idx & 0x4)
1141                         cache_bits |= pat_flag;
1142                 if (pat_idx & 0x2)
1143                         cache_bits |= PG_NC_PCD;
1144                 if (pat_idx & 0x1)
1145                         cache_bits |= PG_NC_PWT;
1146                 break;
1147
1148         case PT_EPT:
1149                 cache_bits = EPT_PG_IGNORE_PAT | EPT_PG_MEMORY_TYPE(mode);
1150                 break;
1151
1152         default:
1153                 panic("unsupported pmap type %d", pmap->pm_type);
1154         }
1155
1156         return (cache_bits);
1157 }
1158
1159 static int
1160 pmap_cache_mask(pmap_t pmap, boolean_t is_pde)
1161 {
1162         int mask;
1163
1164         switch (pmap->pm_type) {
1165         case PT_X86:
1166                 mask = is_pde ? X86_PG_PDE_CACHE : X86_PG_PTE_CACHE;
1167                 break;
1168         case PT_EPT:
1169                 mask = EPT_PG_IGNORE_PAT | EPT_PG_MEMORY_TYPE(0x7);
1170                 break;
1171         default:
1172                 panic("pmap_cache_mask: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
1173         }
1174
1175         return (mask);
1176 }
1177
1178 static __inline boolean_t
1179 pmap_ps_enabled(pmap_t pmap)
1180 {
1181
1182         return (pg_ps_enabled && (pmap->pm_flags & PMAP_PDE_SUPERPAGE) != 0);
1183 }
1184
1185 static void
1186 pmap_update_pde_store(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
1187 {
1188
1189         switch (pmap->pm_type) {
1190         case PT_X86:
1191                 break;
1192         case PT_EPT:
1193                 /*
1194                  * XXX
1195                  * This is a little bogus since the generation number is
1196                  * supposed to be bumped up when a region of the address
1197                  * space is invalidated in the page tables.
1198                  *
1199                  * In this case the old PDE entry is valid but yet we want
1200                  * to make sure that any mappings using the old entry are
1201                  * invalidated in the TLB.
1202                  *
1203                  * The reason this works as expected is because we rendezvous
1204                  * "all" host cpus and force any vcpu context to exit as a
1205                  * side-effect.
1206                  */
1207                 atomic_add_acq_long(&pmap->pm_eptgen, 1);
1208                 break;
1209         default:
1210                 panic("pmap_update_pde_store: bad pm_type %d", pmap->pm_type);
1211         }
1212         pde_store(pde, newpde);
1213 }
1214
1215 /*
1216  * After changing the page size for the specified virtual address in the page
1217  * table, flush the corresponding entries from the processor's TLB.  Only the
1218  * calling processor's TLB is affected.
1219  *
1220  * The calling thread must be pinned to a processor.
1221  */
1222 static void
1223 pmap_update_pde_invalidate(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t newpde)
1224 {
1225         pt_entry_t PG_G;
1226
1227         if (pmap->pm_type == PT_EPT)
1228                 return;
1229
1230         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
1231             ("pmap_update_pde_invalidate: invalid type %d", pmap->pm_type));
1232
1233         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
1234
1235         if ((newpde & PG_PS) == 0)
1236                 /* Demotion: flush a specific 2MB page mapping. */
1237                 invlpg(va);
1238         else if ((newpde & PG_G) == 0)
1239                 /*
1240                  * Promotion: flush every 4KB page mapping from the TLB
1241                  * because there are too many to flush individually.
1242                  */
1243                 invltlb();
1244         else {
1245                 /*
1246                  * Promotion: flush every 4KB page mapping from the TLB,
1247                  * including any global (PG_G) mappings.
1248                  */
1249                 invltlb_globpcid();
1250         }
1251 }
1252 #ifdef SMP
1253
1254 static void
1255 pmap_invalidate_page_pcid(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1256 {
1257         struct invpcid_descr d;
1258         uint64_t cr3;
1259
1260         if (invpcid_works) {
1261                 d.pcid = pmap->pm_pcid;
1262                 d.pad = 0;
1263                 d.addr = va;
1264                 invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
1265                 return;
1266         }
1267
1268         cr3 = rcr3();
1269         critical_enter();
1270         load_cr3(pmap->pm_cr3 | CR3_PCID_SAVE);
1271         invlpg(va);
1272         load_cr3(cr3 | CR3_PCID_SAVE);
1273         critical_exit();
1274 }
1275
1276 /*
1277  * For SMP, these functions have to use the IPI mechanism for coherence.
1278  *
1279  * N.B.: Before calling any of the following TLB invalidation functions,
1280  * the calling processor must ensure that all stores updating a non-
1281  * kernel page table are globally performed.  Otherwise, another
1282  * processor could cache an old, pre-update entry without being
1283  * invalidated.  This can happen one of two ways: (1) The pmap becomes
1284  * active on another processor after its pm_active field is checked by
1285  * one of the following functions but before a store updating the page
1286  * table is globally performed. (2) The pmap becomes active on another
1287  * processor before its pm_active field is checked but due to
1288  * speculative loads one of the following functions stills reads the
1289  * pmap as inactive on the other processor.
1290  * 
1291  * The kernel page table is exempt because its pm_active field is
1292  * immutable.  The kernel page table is always active on every
1293  * processor.
1294  */
1295
1296 /*
1297  * Interrupt the cpus that are executing in the guest context.
1298  * This will force the vcpu to exit and the cached EPT mappings
1299  * will be invalidated by the host before the next vmresume.
1300  */
1301 static __inline void
1302 pmap_invalidate_ept(pmap_t pmap)
1303 {
1304         int ipinum;
1305
1306         sched_pin();
1307         KASSERT(!CPU_ISSET(curcpu, &pmap->pm_active),
1308             ("pmap_invalidate_ept: absurd pm_active"));
1309
1310         /*
1311          * The TLB mappings associated with a vcpu context are not
1312          * flushed each time a different vcpu is chosen to execute.
1313          *
1314          * This is in contrast with a process's vtop mappings that
1315          * are flushed from the TLB on each context switch.
1316          *
1317          * Therefore we need to do more than just a TLB shootdown on
1318          * the active cpus in 'pmap->pm_active'. To do this we keep
1319          * track of the number of invalidations performed on this pmap.
1320          *
1321          * Each vcpu keeps a cache of this counter and compares it
1322          * just before a vmresume. If the counter is out-of-date an
1323          * invept will be done to flush stale mappings from the TLB.
1324          */
1325         atomic_add_acq_long(&pmap->pm_eptgen, 1);
1326
1327         /*
1328          * Force the vcpu to exit and trap back into the hypervisor.
1329          */
1330         ipinum = pmap->pm_flags & PMAP_NESTED_IPIMASK;
1331         ipi_selected(pmap->pm_active, ipinum);
1332         sched_unpin();
1333 }
1334
1335 void
1336 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1337 {
1338         cpuset_t other_cpus;
1339         u_int cpuid;
1340
1341         if (pmap->pm_type == PT_EPT) {
1342                 pmap_invalidate_ept(pmap);
1343                 return;
1344         }
1345
1346         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
1347             ("pmap_invalidate_page: invalid type %d", pmap->pm_type));
1348
1349         sched_pin();
1350         if (pmap == kernel_pmap || !CPU_CMP(&pmap->pm_active, &all_cpus)) {
1351                 if (!pmap_pcid_enabled) {
1352                         invlpg(va);
1353                 } else {
1354                         if (pmap->pm_pcid != -1 && pmap->pm_pcid != 0) {
1355                                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap))
1356                                         invlpg(va);
1357                                 else
1358                                         pmap_invalidate_page_pcid(pmap, va);
1359                         } else {
1360                                 invltlb_globpcid();
1361                         }
1362                 }
1363                 smp_invlpg(pmap, va);
1364         } else {
1365                 cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1366                 other_cpus = all_cpus;
1367                 CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
1368                 if (CPU_ISSET(cpuid, &pmap->pm_active))
1369                         invlpg(va);
1370                 else if (pmap_pcid_enabled) {
1371                         if (pmap->pm_pcid != -1 && pmap->pm_pcid != 0)
1372                                 pmap_invalidate_page_pcid(pmap, va);
1373                         else
1374                                 invltlb_globpcid();
1375                 }
1376                 if (pmap_pcid_enabled)
1377                         CPU_AND(&other_cpus, &pmap->pm_save);
1378                 else
1379                         CPU_AND(&other_cpus, &pmap->pm_active);
1380                 if (!CPU_EMPTY(&other_cpus))
1381                         smp_masked_invlpg(other_cpus, pmap, va);
1382         }
1383         sched_unpin();
1384 }
1385
1386 static void
1387 pmap_invalidate_range_pcid(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
1388 {
1389         struct invpcid_descr d;
1390         uint64_t cr3;
1391         vm_offset_t addr;
1392
1393         if (invpcid_works) {
1394                 d.pcid = pmap->pm_pcid;
1395                 d.pad = 0;
1396                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE) {
1397                         d.addr = addr;
1398                         invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
1399                 }
1400                 return;
1401         }
1402
1403         cr3 = rcr3();
1404         critical_enter();
1405         load_cr3(pmap->pm_cr3 | CR3_PCID_SAVE);
1406         for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
1407                 invlpg(addr);
1408         load_cr3(cr3 | CR3_PCID_SAVE);
1409         critical_exit();
1410 }
1411
1412 void
1413 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
1414 {
1415         cpuset_t other_cpus;
1416         vm_offset_t addr;
1417         u_int cpuid;
1418
1419         if (pmap->pm_type == PT_EPT) {
1420                 pmap_invalidate_ept(pmap);
1421                 return;
1422         }
1423
1424         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
1425             ("pmap_invalidate_range: invalid type %d", pmap->pm_type));
1426
1427         sched_pin();
1428         if (pmap == kernel_pmap || !CPU_CMP(&pmap->pm_active, &all_cpus)) {
1429                 if (!pmap_pcid_enabled) {
1430                         for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
1431                                 invlpg(addr);
1432                 } else {
1433                         if (pmap->pm_pcid != -1 && pmap->pm_pcid != 0) {
1434                                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
1435                                         for (addr = sva; addr < eva;
1436                                             addr += PAGE_SIZE)
1437                                                 invlpg(addr);
1438                                 } else {
1439                                         pmap_invalidate_range_pcid(pmap,
1440                                             sva, eva);
1441                                 }
1442                         } else {
1443                                 invltlb_globpcid();
1444                         }
1445                 }
1446                 smp_invlpg_range(pmap, sva, eva);
1447         } else {
1448                 cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1449                 other_cpus = all_cpus;
1450                 CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
1451                 if (CPU_ISSET(cpuid, &pmap->pm_active)) {
1452                         for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
1453                                 invlpg(addr);
1454                 } else if (pmap_pcid_enabled) {
1455                         if (pmap->pm_pcid != -1 && pmap->pm_pcid != 0)
1456                                 pmap_invalidate_range_pcid(pmap, sva, eva);
1457                         else
1458                                 invltlb_globpcid();
1459                 }
1460                 if (pmap_pcid_enabled)
1461                         CPU_AND(&other_cpus, &pmap->pm_save);
1462                 else
1463                         CPU_AND(&other_cpus, &pmap->pm_active);
1464                 if (!CPU_EMPTY(&other_cpus))
1465                         smp_masked_invlpg_range(other_cpus, pmap, sva, eva);
1466         }
1467         sched_unpin();
1468 }
1469
1470 void
1471 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
1472 {
1473         cpuset_t other_cpus;
1474         struct invpcid_descr d;
1475         uint64_t cr3;
1476         u_int cpuid;
1477
1478         if (pmap->pm_type == PT_EPT) {
1479                 pmap_invalidate_ept(pmap);
1480                 return;
1481         }
1482
1483         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
1484             ("pmap_invalidate_all: invalid type %d", pmap->pm_type));
1485
1486         sched_pin();
1487         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1488         if (pmap == kernel_pmap ||
1489             (pmap_pcid_enabled && !CPU_CMP(&pmap->pm_save, &all_cpus)) ||
1490             !CPU_CMP(&pmap->pm_active, &all_cpus)) {
1491                 if (invpcid_works) {
1492                         bzero(&d, sizeof(d));
1493                         invpcid(&d, INVPCID_CTXGLOB);
1494                 } else {
1495                         invltlb_globpcid();
1496                 }
1497                 if (!CPU_ISSET(cpuid, &pmap->pm_active))
1498                         CPU_CLR_ATOMIC(cpuid, &pmap->pm_save);
1499                 smp_invltlb(pmap);
1500         } else {
1501                 other_cpus = all_cpus;
1502                 CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
1503
1504                 /*
1505                  * This logic is duplicated in the Xinvltlb shootdown
1506                  * IPI handler.
1507                  */
1508                 if (pmap_pcid_enabled) {
1509                         if (pmap->pm_pcid != -1 && pmap->pm_pcid != 0) {
1510                                 if (invpcid_works) {
1511                                         d.pcid = pmap->pm_pcid;
1512                                         d.pad = 0;
1513                                         d.addr = 0;
1514                                         invpcid(&d, INVPCID_CTX);
1515                                 } else {
1516                                         cr3 = rcr3();
1517                                         critical_enter();
1518
1519                                         /*
1520                                          * Bit 63 is clear, pcid TLB
1521                                          * entries are invalidated.
1522                                          */
1523                                         load_cr3(pmap->pm_cr3);
1524                                         load_cr3(cr3 | CR3_PCID_SAVE);
1525                                         critical_exit();
1526                                 }
1527                         } else {
1528                                 invltlb_globpcid();
1529                         }
1530                 } else if (CPU_ISSET(cpuid, &pmap->pm_active))
1531                         invltlb();
1532                 if (!CPU_ISSET(cpuid, &pmap->pm_active))
1533                         CPU_CLR_ATOMIC(cpuid, &pmap->pm_save);
1534                 if (pmap_pcid_enabled)
1535                         CPU_AND(&other_cpus, &pmap->pm_save);
1536                 else
1537                         CPU_AND(&other_cpus, &pmap->pm_active);
1538                 if (!CPU_EMPTY(&other_cpus))
1539                         smp_masked_invltlb(other_cpus, pmap);
1540         }
1541         sched_unpin();
1542 }
1543
1544 void
1545 pmap_invalidate_cache(void)
1546 {
1547
1548         sched_pin();
1549         wbinvd();
1550         smp_cache_flush();
1551         sched_unpin();
1552 }
1553
1554 struct pde_action {
1555         cpuset_t invalidate;    /* processors that invalidate their TLB */
1556         pmap_t pmap;
1557         vm_offset_t va;
1558         pd_entry_t *pde;
1559         pd_entry_t newpde;
1560         u_int store;            /* processor that updates the PDE */
1561 };
1562
1563 static void
1564 pmap_update_pde_action(void *arg)
1565 {
1566         struct pde_action *act = arg;
1567
1568         if (act->store == PCPU_GET(cpuid))
1569                 pmap_update_pde_store(act->pmap, act->pde, act->newpde);
1570 }
1571
1572 static void
1573 pmap_update_pde_teardown(void *arg)
1574 {
1575         struct pde_action *act = arg;
1576
1577         if (CPU_ISSET(PCPU_GET(cpuid), &act->invalidate))
1578                 pmap_update_pde_invalidate(act->pmap, act->va, act->newpde);
1579 }
1580
1581 /*
1582  * Change the page size for the specified virtual address in a way that
1583  * prevents any possibility of the TLB ever having two entries that map the
1584  * same virtual address using different page sizes.  This is the recommended
1585  * workaround for Erratum 383 on AMD Family 10h processors.  It prevents a
1586  * machine check exception for a TLB state that is improperly diagnosed as a
1587  * hardware error.
1588  */
1589 static void
1590 pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
1591 {
1592         struct pde_action act;
1593         cpuset_t active, other_cpus;
1594         u_int cpuid;
1595
1596         sched_pin();
1597         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1598         other_cpus = all_cpus;
1599         CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
1600         if (pmap == kernel_pmap || pmap->pm_type == PT_EPT)
1601                 active = all_cpus;
1602         else {
1603                 active = pmap->pm_active;
1604                 CPU_AND_ATOMIC(&pmap->pm_save, &active);
1605         }
1606         if (CPU_OVERLAP(&active, &other_cpus)) { 
1607                 act.store = cpuid;
1608                 act.invalidate = active;
1609                 act.va = va;
1610                 act.pmap = pmap;
1611                 act.pde = pde;
1612                 act.newpde = newpde;
1613                 CPU_SET(cpuid, &active);
1614                 smp_rendezvous_cpus(active,
1615                     smp_no_rendevous_barrier, pmap_update_pde_action,
1616                     pmap_update_pde_teardown, &act);
1617         } else {
1618                 pmap_update_pde_store(pmap, pde, newpde);
1619                 if (CPU_ISSET(cpuid, &active))
1620                         pmap_update_pde_invalidate(pmap, va, newpde);
1621         }
1622         sched_unpin();
1623 }
1624 #else /* !SMP */
1625 /*
1626  * Normal, non-SMP, invalidation functions.
1627  * We inline these within pmap.c for speed.
1628  */
1629 PMAP_INLINE void
1630 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1631 {
1632
1633         switch (pmap->pm_type) {
1634         case PT_X86:
1635                 if (pmap == kernel_pmap || !CPU_EMPTY(&pmap->pm_active))
1636                         invlpg(va);
1637                 break;
1638         case PT_EPT:
1639                 pmap->pm_eptgen++;
1640                 break;
1641         default:
1642                 panic("pmap_invalidate_page: unknown type: %d", pmap->pm_type);
1643         }
1644 }
1645
1646 PMAP_INLINE void
1647 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
1648 {
1649         vm_offset_t addr;
1650
1651         switch (pmap->pm_type) {
1652         case PT_X86:
1653                 if (pmap == kernel_pmap || !CPU_EMPTY(&pmap->pm_active))
1654                         for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
1655                                 invlpg(addr);
1656                 break;
1657         case PT_EPT:
1658                 pmap->pm_eptgen++;
1659                 break;
1660         default:
1661                 panic("pmap_invalidate_range: unknown type: %d", pmap->pm_type);
1662         }
1663 }
1664
1665 PMAP_INLINE void
1666 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
1667 {
1668
1669         switch (pmap->pm_type) {
1670         case PT_X86:
1671                 if (pmap == kernel_pmap || !CPU_EMPTY(&pmap->pm_active))
1672                         invltlb();
1673                 break;
1674         case PT_EPT:
1675                 pmap->pm_eptgen++;
1676                 break;
1677         default:
1678                 panic("pmap_invalidate_all: unknown type %d", pmap->pm_type);
1679         }
1680 }
1681
1682 PMAP_INLINE void
1683 pmap_invalidate_cache(void)
1684 {
1685
1686         wbinvd();
1687 }
1688
1689 static void
1690 pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
1691 {
1692
1693         pmap_update_pde_store(pmap, pde, newpde);
1694         if (pmap == kernel_pmap || !CPU_EMPTY(&pmap->pm_active))
1695                 pmap_update_pde_invalidate(pmap, va, newpde);
1696         else
1697                 CPU_ZERO(&pmap->pm_save);
1698 }
1699 #endif /* !SMP */
1700
1701 #define PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD   (2 * 1024 * 1024)
1702
1703 void
1704 pmap_invalidate_cache_range(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
1705 {
1706
1707         KASSERT((sva & PAGE_MASK) == 0,
1708             ("pmap_invalidate_cache_range: sva not page-aligned"));
1709         KASSERT((eva & PAGE_MASK) == 0,
1710             ("pmap_invalidate_cache_range: eva not page-aligned"));
1711
1712         if (cpu_feature & CPUID_SS)
1713                 ; /* If "Self Snoop" is supported, do nothing. */
1714         else if ((cpu_feature & CPUID_CLFSH) != 0 &&
1715             eva - sva < PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD) {
1716
1717                 /*
1718                  * XXX: Some CPUs fault, hang, or trash the local APIC
1719                  * registers if we use CLFLUSH on the local APIC
1720                  * range.  The local APIC is always uncached, so we
1721                  * don't need to flush for that range anyway.
1722                  */
1723                 if (pmap_kextract(sva) == lapic_paddr)
1724                         return;
1725
1726                 /*
1727                  * Otherwise, do per-cache line flush.  Use the mfence
1728                  * instruction to insure that previous stores are
1729                  * included in the write-back.  The processor
1730                  * propagates flush to other processors in the cache
1731                  * coherence domain.
1732                  */
1733                 mfence();
1734                 for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size)
1735                         clflush(sva);
1736                 mfence();
1737         } else {
1738
1739                 /*
1740                  * No targeted cache flush methods are supported by CPU,
1741                  * or the supplied range is bigger than 2MB.
1742                  * Globally invalidate cache.
1743                  */
1744                 pmap_invalidate_cache();
1745         }
1746 }
1747
1748 /*
1749  * Remove the specified set of pages from the data and instruction caches.
1750  *
1751  * In contrast to pmap_invalidate_cache_range(), this function does not
1752  * rely on the CPU's self-snoop feature, because it is intended for use
1753  * when moving pages into a different cache domain.
1754  */
1755 void
1756 pmap_invalidate_cache_pages(vm_page_t *pages, int count)
1757 {
1758         vm_offset_t daddr, eva;
1759         int i;
1760
1761         if (count >= PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD / PAGE_SIZE ||
1762             (cpu_feature & CPUID_CLFSH) == 0)
1763                 pmap_invalidate_cache();
1764         else {
1765                 mfence();
1766                 for (i = 0; i < count; i++) {
1767                         daddr = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pages[i]));
1768                         eva = daddr + PAGE_SIZE;
1769                         for (; daddr < eva; daddr += cpu_clflush_line_size)
1770                                 clflush(daddr);
1771                 }
1772                 mfence();
1773         }
1774 }
1775
1776 /*
1777  *      Routine:        pmap_extract
1778  *      Function:
1779  *              Extract the physical page address associated
1780  *              with the given map/virtual_address pair.
1781  */
1782 vm_paddr_t 
1783 pmap_extract(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1784 {
1785         pdp_entry_t *pdpe;
1786         pd_entry_t *pde;
1787         pt_entry_t *pte, PG_V;
1788         vm_paddr_t pa;
1789
1790         pa = 0;
1791         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
1792         PMAP_LOCK(pmap);
1793         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
1794         if (pdpe != NULL && (*pdpe & PG_V) != 0) {
1795                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0)
1796                         pa = (*pdpe & PG_PS_FRAME) | (va & PDPMASK);
1797                 else {
1798                         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
1799                         if ((*pde & PG_V) != 0) {
1800                                 if ((*pde & PG_PS) != 0) {
1801                                         pa = (*pde & PG_PS_FRAME) |
1802                                             (va & PDRMASK);
1803                                 } else {
1804                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
1805                                         pa = (*pte & PG_FRAME) |
1806                                             (va & PAGE_MASK);
1807                                 }
1808                         }
1809                 }
1810         }
1811         PMAP_UNLOCK(pmap);
1812         return (pa);
1813 }
1814
1815 /*
1816  *      Routine:        pmap_extract_and_hold
1817  *      Function:
1818  *              Atomically extract and hold the physical page
1819  *              with the given pmap and virtual address pair
1820  *              if that mapping permits the given protection.
