]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/amd64/amd64/pmap.c
MFC r347698:
[FreeBSD/FreeBSD.git] / sys / amd64 / amd64 / pmap.c
1 /*-
2  * SPDX-License-Identifier: BSD-4-Clause
3  *
4  * Copyright (c) 1991 Regents of the University of California.
5  * All rights reserved.
6  * Copyright (c) 1994 John S. Dyson
7  * All rights reserved.
8  * Copyright (c) 1994 David Greenman
9  * All rights reserved.
10  * Copyright (c) 2003 Peter Wemm
11  * All rights reserved.
12  * Copyright (c) 2005-2010 Alan L. Cox <alc@cs.rice.edu>
13  * All rights reserved.
14  *
15  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
16  * the Systems Programming Group of the University of Utah Computer
17  * Science Department and William Jolitz of UUNET Technologies Inc.
18  *
19  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
20  * modification, are permitted provided that the following conditions
21  * are met:
22  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
23  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
24  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
25  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
26  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
27  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
28  *    must display the following acknowledgement:
29  *      This product includes software developed by the University of
30  *      California, Berkeley and its contributors.
31  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
32  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
33  *    without specific prior written permission.
34  *
35  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
36  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
37  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
38  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
39  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
40  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
41  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
42  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
43  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
44  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
45  * SUCH DAMAGE.
46  *
47  *      from:   @(#)pmap.c      7.7 (Berkeley)  5/12/91
48  */
49 /*-
50  * Copyright (c) 2003 Networks Associates Technology, Inc.
51  * Copyright (c) 2014-2019 The FreeBSD Foundation
52  * All rights reserved.
53  *
54  * This software was developed for the FreeBSD Project by Jake Burkholder,
55  * Safeport Network Services, and Network Associates Laboratories, the
56  * Security Research Division of Network Associates, Inc. under
57  * DARPA/SPAWAR contract N66001-01-C-8035 ("CBOSS"), as part of the DARPA
58  * CHATS research program.
59  *
60  * Portions of this software were developed by
61  * Konstantin Belousov <kib@FreeBSD.org> under sponsorship from
62  * the FreeBSD Foundation.
63  *
64  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
65  * modification, are permitted provided that the following conditions
66  * are met:
67  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
68  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
69  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
70  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
71  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
72  *
73  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
74  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
75  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
76  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
77  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
78  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
79  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
80  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
81  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
82  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
83  * SUCH DAMAGE.
84  */
85
86 #define AMD64_NPT_AWARE
87
88 #include <sys/cdefs.h>
89 __FBSDID("$FreeBSD$");
90
91 /*
92  *      Manages physical address maps.
93  *
94  *      Since the information managed by this module is
95  *      also stored by the logical address mapping module,
96  *      this module may throw away valid virtual-to-physical
97  *      mappings at almost any time.  However, invalidations
98  *      of virtual-to-physical mappings must be done as
99  *      requested.
100  *
101  *      In order to cope with hardware architectures which
102  *      make virtual-to-physical map invalidates expensive,
103  *      this module may delay invalidate or reduced protection
104  *      operations until such time as they are actually
105  *      necessary.  This module is given full information as
106  *      to which processors are currently using which maps,
107  *      and to when physical maps must be made correct.
108  */
109
110 #include "opt_pmap.h"
111 #include "opt_vm.h"
112
113 #include <sys/param.h>
114 #include <sys/bitstring.h>
115 #include <sys/bus.h>
116 #include <sys/systm.h>
117 #include <sys/kernel.h>
118 #include <sys/ktr.h>
119 #include <sys/lock.h>
120 #include <sys/malloc.h>
121 #include <sys/mman.h>
122 #include <sys/mutex.h>
123 #include <sys/proc.h>
124 #include <sys/rangeset.h>
125 #include <sys/rwlock.h>
126 #include <sys/sx.h>
127 #include <sys/turnstile.h>
128 #include <sys/vmem.h>
129 #include <sys/vmmeter.h>
130 #include <sys/sched.h>
131 #include <sys/sysctl.h>
132 #include <sys/smp.h>
133
134 #include <vm/vm.h>
135 #include <vm/vm_param.h>
136 #include <vm/vm_kern.h>
137 #include <vm/vm_page.h>
138 #include <vm/vm_map.h>
139 #include <vm/vm_object.h>
140 #include <vm/vm_extern.h>
141 #include <vm/vm_pageout.h>
142 #include <vm/vm_pager.h>
143 #include <vm/vm_phys.h>
144 #include <vm/vm_radix.h>
145 #include <vm/vm_reserv.h>
146 #include <vm/uma.h>
147
148 #include <machine/intr_machdep.h>
149 #include <x86/apicvar.h>
150 #include <x86/ifunc.h>
151 #include <machine/cpu.h>
152 #include <machine/cputypes.h>
153 #include <machine/md_var.h>
154 #include <machine/pcb.h>
155 #include <machine/specialreg.h>
156 #ifdef SMP
157 #include <machine/smp.h>
158 #endif
159 #include <machine/sysarch.h>
160 #include <machine/tss.h>
161
162 static __inline boolean_t
163 pmap_type_guest(pmap_t pmap)
164 {
165
166         return ((pmap->pm_type == PT_EPT) || (pmap->pm_type == PT_RVI));
167 }
168
169 static __inline boolean_t
170 pmap_emulate_ad_bits(pmap_t pmap)
171 {
172
173         return ((pmap->pm_flags & PMAP_EMULATE_AD_BITS) != 0);
174 }
175
176 static __inline pt_entry_t
177 pmap_valid_bit(pmap_t pmap)
178 {
179         pt_entry_t mask;
180
181         switch (pmap->pm_type) {
182         case PT_X86:
183         case PT_RVI:
184                 mask = X86_PG_V;
185                 break;
186         case PT_EPT:
187                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
188                         mask = EPT_PG_EMUL_V;
189                 else
190                         mask = EPT_PG_READ;
191                 break;
192         default:
193                 panic("pmap_valid_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
194         }
195
196         return (mask);
197 }
198
199 static __inline pt_entry_t
200 pmap_rw_bit(pmap_t pmap)
201 {
202         pt_entry_t mask;
203
204         switch (pmap->pm_type) {
205         case PT_X86:
206         case PT_RVI:
207                 mask = X86_PG_RW;
208                 break;
209         case PT_EPT:
210                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
211                         mask = EPT_PG_EMUL_RW;
212                 else
213                         mask = EPT_PG_WRITE;
214                 break;
215         default:
216                 panic("pmap_rw_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
217         }
218
219         return (mask);
220 }
221
222 static pt_entry_t pg_g;
223
224 static __inline pt_entry_t
225 pmap_global_bit(pmap_t pmap)
226 {
227         pt_entry_t mask;
228
229         switch (pmap->pm_type) {
230         case PT_X86:
231                 mask = pg_g;
232                 break;
233         case PT_RVI:
234         case PT_EPT:
235                 mask = 0;
236                 break;
237         default:
238                 panic("pmap_global_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
239         }
240
241         return (mask);
242 }
243
244 static __inline pt_entry_t
245 pmap_accessed_bit(pmap_t pmap)
246 {
247         pt_entry_t mask;
248
249         switch (pmap->pm_type) {
250         case PT_X86:
251         case PT_RVI:
252                 mask = X86_PG_A;
253                 break;
254         case PT_EPT:
255                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
256                         mask = EPT_PG_READ;
257                 else
258                         mask = EPT_PG_A;
259                 break;
260         default:
261                 panic("pmap_accessed_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
262         }
263
264         return (mask);
265 }
266
267 static __inline pt_entry_t
268 pmap_modified_bit(pmap_t pmap)
269 {
270         pt_entry_t mask;
271
272         switch (pmap->pm_type) {
273         case PT_X86:
274         case PT_RVI:
275                 mask = X86_PG_M;
276                 break;
277         case PT_EPT:
278                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
279                         mask = EPT_PG_WRITE;
280                 else
281                         mask = EPT_PG_M;
282                 break;
283         default:
284                 panic("pmap_modified_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
285         }
286
287         return (mask);
288 }
289
290 static __inline pt_entry_t
291 pmap_pku_mask_bit(pmap_t pmap)
292 {
293
294         return (pmap->pm_type == PT_X86 ? X86_PG_PKU_MASK : 0);
295 }
296
297 #if !defined(DIAGNOSTIC)
298 #ifdef __GNUC_GNU_INLINE__
299 #define PMAP_INLINE     __attribute__((__gnu_inline__)) inline
300 #else
301 #define PMAP_INLINE     extern inline
302 #endif
303 #else
304 #define PMAP_INLINE
305 #endif
306
307 #ifdef PV_STATS
308 #define PV_STAT(x)      do { x ; } while (0)
309 #else
310 #define PV_STAT(x)      do { } while (0)
311 #endif
312
313 #define pa_index(pa)    ((pa) >> PDRSHIFT)
314 #define pa_to_pvh(pa)   (&pv_table[pa_index(pa)])
315
316 #define NPV_LIST_LOCKS  MAXCPU
317
318 #define PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa)        \
319                         (&pv_list_locks[pa_index(pa) % NPV_LIST_LOCKS])
320
321 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa)  do {    \
322         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
323         struct rwlock *_new_lock;                       \
324                                                         \
325         _new_lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);           \
326         if (_new_lock != *_lockp) {                     \
327                 if (*_lockp != NULL)                    \
328                         rw_wunlock(*_lockp);            \
329                 *_lockp = _new_lock;                    \
330                 rw_wlock(*_lockp);                      \
331         }                                               \
332 } while (0)
333
334 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m)        \
335                         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, VM_PAGE_TO_PHYS(m))
336
337 #define RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp)             do {    \
338         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
339                                                         \
340         if (*_lockp != NULL) {                          \
341                 rw_wunlock(*_lockp);                    \
342                 *_lockp = NULL;                         \
343         }                                               \
344 } while (0)
345
346 #define VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m)      \
347                         PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(VM_PAGE_TO_PHYS(m))
348
349 struct pmap kernel_pmap_store;
350
351 vm_offset_t virtual_avail;      /* VA of first avail page (after kernel bss) */
352 vm_offset_t virtual_end;        /* VA of last avail page (end of kernel AS) */
353
354 int nkpt;
355 SYSCTL_INT(_machdep, OID_AUTO, nkpt, CTLFLAG_RD, &nkpt, 0,
356     "Number of kernel page table pages allocated on bootup");
357
358 static int ndmpdp;
359 vm_paddr_t dmaplimit;
360 vm_offset_t kernel_vm_end = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
361 pt_entry_t pg_nx;
362
363 static SYSCTL_NODE(_vm, OID_AUTO, pmap, CTLFLAG_RD, 0, "VM/pmap parameters");
364
365 /* Unused, kept for ABI stability on the stable branch. */
366 static int pat_works = 1;
367 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pat_works, CTLFLAG_RD, &pat_works, 1,
368     "Is page attribute table fully functional?");
369
370 static int pg_ps_enabled = 1;
371 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pg_ps_enabled, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
372     &pg_ps_enabled, 0, "Are large page mappings enabled?");
373
374 #define PAT_INDEX_SIZE  8
375 static int pat_index[PAT_INDEX_SIZE];   /* cache mode to PAT index conversion */
376
377 static u_int64_t        KPTphys;        /* phys addr of kernel level 1 */
378 static u_int64_t        KPDphys;        /* phys addr of kernel level 2 */
379 u_int64_t               KPDPphys;       /* phys addr of kernel level 3 */
380 u_int64_t               KPML4phys;      /* phys addr of kernel level 4 */
381
382 static u_int64_t        DMPDphys;       /* phys addr of direct mapped level 2 */
383 static u_int64_t        DMPDPphys;      /* phys addr of direct mapped level 3 */
384 static int              ndmpdpphys;     /* number of DMPDPphys pages */
385
386 static vm_paddr_t       KERNend;        /* phys addr of end of bootstrap data */
387
388 /*
389  * pmap_mapdev support pre initialization (i.e. console)
390  */
391 #define PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT      8
392 static struct pmap_preinit_mapping {
393         vm_paddr_t      pa;
394         vm_offset_t     va;
395         vm_size_t       sz;
396         int             mode;
397 } pmap_preinit_mapping[PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT];
398 static int pmap_initialized;
399
400 /*
401  * Data for the pv entry allocation mechanism.
402  * Updates to pv_invl_gen are protected by the pv_list_locks[]
403  * elements, but reads are not.