1821  */
1822 vm_page_t
1823 pmap_extract_and_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_prot_t prot)
1824 {
1825         pd_entry_t pde, *pdep;
1826         pt_entry_t pte, PG_RW, PG_V;
1827         vm_paddr_t pa;
1828         vm_page_t m;
1829
1830         pa = 0;
1831         m = NULL;
1832         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
1833         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
1834         PMAP_LOCK(pmap);
1835 retry:
1836         pdep = pmap_pde(pmap, va);
1837         if (pdep != NULL && (pde = *pdep)) {
1838                 if (pde & PG_PS) {
1839                         if ((pde & PG_RW) || (prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
1840                                 if (vm_page_pa_tryrelock(pmap, (pde &
1841                                     PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK), &pa))
1842                                         goto retry;
1843                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE((pde & PG_PS_FRAME) |
1844                                     (va & PDRMASK));
1845                                 vm_page_hold(m);
1846                         }
1847                 } else {
1848                         pte = *pmap_pde_to_pte(pdep, va);
1849                         if ((pte & PG_V) &&
1850                             ((pte & PG_RW) || (prot & VM_PROT_WRITE) == 0)) {
1851                                 if (vm_page_pa_tryrelock(pmap, pte & PG_FRAME,
1852                                     &pa))
1853                                         goto retry;
1854                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pte & PG_FRAME);
1855                                 vm_page_hold(m);
1856                         }
1857                 }
1858         }
1859         PA_UNLOCK_COND(pa);
1860         PMAP_UNLOCK(pmap);
1861         return (m);
1862 }
1863
1864 vm_paddr_t
1865 pmap_kextract(vm_offset_t va)
1866 {
1867         pd_entry_t pde;
1868         vm_paddr_t pa;
1869
1870         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS) {
1871                 pa = DMAP_TO_PHYS(va);
1872         } else {
1873                 pde = *vtopde(va);
1874                 if (pde & PG_PS) {
1875                         pa = (pde & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK);
1876                 } else {
1877                         /*
1878                          * Beware of a concurrent promotion that changes the
1879                          * PDE at this point!  For example, vtopte() must not
1880                          * be used to access the PTE because it would use the
1881                          * new PDE.  It is, however, safe to use the old PDE
1882                          * because the page table page is preserved by the
1883                          * promotion.
1884                          */
1885                         pa = *pmap_pde_to_pte(&pde, va);
1886                         pa = (pa & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK);
1887                 }
1888         }
1889         return (pa);
1890 }
1891
1892 /***************************************************
1893  * Low level mapping routines.....
1894  ***************************************************/
1895
1896 /*
1897  * Add a wired page to the kva.
1898  * Note: not SMP coherent.
1899  */
1900 PMAP_INLINE void 
1901 pmap_kenter(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
1902 {
1903         pt_entry_t *pte;
1904
1905         pte = vtopte(va);
1906         pte_store(pte, pa | X86_PG_RW | X86_PG_V | X86_PG_G);
1907 }
1908
1909 static __inline void
1910 pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode)
1911 {
1912         pt_entry_t *pte;
1913         int cache_bits;
1914
1915         pte = vtopte(va);
1916         cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, 0);
1917         pte_store(pte, pa | X86_PG_RW | X86_PG_V | X86_PG_G | cache_bits);
1918 }
1919
1920 /*
1921  * Remove a page from the kernel pagetables.
1922  * Note: not SMP coherent.
1923  */
1924 PMAP_INLINE void
1925 pmap_kremove(vm_offset_t va)
1926 {
1927         pt_entry_t *pte;
1928
1929         pte = vtopte(va);
1930         pte_clear(pte);
1931 }
1932
1933 /*
1934  *      Used to map a range of physical addresses into kernel
1935  *      virtual address space.
1936  *
1937  *      The value passed in '*virt' is a suggested virtual address for
1938  *      the mapping. Architectures which can support a direct-mapped
1939  *      physical to virtual region can return the appropriate address
1940  *      within that region, leaving '*virt' unchanged. Other
1941  *      architectures should map the pages starting at '*virt' and
1942  *      update '*virt' with the first usable address after the mapped
1943  *      region.
1944  */
1945 vm_offset_t
1946 pmap_map(vm_offset_t *virt, vm_paddr_t start, vm_paddr_t end, int prot)
1947 {
1948         return PHYS_TO_DMAP(start);
1949 }
1950
1951
1952 /*
1953  * Add a list of wired pages to the kva
1954  * this routine is only used for temporary
1955  * kernel mappings that do not need to have
1956  * page modification or references recorded.
1957  * Note that old mappings are simply written
1958  * over.  The page *must* be wired.
1959  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
1960  */
1961 void
1962 pmap_qenter(vm_offset_t sva, vm_page_t *ma, int count)
1963 {
1964         pt_entry_t *endpte, oldpte, pa, *pte;
1965         vm_page_t m;
1966         int cache_bits;
1967
1968         oldpte = 0;
1969         pte = vtopte(sva);
1970         endpte = pte + count;
1971         while (pte < endpte) {
1972                 m = *ma++;
1973                 cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap, m->md.pat_mode, 0);
1974                 pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | cache_bits;
1975                 if ((*pte & (PG_FRAME | X86_PG_PTE_CACHE)) != pa) {
1976                         oldpte |= *pte;
1977                         pte_store(pte, pa | X86_PG_G | X86_PG_RW | X86_PG_V);
1978                 }
1979                 pte++;
1980         }
1981         if (__predict_false((oldpte & X86_PG_V) != 0))
1982                 pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, sva + count *
1983                     PAGE_SIZE);
1984 }
1985
1986 /*
1987  * This routine tears out page mappings from the
1988  * kernel -- it is meant only for temporary mappings.
1989  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
1990  */
1991 void
1992 pmap_qremove(vm_offset_t sva, int count)
1993 {
1994         vm_offset_t va;
1995
1996         va = sva;
1997         while (count-- > 0) {
1998                 KASSERT(va >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS, ("usermode va %lx", va));
1999                 pmap_kremove(va);
2000                 va += PAGE_SIZE;
2001         }
2002         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
2003 }
2004
2005 /***************************************************
2006  * Page table page management routines.....
2007  ***************************************************/
2008 static __inline void
2009 pmap_free_zero_pages(struct spglist *free)
2010 {
2011         vm_page_t m;
2012
2013         while ((m = SLIST_FIRST(free)) != NULL) {
2014                 SLIST_REMOVE_HEAD(free, plinks.s.ss);
2015                 /* Preserve the page's PG_ZERO setting. */
2016                 vm_page_free_toq(m);
2017         }
2018 }
2019
2020 /*
2021  * Schedule the specified unused page table page to be freed.  Specifically,
2022  * add the page to the specified list of pages that will be released to the
2023  * physical memory manager after the TLB has been updated.
2024  */
2025 static __inline void
2026 pmap_add_delayed_free_list(vm_page_t m, struct spglist *free,
2027     boolean_t set_PG_ZERO)
2028 {
2029
2030         if (set_PG_ZERO)
2031                 m->flags |= PG_ZERO;
2032         else
2033                 m->flags &= ~PG_ZERO;
2034         SLIST_INSERT_HEAD(free, m, plinks.s.ss);
2035 }
2036         
2037 /*
2038  * Inserts the specified page table page into the specified pmap's collection
2039  * of idle page table pages.  Each of a pmap's page table pages is responsible
2040  * for mapping a distinct range of virtual addresses.  The pmap's collection is
2041  * ordered by this virtual address range.
2042  */
2043 static __inline int
2044 pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte)
2045 {
2046
2047         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2048         return (vm_radix_insert(&pmap->pm_root, mpte));
2049 }
2050
2051 /*
2052  * Looks for a page table page mapping the specified virtual address in the
2053  * specified pmap's collection of idle page table pages.  Returns NULL if there
2054  * is no page table page corresponding to the specified virtual address.
2055  */
2056 static __inline vm_page_t
2057 pmap_lookup_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2058 {
2059
2060         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2061         return (vm_radix_lookup(&pmap->pm_root, pmap_pde_pindex(va)));
2062 }
2063
2064 /*
2065  * Removes the specified page table page from the specified pmap's collection
2066  * of idle page table pages.  The specified page table page must be a member of
2067  * the pmap's collection.
2068  */
2069 static __inline void
2070 pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte)
2071 {
2072
2073         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2074         vm_radix_remove(&pmap->pm_root, mpte->pindex);
2075 }
2076
2077 /*
2078  * Decrements a page table page's wire count, which is used to record the
2079  * number of valid page table entries within the page.  If the wire count
2080  * drops to zero, then the page table page is unmapped.  Returns TRUE if the
2081  * page table page was unmapped and FALSE otherwise.
2082  */
2083 static inline boolean_t
2084 pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
2085 {
2086
2087         --m->wire_count;
2088         if (m->wire_count == 0) {
2089                 _pmap_unwire_ptp(pmap, va, m, free);
2090                 return (TRUE);
2091         } else
2092                 return (FALSE);
2093 }
2094
2095 static void
2096 _pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
2097 {
2098
2099         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2100         /*
2101          * unmap the page table page
2102          */
2103         if (m->pindex >= (NUPDE + NUPDPE)) {
2104                 /* PDP page */
2105                 pml4_entry_t *pml4;
2106                 pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
2107                 *pml4 = 0;
2108         } else if (m->pindex >= NUPDE) {
2109                 /* PD page */
2110                 pdp_entry_t *pdp;
2111                 pdp = pmap_pdpe(pmap, va);
2112                 *pdp = 0;
2113         } else {
2114                 /* PTE page */
2115                 pd_entry_t *pd;
2116                 pd = pmap_pde(pmap, va);
2117                 *pd = 0;
2118         }
2119         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
2120         if (m->pindex < NUPDE) {
2121                 /* We just released a PT, unhold the matching PD */
2122                 vm_page_t pdpg;
2123
2124                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pdpe(pmap, va) & PG_FRAME);
2125                 pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdpg, free);
2126         }
2127         if (m->pindex >= NUPDE && m->pindex < (NUPDE + NUPDPE)) {
2128                 /* We just released a PD, unhold the matching PDP */
2129                 vm_page_t pdppg;
2130
2131                 pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pml4e(pmap, va) & PG_FRAME);
2132                 pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdppg, free);
2133         }
2134
2135         /*
2136          * This is a release store so that the ordinary store unmapping
2137          * the page table page is globally performed before TLB shoot-
2138          * down is begun.
2139          */
2140         atomic_subtract_rel_int(&cnt.v_wire_count, 1);
2141
2142         /* 
2143          * Put page on a list so that it is released after
2144          * *ALL* TLB shootdown is done
2145          */
2146         pmap_add_delayed_free_list(m, free, TRUE);
2147 }
2148
2149 /*
2150  * After removing a page table entry, this routine is used to
2151  * conditionally free the page, and manage the hold/wire counts.
2152  */
2153 static int
2154 pmap_unuse_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t ptepde,
2155     struct spglist *free)
2156 {
2157         vm_page_t mpte;
2158
2159         if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
2160                 return (0);
2161         KASSERT(ptepde != 0, ("pmap_unuse_pt: ptepde != 0"));
2162         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(ptepde & PG_FRAME);
2163         return (pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpte, free));
2164 }
2165
2166 void
2167 pmap_pinit0(pmap_t pmap)
2168 {
2169
2170         PMAP_LOCK_INIT(pmap);
2171         pmap->pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(KPML4phys);
2172         pmap->pm_cr3 = KPML4phys;
2173         pmap->pm_root.rt_root = 0;
2174         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
2175         CPU_ZERO(&pmap->pm_save);
2176         PCPU_SET(curpmap, pmap);
2177         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
2178         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
2179         pmap->pm_pcid = pmap_pcid_enabled ? 0 : -1;
2180         pmap->pm_flags = pmap_flags;
2181 }
2182
2183 /*
2184  * Initialize a preallocated and zeroed pmap structure,
2185  * such as one in a vmspace structure.
2186  */
2187 int
2188 pmap_pinit_type(pmap_t pmap, enum pmap_type pm_type, int flags)
2189 {
2190         vm_page_t pml4pg;
2191         vm_paddr_t pml4phys;
2192         int i;
2193
2194         /*
2195          * allocate the page directory page
2196          */
2197         while ((pml4pg = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL |
2198             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO)) == NULL)
2199                 VM_WAIT;
2200
2201         pml4phys = VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg);
2202         pmap->pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pml4phys);
2203         pmap->pm_pcid = -1;
2204         pmap->pm_cr3 = ~0;      /* initialize to an invalid value */
2205
2206         if ((pml4pg->flags & PG_ZERO) == 0)
2207                 pagezero(pmap->pm_pml4);
2208
2209         /*
2210          * Do not install the host kernel mappings in the nested page
2211          * tables. These mappings are meaningless in the guest physical
2212          * address space.
2213          */
2214         if ((pmap->pm_type = pm_type) == PT_X86) {
2215                 pmap->pm_cr3 = pml4phys;
2216
2217                 /* Wire in kernel global address entries. */
2218                 for (i = 0; i < NKPML4E; i++) {
2219                         pmap->pm_pml4[KPML4BASE + i] = (KPDPphys + ptoa(i)) |
2220                             X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_U;
2221                 }
2222                 for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++) {
2223                         pmap->pm_pml4[DMPML4I + i] = (DMPDPphys + ptoa(i)) |
2224                             X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_U;
2225                 }
2226
2227                 /* install self-referential address mapping entry(s) */
2228                 pmap->pm_pml4[PML4PML4I] = VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg) |
2229                     X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A | X86_PG_M;
2230
2231                 if (pmap_pcid_enabled) {
2232                         pmap->pm_pcid = alloc_unr(&pcid_unr);
2233                         if (pmap->pm_pcid != -1)
2234                                 pmap->pm_cr3 |= pmap->pm_pcid;
2235                 }
2236         }
2237
2238         pmap->pm_root.rt_root = 0;
2239         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
2240         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
2241         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
2242         pmap->pm_flags = flags;
2243         pmap->pm_eptgen = 0;
2244         CPU_ZERO(&pmap->pm_save);
2245
2246         return (1);
2247 }
2248
2249 int
2250 pmap_pinit(pmap_t pmap)
2251 {
2252
2253         return (pmap_pinit_type(pmap, PT_X86, pmap_flags));
2254 }
2255
2256 /*
2257  * This routine is called if the desired page table page does not exist.
2258  *
2259  * If page table page allocation fails, this routine may sleep before
2260  * returning NULL.  It sleeps only if a lock pointer was given.
2261  *
2262  * Note: If a page allocation fails at page table level two or three,
2263  * one or two pages may be held during the wait, only to be released
2264  * afterwards.  This conservative approach is easily argued to avoid
2265  * race conditions.
2266  */
2267 static vm_page_t
2268 _pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex, struct rwlock **lockp)
2269 {
2270         vm_page_t m, pdppg, pdpg;
2271         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
2272
2273         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2274
2275         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
2276         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
2277         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
2278         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
2279
2280         /*
2281          * Allocate a page table page.
2282          */
2283         if ((m = vm_page_alloc(NULL, ptepindex, VM_ALLOC_NOOBJ |
2284             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO)) == NULL) {
2285                 if (lockp != NULL) {
2286                         RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
2287                         PMAP_UNLOCK(pmap);
2288                         rw_runlock(&pvh_global_lock);
2289                         VM_WAIT;
2290                         rw_rlock(&pvh_global_lock);
2291                         PMAP_LOCK(pmap);
2292                 }
2293
2294                 /*
2295                  * Indicate the need to retry.  While waiting, the page table
2296                  * page may have been allocated.
2297                  */
2298                 return (NULL);
2299         }
2300         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0)
2301                 pmap_zero_page(m);
2302
2303         /*
2304          * Map the pagetable page into the process address space, if
2305          * it isn't already there.
2306          */
2307
2308         if (ptepindex >= (NUPDE + NUPDPE)) {
2309                 pml4_entry_t *pml4;
2310                 vm_pindex_t pml4index;
2311
2312                 /* Wire up a new PDPE page */
2313                 pml4index = ptepindex - (NUPDE + NUPDPE);
2314                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
2315                 *pml4 = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
2316
2317         } else if (ptepindex >= NUPDE) {
2318                 vm_pindex_t pml4index;
2319                 vm_pindex_t pdpindex;
2320                 pml4_entry_t *pml4;
2321                 pdp_entry_t *pdp;
2322
2323                 /* Wire up a new PDE page */
2324                 pdpindex = ptepindex - NUPDE;
2325                 pml4index = pdpindex >> NPML4EPGSHIFT;
2326
2327                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
2328                 if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
2329                         /* Have to allocate a new pdp, recurse */
2330                         if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + NUPDPE + pml4index,
2331                             lockp) == NULL) {
2332                                 --m->wire_count;
2333                                 atomic_subtract_int(&cnt.v_wire_count, 1);
2334                                 vm_page_free_zero(m);
2335                                 return (NULL);
2336                         }
2337                 } else {
2338                         /* Add reference to pdp page */
2339                         pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pml4 & PG_FRAME);
2340                         pdppg->wire_count++;
2341                 }
2342                 pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
2343
2344                 /* Now find the pdp page */
2345                 pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
2346                 *pdp = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
2347
2348         } else {
2349                 vm_pindex_t pml4index;
2350                 vm_pindex_t pdpindex;
2351                 pml4_entry_t *pml4;
2352                 pdp_entry_t *pdp;
2353                 pd_entry_t *pd;
2354
2355                 /* Wire up a new PTE page */
2356                 pdpindex = ptepindex >> NPDPEPGSHIFT;
2357                 pml4index = pdpindex >> NPML4EPGSHIFT;
2358
2359                 /* First, find the pdp and check that its valid. */
2360                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
2361                 if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
2362                         /* Have to allocate a new pd, recurse */
2363                         if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex,
2364                             lockp) == NULL) {
2365                                 --m->wire_count;
2366                                 atomic_subtract_int(&cnt.v_wire_count, 1);
2367                                 vm_page_free_zero(m);
2368                                 return (NULL);
2369                         }
2370                         pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
2371                         pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
2372                 } else {
2373                         pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
2374                         pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
2375                         if ((*pdp & PG_V) == 0) {
2376                                 /* Have to allocate a new pd, recurse */
2377                                 if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex,
2378                                     lockp) == NULL) {
2379                                         --m->wire_count;
2380                                         atomic_subtract_int(&cnt.v_wire_count,
2381                                             1);
2382                                         vm_page_free_zero(m);
2383                                         return (NULL);
2384                                 }
2385                         } else {
2386                                 /* Add reference to the pd page */
2387                                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdp & PG_FRAME);
2388                                 pdpg->wire_count++;
2389                         }
2390                 }
2391                 pd = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdp & PG_FRAME);
2392
2393                 /* Now we know where the page directory page is */
2394                 pd = &pd[ptepindex & ((1ul << NPDEPGSHIFT) - 1)];
2395                 *pd = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
2396         }
2397
2398         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
2399
2400         return (m);
2401 }
2402
2403 static vm_page_t
2404 pmap_allocpde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct rwlock **lockp)
2405 {
2406         vm_pindex_t pdpindex, ptepindex;
2407         pdp_entry_t *pdpe, PG_V;
2408         vm_page_t pdpg;
2409
2410         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
2411
2412 retry:
2413         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
2414         if (pdpe != NULL && (*pdpe & PG_V) != 0) {
2415                 /* Add a reference to the pd page. */
2416                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdpe & PG_FRAME);
2417                 pdpg->wire_count++;
2418         } else {
2419                 /* Allocate a pd page. */
2420                 ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
2421                 pdpindex = ptepindex >> NPDPEPGSHIFT;
2422                 pdpg = _pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex, lockp);
2423                 if (pdpg == NULL && lockp != NULL)
2424                         goto retry;
2425         }
2426         return (pdpg);
2427 }
2428
2429 static vm_page_t
2430 pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct rwlock **lockp)
2431 {
2432         vm_pindex_t ptepindex;
2433         pd_entry_t *pd, PG_V;
2434         vm_page_t m;
2435
2436         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
2437
2438         /*
2439          * Calculate pagetable page index
2440          */
2441         ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
2442 retry:
2443         /*
2444          * Get the page directory entry
2445          */
2446         pd = pmap_pde(pmap, va);
2447
2448         /*
2449          * This supports switching from a 2MB page to a
2450          * normal 4K page.
2451          */
2452         if (pd != NULL && (*pd & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V)) {
2453                 if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pd, va, lockp)) {
2454                         /*
2455                          * Invalidation of the 2MB page mapping may have caused
2456                          * the deallocation of the underlying PD page.
2457                          */
2458                         pd = NULL;
2459                 }
2460         }
2461
2462         /*
2463          * If the page table page is mapped, we just increment the
2464          * hold count, and activate it.
2465          */
2466         if (pd != NULL && (*pd & PG_V) != 0) {
2467                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pd & PG_FRAME);
2468                 m->wire_count++;
2469         } else {
2470                 /*
2471                  * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been
2472                  * deallocated.
2473                  */
2474                 m = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex, lockp);
2475                 if (m == NULL && lockp != NULL)
2476                         goto retry;
2477         }
2478         return (m);
2479 }
2480
2481
2482 /***************************************************
2483  * Pmap allocation/deallocation routines.
2484  ***************************************************/
2485
2486 /*
2487  * Release any resources held by the given physical map.
2488  * Called when a pmap initialized by pmap_pinit is being released.
2489  * Should only be called if the map contains no valid mappings.
2490  */
2491 void
2492 pmap_release(pmap_t pmap)
2493 {
2494         vm_page_t m;
2495         int i;
2496
2497         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count == 0,
2498             ("pmap_release: pmap resident count %ld != 0",
2499             pmap->pm_stats.resident_count));
2500         KASSERT(vm_radix_is_empty(&pmap->pm_root),
2501             ("pmap_release: pmap has reserved page table page(s)"));
2502
2503         if (pmap_pcid_enabled) {
2504                 /*
2505                  * Invalidate any left TLB entries, to allow the reuse
2506                  * of the pcid.
2507                  */
2508                 pmap_invalidate_all(pmap);
2509         }
2510
2511         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pmap->pm_pml4));
2512
2513         for (i = 0; i < NKPML4E; i++)   /* KVA */
2514                 pmap->pm_pml4[KPML4BASE + i] = 0;
2515         for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++)/* Direct Map */
2516                 pmap->pm_pml4[DMPML4I + i] = 0;
2517         pmap->pm_pml4[PML4PML4I] = 0;   /* Recursive Mapping */
2518
2519         m->wire_count--;
2520         atomic_subtract_int(&cnt.v_wire_count, 1);
2521         vm_page_free_zero(m);
2522         if (pmap->pm_pcid != -1)
2523                 free_unr(&pcid_unr, pmap->pm_pcid);
2524 }
2525 \f
2526 static int
2527 kvm_size(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
2528 {
2529         unsigned long ksize = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
2530
2531         return sysctl_handle_long(oidp, &ksize, 0, req);
2532 }
2533 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_size, CTLTYPE_LONG|CTLFLAG_RD, 
2534     0, 0, kvm_size, "LU", "Size of KVM");
2535
2536 static int
2537 kvm_free(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
2538 {
2539         unsigned long kfree = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - kernel_vm_end;
2540
2541         return sysctl_handle_long(oidp, &kfree, 0, req);
2542 }
2543 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_free, CTLTYPE_LONG|CTLFLAG_RD, 
2544     0, 0, kvm_free, "LU", "Amount of KVM free");
2545
2546 /*
2547  * grow the number of kernel page table entries, if needed
2548  */
2549 void
2550 pmap_growkernel(vm_offset_t addr)
2551 {
2552         vm_paddr_t paddr;
2553         vm_page_t nkpg;
2554         pd_entry_t *pde, newpdir;
2555         pdp_entry_t *pdpe;
2556
2557         mtx_assert(&kernel_map->system_mtx, MA_OWNED);
2558
2559         /*
2560          * Return if "addr" is within the range of kernel page table pages
2561          * that were preallocated during pmap bootstrap.  Moreover, leave
2562          * "kernel_vm_end" and the kernel page table as they were.
2563          *
2564          * The correctness of this action is based on the following
2565          * argument: vm_map_findspace() allocates contiguous ranges of the
2566          * kernel virtual address space.  It calls this function if a range
2567          * ends after "kernel_vm_end".  If the kernel is mapped between
2568          * "kernel_vm_end" and "addr", then the range cannot begin at
2569          * "kernel_vm_end".  In fact, its beginning address cannot be less
2570          * than the kernel.  Thus, there is no immediate need to allocate
2571          * any new kernel page table pages between "kernel_vm_end" and
2572          * "KERNBASE".
2573          */
2574         if (KERNBASE < addr && addr <= KERNBASE + nkpt * NBPDR)
2575                 return;
2576
2577         addr = roundup2(addr, NBPDR);
2578         if (addr - 1 >= kernel_map->max_offset)
2579                 addr = kernel_map->max_offset;
2580         while (kernel_vm_end < addr) {
2581                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, kernel_vm_end);
2582                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0) {
2583                         /* We need a new PDP entry */
2584                         nkpg = vm_page_alloc(NULL, kernel_vm_end >> PDPSHIFT,
2585                             VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ |
2586                             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
2587                         if (nkpg == NULL)
2588                                 panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
2589                         if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
2590                                 pmap_zero_page(nkpg);
2591                         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
2592                         *pdpe = (pdp_entry_t)(paddr | X86_PG_V | X86_PG_RW |
2593                             X86_PG_A | X86_PG_M);
2594                         continue; /* try again */
2595                 }
2596                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, kernel_vm_end);
2597                 if ((*pde & X86_PG_V) != 0) {
2598                         kernel_vm_end = (kernel_vm_end + NBPDR) & ~PDRMASK;
2599                         if (kernel_vm_end - 1 >= kernel_map->max_offset) {
2600                                 kernel_vm_end = kernel_map->max_offset;
2601                                 break;                       
2602                         }
2603                         continue;
2604                 }
2605
2606                 nkpg = vm_page_alloc(NULL, pmap_pde_pindex(kernel_vm_end),
2607                     VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED |
2608                     VM_ALLOC_ZERO);
2609                 if (nkpg == NULL)
2610                         panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
2611                 if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
2612                         pmap_zero_page(nkpg);
2613                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
2614                 newpdir = paddr | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A | X86_PG_M;
2615                 pde_store(pde, newpdir);
2616
2617                 kernel_vm_end = (kernel_vm_end + NBPDR) & ~PDRMASK;
2618                 if (kernel_vm_end - 1 >= kernel_map->max_offset) {
2619                         kernel_vm_end = kernel_map->max_offset;
2620                         break;                       
2621                 }
2622         }
2623 }
2624
2625
2626 /***************************************************
2627  * page management routines.
2628  ***************************************************/
2629
2630 CTASSERT(sizeof(struct pv_chunk) == PAGE_SIZE);
2631 CTASSERT(_NPCM == 3);
2632 CTASSERT(_NPCPV == 168);
2633
2634 static __inline struct pv_chunk *
2635 pv_to_chunk(pv_entry_t pv)
2636 {
2637
2638         return ((struct pv_chunk *)((uintptr_t)pv & ~(uintptr_t)PAGE_MASK));
2639 }
2640
2641 #define PV_PMAP(pv) (pv_to_chunk(pv)->pc_pmap)
2642
2643 #define PC_FREE0        0xfffffffffffffffful
2644 #define PC_FREE1        0xfffffffffffffffful
2645 #define PC_FREE2        0x000000fffffffffful
2646
2647 static const uint64_t pc_freemask[_NPCM] = { PC_FREE0, PC_FREE1, PC_FREE2 };
2648
2649 #ifdef PV_STATS
2650 static int pc_chunk_count, pc_chunk_allocs, pc_chunk_frees, pc_chunk_tryfail;
2651
2652 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_count, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_count, 0,
2653         "Current number of pv entry chunks");
2654 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_allocs, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_allocs, 0,
2655         "Current number of pv entry chunks allocated");
2656 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_frees, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_frees, 0,
2657         "Current number of pv entry chunks frees");
2658 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_tryfail, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_tryfail, 0,
2659         "Number of times tried to get a chunk page but failed.");
2660
2661 static long pv_entry_frees, pv_entry_allocs, pv_entry_count;
2662 static int pv_entry_spare;
2663
2664 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_frees, CTLFLAG_RD, &pv_entry_frees, 0,
2665         "Current number of pv entry frees");
2666 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_allocs, CTLFLAG_RD, &pv_entry_allocs, 0,
2667         "Current number of pv entry allocs");
2668 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_count, CTLFLAG_RD, &pv_entry_count, 0,
2669         "Current number of pv entries");
2670 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_spare, CTLFLAG_RD, &pv_entry_spare, 0,
2671         "Current number of spare pv entries");
2672 #endif
2673
2674 /*
2675  * We are in a serious low memory condition.  Resort to
2676  * drastic measures to free some pages so we can allocate
2677  * another pv entry chunk.
2678  *
2679  * Returns NULL if PV entries were reclaimed from the specified pmap.
2680  *
2681  * We do not, however, unmap 2mpages because subsequent accesses will
2682  * allocate per-page pv entries until repromotion occurs, thereby
2683  * exacerbating the shortage of free pv entries.
2684  */
2685 static vm_page_t
2686 reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp)
2687 {
2688         struct pch new_tail;
2689         struct pv_chunk *pc;
2690         struct md_page *pvh;
2691         pd_entry_t *pde;
2692         pmap_t pmap;
2693         pt_entry_t *pte, tpte;
2694         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW;
2695         pv_entry_t pv;
2696         vm_offset_t va;
2697         vm_page_t m, m_pc;
2698         struct spglist free;
2699         uint64_t inuse;
2700         int bit, field, freed;
2701
2702         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
2703         PMAP_LOCK_ASSERT(locked_pmap, MA_OWNED);
2704         KASSERT(lockp != NULL, ("reclaim_pv_chunk: lockp is NULL"));
2705         pmap = NULL;
2706         m_pc = NULL;
2707         PG_G = PG_A = PG_M = PG_RW = 0;
2708         SLIST_INIT(&free);
2709         TAILQ_INIT(&new_tail);
2710         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2711         while ((pc = TAILQ_FIRST(&pv_chunks)) != NULL && SLIST_EMPTY(&free)) {
2712                 TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2713                 mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
2714                 if (pmap != pc->pc_pmap) {
2715                         if (pmap != NULL) {
2716                                 pmap_invalidate_all(pmap);
2717                                 if (pmap != locked_pmap)
2718                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
2719                         }
2720                         pmap = pc->pc_pmap;
2721                         /* Avoid deadlock and lock recursion. */
2722                         if (pmap > locked_pmap) {
2723                                 RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
2724                                 PMAP_LOCK(pmap);
2725                         } else if (pmap != locked_pmap &&
2726                             !PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
2727                                 pmap = NULL;
2728                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail, pc, pc_lru);
2729                                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2730                                 continue;
2731                         }
2732                         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
2733                         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
2734                         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
2735                         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
2736                 }
2737
2738                 /*
2739                  * Destroy every non-wired, 4 KB page mapping in the chunk.
2740                  */
2741                 freed = 0;
2742                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
2743                         for (inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
2744                             inuse != 0; inuse &= ~(1UL << bit)) {
2745                                 bit = bsfq(inuse);
2746                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
2747                                 va = pv->pv_va;
2748                                 pde = pmap_pde(pmap, va);
2749                                 if ((*pde & PG_PS) != 0)
2750                                         continue;
2751                                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
2752                                 if ((*pte & PG_W) != 0)
2753                                         continue;
2754                                 tpte = pte_load_clear(pte);
2755                                 if ((tpte & PG_G) != 0)
2756                                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
2757                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpte & PG_FRAME);
2758                                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
2759                                         vm_page_dirty(m);
2760                                 if ((tpte & PG_A) != 0)
2761                                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2762                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
2763                                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2764                                 m->md.pv_gen++;
2765                                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
2766                                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
2767                                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2768                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
2769                                                 vm_page_aflag_clear(m,
2770                                                     PGA_WRITEABLE);
2771                                         }
2772                                 }
2773                                 pc->pc_map[field] |= 1UL << bit;
2774                                 pmap_unuse_pt(pmap, va, *pde, &free);
2775                                 freed++;
2776                         }
2777                 }
2778                 if (freed == 0) {
2779                         TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail, pc, pc_lru);
2780                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2781                         continue;
2782                 }
2783                 /* Every freed mapping is for a 4 KB page. */
2784                 pmap_resident_count_dec(pmap, freed);
2785                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
2786                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
2787                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
2788                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2789                 if (pc->pc_map[0] == PC_FREE0 && pc->pc_map[1] == PC_FREE1 &&
2790                     pc->pc_map[2] == PC_FREE2) {
2791                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
2792                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
2793                         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
2794                         /* Entire chunk is free; return it. */
2795                         m_pc = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
2796                         dump_drop_page(m_pc->phys_addr);
2797                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2798                         break;
2799                 }
2800                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2801                 TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail, pc, pc_lru);
2802                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2803                 /* One freed pv entry in locked_pmap is sufficient. */
2804                 if (pmap == locked_pmap)
2805                         break;
2806         }
2807         TAILQ_CONCAT(&pv_chunks, &new_tail, pc_lru);
2808         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
2809         if (pmap != NULL) {
2810                 pmap_invalidate_all(pmap);
2811                 if (pmap != locked_pmap)
2812                         PMAP_UNLOCK(pmap);
2813         }
2814         if (m_pc == NULL && !SLIST_EMPTY(&free)) {
2815                 m_pc = SLIST_FIRST(&free);
2816                 SLIST_REMOVE_HEAD(&free, plinks.s.ss);
2817                 /* Recycle a freed page table page. */
2818                 m_pc->wire_count = 1;
2819                 atomic_add_int(&cnt.v_wire_count, 1);
2820         }
2821         pmap_free_zero_pages(&free);
2822         return (m_pc);
2823 }
2824
2825 /*
2826  * free the pv_entry back to the free list
2827  */
2828 static void
2829 free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv)
2830 {
2831         struct pv_chunk *pc;
2832         int idx, field, bit;
2833
2834         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
2835         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2836         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, 1));
2837         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, 1));
2838         PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, 1));
2839         pc = pv_to_chunk(pv);
2840         idx = pv - &pc->pc_pventry[0];
2841         field = idx / 64;
2842         bit = idx % 64;
2843         pc->pc_map[field] |= 1ul << bit;
2844         if (pc->pc_map[0] != PC_FREE0 || pc->pc_map[1] != PC_FREE1 ||
2845             pc->pc_map[2] != PC_FREE2) {
2846                 /* 98% of the time, pc is already at the head of the list. */
2847                 if (__predict_false(pc != TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk))) {
2848                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2849                         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2850                 }
2851                 return;
2852         }
2853         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2854         free_pv_chunk(pc);
2855 }
2856
2857 static void
2858 free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc)
2859 {
2860         vm_page_t m;
2861
2862         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2863         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2864         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
2865         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
2866         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
2867         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
2868         /* entire chunk is free, return it */
2869         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
2870         dump_drop_page(m->phys_addr);
2871         vm_page_unwire(m, 0);
2872         vm_page_free(m);
2873 }
2874
2875 /*
2876  * Returns a new PV entry, allocating a new PV chunk from the system when
2877  * needed.  If this PV chunk allocation fails and a PV list lock pointer was
2878  * given, a PV chunk is reclaimed from an arbitrary pmap.  Otherwise, NULL is
2879  * returned.
2880  *
2881  * The given PV list lock may be released.
2882  */
2883 static pv_entry_t
2884 get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp)
2885 {
2886         int bit, field;
2887         pv_entry_t pv;
2888         struct pv_chunk *pc;
2889         vm_page_t m;
2890
2891         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
2892         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2893         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, 1));
2894 retry:
2895         pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
2896         if (pc != NULL) {
2897                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
2898                         if (pc->pc_map[field]) {
2899                                 bit = bsfq(pc->pc_map[field]);
2900                                 break;
2901                         }
2902                 }
2903                 if (field < _NPCM) {
2904                         pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
2905                         pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
2906                         /* If this was the last item, move it to tail */
2907                         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 &&
2908                             pc->pc_map[2] == 0) {
2909                                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2910                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc,
2911                                     pc_list);
2912                         }
2913                         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
2914                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, 1));
2915                         return (pv);
2916                 }
2917         }
2918         /* No free items, allocate another chunk */
2919         m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
2920             VM_ALLOC_WIRED);
2921         if (m == NULL) {
2922                 if (lockp == NULL) {
2923                         PV_STAT(pc_chunk_tryfail++);
2924                         return (NULL);
2925                 }
2926                 m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
2927                 if (m == NULL)
2928                         goto retry;
2929         }
2930         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
2931         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
2932         dump_add_page(m->phys_addr);
2933         pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
2934         pc->pc_pmap = pmap;
2935         pc->pc_map[0] = PC_FREE0 & ~1ul;        /* preallocated bit 0 */
2936         pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
2937         pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
2938         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2939         TAILQ_INSERT_TAIL(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2940         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
2941         pv = &pc->pc_pventry[0];
2942         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2943         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
2944         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV - 1));
2945         return (pv);
2946 }
2947
2948 /*
2949  * Returns the number of one bits within the given PV chunk map element.
2950  */
2951 static int
2952 popcnt_pc_map_elem(uint64_t elem)
2953 {
2954         int count;
2955
2956         /*
2957          * This simple method of counting the one bits performs well because
2958          * the given element typically contains more zero bits than one bits.
2959          */
2960         count = 0;
2961         for (; elem != 0; elem &= elem - 1)
2962                 count++;
2963         return (count);
2964 }
2965
2966 /*
2967  * Ensure that the number of spare PV entries in the specified pmap meets or
2968  * exceeds the given count, "needed".
2969  *
2970  * The given PV list lock may be released.
2971  */
2972 static void
2973 reserve_pv_entries(pmap_t pmap, int needed, struct rwlock **lockp)
2974 {
2975         struct pch new_tail;
2976         struct pv_chunk *pc;
2977         int avail, free;
2978         vm_page_t m;
2979
2980         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
2981         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2982         KASSERT(lockp != NULL, ("reserve_pv_entries: lockp is NULL"));
2983
2984         /*
2985          * Newly allocated PV chunks must be stored in a private list until
2986          * the required number of PV chunks have been allocated.  Otherwise,
2987          * reclaim_pv_chunk() could recycle one of these chunks.  In
2988          * contrast, these chunks must be added to the pmap upon allocation.
2989          */
2990         TAILQ_INIT(&new_tail);
2991 retry:
2992         avail = 0;
2993         TAILQ_FOREACH(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list) {
2994                 if ((cpu_feature2 & CPUID2_POPCNT) == 0) {
2995                         free = popcnt_pc_map_elem(pc->pc_map[0]);
2996                         free += popcnt_pc_map_elem(pc->pc_map[1]);
2997                         free += popcnt_pc_map_elem(pc->pc_map[2]);
2998                 } else {
2999                         free = popcntq(pc->pc_map[0]);
3000                         free += popcntq(pc->pc_map[1]);
3001                         free += popcntq(pc->pc_map[2]);
3002                 }
3003                 if (free == 0)
3004                         break;
3005                 avail += free;
3006                 if (avail >= needed)
3007                         break;
3008         }
3009         for (; avail < needed; avail += _NPCPV) {
3010                 m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
3011                     VM_ALLOC_WIRED);
3012                 if (m == NULL) {
3013                         m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
3014                         if (m == NULL)
3015                                 goto retry;
3016                 }
3017                 PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
3018                 PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
3019                 dump_add_page(m->phys_addr);
3020                 pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
3021                 pc->pc_pmap = pmap;
3022                 pc->pc_map[0] = PC_FREE0;
3023                 pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
3024                 pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
3025                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3026                 TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail, pc, pc_lru);
3027                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
3028         }
3029         if (!TAILQ_EMPTY(&new_tail)) {
3030                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
3031                 TAILQ_CONCAT(&pv_chunks, &new_tail, pc_lru);
3032                 mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
3033         }
3034 }
3035
3036 /*
3037  * First find and then remove the pv entry for the specified pmap and virtual
3038  * address from the specified pv list.  Returns the pv entry if found and NULL
3039  * otherwise.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or
3040  * 2MB page mappings.
3041  */
3042 static __inline pv_entry_t
3043 pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3044 {
3045         pv_entry_t pv;
3046
3047         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
3048         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
3049                 if (pmap == PV_PMAP(pv) && va == pv->pv_va) {
3050                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
3051                         pvh->pv_gen++;
3052                         break;
3053                 }
3054         }
3055         return (pv);
3056 }
3057
3058 /*
3059  * After demotion from a 2MB page mapping to 512 4KB page mappings,
3060  * destroy the pv entry for the 2MB page mapping and reinstantiate the pv
3061  * entries for each of the 4KB page mappings.
3062  */
3063 static void
3064 pmap_pv_demote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
3065     struct rwlock **lockp)
3066 {
3067         struct md_page *pvh;
3068         struct pv_chunk *pc;
3069         pv_entry_t pv;
3070         vm_offset_t va_last;
3071         vm_page_t m;
3072         int bit, field;
3073
3074         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
3075         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3076         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
3077             ("pmap_pv_demote_pde: pa is not 2mpage aligned"));
3078         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
3079
3080         /*
3081          * Transfer the 2mpage's pv entry for this mapping to the first
3082          * page's pv list.  Once this transfer begins, the pv list lock
3083          * must not be released until the last pv entry is reinstantiated.
3084          */
3085         pvh = pa_to_pvh(pa);
3086         va = trunc_2mpage(va);
3087         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
3088         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_demote_pde: pv not found"));
3089         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
3090         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3091         m->md.pv_gen++;
3092         /* Instantiate the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
3093         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, NPTEPG - 1));
3094         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
3095         for (;;) {
3096                 pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
3097                 KASSERT(pc->pc_map[0] != 0 || pc->pc_map[1] != 0 ||
3098                     pc->pc_map[2] != 0, ("pmap_pv_demote_pde: missing spare"));
3099                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
3100                         while (pc->pc_map[field]) {
3101                                 bit = bsfq(pc->pc_map[field]);
3102                                 pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
3103                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
3104                                 va += PAGE_SIZE;
3105                                 pv->pv_va = va;
3106                                 m++;
3107                                 KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
3108                             ("pmap_pv_demote_pde: page %p is not managed", m));
3109                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3110                                 m->md.pv_gen++;
3111                                 if (va == va_last)
3112                                         goto out;
3113                         }
3114                 }
3115                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3116                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3117         }
3118 out:
3119         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 && pc->pc_map[2] == 0) {
3120                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3121                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3122         }
3123         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, NPTEPG - 1));
3124         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, NPTEPG - 1));
3125 }
3126
3127 /*
3128  * After promotion from 512 4KB page mappings to a single 2MB page mapping,
3129  * replace the many pv entries for the 4KB page mappings by a single pv entry
3130  * for the 2MB page mapping.
3131  */
3132 static void
3133 pmap_pv_promote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
3134     struct rwlock **lockp)
3135 {
3136         struct md_page *pvh;
3137         pv_entry_t pv;
3138         vm_offset_t va_last;
3139         vm_page_t m;
3140
3141         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
3142         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
3143             ("pmap_pv_promote_pde: pa is not 2mpage aligned"));
3144         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
3145
3146         /*
3147          * Transfer the first page's pv entry for this mapping to the 2mpage's
3148          * pv list.  Aside from avoiding the cost of a call to get_pv_entry(),
3149          * a transfer avoids the possibility that get_pv_entry() calls
3150          * reclaim_pv_chunk() and that reclaim_pv_chunk() removes one of the
3151          * mappings that is being promoted.
3152          */
3153         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
3154         va = trunc_2mpage(va);
3155         pv = pmap_pvh_remove(&m->md, pmap, va);
3156         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_promote_pde: pv not found"));
3157         pvh = pa_to_pvh(pa);
3158         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
3159         pvh->pv_gen++;
3160         /* Free the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
3161         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
3162         do {
3163                 m++;
3164                 va += PAGE_SIZE;
3165                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
3166         } while (va < va_last);
3167 }
3168
3169 /*
3170  * First find and then destroy the pv entry for the specified pmap and virtual
3171  * address.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or 2MB
3172  * page mappings.
3173  */
3174 static void
3175 pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3176 {
3177         pv_entry_t pv;
3178
3179         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
3180         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pvh_free: pv not found"));
3181         free_pv_entry(pmap, pv);
3182 }
3183
3184 /*
3185  * Conditionally create the PV entry for a 4KB page mapping if the required
3186  * memory can be allocated without resorting to reclamation.
3187  */
3188 static boolean_t
3189 pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
3190     struct rwlock **lockp)
3191 {
3192         pv_entry_t pv;
3193
3194         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
3195         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3196         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
3197         if ((pv = get_pv_entry(pmap, NULL)) != NULL) {
3198                 pv->pv_va = va;
3199                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
3200                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3201                 m->md.pv_gen++;
3202                 return (TRUE);
3203         } else
3204                 return (FALSE);
3205 }
3206
3207 /*
3208  * Conditionally create the PV entry for a 2MB page mapping if the required
3209  * memory can be allocated without resorting to reclamation.
3210  */
3211 static boolean_t
3212 pmap_pv_insert_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
3213     struct rwlock **lockp)
3214 {
3215         struct md_page *pvh;
3216         pv_entry_t pv;
3217
3218         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
3219         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3220         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
3221         if ((pv = get_pv_entry(pmap, NULL)) != NULL) {
3222                 pv->pv_va = va;
3223                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
3224                 pvh = pa_to_pvh(pa);
3225                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
3226                 pvh->pv_gen++;
3227                 return (TRUE);
3228         } else
3229                 return (FALSE);
3230 }
3231
3232 /*
3233  * Fills a page table page with mappings to consecutive physical pages.
3234  */
3235 static void
3236 pmap_fill_ptp(pt_entry_t *firstpte, pt_entry_t newpte)
3237 {
3238         pt_entry_t *pte;
3239
3240         for (pte = firstpte; pte < firstpte + NPTEPG; pte++) {
3241                 *pte = newpte;
3242                 newpte += PAGE_SIZE;
3243         }
3244 }
3245
3246 /*
3247  * Tries to demote a 2MB page mapping.  If demotion fails, the 2MB page
3248  * mapping is invalidated.
3249  */
3250 static boolean_t
3251 pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
3252 {
3253         struct rwlock *lock;
3254         boolean_t rv;
3255
3256         lock = NULL;
3257         rv = pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
3258         if (lock != NULL)
3259                 rw_wunlock(lock);
3260         return (rv);
3261 }
3262
3263 static boolean_t
3264 pmap_demote_pde_locked(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
3265     struct rwlock **lockp)
3266 {
3267         pd_entry_t newpde, oldpde;
3268         pt_entry_t *firstpte, newpte;
3269         pt_entry_t PG_A, PG_G, PG_M, PG_RW, PG_V;
3270         vm_paddr_t mptepa;
3271         vm_page_t mpte;
3272         struct spglist free;
3273         int PG_PTE_CACHE;
3274
3275         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
3276         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
3277         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
3278         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
3279         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3280         PG_PTE_CACHE = pmap_cache_mask(pmap, 0);
3281
3282         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3283         oldpde = *pde;
3284         KASSERT((oldpde & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V),
3285             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_PS and/or PG_V"));
3286         if ((oldpde & PG_A) != 0 && (mpte = pmap_lookup_pt_page(pmap, va)) !=
3287             NULL)
3288                 pmap_remove_pt_page(pmap, mpte);
3289         else {
3290                 KASSERT((oldpde & PG_W) == 0,
3291                     ("pmap_demote_pde: page table page for a wired mapping"
3292                     " is missing"));
3293
3294                 /*
3295                  * Invalidate the 2MB page mapping and return "failure" if the
3296                  * mapping was never accessed or the allocation of the new
3297                  * page table page fails.  If the 2MB page mapping belongs to
3298                  * the direct map region of the kernel's address space, then
3299                  * the page allocation request specifies the highest possible
3300                  * priority (VM_ALLOC_INTERRUPT).  Otherwise, the priority is
3301                  * normal.  Page table pages are preallocated for every other
3302                  * part of the kernel address space, so the direct map region
3303                  * is the only part of the kernel address space that must be
3304                  * handled here.