404  */
405 static TAILQ_HEAD(pch, pv_chunk) pv_chunks = TAILQ_HEAD_INITIALIZER(pv_chunks);
406 static struct mtx __exclusive_cache_line pv_chunks_mutex;
407 static struct rwlock __exclusive_cache_line pv_list_locks[NPV_LIST_LOCKS];
408 static u_long pv_invl_gen[NPV_LIST_LOCKS];
409 static struct md_page *pv_table;
410 static struct md_page pv_dummy;
411
412 /*
413  * All those kernel PT submaps that BSD is so fond of
414  */
415 pt_entry_t *CMAP1 = NULL;
416 caddr_t CADDR1 = 0;
417 static vm_offset_t qframe = 0;
418 static struct mtx qframe_mtx;
419
420 static int pmap_flags = PMAP_PDE_SUPERPAGE;     /* flags for x86 pmaps */
421
422 static vmem_t *large_vmem;
423 static u_int lm_ents;
424
425 int pmap_pcid_enabled = 1;
426 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pcid_enabled, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
427     &pmap_pcid_enabled, 0, "Is TLB Context ID enabled ?");
428 int invpcid_works = 0;
429 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, invpcid_works, CTLFLAG_RD, &invpcid_works, 0,
430     "Is the invpcid instruction available ?");
431
432 int __read_frequently pti = 0;
433 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pti, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
434     &pti, 0,
435     "Page Table Isolation enabled");
436 static vm_object_t pti_obj;
437 static pml4_entry_t *pti_pml4;
438 static vm_pindex_t pti_pg_idx;
439 static bool pti_finalized;
440
441 struct pmap_pkru_range {
442         struct rs_el    pkru_rs_el;
443         u_int           pkru_keyidx;
444         int             pkru_flags;
445 };
446
447 static uma_zone_t pmap_pkru_ranges_zone;
448 static bool pmap_pkru_same(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva);
449 static pt_entry_t pmap_pkru_get(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
450 static void pmap_pkru_on_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva);
451 static void *pkru_dup_range(void *ctx, void *data);
452 static void pkru_free_range(void *ctx, void *node);
453 static int pmap_pkru_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap);
454 static int pmap_pkru_deassign(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva);
455 static void pmap_pkru_deassign_all(pmap_t pmap);
456
457 static int
458 pmap_pcid_save_cnt_proc(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
459 {
460         int i;
461         uint64_t res;
462
463         res = 0;
464         CPU_FOREACH(i) {
465                 res += cpuid_to_pcpu[i]->pc_pm_save_cnt;
466         }
467         return (sysctl_handle_64(oidp, &res, 0, req));
468 }
469 SYSCTL_PROC(_vm_pmap, OID_AUTO, pcid_save_cnt, CTLTYPE_U64 | CTLFLAG_RD |
470     CTLFLAG_MPSAFE, NULL, 0, pmap_pcid_save_cnt_proc, "QU",
471     "Count of saved TLB context on switch");
472
473 static LIST_HEAD(, pmap_invl_gen) pmap_invl_gen_tracker =
474     LIST_HEAD_INITIALIZER(&pmap_invl_gen_tracker);
475 static struct mtx invl_gen_mtx;
476 static u_long pmap_invl_gen = 0;
477 /* Fake lock object to satisfy turnstiles interface. */
478 static struct lock_object invl_gen_ts = {
479         .lo_name = "invlts",
480 };
481
482 static bool
483 pmap_not_in_di(void)
484 {
485
486         return (curthread->td_md.md_invl_gen.gen == 0);
487 }
488
489 #define PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI() \
490     KASSERT(pmap_not_in_di(), ("DI already started"))
491
492 /*
493  * Start a new Delayed Invalidation (DI) block of code, executed by
494  * the current thread.  Within a DI block, the current thread may
495  * destroy both the page table and PV list entries for a mapping and
496  * then release the corresponding PV list lock before ensuring that
497  * the mapping is flushed from the TLBs of any processors with the
498  * pmap active.
499  */
500 static void
501 pmap_delayed_invl_started(void)
502 {
503         struct pmap_invl_gen *invl_gen;
504         u_long currgen;
505
506         invl_gen = &curthread->td_md.md_invl_gen;
507         PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI();
508         mtx_lock(&invl_gen_mtx);
509         if (LIST_EMPTY(&pmap_invl_gen_tracker))
510                 currgen = pmap_invl_gen;
511         else
512                 currgen = LIST_FIRST(&pmap_invl_gen_tracker)->gen;
513         invl_gen->gen = currgen + 1;
514         LIST_INSERT_HEAD(&pmap_invl_gen_tracker, invl_gen, link);
515         mtx_unlock(&invl_gen_mtx);
516 }
517
518 /*
519  * Finish the DI block, previously started by the current thread.  All
520  * required TLB flushes for the pages marked by
521  * pmap_delayed_invl_page() must be finished before this function is
522  * called.
523  *
524  * This function works by bumping the global DI generation number to
525  * the generation number of the current thread's DI, unless there is a
526  * pending DI that started earlier.  In the latter case, bumping the
527  * global DI generation number would incorrectly signal that the
528  * earlier DI had finished.  Instead, this function bumps the earlier
529  * DI's generation number to match the generation number of the
530  * current thread's DI.
531  */
532 static void
533 pmap_delayed_invl_finished(void)
534 {
535         struct pmap_invl_gen *invl_gen, *next;
536         struct turnstile *ts;
537
538         invl_gen = &curthread->td_md.md_invl_gen;
539         KASSERT(invl_gen->gen != 0, ("missed invl_started"));
540         mtx_lock(&invl_gen_mtx);
541         next = LIST_NEXT(invl_gen, link);
542         if (next == NULL) {
543                 turnstile_chain_lock(&invl_gen_ts);
544                 ts = turnstile_lookup(&invl_gen_ts);
545                 pmap_invl_gen = invl_gen->gen;
546                 if (ts != NULL) {
547                         turnstile_broadcast(ts, TS_SHARED_QUEUE);
548                         turnstile_unpend(ts);
549                 }
550                 turnstile_chain_unlock(&invl_gen_ts);
551         } else {
552                 next->gen = invl_gen->gen;
553         }
554         LIST_REMOVE(invl_gen, link);
555         mtx_unlock(&invl_gen_mtx);
556         invl_gen->gen = 0;
557 }
558
559 #ifdef PV_STATS
560 static long invl_wait;
561 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, invl_wait, CTLFLAG_RD, &invl_wait, 0,
562     "Number of times DI invalidation blocked pmap_remove_all/write");
563 #endif
564
565 static u_long *
566 pmap_delayed_invl_genp(vm_page_t m)
567 {
568
569         return (&pv_invl_gen[pa_index(VM_PAGE_TO_PHYS(m)) % NPV_LIST_LOCKS]);
570 }
571
572 /*
573  * Ensure that all currently executing DI blocks, that need to flush
574  * TLB for the given page m, actually flushed the TLB at the time the
575  * function returned.  If the page m has an empty PV list and we call
576  * pmap_delayed_invl_wait(), upon its return we know that no CPU has a
577  * valid mapping for the page m in either its page table or TLB.
578  *
579  * This function works by blocking until the global DI generation
580  * number catches up with the generation number associated with the
581  * given page m and its PV list.  Since this function's callers
582  * typically own an object lock and sometimes own a page lock, it
583  * cannot sleep.  Instead, it blocks on a turnstile to relinquish the
584  * processor.
585  */
586 static void
587 pmap_delayed_invl_wait(vm_page_t m)
588 {
589         struct turnstile *ts;
590         u_long *m_gen;
591 #ifdef PV_STATS
592         bool accounted = false;
593 #endif
594
595         m_gen = pmap_delayed_invl_genp(m);
596         while (*m_gen > pmap_invl_gen) {
597 #ifdef PV_STATS
598                 if (!accounted) {
599                         atomic_add_long(&invl_wait, 1);
600                         accounted = true;
601                 }
602 #endif
603                 ts = turnstile_trywait(&invl_gen_ts);
604                 if (*m_gen > pmap_invl_gen)
605                         turnstile_wait(ts, NULL, TS_SHARED_QUEUE);
606                 else
607                         turnstile_cancel(ts);
608         }
609 }
610
611 /*
612  * Mark the page m's PV list as participating in the current thread's
613  * DI block.  Any threads concurrently using m's PV list to remove or
614  * restrict all mappings to m will wait for the current thread's DI
615  * block to complete before proceeding.
616  *
617  * The function works by setting the DI generation number for m's PV
618  * list to at least the DI generation number of the current thread.
619  * This forces a caller of pmap_delayed_invl_wait() to block until
620  * current thread calls pmap_delayed_invl_finished().
621  */
622 static void
623 pmap_delayed_invl_page(vm_page_t m)
624 {
625         u_long gen, *m_gen;
626
627         rw_assert(VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), RA_WLOCKED);
628         gen = curthread->td_md.md_invl_gen.gen;
629         if (gen == 0)
630                 return;
631         m_gen = pmap_delayed_invl_genp(m);
632         if (*m_gen < gen)
633                 *m_gen = gen;
634 }
635
636 /*
637  * Crashdump maps.
638  */
639 static caddr_t crashdumpmap;
640
641 /*
642  * Internal flags for pmap_enter()'s helper functions.
643  */
644 #define PMAP_ENTER_NORECLAIM    0x1000000       /* Don't reclaim PV entries. */
645 #define PMAP_ENTER_NOREPLACE    0x2000000       /* Don't replace mappings. */
646
647 static void     free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc);
648 static void     free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv);
649 static pv_entry_t get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp);
650 static int      popcnt_pc_map_pq(uint64_t *map);
651 static vm_page_t reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp);
652 static void     reserve_pv_entries(pmap_t pmap, int needed,
653                     struct rwlock **lockp);
654 static void     pmap_pv_demote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
655                     struct rwlock **lockp);
656 static bool     pmap_pv_insert_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde,
657                     u_int flags, struct rwlock **lockp);
658 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
659 static void     pmap_pv_promote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
660                     struct rwlock **lockp);
661 #endif
662 static void     pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va);
663 static pv_entry_t pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap,
664                     vm_offset_t va);
665
666 static int pmap_change_attr_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode,
667     bool noflush);
668 static boolean_t pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va);
669 static boolean_t pmap_demote_pde_locked(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde,
670     vm_offset_t va, struct rwlock **lockp);
671 static boolean_t pmap_demote_pdpe(pmap_t pmap, pdp_entry_t *pdpe,
672     vm_offset_t va);
673 static bool     pmap_enter_2mpage(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
674                     vm_prot_t prot, struct rwlock **lockp);
675 static int      pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t newpde,
676                     u_int flags, vm_page_t m, struct rwlock **lockp);
677 static vm_page_t pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
678     vm_page_t m, vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp);
679 static void pmap_fill_ptp(pt_entry_t *firstpte, pt_entry_t newpte);
680 static int pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte);
681 static void pmap_invalidate_cache_range_selfsnoop(vm_offset_t sva,
682     vm_offset_t eva);
683 static void pmap_invalidate_cache_range_all(vm_offset_t sva,
684     vm_offset_t eva);
685 static void pmap_invalidate_pde_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
686                     pd_entry_t pde);
687 static void pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode);
688 static vm_page_t pmap_large_map_getptp_unlocked(void);
689 static void pmap_pde_attr(pd_entry_t *pde, int cache_bits, int mask);
690 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
691 static void pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
692     struct rwlock **lockp);
693 #endif
694 static boolean_t pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva,
695     vm_prot_t prot);
696 static void pmap_pte_attr(pt_entry_t *pte, int cache_bits, int mask);
697 static void pmap_pti_add_kva_locked(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
698     bool exec);
699 static pdp_entry_t *pmap_pti_pdpe(vm_offset_t va);
700 static pd_entry_t *pmap_pti_pde(vm_offset_t va);
701 static void pmap_pti_wire_pte(void *pte);
702 static int pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
703     struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
704 static int pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t sva,
705     pd_entry_t ptepde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
706 static vm_page_t pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
707 static void pmap_remove_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
708     struct spglist *free);
709 static bool     pmap_remove_ptes(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
710                     pd_entry_t *pde, struct spglist *free,
711                     struct rwlock **lockp);
712 static boolean_t pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
713     vm_page_t m, struct rwlock **lockp);
714 static void pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
715     pd_entry_t newpde);
716 static void pmap_update_pde_invalidate(pmap_t, vm_offset_t va, pd_entry_t pde);
717
718 static vm_page_t _pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex,
719                 struct rwlock **lockp);
720 static vm_page_t pmap_allocpde(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
721                 struct rwlock **lockp);
722 static vm_page_t pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
723                 struct rwlock **lockp);
724
725 static void _pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
726     struct spglist *free);
727 static int pmap_unuse_pt(pmap_t, vm_offset_t, pd_entry_t, struct spglist *);
728
729 /********************/
730 /* Inline functions */
731 /********************/
732
733 /* Return a non-clipped PD index for a given VA */
734 static __inline vm_pindex_t