3305                  */
3306                 if ((oldpde & PG_A) == 0 || (mpte = vm_page_alloc(NULL,
3307                     pmap_pde_pindex(va), (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va <
3308                     DMAP_MAX_ADDRESS ? VM_ALLOC_INTERRUPT : VM_ALLOC_NORMAL) |
3309                     VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED)) == NULL) {
3310                         SLIST_INIT(&free);
3311                         pmap_remove_pde(pmap, pde, trunc_2mpage(va), &free,
3312                             lockp);
3313                         pmap_invalidate_page(pmap, trunc_2mpage(va));
3314                         pmap_free_zero_pages(&free);
3315                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: failure for va %#lx"
3316                             " in pmap %p", va, pmap);
3317                         return (FALSE);
3318                 }
3319                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
3320                         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
3321         }
3322         mptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpte);
3323         firstpte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mptepa);
3324         newpde = mptepa | PG_M | PG_A | (oldpde & PG_U) | PG_RW | PG_V;
3325         KASSERT((oldpde & PG_A) != 0,
3326             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_A"));
3327         KASSERT((oldpde & (PG_M | PG_RW)) != PG_RW,
3328             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_M"));
3329         newpte = oldpde & ~PG_PS;
3330         newpte = pmap_swap_pat(pmap, newpte);
3331
3332         /*
3333          * If the page table page is new, initialize it.
3334          */
3335         if (mpte->wire_count == 1) {
3336                 mpte->wire_count = NPTEPG;
3337                 pmap_fill_ptp(firstpte, newpte);
3338         }
3339         KASSERT((*firstpte & PG_FRAME) == (newpte & PG_FRAME),
3340             ("pmap_demote_pde: firstpte and newpte map different physical"
3341             " addresses"));
3342
3343         /*
3344          * If the mapping has changed attributes, update the page table
3345          * entries.
3346          */
3347         if ((*firstpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpte & PG_PTE_PROMOTE))
3348                 pmap_fill_ptp(firstpte, newpte);
3349
3350         /*
3351          * The spare PV entries must be reserved prior to demoting the
3352          * mapping, that is, prior to changing the PDE.  Otherwise, the state
3353          * of the PDE and the PV lists will be inconsistent, which can result
3354          * in reclaim_pv_chunk() attempting to remove a PV entry from the
3355          * wrong PV list and pmap_pv_demote_pde() failing to find the expected
3356          * PV entry for the 2MB page mapping that is being demoted.
3357          */
3358         if ((oldpde & PG_MANAGED) != 0)
3359                 reserve_pv_entries(pmap, NPTEPG - 1, lockp);
3360
3361         /*
3362          * Demote the mapping.  This pmap is locked.  The old PDE has
3363          * PG_A set.  If the old PDE has PG_RW set, it also has PG_M
3364          * set.  Thus, there is no danger of a race with another
3365          * processor changing the setting of PG_A and/or PG_M between
3366          * the read above and the store below. 
3367          */
3368         if (workaround_erratum383)
3369                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, newpde);
3370         else
3371                 pde_store(pde, newpde);
3372
3373         /*
3374          * Invalidate a stale recursive mapping of the page table page.
3375          */
3376         if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
3377                 pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopte(va));
3378
3379         /*
3380          * Demote the PV entry.
3381          */
3382         if ((oldpde & PG_MANAGED) != 0)
3383                 pmap_pv_demote_pde(pmap, va, oldpde & PG_PS_FRAME, lockp);
3384
3385         atomic_add_long(&pmap_pde_demotions, 1);
3386         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: success for va %#lx"
3387             " in pmap %p", va, pmap);
3388         return (TRUE);
3389 }
3390
3391 /*
3392  * pmap_remove_kernel_pde: Remove a kernel superpage mapping.
3393  */
3394 static void
3395 pmap_remove_kernel_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
3396 {
3397         pd_entry_t newpde;
3398         vm_paddr_t mptepa;
3399         vm_page_t mpte;
3400
3401         KASSERT(pmap == kernel_pmap, ("pmap %p is not kernel_pmap", pmap));
3402         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3403         mpte = pmap_lookup_pt_page(pmap, va);
3404         if (mpte == NULL)
3405                 panic("pmap_remove_kernel_pde: Missing pt page.");
3406
3407         pmap_remove_pt_page(pmap, mpte);
3408         mptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpte);
3409         newpde = mptepa | X86_PG_M | X86_PG_A | X86_PG_RW | X86_PG_V;
3410
3411         /*
3412          * Initialize the page table page.
3413          */
3414         pagezero((void *)PHYS_TO_DMAP(mptepa));
3415
3416         /*
3417          * Demote the mapping.
3418          */
3419         if (workaround_erratum383)
3420                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, newpde);
3421         else
3422                 pde_store(pde, newpde);
3423
3424         /*
3425          * Invalidate a stale recursive mapping of the page table page.
3426          */
3427         pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopte(va));
3428 }
3429
3430 /*
3431  * pmap_remove_pde: do the things to unmap a superpage in a process
3432  */
3433 static int
3434 pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
3435     struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
3436 {
3437         struct md_page *pvh;
3438         pd_entry_t oldpde;
3439         vm_offset_t eva, va;
3440         vm_page_t m, mpte;
3441         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW;
3442
3443         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
3444         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
3445         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
3446         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
3447
3448         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3449         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
3450             ("pmap_remove_pde: sva is not 2mpage aligned"));
3451         oldpde = pte_load_clear(pdq);
3452         if (oldpde & PG_W)
3453                 pmap->pm_stats.wired_count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
3454
3455         /*
3456          * Machines that don't support invlpg, also don't support
3457          * PG_G.
3458          */
3459         if (oldpde & PG_G)
3460                 pmap_invalidate_page(kernel_pmap, sva);
3461         pmap_resident_count_dec(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
3462         if (oldpde & PG_MANAGED) {
3463                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, oldpde & PG_PS_FRAME);
3464                 pvh = pa_to_pvh(oldpde & PG_PS_FRAME);
3465                 pmap_pvh_free(pvh, pmap, sva);
3466                 eva = sva + NBPDR;
3467                 for (va = sva, m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
3468                     va < eva; va += PAGE_SIZE, m++) {
3469                         if ((oldpde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
3470                                 vm_page_dirty(m);
3471                         if (oldpde & PG_A)
3472                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
3473                         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
3474                             TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
3475                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
3476                 }
3477         }
3478         if (pmap == kernel_pmap) {
3479                 pmap_remove_kernel_pde(pmap, pdq, sva);
3480         } else {
3481                 mpte = pmap_lookup_pt_page(pmap, sva);
3482                 if (mpte != NULL) {
3483                         pmap_remove_pt_page(pmap, mpte);
3484                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3485                         KASSERT(mpte->wire_count == NPTEPG,
3486                             ("pmap_remove_pde: pte page wire count error"));
3487                         mpte->wire_count = 0;
3488                         pmap_add_delayed_free_list(mpte, free, FALSE);
3489                         atomic_subtract_int(&cnt.v_wire_count, 1);
3490                 }
3491         }
3492         return (pmap_unuse_pt(pmap, sva, *pmap_pdpe(pmap, sva), free));
3493 }
3494
3495 /*
3496  * pmap_remove_pte: do the things to unmap a page in a process
3497  */
3498 static int
3499 pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t va, 
3500     pd_entry_t ptepde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
3501 {
3502         struct md_page *pvh;
3503         pt_entry_t oldpte, PG_A, PG_M, PG_RW;
3504         vm_page_t m;
3505
3506         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
3507         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
3508         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
3509
3510         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3511         oldpte = pte_load_clear(ptq);
3512         if (oldpte & PG_W)
3513                 pmap->pm_stats.wired_count -= 1;
3514         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3515         if (oldpte & PG_MANAGED) {
3516                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpte & PG_FRAME);
3517                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
3518                         vm_page_dirty(m);
3519                 if (oldpte & PG_A)
3520                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
3521                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
3522                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
3523                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
3524                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
3525                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3526                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
3527                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
3528                 }
3529         }
3530         return (pmap_unuse_pt(pmap, va, ptepde, free));
3531 }
3532
3533 /*
3534  * Remove a single page from a process address space
3535  */
3536 static void
3537 pmap_remove_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
3538     struct spglist *free)
3539 {
3540         struct rwlock *lock;
3541         pt_entry_t *pte, PG_V;
3542
3543         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3544         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3545         if ((*pde & PG_V) == 0)
3546                 return;
3547         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
3548         if ((*pte & PG_V) == 0)
3549                 return;
3550         lock = NULL;
3551         pmap_remove_pte(pmap, pte, va, *pde, free, &lock);
3552         if (lock != NULL)
3553                 rw_wunlock(lock);
3554         pmap_invalidate_page(pmap, va);
3555 }
3556
3557 /*
3558  *      Remove the given range of addresses from the specified map.
3559  *
3560  *      It is assumed that the start and end are properly
3561  *      rounded to the page size.
3562  */
3563 void
3564 pmap_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3565 {
3566         struct rwlock *lock;
3567         vm_offset_t va, va_next;
3568         pml4_entry_t *pml4e;
3569         pdp_entry_t *pdpe;
3570         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
3571         pt_entry_t *pte, PG_G, PG_V;
3572         struct spglist free;
3573         int anyvalid;
3574
3575         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
3576         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3577
3578         /*
3579          * Perform an unsynchronized read.  This is, however, safe.
3580          */
3581         if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
3582                 return;
3583
3584         anyvalid = 0;
3585         SLIST_INIT(&free);
3586
3587         rw_rlock(&pvh_global_lock);
3588         PMAP_LOCK(pmap);
3589
3590         /*
3591          * special handling of removing one page.  a very
3592          * common operation and easy to short circuit some
3593          * code.
3594          */
3595         if (sva + PAGE_SIZE == eva) {
3596                 pde = pmap_pde(pmap, sva);
3597                 if (pde && (*pde & PG_PS) == 0) {
3598                         pmap_remove_page(pmap, sva, pde, &free);
3599                         goto out;
3600                 }
3601         }
3602
3603         lock = NULL;
3604         for (; sva < eva; sva = va_next) {
3605
3606                 if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
3607                         break;
3608
3609                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
3610                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
3611                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
3612                         if (va_next < sva)
3613                                 va_next = eva;
3614                         continue;
3615                 }
3616
3617                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
3618                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
3619                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
3620                         if (va_next < sva)
3621                                 va_next = eva;
3622                         continue;
3623                 }
3624
3625                 /*
3626                  * Calculate index for next page table.
3627                  */
3628                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
3629                 if (va_next < sva)
3630                         va_next = eva;
3631
3632                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
3633                 ptpaddr = *pde;
3634
3635                 /*
3636                  * Weed out invalid mappings.
3637                  */
3638                 if (ptpaddr == 0)
3639                         continue;
3640
3641                 /*
3642                  * Check for large page.
3643                  */
3644                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
3645                         /*
3646                          * Are we removing the entire large page?  If not,
3647                          * demote the mapping and fall through.
3648                          */
3649                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
3650                                 /*
3651                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
3652                                  * invalidated by pmap_remove_pde().
3653                                  */
3654                                 if ((ptpaddr & PG_G) == 0)
3655                                         anyvalid = 1;
3656                                 pmap_remove_pde(pmap, pde, sva, &free, &lock);
3657                                 continue;
3658                         } else if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, sva,
3659                             &lock)) {
3660                                 /* The large page mapping was destroyed. */
3661                                 continue;
3662                         } else
3663                                 ptpaddr = *pde;
3664                 }
3665
3666                 /*
3667                  * Limit our scan to either the end of the va represented
3668                  * by the current page table page, or to the end of the
3669                  * range being removed.
3670                  */
3671                 if (va_next > eva)
3672                         va_next = eva;
3673
3674                 va = va_next;
3675                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
3676                     sva += PAGE_SIZE) {
3677                         if (*pte == 0) {
3678                                 if (va != va_next) {
3679                                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
3680                                         va = va_next;
3681                                 }
3682                                 continue;
3683                         }
3684                         if ((*pte & PG_G) == 0)
3685                                 anyvalid = 1;
3686                         else if (va == va_next)
3687                                 va = sva;
3688                         if (pmap_remove_pte(pmap, pte, sva, ptpaddr, &free,
3689                             &lock)) {
3690                                 sva += PAGE_SIZE;
3691                                 break;
3692                         }
3693                 }
3694                 if (va != va_next)
3695                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
3696         }
3697         if (lock != NULL)
3698                 rw_wunlock(lock);
3699 out:
3700         if (anyvalid)
3701                 pmap_invalidate_all(pmap);
3702         rw_runlock(&pvh_global_lock);   
3703         PMAP_UNLOCK(pmap);
3704         pmap_free_zero_pages(&free);
3705 }
3706
3707 /*
3708  *      Routine:        pmap_remove_all
3709  *      Function:
3710  *              Removes this physical page from
3711  *              all physical maps in which it resides.
3712  *              Reflects back modify bits to the pager.
3713  *
3714  *      Notes:
3715  *              Original versions of this routine were very
3716  *              inefficient because they iteratively called
3717  *              pmap_remove (slow...)
3718  */
3719
3720 void
3721 pmap_remove_all(vm_page_t m)
3722 {
3723         struct md_page *pvh;
3724         pv_entry_t pv;
3725         pmap_t pmap;
3726         pt_entry_t *pte, tpte, PG_A, PG_M, PG_RW;
3727         pd_entry_t *pde;
3728         vm_offset_t va;
3729         struct spglist free;
3730
3731         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
3732             ("pmap_remove_all: page %p is not managed", m));
3733         SLIST_INIT(&free);
3734         rw_wlock(&pvh_global_lock);
3735         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0)
3736                 goto small_mappings;
3737         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3738         while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != NULL) {
3739                 pmap = PV_PMAP(pv);
3740                 PMAP_LOCK(pmap);
3741                 va = pv->pv_va;
3742                 pde = pmap_pde(pmap, va);
3743                 (void)pmap_demote_pde(pmap, pde, va);
3744                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3745         }
3746 small_mappings:
3747         while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
3748                 pmap = PV_PMAP(pv);
3749                 PMAP_LOCK(pmap);
3750                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
3751                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
3752                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
3753                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3754                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
3755                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_remove_all: found"
3756                     " a 2mpage in page %p's pv list", m));
3757                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
3758                 tpte = pte_load_clear(pte);
3759                 if (tpte & PG_W)
3760                         pmap->pm_stats.wired_count--;
3761                 if (tpte & PG_A)
3762                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
3763
3764                 /*
3765                  * Update the vm_page_t clean and reference bits.
3766                  */
3767                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
3768                         vm_page_dirty(m);
3769                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, *pde, &free);
3770                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
3771                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3772                 m->md.pv_gen++;
3773                 free_pv_entry(pmap, pv);
3774                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3775         }
3776         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
3777         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
3778         pmap_free_zero_pages(&free);
3779 }
3780
3781 /*
3782  * pmap_protect_pde: do the things to protect a 2mpage in a process
3783  */
3784 static boolean_t
3785 pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva, vm_prot_t prot)
3786 {
3787         pd_entry_t newpde, oldpde;
3788         vm_offset_t eva, va;
3789         vm_page_t m;
3790         boolean_t anychanged;
3791         pt_entry_t PG_G, PG_M, PG_RW;
3792
3793         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
3794         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
3795         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
3796
3797         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3798         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
3799             ("pmap_protect_pde: sva is not 2mpage aligned"));
3800         anychanged = FALSE;
3801 retry:
3802         oldpde = newpde = *pde;
3803         if (oldpde & PG_MANAGED) {
3804                 eva = sva + NBPDR;
3805                 for (va = sva, m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
3806                     va < eva; va += PAGE_SIZE, m++)
3807                         if ((oldpde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
3808                                 vm_page_dirty(m);
3809         }
3810         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0)
3811                 newpde &= ~(PG_RW | PG_M);
3812         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
3813                 newpde |= pg_nx;
3814         if (newpde != oldpde) {
3815                 if (!atomic_cmpset_long(pde, oldpde, newpde))
3816                         goto retry;
3817                 if (oldpde & PG_G)
3818                         pmap_invalidate_page(pmap, sva);
3819                 else
3820                         anychanged = TRUE;
3821         }
3822         return (anychanged);
3823 }
3824
3825 /*
3826  *      Set the physical protection on the
3827  *      specified range of this map as requested.
3828  */
3829 void
3830 pmap_protect(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, vm_prot_t prot)
3831 {
3832         vm_offset_t va_next;
3833         pml4_entry_t *pml4e;
3834         pdp_entry_t *pdpe;
3835         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
3836         pt_entry_t *pte, PG_G, PG_M, PG_RW, PG_V;
3837         boolean_t anychanged, pv_lists_locked;
3838
3839         if ((prot & VM_PROT_READ) == VM_PROT_NONE) {
3840                 pmap_remove(pmap, sva, eva);
3841                 return;
3842         }
3843
3844         if ((prot & (VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE)) ==
3845             (VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE))
3846                 return;
3847
3848         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
3849         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
3850         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3851         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
3852         pv_lists_locked = FALSE;
3853 resume:
3854         anychanged = FALSE;
3855
3856         PMAP_LOCK(pmap);
3857         for (; sva < eva; sva = va_next) {
3858
3859                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
3860                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
3861                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
3862                         if (va_next < sva)
3863                                 va_next = eva;
3864                         continue;
3865                 }
3866
3867                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
3868                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
3869                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
3870                         if (va_next < sva)
3871                                 va_next = eva;
3872                         continue;
3873                 }
3874
3875                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
3876                 if (va_next < sva)
3877                         va_next = eva;
3878
3879                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
3880                 ptpaddr = *pde;
3881
3882                 /*
3883                  * Weed out invalid mappings.
3884                  */
3885                 if (ptpaddr == 0)
3886                         continue;
3887
3888                 /*
3889                  * Check for large page.
3890                  */
3891                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
3892                         /*
3893                          * Are we protecting the entire large page?  If not,
3894                          * demote the mapping and fall through.
3895                          */
3896                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
3897                                 /*
3898                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
3899                                  * invalidated by pmap_protect_pde().
3900                                  */
3901                                 if (pmap_protect_pde(pmap, pde, sva, prot))
3902                                         anychanged = TRUE;
3903                                 continue;
3904                         } else {
3905                                 if (!pv_lists_locked) {
3906                                         pv_lists_locked = TRUE;
3907                                         if (!rw_try_rlock(&pvh_global_lock)) {
3908                                                 if (anychanged)
3909                                                         pmap_invalidate_all(
3910                                                             pmap);
3911                                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3912                                                 rw_rlock(&pvh_global_lock);
3913                                                 goto resume;
3914                                         }
3915                                 }
3916                                 if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, sva)) {
3917                                         /*
3918                                          * The large page mapping was
3919                                          * destroyed.
3920                                          */
3921                                         continue;
3922                                 }
3923                         }
3924                 }
3925
3926                 if (va_next > eva)
3927                         va_next = eva;
3928
3929                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
3930                     sva += PAGE_SIZE) {
3931                         pt_entry_t obits, pbits;
3932                         vm_page_t m;
3933
3934 retry:
3935                         obits = pbits = *pte;
3936                         if ((pbits & PG_V) == 0)
3937                                 continue;
3938
3939                         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
3940                                 if ((pbits & (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) ==
3941                                     (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) {
3942                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pbits & PG_FRAME);
3943                                         vm_page_dirty(m);
3944                                 }
3945                                 pbits &= ~(PG_RW | PG_M);
3946                         }
3947                         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
3948                                 pbits |= pg_nx;
3949
3950                         if (pbits != obits) {
3951                                 if (!atomic_cmpset_long(pte, obits, pbits))
3952                                         goto retry;
3953                                 if (obits & PG_G)
3954                                         pmap_invalidate_page(pmap, sva);
3955                                 else
3956                                         anychanged = TRUE;
3957                         }
3958                 }
3959         }
3960         if (anychanged)
3961                 pmap_invalidate_all(pmap);
3962         if (pv_lists_locked)
3963                 rw_runlock(&pvh_global_lock);
3964         PMAP_UNLOCK(pmap);
3965 }
3966
3967 /*
3968  * Tries to promote the 512, contiguous 4KB page mappings that are within a
3969  * single page table page (PTP) to a single 2MB page mapping.  For promotion
3970  * to occur, two conditions must be met: (1) the 4KB page mappings must map
3971  * aligned, contiguous physical memory and (2) the 4KB page mappings must have
3972  * identical characteristics. 
3973  */
3974 static void
3975 pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
3976     struct rwlock **lockp)
3977 {
3978         pd_entry_t newpde;
3979         pt_entry_t *firstpte, oldpte, pa, *pte;
3980         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
3981         vm_offset_t oldpteva;
3982         vm_page_t mpte;
3983         int PG_PTE_CACHE;
3984
3985         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
3986         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
3987         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
3988         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3989         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
3990         PG_PTE_CACHE = pmap_cache_mask(pmap, 0);
3991
3992         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3993
3994         /*
3995          * Examine the first PTE in the specified PTP.  Abort if this PTE is
3996          * either invalid, unused, or does not map the first 4KB physical page
3997          * within a 2MB page. 
3998          */
3999         firstpte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pde & PG_FRAME);
4000 setpde:
4001         newpde = *firstpte;
4002         if ((newpde & ((PG_FRAME & PDRMASK) | PG_A | PG_V)) != (PG_A | PG_V)) {
4003                 atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
4004                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
4005                     " in pmap %p", va, pmap);
4006                 return;
4007         }
4008         if ((newpde & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
4009                 /*
4010                  * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared without
4011                  * a TLB invalidation.
4012                  */
4013                 if (!atomic_cmpset_long(firstpte, newpde, newpde & ~PG_RW))
4014                         goto setpde;
4015                 newpde &= ~PG_RW;
4016         }
4017
4018         /*
4019          * Examine each of the other PTEs in the specified PTP.  Abort if this
4020          * PTE maps an unexpected 4KB physical page or does not have identical
4021          * characteristics to the first PTE.
4022          */
4023         pa = (newpde & (PG_PS_FRAME | PG_A | PG_V)) + NBPDR - PAGE_SIZE;
4024         for (pte = firstpte + NPTEPG - 1; pte > firstpte; pte--) {
4025 setpte:
4026                 oldpte = *pte;
4027                 if ((oldpte & (PG_FRAME | PG_A | PG_V)) != pa) {
4028                         atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
4029                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
4030                             " in pmap %p", va, pmap);
4031                         return;
4032                 }
4033                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
4034                         /*
4035                          * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared
4036                          * without a TLB invalidation.