735 pmap_pde_pindex(vm_offset_t va)
736 {
737         return (va >> PDRSHIFT);
738 }
739
740
741 /* Return a pointer to the PML4 slot that corresponds to a VA */
742 static __inline pml4_entry_t *
743 pmap_pml4e(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
744 {
745
746         return (&pmap->pm_pml4[pmap_pml4e_index(va)]);
747 }
748
749 /* Return a pointer to the PDP slot that corresponds to a VA */
750 static __inline pdp_entry_t *
751 pmap_pml4e_to_pdpe(pml4_entry_t *pml4e, vm_offset_t va)
752 {
753         pdp_entry_t *pdpe;
754
755         pdpe = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4e & PG_FRAME);
756         return (&pdpe[pmap_pdpe_index(va)]);
757 }
758
759 /* Return a pointer to the PDP slot that corresponds to a VA */
760 static __inline pdp_entry_t *
761 pmap_pdpe(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
762 {
763         pml4_entry_t *pml4e;
764         pt_entry_t PG_V;
765
766         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
767         pml4e = pmap_pml4e(pmap, va);
768         if ((*pml4e & PG_V) == 0)
769                 return (NULL);
770         return (pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, va));
771 }
772
773 /* Return a pointer to the PD slot that corresponds to a VA */
774 static __inline pd_entry_t *
775 pmap_pdpe_to_pde(pdp_entry_t *pdpe, vm_offset_t va)
776 {
777         pd_entry_t *pde;
778
779         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdpe & PG_FRAME);
780         return (&pde[pmap_pde_index(va)]);
781 }
782
783 /* Return a pointer to the PD slot that corresponds to a VA */
784 static __inline pd_entry_t *
785 pmap_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
786 {
787         pdp_entry_t *pdpe;
788         pt_entry_t PG_V;
789
790         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
791         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
792         if (pdpe == NULL || (*pdpe & PG_V) == 0)
793                 return (NULL);
794         return (pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va));
795 }
796
797 /* Return a pointer to the PT slot that corresponds to a VA */
798 static __inline pt_entry_t *
799 pmap_pde_to_pte(pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
800 {
801         pt_entry_t *pte;
802
803         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pde & PG_FRAME);
804         return (&pte[pmap_pte_index(va)]);
805 }
806
807 /* Return a pointer to the PT slot that corresponds to a VA */
808 static __inline pt_entry_t *
809 pmap_pte(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
810 {
811         pd_entry_t *pde;
812         pt_entry_t PG_V;
813
814         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
815         pde = pmap_pde(pmap, va);
816         if (pde == NULL || (*pde & PG_V) == 0)
817                 return (NULL);
818         if ((*pde & PG_PS) != 0)        /* compat with i386 pmap_pte() */
819                 return ((pt_entry_t *)pde);
820         return (pmap_pde_to_pte(pde, va));
821 }
822
823 static __inline void
824 pmap_resident_count_inc(pmap_t pmap, int count)
825 {
826
827         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
828         pmap->pm_stats.resident_count += count;
829 }
830
831 static __inline void
832 pmap_resident_count_dec(pmap_t pmap, int count)
833 {
834
835         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
836         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count >= count,
837             ("pmap %p resident count underflow %ld %d", pmap,
838             pmap->pm_stats.resident_count, count));
839         pmap->pm_stats.resident_count -= count;
840 }
841
842 PMAP_INLINE pt_entry_t *
843 vtopte(vm_offset_t va)
844 {
845         u_int64_t mask = ((1ul << (NPTEPGSHIFT + NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT)) - 1);
846
847         KASSERT(va >= VM_MAXUSER_ADDRESS, ("vtopte on a uva/gpa 0x%0lx", va));
848
849         return (PTmap + ((va >> PAGE_SHIFT) & mask));
850 }
851
852 static __inline pd_entry_t *
853 vtopde(vm_offset_t va)
854 {
855         u_int64_t mask = ((1ul << (NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT)) - 1);
856
857         KASSERT(va >= VM_MAXUSER_ADDRESS, ("vtopde on a uva/gpa 0x%0lx", va));
858
859         return (PDmap + ((va >> PDRSHIFT) & mask));
860 }
861
862 static u_int64_t
863 allocpages(vm_paddr_t *firstaddr, int n)
864 {
865         u_int64_t ret;
866
867         ret = *firstaddr;
868         bzero((void *)ret, n * PAGE_SIZE);
869         *firstaddr += n * PAGE_SIZE;
870         return (ret);
871 }
872
873 CTASSERT(powerof2(NDMPML4E));
874
875 /* number of kernel PDP slots */
876 #define NKPDPE(ptpgs)           howmany(ptpgs, NPDEPG)
877
878 static void
879 nkpt_init(vm_paddr_t addr)
880 {
881         int pt_pages;
882         
883 #ifdef NKPT
884         pt_pages = NKPT;
885 #else
886         pt_pages = howmany(addr, 1 << PDRSHIFT);
887         pt_pages += NKPDPE(pt_pages);
888
889         /*
890          * Add some slop beyond the bare minimum required for bootstrapping
891          * the kernel.
892          *
893          * This is quite important when allocating KVA for kernel modules.
894          * The modules are required to be linked in the negative 2GB of
895          * the address space.  If we run out of KVA in this region then
896          * pmap_growkernel() will need to allocate page table pages to map
897          * the entire 512GB of KVA space which is an unnecessary tax on
898          * physical memory.
899          *
900          * Secondly, device memory mapped as part of setting up the low-
901          * level console(s) is taken from KVA, starting at virtual_avail.
902          * This is because cninit() is called after pmap_bootstrap() but
903          * before vm_init() and pmap_init(). 20MB for a frame buffer is
904          * not uncommon.
905          */
906         pt_pages += 32;         /* 64MB additional slop. */
907 #endif
908         nkpt = pt_pages;
909 }
910
911 /*
912  * Returns the proper write/execute permission for a physical page that is
913  * part of the initial boot allocations.
914  *
915  * If the page has kernel text, it is marked as read-only. If the page has
916  * kernel read-only data, it is marked as read-only/not-executable. If the
917  * page has only read-write data, it is marked as read-write/not-executable.
918  * If the page is below/above the kernel range, it is marked as read-write.
919  *
920  * This function operates on 2M pages, since we map the kernel space that
921  * way.
922  *
923  * Note that this doesn't currently provide any protection for modules.
924  */
925 static inline pt_entry_t
926 bootaddr_rwx(vm_paddr_t pa)
927 {
928
929         /*
930          * Everything in the same 2M page as the start of the kernel
931          * should be static. On the other hand, things in the same 2M
932          * page as the end of the kernel could be read-write/executable,
933          * as the kernel image is not guaranteed to end on a 2M boundary.
934          */
935         if (pa < trunc_2mpage(btext - KERNBASE) ||
936            pa >= trunc_2mpage(_end - KERNBASE))
937                 return (X86_PG_RW);
938         /*
939          * The linker should ensure that the read-only and read-write
940          * portions don't share the same 2M page, so this shouldn't
941          * impact read-only data. However, in any case, any page with
942          * read-write data needs to be read-write.
943          */
944         if (pa >= trunc_2mpage(brwsection - KERNBASE))
945                 return (X86_PG_RW | pg_nx);
946         /*
947          * Mark any 2M page containing kernel text as read-only. Mark
948          * other pages with read-only data as read-only and not executable.
949          * (It is likely a small portion of the read-only data section will
950          * be marked as read-only, but executable. This should be acceptable
951          * since the read-only protection will keep the data from changing.)
952          * Note that fixups to the .text section will still work until we
953          * set CR0.WP.
954          */
955         if (pa < round_2mpage(etext - KERNBASE))
956                 return (0);
957         return (pg_nx);
958 }
959
960 static void
961 create_pagetables(vm_paddr_t *firstaddr)
962 {
963         int i, j, ndm1g, nkpdpe, nkdmpde;
964         pt_entry_t *pt_p;
965         pd_entry_t *pd_p;
966         pdp_entry_t *pdp_p;
967         pml4_entry_t *p4_p;
968         uint64_t DMPDkernphys;
969
970         /* Allocate page table pages for the direct map */
971         ndmpdp = howmany(ptoa(Maxmem), NBPDP);
972         if (ndmpdp < 4)         /* Minimum 4GB of dirmap */
973                 ndmpdp = 4;
974         ndmpdpphys = howmany(ndmpdp, NPDPEPG);
975         if (ndmpdpphys > NDMPML4E) {
976                 /*
977                  * Each NDMPML4E allows 512 GB, so limit to that,
978                  * and then readjust ndmpdp and ndmpdpphys.
979                  */
980                 printf("NDMPML4E limits system to %d GB\n", NDMPML4E * 512);
981                 Maxmem = atop(NDMPML4E * NBPML4);
982                 ndmpdpphys = NDMPML4E;
983                 ndmpdp = NDMPML4E * NPDEPG;
984         }
985         DMPDPphys = allocpages(firstaddr, ndmpdpphys);
986         ndm1g = 0;
987         if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0) {
988                 /*
989                  * Calculate the number of 1G pages that will fully fit in
990                  * Maxmem.
991                  */
992                 ndm1g = ptoa(Maxmem) >> PDPSHIFT;
993
994                 /*
995                  * Allocate 2M pages for the kernel. These will be used in
996                  * place of the first one or more 1G pages from ndm1g.
997                  */
998                 nkdmpde = howmany((vm_offset_t)(brwsection - KERNBASE), NBPDP);
999                 DMPDkernphys = allocpages(firstaddr, nkdmpde);
1000         }
1001         if (ndm1g < ndmpdp)
1002                 DMPDphys = allocpages(firstaddr, ndmpdp - ndm1g);
1003         dmaplimit = (vm_paddr_t)ndmpdp << PDPSHIFT;
1004
1005         /* Allocate pages */
1006         KPML4phys = allocpages(firstaddr, 1);
1007         KPDPphys = allocpages(firstaddr, NKPML4E);
1008
1009         /*
1010          * Allocate the initial number of kernel page table pages required to
1011          * bootstrap.  We defer this until after all memory-size dependent
1012          * allocations are done (e.g. direct map), so that we don't have to
1013          * build in too much slop in our estimate.
1014          *
1015          * Note that when NKPML4E > 1, we have an empty page underneath
1016          * all but the KPML4I'th one, so we need NKPML4E-1 extra (zeroed)
1017          * pages.  (pmap_enter requires a PD page to exist for each KPML4E.)
1018          */
1019         nkpt_init(*firstaddr);
1020         nkpdpe = NKPDPE(nkpt);
1021
1022         KPTphys = allocpages(firstaddr, nkpt);
1023         KPDphys = allocpages(firstaddr, nkpdpe);
1024
1025         /* Fill in the underlying page table pages */
1026         /* XXX not fully used, underneath 2M pages */
1027         pt_p = (pt_entry_t *)KPTphys;
1028         for (i = 0; ptoa(i) < *firstaddr; i++)
1029                 pt_p[i] = ptoa(i) | X86_PG_V | pg_g | bootaddr_rwx(ptoa(i));
1030
1031         /* Now map the page tables at their location within PTmap */
1032         pd_p = (pd_entry_t *)KPDphys;
1033         for (i = 0; i < nkpt; i++)
1034                 pd_p[i] = (KPTphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW | X86_PG_V;
1035
1036         /* Map from zero to end of allocations under 2M pages */
1037         /* This replaces some of the KPTphys entries above */
1038         for (i = 0; (i << PDRSHIFT) < *firstaddr; i++)
1039                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
1040                 pd_p[i] = (i << PDRSHIFT) | X86_PG_V | PG_PS | pg_g |
1041                     X86_PG_M | X86_PG_A | bootaddr_rwx(i << PDRSHIFT);
1042
1043         /*
1044          * Because we map the physical blocks in 2M pages, adjust firstaddr
1045          * to record the physical blocks we've actually mapped into kernel
1046          * virtual address space.
1047          */
1048         *firstaddr = round_2mpage(*firstaddr);
1049
1050         /* And connect up the PD to the PDP (leaving room for L4 pages) */
1051         pdp_p = (pdp_entry_t *)(KPDPphys + ptoa(KPML4I - KPML4BASE));
1052         for (i = 0; i < nkpdpe; i++)
1053                 pdp_p[i + KPDPI] = (KPDphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW | X86_PG_V;
1054
1055         /*
1056          * Now, set up the direct map region using 2MB and/or 1GB pages.  If
1057          * the end of physical memory is not aligned to a 1GB page boundary,
1058          * then the residual physical memory is mapped with 2MB pages.  Later,
1059          * if pmap_mapdev{_attr}() uses the direct map for non-write-back
1060          * memory, pmap_change_attr() will demote any 2MB or 1GB page mappings
1061          * that are partially used. 
1062          */
1063         pd_p = (pd_entry_t *)DMPDphys;
1064         for (i = NPDEPG * ndm1g, j = 0; i < NPDEPG * ndmpdp; i++, j++) {
1065                 pd_p[j] = (vm_paddr_t)i << PDRSHIFT;
1066                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
1067                 pd_p[j] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_PS | pg_g |
1068                     X86_PG_M | X86_PG_A | pg_nx;
1069         }
1070         pdp_p = (pdp_entry_t *)DMPDPphys;
1071         for (i = 0; i < ndm1g; i++) {
1072                 pdp_p[i] = (vm_paddr_t)i << PDPSHIFT;
1073                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
1074                 pdp_p[i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_PS | pg_g |
1075                     X86_PG_M | X86_PG_A | pg_nx;
1076         }
1077         for (j = 0; i < ndmpdp; i++, j++) {
1078                 pdp_p[i] = DMPDphys + ptoa(j);
1079                 pdp_p[i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V;
1080         }
1081
1082         /*
1083          * Instead of using a 1G page for the memory containing the kernel,
1084          * use 2M pages with appropriate permissions. (If using 1G pages,
1085          * this will partially overwrite the PDPEs above.)