4037                          */
4038                         if (!atomic_cmpset_long(pte, oldpte, oldpte & ~PG_RW))
4039                                 goto setpte;
4040                         oldpte &= ~PG_RW;
4041                         oldpteva = (oldpte & PG_FRAME & PDRMASK) |
4042                             (va & ~PDRMASK);
4043                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: protect for va %#lx"
4044                             " in pmap %p", oldpteva, pmap);
4045                 }
4046                 if ((oldpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpde & PG_PTE_PROMOTE)) {
4047                         atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
4048                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
4049                             " in pmap %p", va, pmap);
4050                         return;
4051                 }
4052                 pa -= PAGE_SIZE;
4053         }
4054
4055         /*
4056          * Save the page table page in its current state until the PDE
4057          * mapping the superpage is demoted by pmap_demote_pde() or
4058          * destroyed by pmap_remove_pde(). 
4059          */
4060         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
4061         KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
4062             mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
4063             ("pmap_promote_pde: page table page is out of range"));
4064         KASSERT(mpte->pindex == pmap_pde_pindex(va),
4065             ("pmap_promote_pde: page table page's pindex is wrong"));
4066         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mpte)) {
4067                 atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
4068                 CTR2(KTR_PMAP,
4069                     "pmap_promote_pde: failure for va %#lx in pmap %p", va,
4070                     pmap);
4071                 return;
4072         }
4073
4074         /*
4075          * Promote the pv entries.
4076          */
4077         if ((newpde & PG_MANAGED) != 0)
4078                 pmap_pv_promote_pde(pmap, va, newpde & PG_PS_FRAME, lockp);
4079
4080         /*
4081          * Propagate the PAT index to its proper position.
4082          */
4083         newpde = pmap_swap_pat(pmap, newpde);
4084
4085         /*
4086          * Map the superpage.
4087          */
4088         if (workaround_erratum383)
4089                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, PG_PS | newpde);
4090         else
4091                 pde_store(pde, PG_PS | newpde);
4092
4093         atomic_add_long(&pmap_pde_promotions, 1);
4094         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: success for va %#lx"
4095             " in pmap %p", va, pmap);
4096 }
4097
4098 /*
4099  *      Insert the given physical page (p) at
4100  *      the specified virtual address (v) in the
4101  *      target physical map with the protection requested.
4102  *
4103  *      If specified, the page will be wired down, meaning
4104  *      that the related pte can not be reclaimed.
4105  *
4106  *      NB:  This is the only routine which MAY NOT lazy-evaluate
4107  *      or lose information.  That is, this routine must actually
4108  *      insert this page into the given map NOW.
4109  */
4110 void
4111 pmap_enter(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_prot_t access, vm_page_t m,
4112     vm_prot_t prot, boolean_t wired)
4113 {
4114         struct rwlock *lock;
4115         pd_entry_t *pde;
4116         pt_entry_t *pte, PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
4117         pt_entry_t newpte, origpte;
4118         pv_entry_t pv;
4119         vm_paddr_t opa, pa;
4120         vm_page_t mpte, om;
4121
4122         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
4123         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
4124         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4125         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4126         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4127
4128         va = trunc_page(va);
4129         KASSERT(va <= VM_MAX_KERNEL_ADDRESS, ("pmap_enter: toobig"));
4130         KASSERT(va < UPT_MIN_ADDRESS || va >= UPT_MAX_ADDRESS,
4131             ("pmap_enter: invalid to pmap_enter page table pages (va: 0x%lx)",
4132             va));
4133         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0 || va < kmi.clean_sva ||
4134             va >= kmi.clean_eva,
4135             ("pmap_enter: managed mapping within the clean submap"));
4136         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 && !vm_page_xbusied(m))
4137                 VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
4138         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
4139         newpte = (pt_entry_t)(pa | PG_A | PG_V);
4140         if ((access & VM_PROT_WRITE) != 0)
4141                 newpte |= PG_M;
4142         if ((prot & VM_PROT_WRITE) != 0)
4143                 newpte |= PG_RW;
4144         KASSERT((newpte & (PG_M | PG_RW)) != PG_M,
4145             ("pmap_enter: access includes VM_PROT_WRITE but prot doesn't"));
4146         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
4147                 newpte |= pg_nx;
4148         if (wired)
4149                 newpte |= PG_W;
4150         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
4151                 newpte |= PG_U;
4152         if (pmap == kernel_pmap)
4153                 newpte |= PG_G;
4154         newpte |= pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, 0);
4155
4156         /*
4157          * Set modified bit gratuitously for writeable mappings if
4158          * the page is unmanaged. We do not want to take a fault
4159          * to do the dirty bit accounting for these mappings.
4160          */
4161         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0) {
4162                 if ((newpte & PG_RW) != 0)
4163                         newpte |= PG_M;
4164         }
4165
4166         mpte = NULL;
4167
4168         lock = NULL;
4169         rw_rlock(&pvh_global_lock);
4170         PMAP_LOCK(pmap);
4171
4172         /*
4173          * In the case that a page table page is not
4174          * resident, we are creating it here.
4175          */
4176 retry:
4177         pde = pmap_pde(pmap, va);
4178         if (pde != NULL && (*pde & PG_V) != 0 && ((*pde & PG_PS) == 0 ||
4179             pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock))) {
4180                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
4181                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS && mpte == NULL) {
4182                         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
4183                         mpte->wire_count++;
4184                 }
4185         } else if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
4186                 /*
4187                  * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been
4188                  * deallocated.
4189                  */
4190                 mpte = _pmap_allocpte(pmap, pmap_pde_pindex(va), &lock);
4191                 goto retry;
4192         } else
4193                 panic("pmap_enter: invalid page directory va=%#lx", va);
4194
4195         origpte = *pte;
4196
4197         /*
4198          * Is the specified virtual address already mapped?
4199          */
4200         if ((origpte & PG_V) != 0) {
4201                 /*
4202                  * Wiring change, just update stats. We don't worry about
4203                  * wiring PT pages as they remain resident as long as there
4204                  * are valid mappings in them. Hence, if a user page is wired,
4205                  * the PT page will be also.
4206                  */
4207                 if ((newpte & PG_W) != 0 && (origpte & PG_W) == 0)
4208                         pmap->pm_stats.wired_count++;
4209                 else if ((newpte & PG_W) == 0 && (origpte & PG_W) != 0)
4210                         pmap->pm_stats.wired_count--;
4211
4212                 /*
4213                  * Remove the extra PT page reference.
4214                  */
4215                 if (mpte != NULL) {
4216                         mpte->wire_count--;
4217                         KASSERT(mpte->wire_count > 0,
4218                             ("pmap_enter: missing reference to page table page,"
4219                              " va: 0x%lx", va));
4220                 }
4221
4222                 /*
4223                  * Has the physical page changed?
4224                  */
4225                 opa = origpte & PG_FRAME;
4226                 if (opa == pa) {
4227                         /*
4228                          * No, might be a protection or wiring change.
4229                          */
4230                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0) {
4231                                 newpte |= PG_MANAGED;
4232                                 if ((newpte & PG_RW) != 0)
4233                                         vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
4234                         }
4235                         if (((origpte ^ newpte) & ~(PG_M | PG_A)) == 0)
4236                                 goto unchanged;
4237                         goto validate;
4238                 }
4239         } else {
4240                 /*
4241                  * Increment the counters.
4242                  */
4243                 if ((newpte & PG_W) != 0)
4244                         pmap->pm_stats.wired_count++;
4245                 pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
4246         }
4247
4248         /*
4249          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
4250          */
4251         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
4252                 newpte |= PG_MANAGED;
4253                 pv = get_pv_entry(pmap, &lock);
4254                 pv->pv_va = va;
4255                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, pa);
4256                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4257                 m->md.pv_gen++;
4258                 if ((newpte & PG_RW) != 0)
4259                         vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
4260         }
4261
4262         /*
4263          * Update the PTE.
4264          */
4265         if ((origpte & PG_V) != 0) {
4266 validate:
4267                 origpte = pte_load_store(pte, newpte);
4268                 opa = origpte & PG_FRAME;
4269                 if (opa != pa) {
4270                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0) {
4271                                 om = PHYS_TO_VM_PAGE(opa);
4272                                 if ((origpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M |
4273                                     PG_RW))
4274                                         vm_page_dirty(om);
4275                                 if ((origpte & PG_A) != 0)
4276                                         vm_page_aflag_set(om, PGA_REFERENCED);
4277                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, opa);
4278                                 pmap_pvh_free(&om->md, pmap, va);
4279                                 if ((om->aflags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
4280                                     TAILQ_EMPTY(&om->md.pv_list) &&
4281                                     ((om->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
4282                                     TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(opa)->pv_list)))
4283                                         vm_page_aflag_clear(om, PGA_WRITEABLE);
4284                         }
4285                 } else if ((newpte & PG_M) == 0 && (origpte & (PG_M |
4286                     PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
4287                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0)
4288                                 vm_page_dirty(m);
4289
4290                         /*
4291                          * Although the PTE may still have PG_RW set, TLB
4292                          * invalidation may nonetheless be required because
4293                          * the PTE no longer has PG_M set.
4294                          */
4295                 } else if ((origpte & PG_NX) != 0 || (newpte & PG_NX) == 0) {
4296                         /*
4297                          * This PTE change does not require TLB invalidation.
4298                          */
4299                         goto unchanged;
4300                 }
4301                 if ((origpte & PG_A) != 0)
4302                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
4303         } else
4304                 pte_store(pte, newpte);
4305
4306 unchanged:
4307
4308         /*
4309          * If both the page table page and the reservation are fully
4310          * populated, then attempt promotion.
4311          */
4312         if ((mpte == NULL || mpte->wire_count == NPTEPG) &&
4313             pmap_ps_enabled(pmap) &&
4314             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
4315             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0)
4316                 pmap_promote_pde(pmap, pde, va, &lock);
4317
4318         if (lock != NULL)
4319                 rw_wunlock(lock);
4320         rw_runlock(&pvh_global_lock);
4321         PMAP_UNLOCK(pmap);
4322 }
4323
4324 /*
4325  * Tries to create a 2MB page mapping.  Returns TRUE if successful and FALSE
4326  * otherwise.  Fails if (1) a page table page cannot be allocated without
4327  * blocking, (2) a mapping already exists at the specified virtual address, or
4328  * (3) a pv entry cannot be allocated without reclaiming another pv entry. 
4329  */
4330 static boolean_t
4331 pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
4332     struct rwlock **lockp)
4333 {
4334         pd_entry_t *pde, newpde;
4335         pt_entry_t PG_V;
4336         vm_page_t mpde;
4337         struct spglist free;
4338
4339         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4340         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
4341         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4342
4343         if ((mpde = pmap_allocpde(pmap, va, NULL)) == NULL) {
4344                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
4345                     " in pmap %p", va, pmap);
4346                 return (FALSE);
4347         }
4348         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mpde));
4349         pde = &pde[pmap_pde_index(va)];
4350         if ((*pde & PG_V) != 0) {
4351                 KASSERT(mpde->wire_count > 1,
4352                     ("pmap_enter_pde: mpde's wire count is too low"));
4353                 mpde->wire_count--;
4354                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
4355                     " in pmap %p", va, pmap);
4356                 return (FALSE);
4357         }
4358         newpde = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, 1) |
4359             PG_PS | PG_V;
4360         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
4361                 newpde |= PG_MANAGED;
4362
4363                 /*
4364                  * Abort this mapping if its PV entry could not be created.
4365                  */
4366                 if (!pmap_pv_insert_pde(pmap, va, VM_PAGE_TO_PHYS(m),
4367                     lockp)) {
4368                         SLIST_INIT(&free);
4369                         if (pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpde, &free)) {
4370                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
4371                                 pmap_free_zero_pages(&free);
4372                         }
4373                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
4374                             " in pmap %p", va, pmap);
4375                         return (FALSE);
4376                 }
4377         }
4378         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
4379                 newpde |= pg_nx;
4380         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
4381                 newpde |= PG_U;
4382
4383         /*
4384          * Increment counters.
4385          */
4386         pmap_resident_count_inc(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
4387
4388         /*
4389          * Map the superpage.
4390          */
4391         pde_store(pde, newpde);
4392
4393         atomic_add_long(&pmap_pde_mappings, 1);
4394         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: success for va %#lx"
4395             " in pmap %p", va, pmap);
4396         return (TRUE);
4397 }
4398
4399 /*
4400  * Maps a sequence of resident pages belonging to the same object.
4401  * The sequence begins with the given page m_start.  This page is
4402  * mapped at the given virtual address start.  Each subsequent page is
4403  * mapped at a virtual address that is offset from start by the same
4404  * amount as the page is offset from m_start within the object.  The
4405  * last page in the sequence is the page with the largest offset from
4406  * m_start that can be mapped at a virtual address less than the given
4407  * virtual address end.  Not every virtual page between start and end
4408  * is mapped; only those for which a resident page exists with the
4409  * corresponding offset from m_start are mapped.
4410  */
4411 void
4412 pmap_enter_object(pmap_t pmap, vm_offset_t start, vm_offset_t end,
4413     vm_page_t m_start, vm_prot_t prot)
4414 {
4415         struct rwlock *lock;
4416         vm_offset_t va;
4417         vm_page_t m, mpte;
4418         vm_pindex_t diff, psize;
4419
4420         VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m_start->object);
4421
4422         psize = atop(end - start);
4423         mpte = NULL;
4424         m = m_start;
4425         lock = NULL;
4426         rw_rlock(&pvh_global_lock);
4427         PMAP_LOCK(pmap);
4428         while (m != NULL && (diff = m->pindex - m_start->pindex) < psize) {
4429                 va = start + ptoa(diff);
4430                 if ((va & PDRMASK) == 0 && va + NBPDR <= end &&
4431                     (VM_PAGE_TO_PHYS(m) & PDRMASK) == 0 &&
4432                     pmap_ps_enabled(pmap) &&
4433                     vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0 &&
4434                     pmap_enter_pde(pmap, va, m, prot, &lock))
4435                         m = &m[NBPDR / PAGE_SIZE - 1];
4436                 else
4437                         mpte = pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot,
4438                             mpte, &lock);
4439                 m = TAILQ_NEXT(m, listq);
4440         }
4441         if (lock != NULL)
4442                 rw_wunlock(lock);
4443         rw_runlock(&pvh_global_lock);
4444         PMAP_UNLOCK(pmap);
4445 }
4446
4447 /*
4448  * this code makes some *MAJOR* assumptions:
4449  * 1. Current pmap & pmap exists.
4450  * 2. Not wired.
4451  * 3. Read access.
4452  * 4. No page table pages.
4453  * but is *MUCH* faster than pmap_enter...
4454  */
4455
4456 void
4457 pmap_enter_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot)
4458 {
4459         struct rwlock *lock;
4460
4461         lock = NULL;
4462         rw_rlock(&pvh_global_lock);
4463         PMAP_LOCK(pmap);
4464         (void)pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot, NULL, &lock);
4465         if (lock != NULL)
4466                 rw_wunlock(lock);
4467         rw_runlock(&pvh_global_lock);
4468         PMAP_UNLOCK(pmap);
4469 }
4470
4471 static vm_page_t
4472 pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
4473     vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp)
4474 {
4475         struct spglist free;
4476         pt_entry_t *pte, PG_V;
4477         vm_paddr_t pa;
4478
4479         KASSERT(va < kmi.clean_sva || va >= kmi.clean_eva ||
4480             (m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0,
4481             ("pmap_enter_quick_locked: managed mapping within the clean submap"));
4482         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4483         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
4484         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4485
4486         /*
4487          * In the case that a page table page is not
4488          * resident, we are creating it here.
4489          */
4490         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
4491                 vm_pindex_t ptepindex;
4492                 pd_entry_t *ptepa;
4493
4494                 /*
4495                  * Calculate pagetable page index
4496                  */
4497                 ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
4498                 if (mpte && (mpte->pindex == ptepindex)) {
4499                         mpte->wire_count++;
4500                 } else {
4501                         /*
4502                          * Get the page directory entry
4503                          */
4504                         ptepa = pmap_pde(pmap, va);
4505
4506                         /*
4507                          * If the page table page is mapped, we just increment
4508                          * the hold count, and activate it.  Otherwise, we
4509                          * attempt to allocate a page table page.  If this
4510                          * attempt fails, we don't retry.  Instead, we give up.
4511                          */
4512                         if (ptepa && (*ptepa & PG_V) != 0) {
4513                                 if (*ptepa & PG_PS)
4514                                         return (NULL);
4515                                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*ptepa & PG_FRAME);
4516                                 mpte->wire_count++;
4517                         } else {
4518                                 /*
4519                                  * Pass NULL instead of the PV list lock
4520                                  * pointer, because we don't intend to sleep.
4521                                  */
4522                                 mpte = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex, NULL);
4523                                 if (mpte == NULL)
4524                                         return (mpte);
4525                         }
4526                 }
4527                 pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mpte));
4528                 pte = &pte[pmap_pte_index(va)];
4529         } else {
4530                 mpte = NULL;
4531                 pte = vtopte(va);
4532         }
4533         if (*pte) {
4534                 if (mpte != NULL) {
4535                         mpte->wire_count--;
4536                         mpte = NULL;
4537                 }
4538                 return (mpte);
4539         }
4540
4541         /*
4542          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
4543          */
4544         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 &&
4545             !pmap_try_insert_pv_entry(pmap, va, m, lockp)) {
4546                 if (mpte != NULL) {
4547                         SLIST_INIT(&free);
4548                         if (pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpte, &free)) {
4549                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
4550                                 pmap_free_zero_pages(&free);
4551                         }
4552                         mpte = NULL;
4553                 }
4554                 return (mpte);
4555         }
4556
4557         /*
4558          * Increment counters
4559          */
4560         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
4561
4562         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, 0);
4563         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
4564                 pa |= pg_nx;
4565
4566         /*
4567          * Now validate mapping with RO protection
4568          */
4569         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
4570                 pte_store(pte, pa | PG_V | PG_U);
4571         else
4572                 pte_store(pte, pa | PG_V | PG_U | PG_MANAGED);
4573         return (mpte);
4574 }
4575
4576 /*
4577  * Make a temporary mapping for a physical address.  This is only intended
4578  * to be used for panic dumps.
4579  */
4580 void *
4581 pmap_kenter_temporary(vm_paddr_t pa, int i)
4582 {
4583         vm_offset_t va;
4584
4585         va = (vm_offset_t)crashdumpmap + (i * PAGE_SIZE);
4586         pmap_kenter(va, pa);
4587         invlpg(va);
4588         return ((void *)crashdumpmap);
4589 }
4590
4591 /*
4592  * This code maps large physical mmap regions into the
4593  * processor address space.  Note that some shortcuts
4594  * are taken, but the code works.
4595  */
4596 void
4597 pmap_object_init_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_object_t object,
4598     vm_pindex_t pindex, vm_size_t size)
4599 {
4600         pd_entry_t *pde;
4601         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
4602         vm_paddr_t pa, ptepa;
4603         vm_page_t p, pdpg;
4604         int pat_mode;
4605
4606         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
4607         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4608         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4609         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4610
4611         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
4612         KASSERT(object->type == OBJT_DEVICE || object->type == OBJT_SG,
4613             ("pmap_object_init_pt: non-device object"));
4614         if ((addr & (NBPDR - 1)) == 0 && (size & (NBPDR - 1)) == 0) {
4615                 if (!pmap_ps_enabled(pmap))
4616                         return;
4617                 if (!vm_object_populate(object, pindex, pindex + atop(size)))
4618                         return;
4619                 p = vm_page_lookup(object, pindex);
4620                 KASSERT(p->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
4621                     ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
4622                 pat_mode = p->md.pat_mode;
4623
4624                 /*
4625                  * Abort the mapping if the first page is not physically
4626                  * aligned to a 2MB page boundary.
4627                  */
4628                 ptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(p);
4629                 if (ptepa & (NBPDR - 1))
4630                         return;
4631
4632                 /*
4633                  * Skip the first page.  Abort the mapping if the rest of
4634                  * the pages are not physically contiguous or have differing
4635                  * memory attributes.
4636                  */
4637                 p = TAILQ_NEXT(p, listq);
4638                 for (pa = ptepa + PAGE_SIZE; pa < ptepa + size;
4639                     pa += PAGE_SIZE) {
4640                         KASSERT(p->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
4641                             ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
4642                         if (pa != VM_PAGE_TO_PHYS(p) ||
4643                             pat_mode != p->md.pat_mode)
4644                                 return;
4645                         p = TAILQ_NEXT(p, listq);
4646                 }
4647
4648                 /*
4649                  * Map using 2MB pages.  Since "ptepa" is 2M aligned and
4650                  * "size" is a multiple of 2M, adding the PAT setting to "pa"
4651                  * will not affect the termination of this loop.
4652                  */ 
4653                 PMAP_LOCK(pmap);
4654                 for (pa = ptepa | pmap_cache_bits(pmap, pat_mode, 1);
4655                     pa < ptepa + size; pa += NBPDR) {
4656                         pdpg = pmap_allocpde(pmap, addr, NULL);
4657                         if (pdpg == NULL) {
4658                                 /*
4659                                  * The creation of mappings below is only an
4660                                  * optimization.  If a page directory page
4661                                  * cannot be allocated without blocking,
4662                                  * continue on to the next mapping rather than
4663                                  * blocking.
4664                                  */
4665                                 addr += NBPDR;
4666                                 continue;
4667                         }
4668                         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pdpg));
4669                         pde = &pde[pmap_pde_index(addr)];
4670                         if ((*pde & PG_V) == 0) {
4671                                 pde_store(pde, pa | PG_PS | PG_M | PG_A |
4672                                     PG_U | PG_RW | PG_V);
4673                                 pmap_resident_count_inc(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
4674                                 atomic_add_long(&pmap_pde_mappings, 1);
4675                         } else {
4676                                 /* Continue on if the PDE is already valid. */
4677                                 pdpg->wire_count--;
4678                                 KASSERT(pdpg->wire_count > 0,
4679                                     ("pmap_object_init_pt: missing reference "
4680                                     "to page directory page, va: 0x%lx", addr));
4681                         }
4682                         addr += NBPDR;
4683                 }
4684                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4685         }
4686 }
4687
4688 /*
4689  *      Routine:        pmap_change_wiring
4690  *      Function:       Change the wiring attribute for a map/virtual-address
4691  *                      pair.
4692  *      In/out conditions:
4693  *                      The mapping must already exist in the pmap.
4694  */
4695 void
4696 pmap_change_wiring(pmap_t pmap, vm_offset_t va, boolean_t wired)
4697 {
4698         pd_entry_t *pde;
4699         pt_entry_t *pte;
4700         boolean_t pv_lists_locked;
4701
4702         pv_lists_locked = FALSE;
4703
4704         /*
4705          * Wiring is not a hardware characteristic so there is no need to
4706          * invalidate TLB.
4707          */
4708 retry:
4709         PMAP_LOCK(pmap);
4710         pde = pmap_pde(pmap, va);
4711         if ((*pde & PG_PS) != 0) {
4712                 if (!wired != ((*pde & PG_W) == 0)) {
4713                         if (!pv_lists_locked) {
4714                                 pv_lists_locked = TRUE;
4715                                 if (!rw_try_rlock(&pvh_global_lock)) {
4716                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
4717                                         rw_rlock(&pvh_global_lock);
4718                                         goto retry;
4719                                 }
4720                         }
4721                         if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, va))
4722                                 panic("pmap_change_wiring: demotion failed");
4723                 } else
4724                         goto out;
4725         }
4726         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
4727         if (wired && (*pte & PG_W) == 0) {
4728                 pmap->pm_stats.wired_count++;
4729                 atomic_set_long(pte, PG_W);
4730         } else if (!wired && (*pte & PG_W) != 0) {
4731                 pmap->pm_stats.wired_count--;
4732                 atomic_clear_long(pte, PG_W);
4733         }
4734 out:
4735         if (pv_lists_locked)
4736                 rw_runlock(&pvh_global_lock);
4737         PMAP_UNLOCK(pmap);
4738 }
4739
4740 /*
4741  *      Copy the range specified by src_addr/len
4742  *      from the source map to the range dst_addr/len
4743  *      in the destination map.