1086          */
1087         if (ndm1g) {
1088                 pd_p = (pd_entry_t *)DMPDkernphys;
1089                 for (i = 0; i < (NPDEPG * nkdmpde); i++)
1090                         pd_p[i] = (i << PDRSHIFT) | X86_PG_V | PG_PS | pg_g |
1091                             X86_PG_M | X86_PG_A | pg_nx |
1092                             bootaddr_rwx(i << PDRSHIFT);
1093                 for (i = 0; i < nkdmpde; i++)
1094                         pdp_p[i] = (DMPDkernphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW |
1095                             X86_PG_V;
1096         }
1097
1098         /* And recursively map PML4 to itself in order to get PTmap */
1099         p4_p = (pml4_entry_t *)KPML4phys;
1100         p4_p[PML4PML4I] = KPML4phys;
1101         p4_p[PML4PML4I] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
1102
1103         /* Connect the Direct Map slot(s) up to the PML4. */
1104         for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++) {
1105                 p4_p[DMPML4I + i] = DMPDPphys + ptoa(i);
1106                 p4_p[DMPML4I + i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V;
1107         }
1108
1109         /* Connect the KVA slots up to the PML4 */
1110         for (i = 0; i < NKPML4E; i++) {
1111                 p4_p[KPML4BASE + i] = KPDPphys + ptoa(i);
1112                 p4_p[KPML4BASE + i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V;
1113         }
1114 }
1115
1116 /*
1117  *      Bootstrap the system enough to run with virtual memory.
1118  *
1119  *      On amd64 this is called after mapping has already been enabled
1120  *      and just syncs the pmap module with what has already been done.
1121  *      [We can't call it easily with mapping off since the kernel is not
1122  *      mapped with PA == VA, hence we would have to relocate every address
1123  *      from the linked base (virtual) address "KERNBASE" to the actual
1124  *      (physical) address starting relative to 0]
1125  */
1126 void
1127 pmap_bootstrap(vm_paddr_t *firstaddr)
1128 {
1129         vm_offset_t va;
1130         pt_entry_t *pte;
1131         uint64_t cr4;
1132         u_long res;
1133         int i;
1134
1135         KERNend = *firstaddr;
1136         res = atop(KERNend - (vm_paddr_t)kernphys);
1137
1138         if (!pti)
1139                 pg_g = X86_PG_G;
1140
1141         /*
1142          * Create an initial set of page tables to run the kernel in.
1143          */
1144         create_pagetables(firstaddr);
1145
1146         /*
1147          * Add a physical memory segment (vm_phys_seg) corresponding to the
1148          * preallocated kernel page table pages so that vm_page structures
1149          * representing these pages will be created.  The vm_page structures
1150          * are required for promotion of the corresponding kernel virtual
1151          * addresses to superpage mappings.
1152          */
1153         vm_phys_add_seg(KPTphys, KPTphys + ptoa(nkpt));
1154
1155         virtual_avail = (vm_offset_t) KERNBASE + *firstaddr;
1156         virtual_end = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS;
1157
1158         /*
1159          * Enable PG_G global pages, then switch to the kernel page
1160          * table from the bootstrap page table.  After the switch, it
1161          * is possible to enable SMEP and SMAP since PG_U bits are
1162          * correct now.
1163          */
1164         cr4 = rcr4();
1165         cr4 |= CR4_PGE;
1166         load_cr4(cr4);
1167         load_cr3(KPML4phys);
1168         if (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_SMEP)
1169                 cr4 |= CR4_SMEP;
1170         if (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_SMAP)
1171                 cr4 |= CR4_SMAP;
1172         load_cr4(cr4);
1173
1174         /*
1175          * Initialize the kernel pmap (which is statically allocated).
1176          * Count bootstrap data as being resident in case any of this data is
1177          * later unmapped (using pmap_remove()) and freed.
1178          */
1179         PMAP_LOCK_INIT(kernel_pmap);
1180         kernel_pmap->pm_pml4 = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(KPML4phys);
1181         kernel_pmap->pm_cr3 = KPML4phys;
1182         kernel_pmap->pm_ucr3 = PMAP_NO_CR3;
1183         CPU_FILL(&kernel_pmap->pm_active);      /* don't allow deactivation */
1184         TAILQ_INIT(&kernel_pmap->pm_pvchunk);
1185         kernel_pmap->pm_stats.resident_count = res;
1186         kernel_pmap->pm_flags = pmap_flags;
1187
1188         /*
1189          * Initialize the TLB invalidations generation number lock.
1190          */
1191         mtx_init(&invl_gen_mtx, "invlgn", NULL, MTX_DEF);
1192
1193         /*
1194          * Reserve some special page table entries/VA space for temporary
1195          * mapping of pages.
1196          */
1197 #define SYSMAP(c, p, v, n)      \
1198         v = (c)va; va += ((n)*PAGE_SIZE); p = pte; pte += (n);
1199
1200         va = virtual_avail;
1201         pte = vtopte(va);
1202
1203         /*
1204          * Crashdump maps.  The first page is reused as CMAP1 for the
1205          * memory test.
1206          */
1207         SYSMAP(caddr_t, CMAP1, crashdumpmap, MAXDUMPPGS)
1208         CADDR1 = crashdumpmap;
1209
1210         virtual_avail = va;
1211
1212         /*
1213          * Initialize the PAT MSR.
1214          * pmap_init_pat() clears and sets CR4_PGE, which, as a
1215          * side-effect, invalidates stale PG_G TLB entries that might
1216          * have been created in our pre-boot environment.
1217          */
1218         pmap_init_pat();
1219
1220         /* Initialize TLB Context Id. */
1221         if (pmap_pcid_enabled) {
1222                 for (i = 0; i < MAXCPU; i++) {
1223                         kernel_pmap->pm_pcids[i].pm_pcid = PMAP_PCID_KERN;
1224                         kernel_pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 1;
1225                 }
1226
1227                 /*
1228                  * PMAP_PCID_KERN + 1 is used for initialization of
1229                  * proc0 pmap.  The pmap' pcid state might be used by
1230                  * EFIRT entry before first context switch, so it
1231                  * needs to be valid.
1232                  */
1233                 PCPU_SET(pcid_next, PMAP_PCID_KERN + 2);
1234                 PCPU_SET(pcid_gen, 1);
1235
1236                 /*
1237                  * pcpu area for APs is zeroed during AP startup.
1238                  * pc_pcid_next and pc_pcid_gen are initialized by AP
1239                  * during pcpu setup.
1240                  */
1241                 load_cr4(rcr4() | CR4_PCIDE);
1242         }
1243 }
1244
1245 /*
1246  * Setup the PAT MSR.
1247  */
1248 void
1249 pmap_init_pat(void)
1250 {
1251         uint64_t pat_msr;
1252         u_long cr0, cr4;
1253         int i;
1254
1255         /* Bail if this CPU doesn't implement PAT. */
1256         if ((cpu_feature & CPUID_PAT) == 0)
1257                 panic("no PAT??");
1258
1259         /* Set default PAT index table. */
1260         for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
1261                 pat_index[i] = -1;
1262         pat_index[PAT_WRITE_BACK] = 0;
1263         pat_index[PAT_WRITE_THROUGH] = 1;
1264         pat_index[PAT_UNCACHEABLE] = 3;
1265         pat_index[PAT_WRITE_COMBINING] = 6;
1266         pat_index[PAT_WRITE_PROTECTED] = 5;
1267         pat_index[PAT_UNCACHED] = 2;
1268
1269         /*
1270          * Initialize default PAT entries.
1271          * Leave the indices 0-3 at the default of WB, WT, UC-, and UC.
1272          * Program 5 and 6 as WP and WC.
1273          *
1274          * Leave 4 and 7 as WB and UC.  Note that a recursive page table
1275          * mapping for a 2M page uses a PAT value with the bit 3 set due
1276          * to its overload with PG_PS.
1277          */
1278         pat_msr = PAT_VALUE(0, PAT_WRITE_BACK) |
1279             PAT_VALUE(1, PAT_WRITE_THROUGH) |
1280             PAT_VALUE(2, PAT_UNCACHED) |
1281             PAT_VALUE(3, PAT_UNCACHEABLE) |
1282             PAT_VALUE(4, PAT_WRITE_BACK) |
1283             PAT_VALUE(5, PAT_WRITE_PROTECTED) |
1284             PAT_VALUE(6, PAT_WRITE_COMBINING) |
1285             PAT_VALUE(7, PAT_UNCACHEABLE);
1286
1287         /* Disable PGE. */
1288         cr4 = rcr4();
1289         load_cr4(cr4 & ~CR4_PGE);
1290
1291         /* Disable caches (CD = 1, NW = 0). */
1292         cr0 = rcr0();
1293         load_cr0((cr0 & ~CR0_NW) | CR0_CD);
1294
1295         /* Flushes caches and TLBs. */
1296         wbinvd();
1297         invltlb();
1298
1299         /* Update PAT and index table. */
1300         wrmsr(MSR_PAT, pat_msr);
1301
1302         /* Flush caches and TLBs again. */
1303         wbinvd();
1304         invltlb();
1305
1306         /* Restore caches and PGE. */
1307         load_cr0(cr0);
1308         load_cr4(cr4);
1309 }
1310
1311 /*
1312  *      Initialize a vm_page's machine-dependent fields.
1313  */
1314 void
1315 pmap_page_init(vm_page_t m)
1316 {
1317
1318         TAILQ_INIT(&m->md.pv_list);
1319         m->md.pat_mode = PAT_WRITE_BACK;
1320 }
1321
1322 /*
1323  *      Initialize the pmap module.
1324  *      Called by vm_init, to initialize any structures that the pmap
1325  *      system needs to map virtual memory.
1326  */
1327 void
1328 pmap_init(void)
1329 {
1330         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
1331         vm_page_t m, mpte;
1332         vm_size_t s;
1333         int error, i, pv_npg, ret, skz63;
1334
1335         /* L1TF, reserve page @0 unconditionally */
1336         vm_page_blacklist_add(0, bootverbose);
1337
1338         /* Detect bare-metal Skylake Server and Skylake-X. */
1339         if (vm_guest == VM_GUEST_NO && cpu_vendor_id == CPU_VENDOR_INTEL &&
1340             CPUID_TO_FAMILY(cpu_id) == 0x6 && CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x55) {
1341                 /*
1342                  * Skylake-X errata SKZ63. Processor May Hang When
1343                  * Executing Code In an HLE Transaction Region between
1344                  * 40000000H and 403FFFFFH.
1345                  *
1346                  * Mark the pages in the range as preallocated.  It
1347                  * seems to be impossible to distinguish between
1348                  * Skylake Server and Skylake X.
1349                  */
1350                 skz63 = 1;
1351                 TUNABLE_INT_FETCH("hw.skz63_enable", &skz63);
1352                 if (skz63 != 0) {
1353                         if (bootverbose)
1354                                 printf("SKZ63: skipping 4M RAM starting "
1355                                     "at physical 1G\n");
1356                         for (i = 0; i < atop(0x400000); i++) {
1357                                 ret = vm_page_blacklist_add(0x40000000 +
1358                                     ptoa(i), FALSE);
1359                                 if (!ret && bootverbose)
1360                                         printf("page at %#lx already used\n",
1361                                             0x40000000 + ptoa(i));
1362                         }
1363                 }
1364         }
1365
1366         /*
1367          * Initialize the vm page array entries for the kernel pmap's
1368          * page table pages.
1369          */ 
1370         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
1371         for (i = 0; i < nkpt; i++) {
1372                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(KPTphys + (i << PAGE_SHIFT));
1373                 KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
1374                     mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
1375                     ("pmap_init: page table page is out of range"));
1376                 mpte->pindex = pmap_pde_pindex(KERNBASE) + i;
1377                 mpte->phys_addr = KPTphys + (i << PAGE_SHIFT);
1378                 mpte->wire_count = 1;
1379                 if (i << PDRSHIFT < KERNend &&
1380                     pmap_insert_pt_page(kernel_pmap, mpte))
1381                         panic("pmap_init: pmap_insert_pt_page failed");
1382         }
1383         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
1384         vm_wire_add(nkpt);
1385
1386         /*
1387          * If the kernel is running on a virtual machine, then it must assume
1388          * that MCA is enabled by the hypervisor.  Moreover, the kernel must
1389          * be prepared for the hypervisor changing the vendor and family that
1390          * are reported by CPUID.  Consequently, the workaround for AMD Family
1391          * 10h Erratum 383 is enabled if the processor's feature set does not
1392          * include at least one feature that is only supported by older Intel
1393          * or newer AMD processors.
1394          */
1395         if (vm_guest != VM_GUEST_NO && (cpu_feature & CPUID_SS) == 0 &&
1396             (cpu_feature2 & (CPUID2_SSSE3 | CPUID2_SSE41 | CPUID2_AESNI |
1397             CPUID2_AVX | CPUID2_XSAVE)) == 0 && (amd_feature2 & (AMDID2_XOP |
1398             AMDID2_FMA4)) == 0)
1399                 workaround_erratum383 = 1;
1400
1401         /*
1402          * Are large page mappings enabled?
1403          */
1404         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.pg_ps_enabled", &pg_ps_enabled);
1405         if (pg_ps_enabled) {
1406                 KASSERT(MAXPAGESIZES > 1 && pagesizes[1] == 0,
1407                     ("pmap_init: can't assign to pagesizes[1]"));
1408                 pagesizes[1] = NBPDR;
1409         }
1410
1411         /*
1412          * Initialize the pv chunk list mutex.
1413          */
1414         mtx_init(&pv_chunks_mutex, "pmap pv chunk list", NULL, MTX_DEF);
1415
1416         /*
1417          * Initialize the pool of pv list locks.
1418          */
1419         for (i = 0; i < NPV_LIST_LOCKS; i++)
1420                 rw_init(&pv_list_locks[i], "pmap pv list");
1421
1422         /*
1423          * Calculate the size of the pv head table for superpages.
1424          */
1425         pv_npg = howmany(vm_phys_segs[vm_phys_nsegs - 1].end, NBPDR);
1426
1427         /*
1428          * Allocate memory for the pv head table for superpages.
1429          */
1430         s = (vm_size_t)(pv_npg * sizeof(struct md_page));
1431         s = round_page(s);
1432         pv_table = (struct md_page *)kmem_malloc(s, M_WAITOK | M_ZERO);
1433         for (i = 0; i < pv_npg; i++)
1434                 TAILQ_INIT(&pv_table[i].pv_list);
1435         TAILQ_INIT(&pv_dummy.pv_list);
1436
1437         pmap_initialized = 1;
1438         for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
1439                 ppim = pmap_preinit_mapping + i;
1440                 if (ppim->va == 0)
1441                         continue;
1442                 /* Make the direct map consistent */
1443                 if (ppim->pa < dmaplimit && ppim->pa + ppim->sz <= dmaplimit) {
1444                         (void)pmap_change_attr(PHYS_TO_DMAP(ppim->pa),
1445                             ppim->sz, ppim->mode);
1446                 }
1447                 if (!bootverbose)
1448                         continue;
1449                 printf("PPIM %u: PA=%#lx, VA=%#lx, size=%#lx, mode=%#x\n", i,
1450                     ppim->pa, ppim->va, ppim->sz, ppim->mode);
1451         }
1452
1453         mtx_init(&qframe_mtx, "qfrmlk", NULL, MTX_SPIN);
1454         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE, M_BESTFIT | M_WAITOK,
1455             (vmem_addr_t *)&qframe);
1456         if (error != 0)
1457                 panic("qframe allocation failed");
1458
1459         lm_ents = 8;
1460         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.large_map_pml4_entries", &lm_ents);
1461         if (lm_ents > LMEPML4I - LMSPML4I + 1)
1462                 lm_ents = LMEPML4I - LMSPML4I + 1;
1463         if (bootverbose)
1464                 printf("pmap: large map %u PML4 slots (%lu Gb)\n",
1465                     lm_ents, (u_long)lm_ents * (NBPML4 / 1024 / 1024 / 1024));
1466         if (lm_ents != 0) {
1467                 large_vmem = vmem_create("large", LARGEMAP_MIN_ADDRESS,
1468                     (vmem_size_t)lm_ents * NBPML4, PAGE_SIZE, 0, M_WAITOK);
1469                 if (large_vmem == NULL) {
1470                         printf("pmap: cannot create large map\n");
1471                         lm_ents = 0;
1472                 }
1473                 for (i = 0; i < lm_ents; i++) {
1474                         m = pmap_large_map_getptp_unlocked();
1475                         kernel_pmap->pm_pml4[LMSPML4I + i] = X86_PG_V |
1476                             X86_PG_RW | X86_PG_A | X86_PG_M | pg_nx |
1477                             VM_PAGE_TO_PHYS(m);
1478                 }
1479         }
1480 }
1481
1482 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, pde, CTLFLAG_RD, 0,
1483     "2MB page mapping counters");
1484
1485 static u_long pmap_pde_demotions;
1486 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
1487     &pmap_pde_demotions, 0, "2MB page demotions");
1488
1489 static u_long pmap_pde_mappings;
1490 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, mappings, CTLFLAG_RD,
1491     &pmap_pde_mappings, 0, "2MB page mappings");
1492
1493 static u_long pmap_pde_p_failures;
1494 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, p_failures, CTLFLAG_RD,
1495     &pmap_pde_p_failures, 0, "2MB page promotion failures");
1496
1497 static u_long pmap_pde_promotions;
1498 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, promotions, CTLFLAG_RD,
1499     &pmap_pde_promotions, 0, "2MB page promotions");
1500
1501 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, pdpe, CTLFLAG_RD, 0,
1502     "1GB page mapping counters");
1503
1504 static u_long pmap_pdpe_demotions;
1505 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pdpe, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
1506     &pmap_pdpe_demotions, 0, "1GB page demotions");
1507
1508 /***************************************************
1509  * Low level helper routines.....
1510  ***************************************************/
1511
1512 static pt_entry_t
1513 pmap_swap_pat(pmap_t pmap, pt_entry_t entry)
1514 {
1515         int x86_pat_bits = X86_PG_PTE_PAT | X86_PG_PDE_PAT;
1516
1517         switch (pmap->pm_type) {
1518         case PT_X86:
1519         case PT_RVI:
1520                 /* Verify that both PAT bits are not set at the same time */
1521                 KASSERT((entry & x86_pat_bits) != x86_pat_bits,
1522                     ("Invalid PAT bits in entry %#lx", entry));
1523
1524                 /* Swap the PAT bits if one of them is set */
1525                 if ((entry & x86_pat_bits) != 0)
1526                         entry ^= x86_pat_bits;
1527                 break;
1528         case PT_EPT:
1529                 /*
1530                  * Nothing to do - the memory attributes are represented
1531                  * the same way for regular pages and superpages.
1532                  */
1533                 break;
1534         default:
1535                 panic("pmap_switch_pat_bits: bad pm_type %d", pmap->pm_type);
1536         }
1537
1538         return (entry);
1539 }
1540
1541 boolean_t
1542 pmap_is_valid_memattr(pmap_t pmap __unused, vm_memattr_t mode)
1543 {
1544
1545         return (mode >= 0 && mode < PAT_INDEX_SIZE &&
1546             pat_index[(int)mode] >= 0);
1547 }
1548
1549 /*
1550  * Determine the appropriate bits to set in a PTE or PDE for a specified
1551  * caching mode.
1552  */
1553 int
1554 pmap_cache_bits(pmap_t pmap, int mode, boolean_t is_pde)
1555 {
1556         int cache_bits, pat_flag, pat_idx;
1557
1558         if (!pmap_is_valid_memattr(pmap, mode))
1559                 panic("Unknown caching mode %d\n", mode);
1560
1561         switch (pmap->pm_type) {
1562         case PT_X86:
1563         case PT_RVI:
1564                 /* The PAT bit is different for PTE's and PDE's. */
1565                 pat_flag = is_pde ? X86_PG_PDE_PAT : X86_PG_PTE_PAT;
1566
1567                 /* Map the caching mode to a PAT index. */
1568                 pat_idx = pat_index[mode];
1569
1570                 /* Map the 3-bit index value into the PAT, PCD, and PWT bits. */
1571                 cache_bits = 0;
1572                 if (pat_idx & 0x4)
1573                         cache_bits |= pat_flag;
1574                 if (pat_idx & 0x2)
1575                         cache_bits |= PG_NC_PCD;
1576                 if (pat_idx & 0x1)
1577                         cache_bits |= PG_NC_PWT;
1578                 break;
1579
1580         case PT_EPT:
1581                 cache_bits = EPT_PG_IGNORE_PAT | EPT_PG_MEMORY_TYPE(mode);
1582                 break;
1583
1584         default:
1585                 panic("unsupported pmap type %d", pmap->pm_type);
1586         }
1587
1588         return (cache_bits);
1589 }
1590
1591 static int
1592 pmap_cache_mask(pmap_t pmap, boolean_t is_pde)
1593 {
1594         int mask;
1595
1596         switch (pmap->pm_type) {
1597         case PT_X86:
1598         case PT_RVI:
1599                 mask = is_pde ? X86_PG_PDE_CACHE : X86_PG_PTE_CACHE;
1600                 break;
1601         case PT_EPT:
1602                 mask = EPT_PG_IGNORE_PAT | EPT_PG_MEMORY_TYPE(0x7);
1603                 break;
1604         default:
1605                 panic("pmap_cache_mask: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
1606         }
1607
1608         return (mask);
1609 }
1610
1611 bool
1612 pmap_ps_enabled(pmap_t pmap)
1613 {
1614
1615         return (pg_ps_enabled && (pmap->pm_flags & PMAP_PDE_SUPERPAGE) != 0);
1616 }
1617
1618 static void
1619 pmap_update_pde_store(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
1620 {
1621
1622         switch (pmap->pm_type) {
1623         case PT_X86:
1624                 break;
1625         case PT_RVI:
1626         case PT_EPT:
1627                 /*
1628                  * XXX
1629                  * This is a little bogus since the generation number is
1630                  * supposed to be bumped up when a region of the address
1631                  * space is invalidated in the page tables.
1632                  *
1633                  * In this case the old PDE entry is valid but yet we want
1634                  * to make sure that any mappings using the old entry are
1635                  * invalidated in the TLB.
1636                  *
1637                  * The reason this works as expected is because we rendezvous
1638                  * "all" host cpus and force any vcpu context to exit as a
1639                  * side-effect.
1640                  */
1641                 atomic_add_acq_long(&pmap->pm_eptgen, 1);
1642                 break;
1643         default:
1644                 panic("pmap_update_pde_store: bad pm_type %d", pmap->pm_type);
1645         }
1646         pde_store(pde, newpde);
1647 }
1648
1649 /*
1650  * After changing the page size for the specified virtual address in the page
1651  * table, flush the corresponding entries from the processor's TLB.  Only the
1652  * calling processor's TLB is affected.
1653  *
1654  * The calling thread must be pinned to a processor.
1655  */
1656 static void
1657 pmap_update_pde_invalidate(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t newpde)
1658 {
1659         pt_entry_t PG_G;
1660
1661         if (pmap_type_guest(pmap))
1662                 return;
1663
1664         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
1665             ("pmap_update_pde_invalidate: invalid type %d", pmap->pm_type));
1666
1667         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
1668
1669         if ((newpde & PG_PS) == 0)
1670                 /* Demotion: flush a specific 2MB page mapping. */
1671                 invlpg(va);
1672         else if ((newpde & PG_G) == 0)
1673                 /*
1674                  * Promotion: flush every 4KB page mapping from the TLB
1675                  * because there are too many to flush individually.
1676                  */
1677                 invltlb();
1678         else {
1679                 /*
1680                  * Promotion: flush every 4KB page mapping from the TLB,
1681                  * including any global (PG_G) mappings.
1682                  */
1683                 invltlb_glob();
1684         }
1685 }
1686 #ifdef SMP
1687
1688 /*
1689  * For SMP, these functions have to use the IPI mechanism for coherence.
1690  *
1691  * N.B.: Before calling any of the following TLB invalidation functions,
1692  * the calling processor must ensure that all stores updating a non-
1693  * kernel page table are globally performed.  Otherwise, another
1694  * processor could cache an old, pre-update entry without being
1695  * invalidated.  This can happen one of two ways: (1) The pmap becomes
1696  * active on another processor after its pm_active field is checked by
1697  * one of the following functions but before a store updating the page
1698  * table is globally performed. (2) The pmap becomes active on another
1699  * processor before its pm_active field is checked but due to
1700  * speculative loads one of the following functions stills reads the
1701  * pmap as inactive on the other processor.
1702  * 
1703  * The kernel page table is exempt because its pm_active field is
1704  * immutable.  The kernel page table is always active on every
1705  * processor.
1706  */
1707
1708 /*
1709  * Interrupt the cpus that are executing in the guest context.
1710  * This will force the vcpu to exit and the cached EPT mappings
1711  * will be invalidated by the host before the next vmresume.
1712  */
1713 static __inline void
1714 pmap_invalidate_ept(pmap_t pmap)
1715 {
1716         int ipinum;
1717
1718         sched_pin();
1719         KASSERT(!CPU_ISSET(curcpu, &pmap->pm_active),
1720             ("pmap_invalidate_ept: absurd pm_active"));
1721
1722         /*
1723          * The TLB mappings associated with a vcpu context are not
1724          * flushed each time a different vcpu is chosen to execute.
1725          *
1726          * This is in contrast with a process's vtop mappings that
1727          * are flushed from the TLB on each context switch.
1728          *
1729          * Therefore we need to do more than just a TLB shootdown on
1730          * the active cpus in 'pmap->pm_active'. To do this we keep
1731          * track of the number of invalidations performed on this pmap.
1732          *
1733          * Each vcpu keeps a cache of this counter and compares it
1734          * just before a vmresume. If the counter is out-of-date an
1735          * invept will be done to flush stale mappings from the TLB.
1736          */
1737         atomic_add_acq_long(&pmap->pm_eptgen, 1);
1738
1739         /*
1740          * Force the vcpu to exit and trap back into the hypervisor.