4744  *
4745  *      This routine is only advisory and need not do anything.
4746  */
4747
4748 void
4749 pmap_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap, vm_offset_t dst_addr, vm_size_t len,
4750     vm_offset_t src_addr)
4751 {
4752         struct rwlock *lock;
4753         struct spglist free;
4754         vm_offset_t addr;
4755         vm_offset_t end_addr = src_addr + len;
4756         vm_offset_t va_next;
4757         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_V;
4758
4759         if (dst_addr != src_addr)
4760                 return;
4761
4762         if (dst_pmap->pm_type != src_pmap->pm_type)
4763                 return;
4764
4765         /*
4766          * EPT page table entries that require emulation of A/D bits are
4767          * sensitive to clearing the PG_A bit (aka EPT_PG_READ). Although
4768          * we clear PG_M (aka EPT_PG_WRITE) concomitantly, the PG_U bit
4769          * (aka EPT_PG_EXECUTE) could still be set. Since some EPT
4770          * implementations flag an EPT misconfiguration for exec-only
4771          * mappings we skip this function entirely for emulated pmaps.
4772          */
4773         if (pmap_emulate_ad_bits(dst_pmap))
4774                 return;
4775
4776         lock = NULL;
4777         rw_rlock(&pvh_global_lock);
4778         if (dst_pmap < src_pmap) {
4779                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
4780                 PMAP_LOCK(src_pmap);
4781         } else {
4782                 PMAP_LOCK(src_pmap);
4783                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
4784         }
4785
4786         PG_A = pmap_accessed_bit(dst_pmap);
4787         PG_M = pmap_modified_bit(dst_pmap);
4788         PG_V = pmap_valid_bit(dst_pmap);
4789
4790         for (addr = src_addr; addr < end_addr; addr = va_next) {
4791                 pt_entry_t *src_pte, *dst_pte;
4792                 vm_page_t dstmpde, dstmpte, srcmpte;
4793                 pml4_entry_t *pml4e;
4794                 pdp_entry_t *pdpe;
4795                 pd_entry_t srcptepaddr, *pde;
4796
4797                 KASSERT(addr < UPT_MIN_ADDRESS,
4798                     ("pmap_copy: invalid to pmap_copy page tables"));
4799
4800                 pml4e = pmap_pml4e(src_pmap, addr);
4801                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
4802                         va_next = (addr + NBPML4) & ~PML4MASK;
4803                         if (va_next < addr)
4804                                 va_next = end_addr;
4805                         continue;
4806                 }
4807
4808                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, addr);
4809                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
4810                         va_next = (addr + NBPDP) & ~PDPMASK;
4811                         if (va_next < addr)
4812                                 va_next = end_addr;
4813                         continue;
4814                 }
4815
4816                 va_next = (addr + NBPDR) & ~PDRMASK;
4817                 if (va_next < addr)
4818                         va_next = end_addr;
4819
4820                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, addr);
4821                 srcptepaddr = *pde;
4822                 if (srcptepaddr == 0)
4823                         continue;
4824                         
4825                 if (srcptepaddr & PG_PS) {
4826                         if ((addr & PDRMASK) != 0 || addr + NBPDR > end_addr)
4827                                 continue;
4828                         dstmpde = pmap_allocpde(dst_pmap, addr, NULL);
4829                         if (dstmpde == NULL)
4830                                 break;
4831                         pde = (pd_entry_t *)
4832                             PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(dstmpde));
4833                         pde = &pde[pmap_pde_index(addr)];
4834                         if (*pde == 0 && ((srcptepaddr & PG_MANAGED) == 0 ||
4835                             pmap_pv_insert_pde(dst_pmap, addr, srcptepaddr &
4836                             PG_PS_FRAME, &lock))) {
4837                                 *pde = srcptepaddr & ~PG_W;
4838                                 pmap_resident_count_inc(dst_pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
4839                         } else
4840                                 dstmpde->wire_count--;
4841                         continue;
4842                 }
4843
4844                 srcptepaddr &= PG_FRAME;
4845                 srcmpte = PHYS_TO_VM_PAGE(srcptepaddr);
4846                 KASSERT(srcmpte->wire_count > 0,
4847                     ("pmap_copy: source page table page is unused"));
4848
4849                 if (va_next > end_addr)
4850                         va_next = end_addr;
4851
4852                 src_pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(srcptepaddr);
4853                 src_pte = &src_pte[pmap_pte_index(addr)];
4854                 dstmpte = NULL;
4855                 while (addr < va_next) {
4856                         pt_entry_t ptetemp;
4857                         ptetemp = *src_pte;
4858                         /*
4859                          * we only virtual copy managed pages
4860                          */
4861                         if ((ptetemp & PG_MANAGED) != 0) {
4862                                 if (dstmpte != NULL &&
4863                                     dstmpte->pindex == pmap_pde_pindex(addr))
4864                                         dstmpte->wire_count++;
4865                                 else if ((dstmpte = pmap_allocpte(dst_pmap,
4866                                     addr, NULL)) == NULL)
4867                                         goto out;
4868                                 dst_pte = (pt_entry_t *)
4869                                     PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(dstmpte));
4870                                 dst_pte = &dst_pte[pmap_pte_index(addr)];
4871                                 if (*dst_pte == 0 &&
4872                                     pmap_try_insert_pv_entry(dst_pmap, addr,
4873                                     PHYS_TO_VM_PAGE(ptetemp & PG_FRAME),
4874                                     &lock)) {
4875                                         /*
4876                                          * Clear the wired, modified, and
4877                                          * accessed (referenced) bits
4878                                          * during the copy.
4879                                          */
4880                                         *dst_pte = ptetemp & ~(PG_W | PG_M |
4881                                             PG_A);
4882                                         pmap_resident_count_inc(dst_pmap, 1);
4883                                 } else {
4884                                         SLIST_INIT(&free);
4885                                         if (pmap_unwire_ptp(dst_pmap, addr,
4886                                             dstmpte, &free)) {
4887                                                 pmap_invalidate_page(dst_pmap,
4888                                                     addr);
4889                                                 pmap_free_zero_pages(&free);
4890                                         }
4891                                         goto out;
4892                                 }
4893                                 if (dstmpte->wire_count >= srcmpte->wire_count)
4894                                         break;
4895                         }
4896                         addr += PAGE_SIZE;
4897                         src_pte++;
4898                 }
4899         }
4900 out:
4901         if (lock != NULL)
4902                 rw_wunlock(lock);
4903         rw_runlock(&pvh_global_lock);
4904         PMAP_UNLOCK(src_pmap);
4905         PMAP_UNLOCK(dst_pmap);
4906 }
4907
4908 /*
4909  *      pmap_zero_page zeros the specified hardware page by mapping
4910  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.
4911  */
4912 void
4913 pmap_zero_page(vm_page_t m)
4914 {
4915         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4916
4917         pagezero((void *)va);
4918 }
4919
4920 /*
4921  *      pmap_zero_page_area zeros the specified hardware page by mapping 
4922  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.
4923  *
4924  *      off and size may not cover an area beyond a single hardware page.
4925  */
4926 void
4927 pmap_zero_page_area(vm_page_t m, int off, int size)
4928 {
4929         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4930
4931         if (off == 0 && size == PAGE_SIZE)
4932                 pagezero((void *)va);
4933         else
4934                 bzero((char *)va + off, size);
4935 }
4936
4937 /*
4938  *      pmap_zero_page_idle zeros the specified hardware page by mapping 
4939  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.  This
4940  *      is intended to be called from the vm_pagezero process only and
4941  *      outside of Giant.
4942  */
4943 void
4944 pmap_zero_page_idle(vm_page_t m)
4945 {
4946         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4947
4948         pagezero((void *)va);
4949 }
4950
4951 /*
4952  *      pmap_copy_page copies the specified (machine independent)
4953  *      page by mapping the page into virtual memory and using
4954  *      bcopy to copy the page, one machine dependent page at a
4955  *      time.
4956  */
4957 void
4958 pmap_copy_page(vm_page_t msrc, vm_page_t mdst)
4959 {
4960         vm_offset_t src = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(msrc));
4961         vm_offset_t dst = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mdst));
4962
4963         pagecopy((void *)src, (void *)dst);
4964 }
4965
4966 int unmapped_buf_allowed = 1;
4967
4968 void
4969 pmap_copy_pages(vm_page_t ma[], vm_offset_t a_offset, vm_page_t mb[],
4970     vm_offset_t b_offset, int xfersize)
4971 {
4972         void *a_cp, *b_cp;
4973         vm_offset_t a_pg_offset, b_pg_offset;
4974         int cnt;
4975
4976         while (xfersize > 0) {
4977                 a_pg_offset = a_offset & PAGE_MASK;
4978                 cnt = min(xfersize, PAGE_SIZE - a_pg_offset);
4979                 a_cp = (char *)PHYS_TO_DMAP(ma[a_offset >> PAGE_SHIFT]->
4980                     phys_addr) + a_pg_offset;
4981                 b_pg_offset = b_offset & PAGE_MASK;
4982                 cnt = min(cnt, PAGE_SIZE - b_pg_offset);
4983                 b_cp = (char *)PHYS_TO_DMAP(mb[b_offset >> PAGE_SHIFT]->
4984                     phys_addr) + b_pg_offset;
4985                 bcopy(a_cp, b_cp, cnt);
4986                 a_offset += cnt;
4987                 b_offset += cnt;
4988                 xfersize -= cnt;
4989         }
4990 }
4991
4992 /*
4993  * Returns true if the pmap's pv is one of the first
4994  * 16 pvs linked to from this page.  This count may
4995  * be changed upwards or downwards in the future; it
4996  * is only necessary that true be returned for a small
4997  * subset of pmaps for proper page aging.
4998  */
4999 boolean_t
5000 pmap_page_exists_quick(pmap_t pmap, vm_page_t m)
5001 {
5002         struct md_page *pvh;
5003         struct rwlock *lock;
5004         pv_entry_t pv;
5005         int loops = 0;
5006         boolean_t rv;
5007
5008         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5009             ("pmap_page_exists_quick: page %p is not managed", m));
5010         rv = FALSE;
5011         rw_rlock(&pvh_global_lock);
5012         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5013         rw_rlock(lock);
5014         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5015                 if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
5016                         rv = TRUE;
5017                         break;
5018                 }
5019                 loops++;
5020                 if (loops >= 16)
5021                         break;
5022         }
5023         if (!rv && loops < 16 && (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5024                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5025                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
5026                         if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
5027                                 rv = TRUE;
5028                                 break;
5029                         }
5030                         loops++;
5031                         if (loops >= 16)
5032                                 break;
5033                 }
5034         }
5035         rw_runlock(lock);
5036         rw_runlock(&pvh_global_lock);
5037         return (rv);
5038 }
5039
5040 /*
5041  *      pmap_page_wired_mappings:
5042  *
5043  *      Return the number of managed mappings to the given physical page
5044  *      that are wired.
5045  */
5046 int
5047 pmap_page_wired_mappings(vm_page_t m)
5048 {
5049         struct rwlock *lock;
5050         struct md_page *pvh;
5051         pmap_t pmap;
5052         pt_entry_t *pte;
5053         pv_entry_t pv;
5054         int count, md_gen, pvh_gen;
5055
5056         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
5057                 return (0);
5058         rw_rlock(&pvh_global_lock);
5059         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5060         rw_rlock(lock);
5061 restart:
5062         count = 0;
5063         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5064                 pmap = PV_PMAP(pv);
5065                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5066                         md_gen = m->md.pv_gen;
5067                         rw_runlock(lock);
5068                         PMAP_LOCK(pmap);
5069                         rw_rlock(lock);
5070                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
5071                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5072                                 goto restart;
5073                         }
5074                 }
5075                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va);
5076                 if ((*pte & PG_W) != 0)
5077                         count++;
5078                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5079         }
5080         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5081                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5082                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
5083                         pmap = PV_PMAP(pv);
5084                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5085                                 md_gen = m->md.pv_gen;
5086                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
5087                                 rw_runlock(lock);
5088                                 PMAP_LOCK(pmap);
5089                                 rw_rlock(lock);
5090                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
5091                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
5092                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
5093                                         goto restart;
5094                                 }
5095                         }
5096                         pte = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
5097                         if ((*pte & PG_W) != 0)
5098                                 count++;
5099                         PMAP_UNLOCK(pmap);
5100                 }
5101         }
5102         rw_runlock(lock);
5103         rw_runlock(&pvh_global_lock);
5104         return (count);
5105 }
5106
5107 /*
5108  * Returns TRUE if the given page is mapped individually or as part of
5109  * a 2mpage.  Otherwise, returns FALSE.
5110  */
5111 boolean_t
5112 pmap_page_is_mapped(vm_page_t m)
5113 {
5114         struct rwlock *lock;
5115         boolean_t rv;
5116
5117         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
5118                 return (FALSE);
5119         rw_rlock(&pvh_global_lock);
5120         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5121         rw_rlock(lock);
5122         rv = !TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) ||
5123             ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
5124             !TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m))->pv_list));
5125         rw_runlock(lock);
5126         rw_runlock(&pvh_global_lock);
5127         return (rv);
5128 }
5129
5130 /*
5131  * Destroy all managed, non-wired mappings in the given user-space
5132  * pmap.  This pmap cannot be active on any processor besides the
5133  * caller.
5134  *                                                                                
5135  * This function cannot be applied to the kernel pmap.  Moreover, it
5136  * is not intended for general use.  It is only to be used during
5137  * process termination.  Consequently, it can be implemented in ways
5138  * that make it faster than pmap_remove().  First, it can more quickly
5139  * destroy mappings by iterating over the pmap's collection of PV
5140  * entries, rather than searching the page table.  Second, it doesn't
5141  * have to test and clear the page table entries atomically, because
5142  * no processor is currently accessing the user address space.  In
5143  * particular, a page table entry's dirty bit won't change state once
5144  * this function starts.
5145  */
5146 void
5147 pmap_remove_pages(pmap_t pmap)
5148 {
5149         pd_entry_t ptepde;
5150         pt_entry_t *pte, tpte;
5151         pt_entry_t PG_M, PG_RW, PG_V;
5152         struct spglist free;
5153         vm_page_t m, mpte, mt;
5154         pv_entry_t pv;
5155         struct md_page *pvh;
5156         struct pv_chunk *pc, *npc;
5157         struct rwlock *lock;
5158         int64_t bit;
5159         uint64_t inuse, bitmask;
5160         int allfree, field, freed, idx;
5161         boolean_t superpage;
5162         vm_paddr_t pa;
5163
5164         /*
5165          * Assert that the given pmap is only active on the current
5166          * CPU.  Unfortunately, we cannot block another CPU from
5167          * activating the pmap while this function is executing.
5168          */
5169         KASSERT(pmap == PCPU_GET(curpmap), ("non-current pmap %p", pmap));
5170 #ifdef INVARIANTS
5171         {
5172                 cpuset_t other_cpus;
5173
5174                 other_cpus = all_cpus;
5175                 critical_enter();
5176                 CPU_CLR(PCPU_GET(cpuid), &other_cpus);
5177                 CPU_AND(&other_cpus, &pmap->pm_active);
5178                 critical_exit();
5179                 KASSERT(CPU_EMPTY(&other_cpus), ("pmap active %p", pmap));
5180         }
5181 #endif
5182
5183         lock = NULL;
5184         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5185         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5186         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5187
5188         SLIST_INIT(&free);
5189         rw_rlock(&pvh_global_lock);
5190         PMAP_LOCK(pmap);
5191         TAILQ_FOREACH_SAFE(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list, npc) {
5192                 allfree = 1;
5193                 freed = 0;
5194                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
5195                         inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
5196                         while (inuse != 0) {
5197                                 bit = bsfq(inuse);
5198                                 bitmask = 1UL << bit;
5199                                 idx = field * 64 + bit;
5200                                 pv = &pc->pc_pventry[idx];
5201                                 inuse &= ~bitmask;
5202
5203                                 pte = pmap_pdpe(pmap, pv->pv_va);
5204                                 ptepde = *pte;
5205                                 pte = pmap_pdpe_to_pde(pte, pv->pv_va);
5206                                 tpte = *pte;
5207                                 if ((tpte & (PG_PS | PG_V)) == PG_V) {
5208                                         superpage = FALSE;
5209                                         ptepde = tpte;
5210                                         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(tpte &
5211                                             PG_FRAME);
5212                                         pte = &pte[pmap_pte_index(pv->pv_va)];
5213                                         tpte = *pte;
5214                                 } else {
5215                                         /*
5216                                          * Keep track whether 'tpte' is a
5217                                          * superpage explicitly instead of
5218                                          * relying on PG_PS being set.
5219                                          *
5220                                          * This is because PG_PS is numerically
5221                                          * identical to PG_PTE_PAT and thus a
5222                                          * regular page could be mistaken for
5223                                          * a superpage.
5224                                          */
5225                                         superpage = TRUE;
5226                                 }
5227
5228                                 if ((tpte & PG_V) == 0) {
5229                                         panic("bad pte va %lx pte %lx",
5230                                             pv->pv_va, tpte);
5231                                 }
5232
5233 /*
5234  * We cannot remove wired pages from a process' mapping at this time
5235  */
5236                                 if (tpte & PG_W) {
5237                                         allfree = 0;
5238                                         continue;
5239                                 }
5240
5241                                 if (superpage)
5242                                         pa = tpte & PG_PS_FRAME;
5243                                 else
5244                                         pa = tpte & PG_FRAME;
5245
5246                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
5247                                 KASSERT(m->phys_addr == pa,
5248                                     ("vm_page_t %p phys_addr mismatch %016jx %016jx",
5249                                     m, (uintmax_t)m->phys_addr,
5250                                     (uintmax_t)tpte));
5251
5252                                 KASSERT((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
5253                                     m < &vm_page_array[vm_page_array_size],
5254                                     ("pmap_remove_pages: bad tpte %#jx",
5255                                     (uintmax_t)tpte));
5256
5257                                 pte_clear(pte);
5258
5259                                 /*
5260                                  * Update the vm_page_t clean/reference bits.
5261                                  */
5262                                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
5263                                         if (superpage) {
5264                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
5265                                                         vm_page_dirty(mt);
5266                                         } else
5267                                                 vm_page_dirty(m);
5268                                 }
5269
5270                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(&lock, m);
5271
5272                                 /* Mark free */
5273                                 pc->pc_map[field] |= bitmask;
5274                                 if (superpage) {
5275                                         pmap_resident_count_dec(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
5276                                         pvh = pa_to_pvh(tpte & PG_PS_FRAME);
5277                                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
5278                                         pvh->pv_gen++;
5279                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
5280                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
5281                                                         if ((mt->aflags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
5282                                                             TAILQ_EMPTY(&mt->md.pv_list))
5283                                                                 vm_page_aflag_clear(mt, PGA_WRITEABLE);
5284                                         }
5285                                         mpte = pmap_lookup_pt_page(pmap, pv->pv_va);
5286                                         if (mpte != NULL) {
5287                                                 pmap_remove_pt_page(pmap, mpte);
5288                                                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
5289                                                 KASSERT(mpte->wire_count == NPTEPG,
5290                                                     ("pmap_remove_pages: pte page wire count error"));
5291                                                 mpte->wire_count = 0;
5292                                                 pmap_add_delayed_free_list(mpte, &free, FALSE);
5293                                                 atomic_subtract_int(&cnt.v_wire_count, 1);
5294                                         }
5295                                 } else {
5296                                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
5297                                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5298                                         m->md.pv_gen++;
5299                                         if ((m->aflags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
5300                                             TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
5301                                             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5302                                                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5303                                                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
5304                                                         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
5305                                         }
5306                                 }
5307                                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, ptepde, &free);
5308                                 freed++;
5309                         }
5310                 }
5311                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
5312                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
5313                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
5314                 if (allfree) {
5315                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5316                         free_pv_chunk(pc);
5317                 }
5318         }
5319         if (lock != NULL)
5320                 rw_wunlock(lock);
5321         pmap_invalidate_all(pmap);
5322         rw_runlock(&pvh_global_lock);
5323         PMAP_UNLOCK(pmap);
5324         pmap_free_zero_pages(&free);
5325 }
5326
5327 static boolean_t
5328 pmap_page_test_mappings(vm_page_t m, boolean_t accessed, boolean_t modified)
5329 {
5330         struct rwlock *lock;
5331         pv_entry_t pv;
5332         struct md_page *pvh;
5333         pt_entry_t *pte, mask;
5334         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
5335         pmap_t pmap;
5336         int md_gen, pvh_gen;
5337         boolean_t rv;
5338
5339         rv = FALSE;
5340         rw_rlock(&pvh_global_lock);
5341         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5342         rw_rlock(lock);
5343 restart:
5344         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5345                 pmap = PV_PMAP(pv);
5346                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5347                         md_gen = m->md.pv_gen;
5348                         rw_runlock(lock);
5349                         PMAP_LOCK(pmap);
5350                         rw_rlock(lock);
5351                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
5352                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5353                                 goto restart;
5354                         }
5355                 }
5356                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va);
5357                 mask = 0;
5358                 if (modified) {
5359                         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5360                         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5361                         mask |= PG_RW | PG_M;
5362                 }
5363                 if (accessed) {
5364                         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5365                         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5366                         mask |= PG_V | PG_A;
5367                 }
5368                 rv = (*pte & mask) == mask;
5369                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5370                 if (rv)
5371                         goto out;
5372         }
5373         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5374                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5375                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
5376                         pmap = PV_PMAP(pv);
5377                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5378                                 md_gen = m->md.pv_gen;
5379                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
5380                                 rw_runlock(lock);
5381                                 PMAP_LOCK(pmap);
5382                                 rw_rlock(lock);
5383                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
5384                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
5385                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
5386                                         goto restart;
5387                                 }
5388                         }
5389                         pte = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
5390                         mask = 0;
5391                         if (modified) {
5392                                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5393                                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5394                                 mask |= PG_RW | PG_M;
5395                         }
5396                         if (accessed) {
5397                                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5398                                 PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5399                                 mask |= PG_V | PG_A;
5400                         }
5401                         rv = (*pte & mask) == mask;
5402                         PMAP_UNLOCK(pmap);
5403                         if (rv)
5404                                 goto out;
5405                 }
5406         }
5407 out:
5408         rw_runlock(lock);
5409         rw_runlock(&pvh_global_lock);
5410         return (rv);
5411 }
5412
5413 /*
5414  *      pmap_is_modified:
5415  *
5416  *      Return whether or not the specified physical page was modified
5417  *      in any physical maps.
5418  */
5419 boolean_t
5420 pmap_is_modified(vm_page_t m)
5421 {
5422
5423         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5424             ("pmap_is_modified: page %p is not managed", m));
5425
5426         /*
5427          * If the page is not exclusive busied, then PGA_WRITEABLE cannot be
5428          * concurrently set while the object is locked.  Thus, if PGA_WRITEABLE
5429          * is clear, no PTEs can have PG_M set.
5430          */
5431         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
5432         if (!vm_page_xbusied(m) && (m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
5433                 return (FALSE);
5434         return (pmap_page_test_mappings(m, FALSE, TRUE));
5435 }
5436
5437 /*
5438  *      pmap_is_prefaultable:
5439  *
5440  *      Return whether or not the specified virtual address is eligible
5441  *      for prefault.