1741          */
1742         ipinum = pmap->pm_flags & PMAP_NESTED_IPIMASK;
1743         ipi_selected(pmap->pm_active, ipinum);
1744         sched_unpin();
1745 }
1746
1747 static cpuset_t
1748 pmap_invalidate_cpu_mask(pmap_t pmap)
1749 {
1750
1751         return (pmap == kernel_pmap ? all_cpus : pmap->pm_active);
1752 }
1753
1754 static inline void
1755 pmap_invalidate_page_pcid(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
1756     const bool invpcid_works1)
1757 {
1758         struct invpcid_descr d;
1759         uint64_t kcr3, ucr3;
1760         uint32_t pcid;
1761         u_int cpuid, i;
1762
1763         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1764         if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
1765                 if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
1766                         /*
1767                          * Because pm_pcid is recalculated on a
1768                          * context switch, we must disable switching.
1769                          * Otherwise, we might use a stale value
1770                          * below.
1771                          */
1772                         critical_enter();
1773                         pcid = pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
1774                         if (invpcid_works1) {
1775                                 d.pcid = pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
1776                                 d.pad = 0;
1777                                 d.addr = va;
1778                                 invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
1779                         } else {
1780                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pcid | CR3_PCID_SAVE;
1781                                 ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pcid |
1782                                     PMAP_PCID_USER_PT | CR3_PCID_SAVE;
1783                                 pmap_pti_pcid_invlpg(ucr3, kcr3, va);
1784                         }
1785                         critical_exit();
1786                 }
1787         } else
1788                 pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = 0;
1789
1790         CPU_FOREACH(i) {
1791                 if (cpuid != i)
1792                         pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
1793         }
1794
1795         /*
1796          * The fence is between stores to pm_gen and the read of the
1797          * pm_active mask.  We need to ensure that it is impossible
1798          * for us to miss the bit update in pm_active and
1799          * simultaneously observe a non-zero pm_gen in
1800          * pmap_activate_sw(), otherwise TLB update is missed.
1801          * Without the fence, IA32 allows such an outcome.  Note that
1802          * pm_active is updated by a locked operation, which provides
1803          * the reciprocal fence.
1804          */
1805         atomic_thread_fence_seq_cst();
1806 }
1807
1808 static void
1809 pmap_invalidate_page_pcid_invpcid(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1810 {
1811
1812         pmap_invalidate_page_pcid(pmap, va, true);
1813 }
1814
1815 static void
1816 pmap_invalidate_page_pcid_noinvpcid(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1817 {
1818
1819         pmap_invalidate_page_pcid(pmap, va, false);
1820 }
1821
1822 static void
1823 pmap_invalidate_page_nopcid(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1824 {
1825 }
1826
1827 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_invalidate_page_mode, (pmap_t, vm_offset_t),
1828     static)
1829 {
1830
1831         if (pmap_pcid_enabled)
1832                 return (invpcid_works ? pmap_invalidate_page_pcid_invpcid :
1833                     pmap_invalidate_page_pcid_noinvpcid);
1834         return (pmap_invalidate_page_nopcid);
1835 }
1836
1837 void
1838 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1839 {
1840
1841         if (pmap_type_guest(pmap)) {
1842                 pmap_invalidate_ept(pmap);
1843                 return;
1844         }
1845
1846         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
1847             ("pmap_invalidate_page: invalid type %d", pmap->pm_type));
1848
1849         sched_pin();
1850         if (pmap == kernel_pmap) {
1851                 invlpg(va);
1852         } else {
1853                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap))
1854                         invlpg(va);
1855                 pmap_invalidate_page_mode(pmap, va);
1856         }
1857         smp_masked_invlpg(pmap_invalidate_cpu_mask(pmap), va, pmap);
1858         sched_unpin();
1859 }
1860
1861 /* 4k PTEs -- Chosen to exceed the total size of Broadwell L2 TLB */
1862 #define PMAP_INVLPG_THRESHOLD   (4 * 1024 * PAGE_SIZE)
1863
1864 static void
1865 pmap_invalidate_range_pcid(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
1866     const bool invpcid_works1)
1867 {
1868         struct invpcid_descr d;
1869         uint64_t kcr3, ucr3;
1870         uint32_t pcid;
1871         u_int cpuid, i;
1872
1873         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1874         if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
1875                 if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
1876                         critical_enter();
1877                         pcid = pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
1878                         if (invpcid_works1) {
1879                                 d.pcid = pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
1880                                 d.pad = 0;
1881                                 d.addr = sva;
1882                                 for (; d.addr < eva; d.addr += PAGE_SIZE)
1883                                         invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
1884                         } else {
1885                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pcid | CR3_PCID_SAVE;
1886                                 ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pcid |
1887                                     PMAP_PCID_USER_PT | CR3_PCID_SAVE;
1888                                 pmap_pti_pcid_invlrng(ucr3, kcr3, sva, eva);
1889                         }
1890                         critical_exit();
1891                 }
1892         } else
1893                 pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = 0;
1894
1895         CPU_FOREACH(i) {
1896                 if (cpuid != i)
1897                         pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
1898         }
1899         /* See the comment in pmap_invalidate_page_pcid(). */
1900         atomic_thread_fence_seq_cst();
1901 }
1902
1903 static void
1904 pmap_invalidate_range_pcid_invpcid(pmap_t pmap, vm_offset_t sva,
1905     vm_offset_t eva)
1906 {
1907
1908         pmap_invalidate_range_pcid(pmap, sva, eva, true);
1909 }
1910
1911 static void
1912 pmap_invalidate_range_pcid_noinvpcid(pmap_t pmap, vm_offset_t sva,
1913     vm_offset_t eva)
1914 {
1915
1916         pmap_invalidate_range_pcid(pmap, sva, eva, false);
1917 }
1918
1919 static void
1920 pmap_invalidate_range_nopcid(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
1921 {
1922 }
1923
1924 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_invalidate_range_mode, (pmap_t, vm_offset_t,
1925     vm_offset_t), static)
1926 {
1927
1928         if (pmap_pcid_enabled)
1929                 return (invpcid_works ? pmap_invalidate_range_pcid_invpcid :
1930                     pmap_invalidate_range_pcid_noinvpcid);
1931         return (pmap_invalidate_range_nopcid);
1932 }
1933
1934 void
1935 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
1936 {
1937         vm_offset_t addr;
1938
1939         if (eva - sva >= PMAP_INVLPG_THRESHOLD) {
1940                 pmap_invalidate_all(pmap);
1941                 return;
1942         }
1943
1944         if (pmap_type_guest(pmap)) {
1945                 pmap_invalidate_ept(pmap);
1946                 return;
1947         }
1948
1949         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
1950             ("pmap_invalidate_range: invalid type %d", pmap->pm_type));
1951
1952         sched_pin();
1953         if (pmap == kernel_pmap) {
1954                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
1955                         invlpg(addr);
1956         } else {
1957                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
1958                         for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
1959                                 invlpg(addr);
1960                 }
1961                 pmap_invalidate_range_mode(pmap, sva, eva);
1962         }
1963         smp_masked_invlpg_range(pmap_invalidate_cpu_mask(pmap), sva, eva, pmap);
1964         sched_unpin();
1965 }
1966
1967 static inline void
1968 pmap_invalidate_all_pcid(pmap_t pmap, bool invpcid_works1)
1969 {
1970         struct invpcid_descr d;
1971         uint64_t kcr3, ucr3;
1972         uint32_t pcid;
1973         u_int cpuid, i;
1974
1975         if (pmap == kernel_pmap) {
1976                 if (invpcid_works1) {
1977                         bzero(&d, sizeof(d));
1978                         invpcid(&d, INVPCID_CTXGLOB);
1979                 } else {
1980                         invltlb_glob();
1981                 }
1982         } else {
1983                 cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1984                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
1985                         critical_enter();
1986                         pcid = pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
1987                         if (invpcid_works1) {
1988                                 d.pcid = pcid;
1989                                 d.pad = 0;
1990                                 d.addr = 0;
1991                                 invpcid(&d, INVPCID_CTX);
1992                                 if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
1993                                         d.pcid |= PMAP_PCID_USER_PT;
1994                                         invpcid(&d, INVPCID_CTX);
1995                                 }
1996                         } else {
1997                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pcid;
1998                                 ucr3 = pmap->pm_ucr3;
1999                                 if (ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
2000                                         ucr3 |= pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
2001                                         pmap_pti_pcid_invalidate(ucr3, kcr3);
2002                                 } else {
2003                                         load_cr3(kcr3);
2004                                 }
2005                         }
2006                         critical_exit();
2007                 } else
2008                         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = 0;
2009                 CPU_FOREACH(i) {
2010                         if (cpuid != i)
2011                                 pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
2012                 }
2013         }
2014         /* See the comment in pmap_invalidate_page_pcid(). */
2015         atomic_thread_fence_seq_cst();
2016 }
2017
2018 static void
2019 pmap_invalidate_all_pcid_invpcid(pmap_t pmap)
2020 {
2021
2022         pmap_invalidate_all_pcid(pmap, true);
2023 }
2024
2025 static void
2026 pmap_invalidate_all_pcid_noinvpcid(pmap_t pmap)
2027 {
2028
2029         pmap_invalidate_all_pcid(pmap, false);
2030 }
2031
2032 static void
2033 pmap_invalidate_all_nopcid(pmap_t pmap)
2034 {
2035
2036         if (pmap == kernel_pmap)
2037                 invltlb_glob();
2038         else if (pmap == PCPU_GET(curpmap))
2039                 invltlb();
2040 }
2041
2042 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_invalidate_all_mode, (pmap_t), static)
2043 {
2044
2045         if (pmap_pcid_enabled)
2046                 return (invpcid_works ? pmap_invalidate_all_pcid_invpcid :
2047                     pmap_invalidate_all_pcid_noinvpcid);
2048         return (pmap_invalidate_all_nopcid);
2049 }
2050
2051 void
2052 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
2053 {
2054
2055         if (pmap_type_guest(pmap)) {
2056                 pmap_invalidate_ept(pmap);
2057                 return;
2058         }
2059
2060         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
2061             ("pmap_invalidate_all: invalid type %d", pmap->pm_type));
2062
2063         sched_pin();
2064         pmap_invalidate_all_mode(pmap);
2065         smp_masked_invltlb(pmap_invalidate_cpu_mask(pmap), pmap);
2066         sched_unpin();
2067 }
2068
2069 void
2070 pmap_invalidate_cache(void)
2071 {
2072
2073         sched_pin();
2074         wbinvd();
2075         smp_cache_flush();
2076         sched_unpin();
2077 }
2078
2079 struct pde_action {
2080         cpuset_t invalidate;    /* processors that invalidate their TLB */
2081         pmap_t pmap;
2082         vm_offset_t va;
2083         pd_entry_t *pde;
2084         pd_entry_t newpde;
2085         u_int store;            /* processor that updates the PDE */
2086 };
2087
2088 static void
2089 pmap_update_pde_action(void *arg)
2090 {
2091         struct pde_action *act = arg;
2092
2093         if (act->store == PCPU_GET(cpuid))
2094                 pmap_update_pde_store(act->pmap, act->pde, act->newpde);
2095 }
2096
2097 static void
2098 pmap_update_pde_teardown(void *arg)
2099 {
2100         struct pde_action *act = arg;
2101
2102         if (CPU_ISSET(PCPU_GET(cpuid), &act->invalidate))
2103                 pmap_update_pde_invalidate(act->pmap, act->va, act->newpde);
2104 }
2105
2106 /*
2107  * Change the page size for the specified virtual address in a way that
2108  * prevents any possibility of the TLB ever having two entries that map the
2109  * same virtual address using different page sizes.  This is the recommended
2110  * workaround for Erratum 383 on AMD Family 10h processors.  It prevents a
2111  * machine check exception for a TLB state that is improperly diagnosed as a
2112  * hardware error.
2113  */
2114 static void
2115 pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
2116 {
2117         struct pde_action act;
2118         cpuset_t active, other_cpus;
2119         u_int cpuid;
2120
2121         sched_pin();
2122         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
2123         other_cpus = all_cpus;
2124         CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
2125         if (pmap == kernel_pmap || pmap_type_guest(pmap)) 
2126                 active = all_cpus;
2127         else {
2128                 active = pmap->pm_active;
2129         }
2130         if (CPU_OVERLAP(&active, &other_cpus)) { 
2131                 act.store = cpuid;
2132                 act.invalidate = active;
2133                 act.va = va;
2134                 act.pmap = pmap;
2135                 act.pde = pde;
2136                 act.newpde = newpde;
2137                 CPU_SET(cpuid, &active);
2138                 smp_rendezvous_cpus(active,
2139                     smp_no_rendezvous_barrier, pmap_update_pde_action,
2140                     pmap_update_pde_teardown, &act);
2141         } else {
2142                 pmap_update_pde_store(pmap, pde, newpde);
2143                 if (CPU_ISSET(cpuid, &active))
2144                         pmap_update_pde_invalidate(pmap, va, newpde);
2145         }
2146         sched_unpin();
2147 }
2148 #else /* !SMP */
2149 /*
2150  * Normal, non-SMP, invalidation functions.
2151  */
2152 void
2153 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2154 {
2155         struct invpcid_descr d;
2156         uint64_t kcr3, ucr3;
2157         uint32_t pcid;
2158
2159         if (pmap->pm_type == PT_RVI || pmap->pm_type == PT_EPT) {
2160                 pmap->pm_eptgen++;
2161                 return;
2162         }
2163         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
2164             ("pmap_invalidate_range: unknown type %d", pmap->pm_type));
2165
2166         if (pmap == kernel_pmap || pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
2167                 invlpg(va);
2168                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap) && pmap_pcid_enabled &&
2169                     pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
2170                         critical_enter();
2171                         pcid = pmap->pm_pcids[0].pm_pcid;
2172                         if (invpcid_works) {
2173                                 d.pcid = pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
2174                                 d.pad = 0;
2175                                 d.addr = va;
2176                                 invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
2177                         } else {
2178                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pcid | CR3_PCID_SAVE;
2179                                 ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pcid |
2180                                     PMAP_PCID_USER_PT | CR3_PCID_SAVE;
2181                                 pmap_pti_pcid_invlpg(ucr3, kcr3, va);
2182                         }
2183                         critical_exit();
2184                 }
2185         } else if (pmap_pcid_enabled)
2186                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
2187 }
2188
2189 void
2190 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2191 {
2192         struct invpcid_descr d;
2193         vm_offset_t addr;
2194         uint64_t kcr3, ucr3;
2195
2196         if (pmap->pm_type == PT_RVI || pmap->pm_type == PT_EPT) {
2197                 pmap->pm_eptgen++;
2198                 return;
2199         }
2200         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
2201             ("pmap_invalidate_range: unknown type %d", pmap->pm_type));
2202
2203         if (pmap == kernel_pmap || pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
2204                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
2205                         invlpg(addr);
2206                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap) && pmap_pcid_enabled &&
2207                     pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
2208                         critical_enter();
2209                         if (invpcid_works) {
2210                                 d.pcid = pmap->pm_pcids[0].pm_pcid |
2211                                     PMAP_PCID_USER_PT;
2212                                 d.pad = 0;
2213                                 d.addr = sva;
2214                                 for (; d.addr < eva; d.addr += PAGE_SIZE)
2215                                         invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
2216                         } else {
2217                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[0].
2218                                     pm_pcid | CR3_PCID_SAVE;
2219                                 ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pmap->pm_pcids[0].
2220                                     pm_pcid | PMAP_PCID_USER_PT | CR3_PCID_SAVE;
2221                                 pmap_pti_pcid_invlrng(ucr3, kcr3, sva, eva);
2222                         }
2223                         critical_exit();
2224                 }
2225         } else if (pmap_pcid_enabled) {
2226                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
2227         }
2228 }
2229
2230 void
2231 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
2232 {
2233         struct invpcid_descr d;
2234         uint64_t kcr3, ucr3;
2235
2236         if (pmap->pm_type == PT_RVI || pmap->pm_type == PT_EPT) {
2237                 pmap->pm_eptgen++;
2238                 return;
2239         }
2240         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
2241             ("pmap_invalidate_all: unknown type %d", pmap->pm_type));
2242
2243         if (pmap == kernel_pmap) {
2244                 if (pmap_pcid_enabled && invpcid_works) {
2245                         bzero(&d, sizeof(d));
2246                         invpcid(&d, INVPCID_CTXGLOB);
2247                 } else {
2248                         invltlb_glob();
2249                 }
2250         } else if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
2251                 if (pmap_pcid_enabled) {
2252                         critical_enter();
2253                         if (invpcid_works) {
2254                                 d.pcid = pmap->pm_pcids[0].pm_pcid;
2255                                 d.pad = 0;
2256                                 d.addr = 0;
2257                                 invpcid(&d, INVPCID_CTX);
2258                                 if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
2259                                         d.pcid |= PMAP_PCID_USER_PT;
2260                                         invpcid(&d, INVPCID_CTX);
2261                                 }
2262                         } else {
2263                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[0].pm_pcid;
2264                                 if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
2265                                         ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pmap->pm_pcids[
2266                                             0].pm_pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
2267                                         pmap_pti_pcid_invalidate(ucr3, kcr3);
2268                                 } else
2269                                         load_cr3(kcr3);
2270                         }
2271                         critical_exit();
2272                 } else {
2273                         invltlb();
2274                 }
2275         } else if (pmap_pcid_enabled) {
2276                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
2277         }
2278 }
2279
2280 PMAP_INLINE void
2281 pmap_invalidate_cache(void)
2282 {
2283
2284         wbinvd();
2285 }
2286
2287 static void
2288 pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
2289 {
2290
2291         pmap_update_pde_store(pmap, pde, newpde);
2292         if (pmap == kernel_pmap || pmap == PCPU_GET(curpmap))
2293                 pmap_update_pde_invalidate(pmap, va, newpde);
2294         else
2295                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
2296 }
2297 #endif /* !SMP */
2298
2299 static void
2300 pmap_invalidate_pde_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde)
2301 {
2302
2303         /*
2304          * When the PDE has PG_PROMOTED set, the 2MB page mapping was created
2305          * by a promotion that did not invalidate the 512 4KB page mappings
2306          * that might exist in the TLB.  Consequently, at this point, the TLB
2307          * may hold both 4KB and 2MB page mappings for the address range [va,
2308          * va + NBPDR).  Therefore, the entire range must be invalidated here.
2309          * In contrast, when PG_PROMOTED is clear, the TLB will not hold any
2310          * 4KB page mappings for the address range [va, va + NBPDR), and so a
2311          * single INVLPG suffices to invalidate the 2MB page mapping from the
2312          * TLB.
2313          */
2314         if ((pde & PG_PROMOTED) != 0)
2315                 pmap_invalidate_range(pmap, va, va + NBPDR - 1);
2316         else
2317                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
2318 }
2319
2320 DEFINE_IFUNC(, void, pmap_invalidate_cache_range,
2321     (vm_offset_t sva, vm_offset_t eva), static)
2322 {
2323
2324         if ((cpu_feature & CPUID_SS) != 0)
2325                 return (pmap_invalidate_cache_range_selfsnoop);
2326         if ((cpu_feature & CPUID_CLFSH) != 0)
2327                 return (pmap_force_invalidate_cache_range);
2328         return (pmap_invalidate_cache_range_all);
2329 }
2330
2331 #define PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD   (2 * 1024 * 1024)
2332
2333 static void
2334 pmap_invalidate_cache_range_check_align(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2335 {
2336
2337         KASSERT((sva & PAGE_MASK) == 0,
2338             ("pmap_invalidate_cache_range: sva not page-aligned"));
2339         KASSERT((eva & PAGE_MASK) == 0,
2340             ("pmap_invalidate_cache_range: eva not page-aligned"));
2341 }
2342
2343 static void
2344 pmap_invalidate_cache_range_selfsnoop(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2345 {
2346
2347         pmap_invalidate_cache_range_check_align(sva, eva);
2348 }
2349
2350 void
2351 pmap_force_invalidate_cache_range(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2352 {
2353
2354         sva &= ~(vm_offset_t)(cpu_clflush_line_size - 1);
2355
2356         /*
2357          * XXX: Some CPUs fault, hang, or trash the local APIC
2358          * registers if we use CLFLUSH on the local APIC range.  The
2359          * local APIC is always uncached, so we don't need to flush
2360          * for that range anyway.
2361          */
2362         if (pmap_kextract(sva) == lapic_paddr)
2363                 return;
2364
2365         if ((cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT) != 0) {
2366                 /*
2367                  * Do per-cache line flush.  Use the sfence
2368                  * instruction to insure that previous stores are
2369                  * included in the write-back.  The processor
2370                  * propagates flush to other processors in the cache
2371                  * coherence domain.
2372                  */
2373                 sfence();
2374                 for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size)
2375                         clflushopt(sva);
2376                 sfence();
2377         } else {
2378                 /*
2379                  * Writes are ordered by CLFLUSH on Intel CPUs.
2380                  */
2381                 if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
2382                         mfence();
2383                 for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size)
2384                         clflush(sva);
2385                 if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
2386                         mfence();
2387         }
2388 }
2389
2390 static void
2391 pmap_invalidate_cache_range_all(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2392 {
2393
2394         pmap_invalidate_cache_range_check_align(sva, eva);
2395         pmap_invalidate_cache();
2396 }
2397
2398 /*
2399  * Remove the specified set of pages from the data and instruction caches.
2400  *
2401  * In contrast to pmap_invalidate_cache_range(), this function does not
2402  * rely on the CPU's self-snoop feature, because it is intended for use
2403  * when moving pages into a different cache domain.
2404  */
2405 void
2406 pmap_invalidate_cache_pages(vm_page_t *pages, int count)
2407 {
2408         vm_offset_t daddr, eva;
2409         int i;
2410         bool useclflushopt;
2411
2412         useclflushopt = (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT) != 0;
2413         if (count >= PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD / PAGE_SIZE ||
2414             ((cpu_feature & CPUID_CLFSH) == 0 && !useclflushopt))
2415                 pmap_invalidate_cache();
2416         else {
2417                 if (useclflushopt)
2418                         sfence();
2419                 else if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
2420                         mfence();
2421                 for (i = 0; i < count; i++) {
2422                         daddr = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pages[i]));
2423                         eva = daddr + PAGE_SIZE;
2424                         for (; daddr < eva; daddr += cpu_clflush_line_size) {
2425                                 if (useclflushopt)
2426                                         clflushopt(daddr);
2427                                 else
2428                                         clflush(daddr);
2429                         }
2430                 }
2431                 if (useclflushopt)
2432                         sfence();
2433                 else if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
2434                         mfence();
2435         }
2436 }
2437
2438 void
2439 pmap_flush_cache_range(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2440 {
2441
2442         pmap_invalidate_cache_range_check_align(sva, eva);
2443
2444         if ((cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLWB) == 0) {
2445                 pmap_force_invalidate_cache_range(sva, eva);
2446                 return;
2447         }
2448
2449         /* See comment in pmap_force_invalidate_cache_range(). */
2450         if (pmap_kextract(sva) == lapic_paddr)
2451                 return;
2452
2453         sfence();
2454         for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size)
2455                 clwb(sva);
2456         sfence();
2457 }
2458
2459 void
2460 pmap_flush_cache_phys_range(vm_paddr_t spa, vm_paddr_t epa, vm_memattr_t mattr)
2461 {
2462         pt_entry_t *pte;
2463         vm_offset_t vaddr;
2464         int error, pte_bits;
2465
2466         KASSERT((spa & PAGE_MASK) == 0,
2467             ("pmap_flush_cache_phys_range: spa not page-aligned"));
2468         KASSERT((epa & PAGE_MASK) == 0,
2469             ("pmap_flush_cache_phys_range: epa not page-aligned"));
2470
2471         if (spa < dmaplimit) {
2472                 pmap_flush_cache_range(PHYS_TO_DMAP(spa), PHYS_TO_DMAP(MIN(
2473                     dmaplimit, epa)));
2474                 if (dmaplimit >= epa)
2475                         return;
2476                 spa = dmaplimit;
2477         }
2478
2479         pte_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mattr, 0) | X86_PG_RW |
2480             X86_PG_V;
2481         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE, M_BESTFIT | M_WAITOK,
2482             &vaddr);
2483         KASSERT(error == 0, ("vmem_alloc failed: %d", error));
2484         pte = vtopte(vaddr);
2485         for (; spa < epa; spa += PAGE_SIZE) {
2486                 sched_pin();
2487                 pte_store(pte, spa | pte_bits);
2488                 invlpg(vaddr);
2489                 /* XXXKIB sfences inside flush_cache_range are excessive */
2490                 pmap_flush_cache_range(vaddr, vaddr + PAGE_SIZE);
2491                 sched_unpin();
2492         }
2493         vmem_free(kernel_arena, vaddr, PAGE_SIZE);
2494 }
2495
2496 /*
2497  *      Routine:        pmap_extract
2498  *      Function:
2499  *              Extract the physical page address associated
2500  *              with the given map/virtual_address pair.
2501  */
2502 vm_paddr_t 
2503 pmap_extract(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2504 {
2505         pdp_entry_t *pdpe;
2506         pd_entry_t *pde;
2507         pt_entry_t *pte, PG_V;
2508         vm_paddr_t pa;
2509
2510         pa = 0;
2511         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
2512         PMAP_LOCK(pmap);
2513         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
2514         if (pdpe != NULL && (*pdpe & PG_V) != 0) {
2515                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0)
2516                         pa = (*pdpe & PG_PS_FRAME) | (va & PDPMASK);
2517                 else {
2518                         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
2519                         if ((*pde & PG_V) != 0) {
2520                                 if ((*pde & PG_PS) != 0) {
2521                                         pa = (*pde & PG_PS_FRAME) |
2522                                             (va & PDRMASK);
2523                                 } else {
2524                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
2525                                         pa = (*pte & PG_FRAME) |
2526                                             (va & PAGE_MASK);
2527                                 }
2528                         }
2529                 }
2530         }
2531         PMAP_UNLOCK(pmap);
2532         return (pa);
2533 }
2534
2535 /*
2536  *      Routine:        pmap_extract_and_hold
2537  *      Function:
2538  *              Atomically extract and hold the physical page
2539  *              with the given pmap and virtual address pair
2540  *              if that mapping permits the given protection.