5442  */
5443 boolean_t
5444 pmap_is_prefaultable(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
5445 {
5446         pd_entry_t *pde;
5447         pt_entry_t *pte, PG_V;
5448         boolean_t rv;
5449
5450         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5451         rv = FALSE;
5452         PMAP_LOCK(pmap);
5453         pde = pmap_pde(pmap, addr);
5454         if (pde != NULL && (*pde & (PG_PS | PG_V)) == PG_V) {
5455                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, addr);
5456                 rv = (*pte & PG_V) == 0;
5457         }
5458         PMAP_UNLOCK(pmap);
5459         return (rv);
5460 }
5461
5462 /*
5463  *      pmap_is_referenced:
5464  *
5465  *      Return whether or not the specified physical page was referenced
5466  *      in any physical maps.
5467  */
5468 boolean_t
5469 pmap_is_referenced(vm_page_t m)
5470 {
5471
5472         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5473             ("pmap_is_referenced: page %p is not managed", m));
5474         return (pmap_page_test_mappings(m, TRUE, FALSE));
5475 }
5476
5477 /*
5478  * Clear the write and modified bits in each of the given page's mappings.
5479  */
5480 void
5481 pmap_remove_write(vm_page_t m)
5482 {
5483         struct md_page *pvh;
5484         pmap_t pmap;
5485         struct rwlock *lock;
5486         pv_entry_t next_pv, pv;
5487         pd_entry_t *pde;
5488         pt_entry_t oldpte, *pte, PG_M, PG_RW;
5489         vm_offset_t va;
5490         int pvh_gen, md_gen;
5491
5492         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5493             ("pmap_remove_write: page %p is not managed", m));
5494
5495         /*
5496          * If the page is not exclusive busied, then PGA_WRITEABLE cannot be
5497          * set by another thread while the object is locked.  Thus,
5498          * if PGA_WRITEABLE is clear, no page table entries need updating.
5499          */
5500         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
5501         if (!vm_page_xbusied(m) && (m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
5502                 return;
5503         rw_rlock(&pvh_global_lock);
5504         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5505         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5506 retry_pv_loop:
5507         rw_wlock(lock);
5508         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0)
5509                 goto small_mappings;
5510         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
5511                 pmap = PV_PMAP(pv);
5512                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5513                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5514                         rw_wunlock(lock);
5515                         PMAP_LOCK(pmap);
5516                         rw_wlock(lock);
5517                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
5518                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5519                                 rw_wunlock(lock);
5520                                 goto retry_pv_loop;
5521                         }
5522                 }
5523                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5524                 va = pv->pv_va;
5525                 pde = pmap_pde(pmap, va);
5526                 if ((*pde & PG_RW) != 0)
5527                         (void)pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
5528                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
5529                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
5530                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
5531                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5532         }
5533 small_mappings:
5534         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5535                 pmap = PV_PMAP(pv);
5536                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5537                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5538                         md_gen = m->md.pv_gen;
5539                         rw_wunlock(lock);
5540                         PMAP_LOCK(pmap);
5541                         rw_wlock(lock);
5542                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen ||
5543                             md_gen != m->md.pv_gen) {
5544                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5545                                 rw_wunlock(lock);
5546                                 goto retry_pv_loop;
5547                         }
5548                 }
5549                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5550                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5551                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
5552                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0,
5553                     ("pmap_remove_write: found a 2mpage in page %p's pv list",
5554                     m));
5555                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
5556 retry:
5557                 oldpte = *pte;
5558                 if (oldpte & PG_RW) {
5559                         if (!atomic_cmpset_long(pte, oldpte, oldpte &
5560                             ~(PG_RW | PG_M)))
5561                                 goto retry;
5562                         if ((oldpte & PG_M) != 0)
5563                                 vm_page_dirty(m);
5564                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
5565                 }
5566                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5567         }
5568         rw_wunlock(lock);
5569         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
5570         rw_runlock(&pvh_global_lock);
5571 }
5572
5573 static __inline boolean_t
5574 safe_to_clear_referenced(pmap_t pmap, pt_entry_t pte)
5575 {
5576
5577         if (!pmap_emulate_ad_bits(pmap))
5578                 return (TRUE);
5579
5580         KASSERT(pmap->pm_type == PT_EPT, ("invalid pm_type %d", pmap->pm_type));
5581
5582         /*
5583          * RWX = 010 or 110 will cause an unconditional EPT misconfiguration
5584          * so we don't let the referenced (aka EPT_PG_READ) bit to be cleared
5585          * if the EPT_PG_WRITE bit is set.
5586          */
5587         if ((pte & EPT_PG_WRITE) != 0)
5588                 return (FALSE);
5589
5590         /*
5591          * RWX = 100 is allowed only if the PMAP_SUPPORTS_EXEC_ONLY is set.
5592          */
5593         if ((pte & EPT_PG_EXECUTE) == 0 ||
5594             ((pmap->pm_flags & PMAP_SUPPORTS_EXEC_ONLY) != 0))
5595                 return (TRUE);
5596         else
5597                 return (FALSE);
5598 }
5599
5600 #define PMAP_TS_REFERENCED_MAX  5
5601
5602 /*
5603  *      pmap_ts_referenced:
5604  *
5605  *      Return a count of reference bits for a page, clearing those bits.
5606  *      It is not necessary for every reference bit to be cleared, but it
5607  *      is necessary that 0 only be returned when there are truly no
5608  *      reference bits set.
5609  *
5610  *      XXX: The exact number of bits to check and clear is a matter that
5611  *      should be tested and standardized at some point in the future for
5612  *      optimal aging of shared pages.
5613  */
5614 int
5615 pmap_ts_referenced(vm_page_t m)
5616 {
5617         struct md_page *pvh;
5618         pv_entry_t pv, pvf;
5619         pmap_t pmap;
5620         struct rwlock *lock;
5621         pd_entry_t oldpde, *pde;
5622         pt_entry_t *pte, PG_A;
5623         vm_offset_t va;
5624         vm_paddr_t pa;
5625         int cleared, md_gen, not_cleared, pvh_gen;
5626         struct spglist free;
5627         boolean_t demoted;
5628
5629         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5630             ("pmap_ts_referenced: page %p is not managed", m));
5631         SLIST_INIT(&free);
5632         cleared = 0;
5633         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
5634         lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);
5635         pvh = pa_to_pvh(pa);
5636         rw_rlock(&pvh_global_lock);
5637         rw_wlock(lock);
5638 retry:
5639         not_cleared = 0;
5640         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
5641             (pvf = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) == NULL)
5642                 goto small_mappings;
5643         pv = pvf;
5644         do {
5645                 if (pvf == NULL)
5646                         pvf = pv;
5647                 pmap = PV_PMAP(pv);
5648                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5649                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5650                         rw_wunlock(lock);
5651                         PMAP_LOCK(pmap);
5652                         rw_wlock(lock);
5653                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
5654                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5655                                 goto retry;
5656                         }
5657                 }
5658                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5659                 va = pv->pv_va;
5660                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
5661                 oldpde = *pde;
5662                 if ((*pde & PG_A) != 0) {
5663                         /*
5664                          * Since this reference bit is shared by 512 4KB
5665                          * pages, it should not be cleared every time it is
5666                          * tested.  Apply a simple "hash" function on the
5667                          * physical page number, the virtual superpage number,
5668                          * and the pmap address to select one 4KB page out of
5669                          * the 512 on which testing the reference bit will
5670                          * result in clearing that reference bit.  This
5671                          * function is designed to avoid the selection of the
5672                          * same 4KB page for every 2MB page mapping.
5673                          *
5674                          * On demotion, a mapping that hasn't been referenced
5675                          * is simply destroyed.  To avoid the possibility of a
5676                          * subsequent page fault on a demoted wired mapping,
5677                          * always leave its reference bit set.  Moreover,
5678                          * since the superpage is wired, the current state of
5679                          * its reference bit won't affect page replacement.
5680                          */
5681                         if ((((pa >> PAGE_SHIFT) ^ (pv->pv_va >> PDRSHIFT) ^
5682                             (uintptr_t)pmap) & (NPTEPG - 1)) == 0 &&
5683                             (*pde & PG_W) == 0) {
5684                                 if (safe_to_clear_referenced(pmap, oldpde)) {
5685                                         atomic_clear_long(pde, PG_A);
5686                                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
5687                                         demoted = FALSE;
5688                                 } else if (pmap_demote_pde_locked(pmap, pde,
5689                                     pv->pv_va, &lock)) {
5690                                         /*
5691                                          * Remove the mapping to a single page
5692                                          * so that a subsequent access may
5693                                          * repromote.  Since the underlying
5694                                          * page table page is fully populated,
5695                                          * this removal never frees a page
5696                                          * table page.
5697                                          */
5698                                         demoted = TRUE;
5699                                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde &
5700                                             PG_PS_FRAME);
5701                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
5702                                         pmap_remove_pte(pmap, pte, va, *pde,
5703                                             NULL, &lock);
5704                                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
5705                                 } else
5706                                         demoted = TRUE;
5707
5708                                 if (demoted) {
5709                                         /*
5710                                          * The superpage mapping was removed
5711                                          * entirely and therefore 'pv' is no
5712                                          * longer valid.
5713                                          */
5714                                         if (pvf == pv)
5715                                                 pvf = NULL;
5716                                         pv = NULL;
5717                                 }
5718                                 cleared++;
5719                                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
5720                                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
5721                                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
5722                         } else
5723                                 not_cleared++;
5724                 }
5725                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5726                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
5727                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
5728                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
5729                         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
5730                         pvh->pv_gen++;
5731                 }
5732                 if (cleared + not_cleared >= PMAP_TS_REFERENCED_MAX)
5733                         goto out;
5734         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != pvf);
5735 small_mappings:
5736         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) == NULL)
5737                 goto out;
5738         pv = pvf;
5739         do {
5740                 if (pvf == NULL)
5741                         pvf = pv;
5742                 pmap = PV_PMAP(pv);
5743                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5744                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5745                         md_gen = m->md.pv_gen;
5746                         rw_wunlock(lock);
5747                         PMAP_LOCK(pmap);
5748                         rw_wlock(lock);
5749                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
5750                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5751                                 goto retry;
5752                         }
5753                 }
5754                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5755                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
5756                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0,
5757                     ("pmap_ts_referenced: found a 2mpage in page %p's pv list",
5758                     m));
5759                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
5760                 if ((*pte & PG_A) != 0) {
5761                         if (safe_to_clear_referenced(pmap, *pte)) {
5762                                 atomic_clear_long(pte, PG_A);
5763                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
5764                                 cleared++;
5765                         } else if ((*pte & PG_W) == 0) {
5766                                 /*
5767                                  * Wired pages cannot be paged out so
5768                                  * doing accessed bit emulation for
5769                                  * them is wasted effort. We do the
5770                                  * hard work for unwired pages only.
5771                                  */
5772                                 pmap_remove_pte(pmap, pte, pv->pv_va,
5773                                     *pde, &free, &lock);
5774                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
5775                                 cleared++;
5776                                 if (pvf == pv)
5777                                         pvf = NULL;
5778                                 pv = NULL;
5779                                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
5780                                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
5781                                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
5782                         } else
5783                                 not_cleared++;
5784                 }
5785                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5786                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
5787                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
5788                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5789                         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5790                         m->md.pv_gen++;
5791                 }
5792         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != pvf && cleared +
5793             not_cleared < PMAP_TS_REFERENCED_MAX);
5794 out:
5795         rw_wunlock(lock);
5796         rw_runlock(&pvh_global_lock);
5797         pmap_free_zero_pages(&free);
5798         return (cleared + not_cleared);
5799 }
5800
5801 /*
5802  *      Apply the given advice to the specified range of addresses within the
5803  *      given pmap.  Depending on the advice, clear the referenced and/or
5804  *      modified flags in each mapping and set the mapped page's dirty field.
5805  */
5806 void
5807 pmap_advise(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, int advice)
5808 {
5809         struct rwlock *lock;
5810         pml4_entry_t *pml4e;
5811         pdp_entry_t *pdpe;
5812         pd_entry_t oldpde, *pde;
5813         pt_entry_t *pte, PG_A, PG_G, PG_M, PG_RW, PG_V;
5814         vm_offset_t va_next;
5815         vm_page_t m;
5816         boolean_t anychanged, pv_lists_locked;
5817
5818         if (advice != MADV_DONTNEED && advice != MADV_FREE)
5819                 return;
5820
5821         /*
5822          * A/D bit emulation requires an alternate code path when clearing
5823          * the modified and accessed bits below. Since this function is
5824          * advisory in nature we skip it entirely for pmaps that require
5825          * A/D bit emulation.
5826          */
5827         if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
5828                 return;
5829
5830         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5831         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5832         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5833         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5834         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5835
5836         pv_lists_locked = FALSE;
5837 resume:
5838         anychanged = FALSE;
5839         PMAP_LOCK(pmap);
5840         for (; sva < eva; sva = va_next) {
5841                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
5842                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
5843                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
5844                         if (va_next < sva)
5845                                 va_next = eva;
5846                         continue;
5847                 }
5848                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
5849                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
5850                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
5851                         if (va_next < sva)
5852                                 va_next = eva;
5853                         continue;
5854                 }
5855                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
5856                 if (va_next < sva)
5857                         va_next = eva;
5858                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
5859                 oldpde = *pde;
5860                 if ((oldpde & PG_V) == 0)
5861                         continue;
5862                 else if ((oldpde & PG_PS) != 0) {
5863                         if ((oldpde & PG_MANAGED) == 0)
5864                                 continue;
5865                         if (!pv_lists_locked) {
5866                                 pv_lists_locked = TRUE;
5867                                 if (!rw_try_rlock(&pvh_global_lock)) {
5868                                         if (anychanged)
5869                                                 pmap_invalidate_all(pmap);
5870                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
5871                                         rw_rlock(&pvh_global_lock);
5872                                         goto resume;
5873                                 }
5874                         }
5875                         lock = NULL;
5876                         if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, sva, &lock)) {
5877                                 if (lock != NULL)
5878                                         rw_wunlock(lock);
5879
5880                                 /*
5881                                  * The large page mapping was destroyed.
5882                                  */
5883                                 continue;
5884                         }
5885
5886                         /*
5887                          * Unless the page mappings are wired, remove the
5888                          * mapping to a single page so that a subsequent
5889                          * access may repromote.  Since the underlying page
5890                          * table page is fully populated, this removal never
5891                          * frees a page table page.
5892                          */
5893                         if ((oldpde & PG_W) == 0) {
5894                                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva);
5895                                 KASSERT((*pte & PG_V) != 0,
5896                                     ("pmap_advise: invalid PTE"));
5897                                 pmap_remove_pte(pmap, pte, sva, *pde, NULL,
5898                                     &lock);
5899                                 anychanged = TRUE;
5900                         }
5901                         if (lock != NULL)
5902                                 rw_wunlock(lock);
5903                 }
5904                 if (va_next > eva)
5905                         va_next = eva;
5906                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
5907                     sva += PAGE_SIZE) {
5908                         if ((*pte & (PG_MANAGED | PG_V)) != (PG_MANAGED |
5909                             PG_V))
5910                                 continue;
5911                         else if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
5912                                 if (advice == MADV_DONTNEED) {
5913                                         /*
5914                                          * Future calls to pmap_is_modified()
5915                                          * can be avoided by making the page
5916                                          * dirty now.
5917                                          */
5918                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pte & PG_FRAME);
5919                                         vm_page_dirty(m);
5920                                 }
5921                                 atomic_clear_long(pte, PG_M | PG_A);
5922                         } else if ((*pte & PG_A) != 0)
5923                                 atomic_clear_long(pte, PG_A);
5924                         else
5925                                 continue;
5926                         if ((*pte & PG_G) != 0)
5927                                 pmap_invalidate_page(pmap, sva);
5928                         else
5929                                 anychanged = TRUE;
5930                 }
5931         }
5932         if (anychanged)
5933                 pmap_invalidate_all(pmap);
5934         if (pv_lists_locked)
5935                 rw_runlock(&pvh_global_lock);
5936         PMAP_UNLOCK(pmap);
5937 }
5938
5939 /*
5940  *      Clear the modify bits on the specified physical page.
5941  */
5942 void
5943 pmap_clear_modify(vm_page_t m)
5944 {
5945         struct md_page *pvh;
5946         pmap_t pmap;
5947         pv_entry_t next_pv, pv;
5948         pd_entry_t oldpde, *pde;
5949         pt_entry_t oldpte, *pte, PG_M, PG_RW, PG_V;
5950         struct rwlock *lock;
5951         vm_offset_t va;
5952         int md_gen, pvh_gen;
5953
5954         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5955             ("pmap_clear_modify: page %p is not managed", m));
5956         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
5957         KASSERT(!vm_page_xbusied(m),
5958             ("pmap_clear_modify: page %p is exclusive busied", m));
5959
5960         /*
5961          * If the page is not PGA_WRITEABLE, then no PTEs can have PG_M set.
5962          * If the object containing the page is locked and the page is not
5963          * exclusive busied, then PGA_WRITEABLE cannot be concurrently set.
5964          */
5965         if ((m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
5966                 return;
5967         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5968         rw_rlock(&pvh_global_lock);
5969         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5970         rw_wlock(lock);
5971 restart:
5972         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0)
5973                 goto small_mappings;
5974         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
5975                 pmap = PV_PMAP(pv);
5976                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5977                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5978                         rw_wunlock(lock);
5979                         PMAP_LOCK(pmap);
5980                         rw_wlock(lock);
5981                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
5982                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5983                                 goto restart;
5984                         }
5985                 }
5986                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5987                 PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5988                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5989                 va = pv->pv_va;
5990                 pde = pmap_pde(pmap, va);
5991                 oldpde = *pde;
5992                 if ((oldpde & PG_RW) != 0) {
5993                         if (pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock)) {
5994                                 if ((oldpde & PG_W) == 0) {
5995                                         /*
5996                                          * Write protect the mapping to a
5997                                          * single page so that a subsequent
5998                                          * write access may repromote.
5999                                          */
6000                                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde &
6001                                             PG_PS_FRAME);
6002                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
6003                                         oldpte = *pte;
6004                                         if ((oldpte & PG_V) != 0) {
6005                                                 while (!atomic_cmpset_long(pte,
6006                                                     oldpte,
6007                                                     oldpte & ~(PG_M | PG_RW)))
6008                                                         oldpte = *pte;
6009                                                 vm_page_dirty(m);
6010                                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
6011                                         }
6012                                 }
6013                         }
6014                 }
6015                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6016         }
6017 small_mappings:
6018         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
6019                 pmap = PV_PMAP(pv);
6020                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6021                         md_gen = m->md.pv_gen;
6022                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
6023                         rw_wunlock(lock);
6024                         PMAP_LOCK(pmap);
6025                         rw_wlock(lock);
6026                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
6027                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6028                                 goto restart;
6029                         }
6030                 }
6031                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6032                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6033                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
6034                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_clear_modify: found"
6035                     " a 2mpage in page %p's pv list", m));
6036                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
6037                 if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
6038                         atomic_clear_long(pte, PG_M);
6039                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
6040                 }
6041                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6042         }
6043         rw_wunlock(lock);
6044         rw_runlock(&pvh_global_lock);
6045 }
6046
6047 /*
6048  * Miscellaneous support routines follow
6049  */
6050
6051 /* Adjust the cache mode for a 4KB page mapped via a PTE. */
6052 static __inline void
6053 pmap_pte_attr(pt_entry_t *pte, int cache_bits, int mask)
6054 {
6055         u_int opte, npte;
6056
6057         /*
6058          * The cache mode bits are all in the low 32-bits of the
6059          * PTE, so we can just spin on updating the low 32-bits.
6060          */
6061         do {
6062                 opte = *(u_int *)pte;
6063                 npte = opte & ~mask;
6064                 npte |= cache_bits;
6065         } while (npte != opte && !atomic_cmpset_int((u_int *)pte, opte, npte));
6066 }
6067
6068 /* Adjust the cache mode for a 2MB page mapped via a PDE. */
6069 static __inline void
6070 pmap_pde_attr(pd_entry_t *pde, int cache_bits, int mask)
6071 {
6072         u_int opde, npde;
6073
6074         /*
6075          * The cache mode bits are all in the low 32-bits of the
6076          * PDE, so we can just spin on updating the low 32-bits.
6077          */
6078         do {
6079                 opde = *(u_int *)pde;
6080                 npde = opde & ~mask;
6081                 npde |= cache_bits;
6082         } while (npde != opde && !atomic_cmpset_int((u_int *)pde, opde, npde));
6083 }
6084
6085 /*
6086  * Map a set of physical memory pages into the kernel virtual
6087  * address space. Return a pointer to where it is mapped. This
6088  * routine is intended to be used for mapping device memory,
6089  * NOT real memory.
6090  */
6091 void *
6092 pmap_mapdev_attr(vm_paddr_t pa, vm_size_t size, int mode)
6093 {
6094         vm_offset_t va, offset;
6095         vm_size_t tmpsize;
6096
6097         /*
6098          * If the specified range of physical addresses fits within the direct
6099          * map window, use the direct map. 
6100          */
6101         if (pa < dmaplimit && pa + size < dmaplimit) {
6102                 va = PHYS_TO_DMAP(pa);
6103                 if (!pmap_change_attr(va, size, mode))
6104                         return ((void *)va);
6105         }
6106         offset = pa & PAGE_MASK;
6107         size = round_page(offset + size);
6108         va = kva_alloc(size);
6109         if (!va)
6110                 panic("pmap_mapdev: Couldn't alloc kernel virtual memory");
6111         pa = trunc_page(pa);
6112         for (tmpsize = 0; tmpsize < size; tmpsize += PAGE_SIZE)
6113                 pmap_kenter_attr(va + tmpsize, pa + tmpsize, mode);
6114         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, va, va + tmpsize);
6115         pmap_invalidate_cache_range(va, va + tmpsize);
6116         return ((void *)(va + offset));
6117 }
6118
6119 void *
6120 pmap_mapdev(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
6121 {
6122
6123         return (pmap_mapdev_attr(pa, size, PAT_UNCACHEABLE));
6124 }
6125
6126 void *
6127 pmap_mapbios(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
6128 {
6129
6130         return (pmap_mapdev_attr(pa, size, PAT_WRITE_BACK));
6131 }
6132
6133 void
6134 pmap_unmapdev(vm_offset_t va, vm_size_t size)
6135 {
6136         vm_offset_t base, offset;
6137
6138         /* If we gave a direct map region in pmap_mapdev, do nothing */
6139         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS)
6140                 return;
6141         base = trunc_page(va);
6142         offset = va & PAGE_MASK;
6143         size = round_page(offset + size);
6144         kva_free(base, size);
6145 }
6146
6147 /*
6148  * Tries to demote a 1GB page mapping.
6149  */
6150 static boolean_t
6151 pmap_demote_pdpe(pmap_t pmap, pdp_entry_t *pdpe, vm_offset_t va)
6152 {
6153         pdp_entry_t newpdpe, oldpdpe;
6154         pd_entry_t *firstpde, newpde, *pde;
6155         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
6156         vm_paddr_t mpdepa;
6157         vm_page_t mpde;
6158
6159         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6160         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6161         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6162         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6163
6164         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6165         oldpdpe = *pdpe;
6166         KASSERT((oldpdpe & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V),
6167             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_PS and/or PG_V"));
6168         if ((mpde = vm_page_alloc(NULL, va >> PDPSHIFT, VM_ALLOC_INTERRUPT |
6169             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED)) == NULL) {
6170                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pdpe: failure for va %#lx"
6171                     " in pmap %p", va, pmap);
6172                 return (FALSE);
6173         }
6174         mpdepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpde);
6175         firstpde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mpdepa);
6176         newpdpe = mpdepa | PG_M | PG_A | (oldpdpe & PG_U) | PG_RW | PG_V;
6177         KASSERT((oldpdpe & PG_A) != 0,
6178             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_A"));
6179         KASSERT((oldpdpe & (PG_M | PG_RW)) != PG_RW,
6180             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_M"));
6181         newpde = oldpdpe;
6182
6183         /*
6184          * Initialize the page directory page.
6185          */
6186         for (pde = firstpde; pde < firstpde + NPDEPG; pde++) {
6187                 *pde = newpde;
6188                 newpde += NBPDR;
6189         }
6190
6191         /*
6192          * Demote the mapping.
6193          */
6194         *pdpe = newpdpe;
6195
6196         /*
6197          * Invalidate a stale recursive mapping of the page directory page.
6198          */
6199         pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopde(va));
6200
6201         pmap_pdpe_demotions++;
6202         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pdpe: success for va %#lx"
6203             " in pmap %p", va, pmap);
6204         return (TRUE);
6205 }
6206
6207 /*
6208  * Sets the memory attribute for the specified page.
6209  */
6210 void
6211 pmap_page_set_memattr(vm_page_t m, vm_memattr_t ma)
6212 {
6213
6214         m->md.pat_mode = ma;
6215
6216         /*
6217          * If "m" is a normal page, update its direct mapping.  This update
6218          * can be relied upon to perform any cache operations that are
6219          * required for data coherence.
6220          */
6221         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
6222             pmap_change_attr(PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m)), PAGE_SIZE,
6223             m->md.pat_mode))
6224                 panic("memory attribute change on the direct map failed");
6225 }
6226
6227 /*
6228  * Changes the specified virtual address range's memory type to that given by
6229  * the parameter "mode".  The specified virtual address range must be
6230  * completely contained within either the direct map or the kernel map.  If
6231  * the virtual address range is contained within the kernel map, then the
6232  * memory type for each of the corresponding ranges of the direct map is also
6233  * changed.  (The corresponding ranges of the direct map are those ranges that
6234  * map the same physical pages as the specified virtual address range.)  These
6235  * changes to the direct map are necessary because Intel describes the
6236  * behavior of their processors as "undefined" if two or more mappings to the
6237  * same physical page have different memory types.
6238  *
6239  * Returns zero if the change completed successfully, and either EINVAL or
6240  * ENOMEM if the change failed.  Specifically, EINVAL is returned if some part
6241  * of the virtual address range was not mapped, and ENOMEM is returned if
6242  * there was insufficient memory available to complete the change.  In the
6243  * latter case, the memory type may have been changed on some part of the
6244  * virtual address range or the direct map.
6245  */
6246 int
6247 pmap_change_attr(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
6248 {
6249         int error;
6250
6251         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
6252         error = pmap_change_attr_locked(va, size, mode);
6253         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
6254         return (error);
6255 }
6256
6257 static int
6258 pmap_change_attr_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
6259 {
6260         vm_offset_t base, offset, tmpva;
6261         vm_paddr_t pa_start, pa_end;
6262         pdp_entry_t *pdpe;
6263         pd_entry_t *pde;
6264         pt_entry_t *pte;
6265         int cache_bits_pte, cache_bits_pde, error;
6266         boolean_t changed;
6267
6268         PMAP_LOCK_ASSERT(kernel_pmap, MA_OWNED);
6269         base = trunc_page(va);
6270         offset = va & PAGE_MASK;
6271         size = round_page(offset + size);
6272
6273         /*
6274          * Only supported on kernel virtual addresses, including the direct
6275          * map but excluding the recursive map.
6276          */
6277         if (base < DMAP_MIN_ADDRESS)
6278                 return (EINVAL);
6279
6280         cache_bits_pde = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, 1);
6281         cache_bits_pte = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, 0);
6282         changed = FALSE;
6283
6284         /*
6285          * Pages that aren't mapped aren't supported.  Also break down 2MB pages
6286          * into 4KB pages if required.
6287          */
6288         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
6289                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, tmpva);
6290                 if (*pdpe == 0)
6291                         return (EINVAL);
6292                 if (*pdpe & PG_PS) {
6293                         /*
6294                          * If the current 1GB page already has the required
6295                          * memory type, then we need not demote this page. Just
6296                          * increment tmpva to the next 1GB page frame.
6297                          */
6298                         if ((*pdpe & X86_PG_PDE_CACHE) == cache_bits_pde) {
6299                                 tmpva = trunc_1gpage(tmpva) + NBPDP;
6300                                 continue;
6301                         }
6302
6303                         /*
6304                          * If the current offset aligns with a 1GB page frame
6305                          * and there is at least 1GB left within the range, then
6306                          * we need not break down this page into 2MB pages.
6307                          */
6308                         if ((tmpva & PDPMASK) == 0 &&
6309                             tmpva + PDPMASK < base + size) {
6310                                 tmpva += NBPDP;
6311                                 continue;
6312                         }
6313                         if (!pmap_demote_pdpe(kernel_pmap, pdpe, tmpva))
6314                                 return (ENOMEM);
6315                 }
6316                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, tmpva);
6317                 if (*pde == 0)
6318                         return (EINVAL);
6319                 if (*pde & PG_PS) {
6320                         /*
6321                          * If the current 2MB page already has the required
6322                          * memory type, then we need not demote this page. Just
6323                          * increment tmpva to the next 2MB page frame.
6324                          */
6325                         if ((*pde & X86_PG_PDE_CACHE) == cache_bits_pde) {
6326                                 tmpva = trunc_2mpage(tmpva) + NBPDR;
6327                                 continue;
6328                         }
6329
6330                         /*
6331                          * If the current offset aligns with a 2MB page frame
6332                          * and there is at least 2MB left within the range, then
6333                          * we need not break down this page into 4KB pages.
6334                          */
6335                         if ((tmpva & PDRMASK) == 0 &&
6336                             tmpva + PDRMASK < base + size) {
6337                                 tmpva += NBPDR;
6338                                 continue;
6339                         }
6340                         if (!pmap_demote_pde(kernel_pmap, pde, tmpva))
6341                                 return (ENOMEM);
6342                 }
6343                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, tmpva);
6344                 if (*pte == 0)
6345                         return (EINVAL);
6346                 tmpva += PAGE_SIZE;
6347         }
6348         error = 0;
6349
6350         /*
6351          * Ok, all the pages exist, so run through them updating their
6352          * cache mode if required.
6353          */
6354         pa_start = pa_end = 0;
6355         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
6356                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, tmpva);
6357                 if (*pdpe & PG_PS) {
6358                         if ((*pdpe & X86_PG_PDE_CACHE) != cache_bits_pde) {
6359                                 pmap_pde_attr(pdpe, cache_bits_pde,
6360                                     X86_PG_PDE_CACHE);
6361                                 changed = TRUE;
6362                         }
6363                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS) {
6364                                 if (pa_start == pa_end) {
6365                                         /* Start physical address run. */
6366                                         pa_start = *pdpe & PG_PS_FRAME;
6367                                         pa_end = pa_start + NBPDP;
6368                                 } else if (pa_end == (*pdpe & PG_PS_FRAME))
6369                                         pa_end += NBPDP;
6370                                 else {
6371                                         /* Run ended, update direct map. */
6372                                         error = pmap_change_attr_locked(
6373                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
6374                                             pa_end - pa_start, mode);
6375                                         if (error != 0)
6376                                                 break;
6377                                         /* Start physical address run. */
6378                                         pa_start = *pdpe & PG_PS_FRAME;
6379                                         pa_end = pa_start + NBPDP;
6380                                 }
6381                         }
6382                         tmpva = trunc_1gpage(tmpva) + NBPDP;
6383                         continue;
6384                 }
6385                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, tmpva);
6386                 if (*pde & PG_PS) {
6387                         if ((*pde & X86_PG_PDE_CACHE) != cache_bits_pde) {
6388                                 pmap_pde_attr(pde, cache_bits_pde,
6389                                     X86_PG_PDE_CACHE);
6390                                 changed = TRUE;
6391                         }
6392                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS) {
6393                                 if (pa_start == pa_end) {
6394                                         /* Start physical address run. */
6395                                         pa_start = *pde & PG_PS_FRAME;
6396                                         pa_end = pa_start + NBPDR;
6397                                 } else if (pa_end == (*pde & PG_PS_FRAME))
6398                                         pa_end += NBPDR;
6399                                 else {
6400                                         /* Run ended, update direct map. */
6401                                         error = pmap_change_attr_locked(
6402                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
6403                                             pa_end - pa_start, mode);
6404                                         if (error != 0)
6405                                                 break;
6406                                         /* Start physical address run. */
6407                                         pa_start = *pde & PG_PS_FRAME;
6408                                         pa_end = pa_start + NBPDR;
6409                                 }
6410                         }
6411                         tmpva = trunc_2mpage(tmpva) + NBPDR;
6412                 } else {
6413                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, tmpva);
6414                         if ((*pte & X86_PG_PTE_CACHE) != cache_bits_pte) {
6415                                 pmap_pte_attr(pte, cache_bits_pte,
6416                                     X86_PG_PTE_CACHE);
6417                                 changed = TRUE;
6418                         }
6419                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS) {
6420                                 if (pa_start == pa_end) {
6421                                         /* Start physical address run. */
6422                                         pa_start = *pte & PG_FRAME;
6423                                         pa_end = pa_start + PAGE_SIZE;
6424                                 } else if (pa_end == (*pte & PG_FRAME))
6425                                         pa_end += PAGE_SIZE;
6426                                 else {
6427                                         /* Run ended, update direct map. */
6428                                         error = pmap_change_attr_locked(
6429                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
6430                                             pa_end - pa_start, mode);
6431                                         if (error != 0)
6432                                                 break;
6433                                         /* Start physical address run. */
6434                                         pa_start = *pte & PG_FRAME;
6435                                         pa_end = pa_start + PAGE_SIZE;
6436                                 }
6437                         }
6438                         tmpva += PAGE_SIZE;
6439                 }
6440         }
6441         if (error == 0 && pa_start != pa_end)
6442                 error = pmap_change_attr_locked(PHYS_TO_DMAP(pa_start),
6443                     pa_end - pa_start, mode);
6444
6445         /*
6446          * Flush CPU caches if required to make sure any data isn't cached that
6447          * shouldn't be, etc.
6448          */
6449         if (changed) {
6450                 pmap_invalidate_range(kernel_pmap, base, tmpva);
6451                 pmap_invalidate_cache_range(base, tmpva);
6452         }
6453         return (error);
6454 }
6455
6456 /*
6457  * Demotes any mapping within the direct map region that covers more than the
6458  * specified range of physical addresses.  This range's size must be a power
6459  * of two and its starting address must be a multiple of its size.  Since the
6460  * demotion does not change any attributes of the mapping, a TLB invalidation
6461  * is not mandatory.  The caller may, however, request a TLB invalidation.
6462  */
6463 void
6464 pmap_demote_DMAP(vm_paddr_t base, vm_size_t len, boolean_t invalidate)
6465 {
6466         pdp_entry_t *pdpe;
6467         pd_entry_t *pde;
6468         vm_offset_t va;
6469         boolean_t changed;
6470
6471         if (len == 0)
6472                 return;
6473         KASSERT(powerof2(len), ("pmap_demote_DMAP: len is not a power of 2"));
6474         KASSERT((base & (len - 1)) == 0,
6475             ("pmap_demote_DMAP: base is not a multiple of len"));
6476         if (len < NBPDP && base < dmaplimit) {
6477                 va = PHYS_TO_DMAP(base);
6478                 changed = FALSE;
6479                 PMAP_LOCK(kernel_pmap);
6480                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, va);
6481                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0)
6482                         panic("pmap_demote_DMAP: invalid PDPE");
6483                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0) {
6484                         if (!pmap_demote_pdpe(kernel_pmap, pdpe, va))
6485                                 panic("pmap_demote_DMAP: PDPE failed");
6486                         changed = TRUE;
6487                 }
6488                 if (len < NBPDR) {
6489                         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
6490                         if ((*pde & X86_PG_V) == 0)
6491                                 panic("pmap_demote_DMAP: invalid PDE");
6492                         if ((*pde & PG_PS) != 0) {
6493                                 if (!pmap_demote_pde(kernel_pmap, pde, va))
6494                                         panic("pmap_demote_DMAP: PDE failed");
6495                                 changed = TRUE;
6496                         }
6497                 }
6498                 if (changed && invalidate)
6499                         pmap_invalidate_page(kernel_pmap, va);
6500                 PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
6501         }
6502 }
6503
6504 /*
6505  * perform the pmap work for mincore
6506  */
6507 int
6508 pmap_mincore(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_paddr_t *locked_pa)
6509 {
6510         pd_entry_t *pdep;
6511         pt_entry_t pte, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
6512         vm_paddr_t pa;
6513         int val;
6514
6515         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6516         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6517         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6518         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6519
6520         PMAP_LOCK(pmap);
6521 retry:
6522         pdep = pmap_pde(pmap, addr);
6523         if (pdep != NULL && (*pdep & PG_V)) {
6524                 if (*pdep & PG_PS) {
6525                         pte = *pdep;
6526                         /* Compute the physical address of the 4KB page. */
6527                         pa = ((*pdep & PG_PS_FRAME) | (addr & PDRMASK)) &
6528                             PG_FRAME;
6529                         val = MINCORE_SUPER;
6530                 } else {
6531                         pte = *pmap_pde_to_pte(pdep, addr);
6532                         pa = pte & PG_FRAME;
6533                         val = 0;
6534                 }
6535         } else {
6536                 pte = 0;
6537                 pa = 0;
6538                 val = 0;
6539         }
6540         if ((pte & PG_V) != 0) {
6541                 val |= MINCORE_INCORE;
6542                 if ((pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
6543                         val |= MINCORE_MODIFIED | MINCORE_MODIFIED_OTHER;
6544                 if ((pte & PG_A) != 0)
6545                         val |= MINCORE_REFERENCED | MINCORE_REFERENCED_OTHER;
6546         }
6547         if ((val & (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER)) !=
6548             (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER) &&
6549             (pte & (PG_MANAGED | PG_V)) == (PG_MANAGED | PG_V)) {
6550                 /* Ensure that "PHYS_TO_VM_PAGE(pa)->object" doesn't change. */
6551                 if (vm_page_pa_tryrelock(pmap, pa, locked_pa))
6552                         goto retry;
6553         } else
6554                 PA_UNLOCK_COND(*locked_pa);
6555         PMAP_UNLOCK(pmap);
6556         return (val);
6557 }
6558
6559 void
6560 pmap_activate(struct thread *td)
6561 {
6562         pmap_t  pmap, oldpmap;
6563         u_int   cpuid;
6564
6565         critical_enter();
6566         pmap = vmspace_pmap(td->td_proc->p_vmspace);
6567         oldpmap = PCPU_GET(curpmap);
6568         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
6569 #ifdef SMP
6570         CPU_CLR_ATOMIC(cpuid, &oldpmap->pm_active);
6571         CPU_SET_ATOMIC(cpuid, &pmap->pm_active);
6572         CPU_SET_ATOMIC(cpuid, &pmap->pm_save);
6573 #else
6574         CPU_CLR(cpuid, &oldpmap->pm_active);
6575         CPU_SET(cpuid, &pmap->pm_active);
6576         CPU_SET(cpuid, &pmap->pm_save);
6577 #endif
6578         td->td_pcb->pcb_cr3 = pmap->pm_cr3;
6579         load_cr3(pmap->pm_cr3);
6580         PCPU_SET(curpmap, pmap);
6581         critical_exit();
6582 }
6583
6584 void
6585 pmap_sync_icache(pmap_t pm, vm_offset_t va, vm_size_t sz)
6586 {
6587 }
6588
6589 /*
6590  *      Increase the starting virtual address of the given mapping if a
6591  *      different alignment might result in more superpage mappings.
6592  */
6593 void
6594 pmap_align_superpage(vm_object_t object, vm_ooffset_t offset,
6595     vm_offset_t *addr, vm_size_t size)
6596 {
6597         vm_offset_t superpage_offset;
6598
6599         if (size < NBPDR)
6600                 return;
6601         if (object != NULL && (object->flags & OBJ_COLORED) != 0)
6602                 offset += ptoa(object->pg_color);
6603         superpage_offset = offset & PDRMASK;
6604         if (size - ((NBPDR - superpage_offset) & PDRMASK) < NBPDR ||
6605             (*addr & PDRMASK) == superpage_offset)
6606                 return;
6607         if ((*addr & PDRMASK) < superpage_offset)
6608                 *addr = (*addr & ~PDRMASK) + superpage_offset;
6609         else
6610                 *addr = ((*addr + PDRMASK) & ~PDRMASK) + superpage_offset;
6611 }
6612
6613 #ifdef INVARIANTS
6614 static unsigned long num_dirty_emulations;
6615 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_dirty_emulations, CTLFLAG_RW,
6616              &num_dirty_emulations, 0, NULL);
6617
6618 static unsigned long num_accessed_emulations;
6619 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_accessed_emulations, CTLFLAG_RW,
6620              &num_accessed_emulations, 0, NULL);
6621
6622 static unsigned long num_superpage_accessed_emulations;
6623 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_superpage_accessed_emulations, CTLFLAG_RW,
6624              &num_superpage_accessed_emulations, 0, NULL);
6625
6626 static unsigned long ad_emulation_superpage_promotions;
6627 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, ad_emulation_superpage_promotions, CTLFLAG_RW,
6628              &ad_emulation_superpage_promotions, 0, NULL);
6629 #endif  /* INVARIANTS */
6630
6631 int
6632 pmap_emulate_accessed_dirty(pmap_t pmap, vm_offset_t va, int ftype)
6633 {
6634         int rv;
6635         struct rwlock *lock;
6636         vm_page_t m, mpte;
6637         pd_entry_t *pde;
6638         pt_entry_t *pte, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
6639         boolean_t pv_lists_locked;
6640
6641         KASSERT(ftype == VM_PROT_READ || ftype == VM_PROT_WRITE,
6642             ("pmap_emulate_accessed_dirty: invalid fault type %d", ftype));
6643
6644         if (!pmap_emulate_ad_bits(pmap))
6645                 return (-1);
6646
6647         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6648         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6649         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6650         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6651
6652         rv = -1;
6653         lock = NULL;
6654         pv_lists_locked = FALSE;
6655 retry:
6656         PMAP_LOCK(pmap);
6657
6658         pde = pmap_pde(pmap, va);
6659         if (pde == NULL || (*pde & PG_V) == 0)
6660                 goto done;
6661
6662         if ((*pde & PG_PS) != 0) {
6663                 if (ftype == VM_PROT_READ) {
6664 #ifdef INVARIANTS
6665                         atomic_add_long(&num_superpage_accessed_emulations, 1);
6666 #endif
6667                         *pde |= PG_A;
6668                         rv = 0;
6669                 }
6670                 goto done;
6671         }
6672
6673         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
6674         if ((*pte & PG_V) == 0)
6675                 goto done;
6676
6677         if (ftype == VM_PROT_WRITE) {
6678                 if ((*pte & PG_RW) == 0)
6679                         goto done;
6680                 *pte |= PG_M;
6681         }
6682         *pte |= PG_A;
6683
6684         /* try to promote the mapping */
6685         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
6686                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
6687         else
6688                 mpte = NULL;
6689
6690         m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pte & PG_FRAME);
6691
6692         if ((mpte == NULL || mpte->wire_count == NPTEPG) &&
6693             pmap_ps_enabled(pmap) &&
6694             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
6695             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0) {
6696                 if (!pv_lists_locked) {
6697                         pv_lists_locked = TRUE;
6698                         if (!rw_try_rlock(&pvh_global_lock)) {
6699                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6700                                 rw_rlock(&pvh_global_lock);
6701                                 goto retry;
6702                         }
6703                 }
6704                 pmap_promote_pde(pmap, pde, va, &lock);
6705 #ifdef INVARIANTS
6706                 atomic_add_long(&ad_emulation_superpage_promotions, 1);
6707 #endif
6708         }
6709 #ifdef INVARIANTS
6710         if (ftype == VM_PROT_WRITE)
6711                 atomic_add_long(&num_dirty_emulations, 1);
6712         else
6713                 atomic_add_long(&num_accessed_emulations, 1);
6714 #endif
6715         rv = 0;         /* success */
6716 done:
6717         if (lock != NULL)
6718                 rw_wunlock(lock);
6719         if (pv_lists_locked)
6720                 rw_runlock(&pvh_global_lock);
6721         PMAP_UNLOCK(pmap);
6722         return (rv);
6723 }
6724
6725 void
6726 pmap_get_mapping(pmap_t pmap, vm_offset_t va, uint64_t *ptr, int *num)
6727 {
6728         pml4_entry_t *pml4;
6729         pdp_entry_t *pdp;
6730         pd_entry_t *pde;
6731         pt_entry_t *pte, PG_V;
6732         int idx;
6733
6734         idx = 0;
6735         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6736         PMAP_LOCK(pmap);
6737
6738         pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
6739         ptr[idx++] = *pml4;
6740         if ((*pml4 & PG_V) == 0)
6741                 goto done;
6742
6743         pdp = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4, va);
6744         ptr[idx++] = *pdp;
6745         if ((*pdp & PG_V) == 0 || (*pdp & PG_PS) != 0)
6746                 goto done;
6747
6748         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdp, va);
6749         ptr[idx++] = *pde;
6750         if ((*pde & PG_V) == 0 || (*pde & PG_PS) != 0)
6751                 goto done;
6752
6753         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
6754         ptr[idx++] = *pte;
6755
6756 done:
6757         PMAP_UNLOCK(pmap);
6758         *num = idx;
6759 }
6760
6761 #include "opt_ddb.h"
6762 #ifdef DDB
6763 #include <ddb/ddb.h>
6764
6765 DB_SHOW_COMMAND(pte, pmap_print_pte)
6766 {
6767         pmap_t pmap;
6768         pml4_entry_t *pml4;
6769         pdp_entry_t *pdp;
6770         pd_entry_t *pde;
6771         pt_entry_t *pte, PG_V;
6772         vm_offset_t va;
6773
6774         if (have_addr) {
6775                 va = (vm_offset_t)addr;
6776                 pmap = PCPU_GET(curpmap); /* XXX */
6777         } else {
6778                 db_printf("show pte addr\n");
6779                 return;
6780         }
6781         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6782         pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
6783         db_printf("VA %#016lx pml4e %#016lx", va, *pml4);
6784         if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
6785                 db_printf("\n");
6786                 return;
6787         }
6788         pdp = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4, va);
6789         db_printf(" pdpe %#016lx", *pdp);
6790         if ((*pdp & PG_V) == 0 || (*pdp & PG_PS) != 0) {
6791                 db_printf("\n");
6792                 return;
6793         }
6794         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdp, va);
6795         db_printf(" pde %#016lx", *pde);
6796         if ((*pde & PG_V) == 0 || (*pde & PG_PS) != 0) {
6797                 db_printf("\n");
6798                 return;
6799         }
6800         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
6801         db_printf(" pte %#016lx\n", *pte);
6802 }
6803
6804 DB_SHOW_COMMAND(phys2dmap, pmap_phys2dmap)
6805 {
6806         vm_paddr_t a;
6807
6808         if (have_addr) {
6809                 a = (vm_paddr_t)addr;
6810                 db_printf("0x%jx\n", (uintmax_t)PHYS_TO_DMAP(a));
6811         } else {
6812                 db_printf("show phys2dmap addr\n");
6813         }
6814 }
6815 #endif