2541  */
2542 vm_page_t
2543 pmap_extract_and_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_prot_t prot)
2544 {
2545         pd_entry_t pde, *pdep;
2546         pt_entry_t pte, PG_RW, PG_V;
2547         vm_paddr_t pa;
2548         vm_page_t m;
2549
2550         pa = 0;
2551         m = NULL;
2552         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
2553         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
2554         PMAP_LOCK(pmap);
2555 retry:
2556         pdep = pmap_pde(pmap, va);
2557         if (pdep != NULL && (pde = *pdep)) {
2558                 if (pde & PG_PS) {
2559                         if ((pde & PG_RW) || (prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
2560                                 if (vm_page_pa_tryrelock(pmap, (pde &
2561                                     PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK), &pa))
2562                                         goto retry;
2563                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
2564                         }
2565                 } else {
2566                         pte = *pmap_pde_to_pte(pdep, va);
2567                         if ((pte & PG_V) &&
2568                             ((pte & PG_RW) || (prot & VM_PROT_WRITE) == 0)) {
2569                                 if (vm_page_pa_tryrelock(pmap, pte & PG_FRAME,
2570                                     &pa))
2571                                         goto retry;
2572                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
2573                         }
2574                 }
2575                 if (m != NULL)
2576                         vm_page_hold(m);
2577         }
2578         PA_UNLOCK_COND(pa);
2579         PMAP_UNLOCK(pmap);
2580         return (m);
2581 }
2582
2583 vm_paddr_t
2584 pmap_kextract(vm_offset_t va)
2585 {
2586         pd_entry_t pde;
2587         vm_paddr_t pa;
2588
2589         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS) {
2590                 pa = DMAP_TO_PHYS(va);
2591         } else {
2592                 pde = *vtopde(va);
2593                 if (pde & PG_PS) {
2594                         pa = (pde & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK);
2595                 } else {
2596                         /*
2597                          * Beware of a concurrent promotion that changes the
2598                          * PDE at this point!  For example, vtopte() must not
2599                          * be used to access the PTE because it would use the
2600                          * new PDE.  It is, however, safe to use the old PDE
2601                          * because the page table page is preserved by the
2602                          * promotion.
2603                          */
2604                         pa = *pmap_pde_to_pte(&pde, va);
2605                         pa = (pa & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK);
2606                 }
2607         }
2608         return (pa);
2609 }
2610
2611 /***************************************************
2612  * Low level mapping routines.....
2613  ***************************************************/
2614
2615 /*
2616  * Add a wired page to the kva.
2617  * Note: not SMP coherent.
2618  */
2619 PMAP_INLINE void 
2620 pmap_kenter(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
2621 {
2622         pt_entry_t *pte;
2623
2624         pte = vtopte(va);
2625         pte_store(pte, pa | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_g);
2626 }
2627
2628 static __inline void
2629 pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode)
2630 {
2631         pt_entry_t *pte;
2632         int cache_bits;
2633
2634         pte = vtopte(va);
2635         cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, 0);
2636         pte_store(pte, pa | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_g | cache_bits);
2637 }
2638
2639 /*
2640  * Remove a page from the kernel pagetables.
2641  * Note: not SMP coherent.
2642  */
2643 PMAP_INLINE void
2644 pmap_kremove(vm_offset_t va)
2645 {
2646         pt_entry_t *pte;
2647
2648         pte = vtopte(va);
2649         pte_clear(pte);
2650 }
2651
2652 /*
2653  *      Used to map a range of physical addresses into kernel
2654  *      virtual address space.
2655  *
2656  *      The value passed in '*virt' is a suggested virtual address for
2657  *      the mapping. Architectures which can support a direct-mapped
2658  *      physical to virtual region can return the appropriate address
2659  *      within that region, leaving '*virt' unchanged. Other
2660  *      architectures should map the pages starting at '*virt' and
2661  *      update '*virt' with the first usable address after the mapped
2662  *      region.
2663  */
2664 vm_offset_t
2665 pmap_map(vm_offset_t *virt, vm_paddr_t start, vm_paddr_t end, int prot)
2666 {
2667         return PHYS_TO_DMAP(start);
2668 }
2669
2670
2671 /*
2672  * Add a list of wired pages to the kva
2673  * this routine is only used for temporary
2674  * kernel mappings that do not need to have
2675  * page modification or references recorded.
2676  * Note that old mappings are simply written
2677  * over.  The page *must* be wired.
2678  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
2679  */
2680 void
2681 pmap_qenter(vm_offset_t sva, vm_page_t *ma, int count)
2682 {
2683         pt_entry_t *endpte, oldpte, pa, *pte;
2684         vm_page_t m;
2685         int cache_bits;
2686
2687         oldpte = 0;
2688         pte = vtopte(sva);
2689         endpte = pte + count;
2690         while (pte < endpte) {
2691                 m = *ma++;
2692                 cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap, m->md.pat_mode, 0);
2693                 pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | cache_bits;
2694                 if ((*pte & (PG_FRAME | X86_PG_PTE_CACHE)) != pa) {
2695                         oldpte |= *pte;
2696                         pte_store(pte, pa | pg_g | pg_nx | X86_PG_RW | X86_PG_V);
2697                 }
2698                 pte++;
2699         }
2700         if (__predict_false((oldpte & X86_PG_V) != 0))
2701                 pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, sva + count *
2702                     PAGE_SIZE);
2703 }
2704
2705 /*
2706  * This routine tears out page mappings from the
2707  * kernel -- it is meant only for temporary mappings.
2708  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
2709  */
2710 void
2711 pmap_qremove(vm_offset_t sva, int count)
2712 {
2713         vm_offset_t va;
2714
2715         va = sva;
2716         while (count-- > 0) {
2717                 KASSERT(va >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS, ("usermode va %lx", va));
2718                 pmap_kremove(va);
2719                 va += PAGE_SIZE;
2720         }
2721         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
2722 }
2723
2724 /***************************************************
2725  * Page table page management routines.....
2726  ***************************************************/
2727 /*
2728  * Schedule the specified unused page table page to be freed.  Specifically,
2729  * add the page to the specified list of pages that will be released to the
2730  * physical memory manager after the TLB has been updated.
2731  */
2732 static __inline void
2733 pmap_add_delayed_free_list(vm_page_t m, struct spglist *free,
2734     boolean_t set_PG_ZERO)
2735 {
2736
2737         if (set_PG_ZERO)
2738                 m->flags |= PG_ZERO;
2739         else
2740                 m->flags &= ~PG_ZERO;
2741         SLIST_INSERT_HEAD(free, m, plinks.s.ss);
2742 }
2743         
2744 /*
2745  * Inserts the specified page table page into the specified pmap's collection
2746  * of idle page table pages.  Each of a pmap's page table pages is responsible
2747  * for mapping a distinct range of virtual addresses.  The pmap's collection is
2748  * ordered by this virtual address range.
2749  */
2750 static __inline int
2751 pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte)
2752 {
2753
2754         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2755         return (vm_radix_insert(&pmap->pm_root, mpte));
2756 }
2757
2758 /*
2759  * Removes the page table page mapping the specified virtual address from the
2760  * specified pmap's collection of idle page table pages, and returns it.
2761  * Otherwise, returns NULL if there is no page table page corresponding to the
2762  * specified virtual address.
2763  */
2764 static __inline vm_page_t
2765 pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2766 {
2767
2768         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2769         return (vm_radix_remove(&pmap->pm_root, pmap_pde_pindex(va)));
2770 }
2771
2772 /*
2773  * Decrements a page table page's wire count, which is used to record the
2774  * number of valid page table entries within the page.  If the wire count
2775  * drops to zero, then the page table page is unmapped.  Returns TRUE if the
2776  * page table page was unmapped and FALSE otherwise.
2777  */
2778 static inline boolean_t
2779 pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
2780 {
2781
2782         --m->wire_count;
2783         if (m->wire_count == 0) {
2784                 _pmap_unwire_ptp(pmap, va, m, free);
2785                 return (TRUE);
2786         } else
2787                 return (FALSE);
2788 }
2789
2790 static void
2791 _pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
2792 {
2793
2794         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2795         /*
2796          * unmap the page table page
2797          */
2798         if (m->pindex >= (NUPDE + NUPDPE)) {
2799                 /* PDP page */
2800                 pml4_entry_t *pml4;
2801                 pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
2802                 *pml4 = 0;
2803                 if (pmap->pm_pml4u != NULL && va <= VM_MAXUSER_ADDRESS) {
2804                         pml4 = &pmap->pm_pml4u[pmap_pml4e_index(va)];
2805                         *pml4 = 0;
2806                 }
2807         } else if (m->pindex >= NUPDE) {
2808                 /* PD page */
2809                 pdp_entry_t *pdp;
2810                 pdp = pmap_pdpe(pmap, va);
2811                 *pdp = 0;
2812         } else {
2813                 /* PTE page */
2814                 pd_entry_t *pd;
2815                 pd = pmap_pde(pmap, va);
2816                 *pd = 0;
2817         }
2818         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
2819         if (m->pindex < NUPDE) {
2820                 /* We just released a PT, unhold the matching PD */
2821                 vm_page_t pdpg;
2822
2823                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pdpe(pmap, va) & PG_FRAME);
2824                 pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdpg, free);
2825         }
2826         if (m->pindex >= NUPDE && m->pindex < (NUPDE + NUPDPE)) {
2827                 /* We just released a PD, unhold the matching PDP */
2828                 vm_page_t pdppg;
2829
2830                 pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pml4e(pmap, va) & PG_FRAME);
2831                 pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdppg, free);
2832         }
2833
2834         /* 
2835          * Put page on a list so that it is released after
2836          * *ALL* TLB shootdown is done
2837          */
2838         pmap_add_delayed_free_list(m, free, TRUE);
2839 }
2840
2841 /*
2842  * After removing a page table entry, this routine is used to
2843  * conditionally free the page, and manage the hold/wire counts.
2844  */
2845 static int
2846 pmap_unuse_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t ptepde,
2847     struct spglist *free)
2848 {
2849         vm_page_t mpte;
2850
2851         if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
2852                 return (0);
2853         KASSERT(ptepde != 0, ("pmap_unuse_pt: ptepde != 0"));
2854         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(ptepde & PG_FRAME);
2855         return (pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpte, free));
2856 }
2857
2858 void
2859 pmap_pinit0(pmap_t pmap)
2860 {
2861         struct proc *p;
2862         int i;
2863
2864         PMAP_LOCK_INIT(pmap);
2865         pmap->pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(KPML4phys);
2866         pmap->pm_pml4u = NULL;
2867         pmap->pm_cr3 = KPML4phys;
2868         /* hack to keep pmap_pti_pcid_invalidate() alive */
2869         pmap->pm_ucr3 = PMAP_NO_CR3;
2870         pmap->pm_root.rt_root = 0;
2871         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
2872         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
2873         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
2874         pmap->pm_flags = pmap_flags;
2875         CPU_FOREACH(i) {
2876                 pmap->pm_pcids[i].pm_pcid = PMAP_PCID_KERN + 1;
2877                 pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 1;
2878         }
2879         pmap_activate_boot(pmap);
2880         if (pti) {
2881                 p = curproc;
2882                 PROC_LOCK(p);
2883                 p->p_amd64_md_flags |= P_MD_KPTI;
2884                 PROC_UNLOCK(p);
2885         }
2886
2887         if ((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0) {
2888                 pmap_pkru_ranges_zone = uma_zcreate("pkru ranges",
2889                     sizeof(struct pmap_pkru_range), NULL, NULL, NULL, NULL,
2890                     UMA_ALIGN_PTR, 0);
2891         }
2892 }
2893
2894 void
2895 pmap_pinit_pml4(vm_page_t pml4pg)
2896 {
2897         pml4_entry_t *pm_pml4;
2898         int i;
2899
2900         pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg));
2901
2902         /* Wire in kernel global address entries. */
2903         for (i = 0; i < NKPML4E; i++) {
2904                 pm_pml4[KPML4BASE + i] = (KPDPphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW |
2905                     X86_PG_V;
2906         }
2907         for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++) {
2908                 pm_pml4[DMPML4I + i] = (DMPDPphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW |
2909                     X86_PG_V;
2910         }
2911
2912         /* install self-referential address mapping entry(s) */
2913         pm_pml4[PML4PML4I] = VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg) | X86_PG_V | X86_PG_RW |
2914             X86_PG_A | X86_PG_M;
2915
2916         /* install large map entries if configured */
2917         for (i = 0; i < lm_ents; i++)
2918                 pm_pml4[LMSPML4I + i] = kernel_pmap->pm_pml4[LMSPML4I + i];
2919 }
2920
2921 static void
2922 pmap_pinit_pml4_pti(vm_page_t pml4pg)
2923 {
2924         pml4_entry_t *pm_pml4;
2925         int i;
2926
2927         pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg));
2928         for (i = 0; i < NPML4EPG; i++)
2929                 pm_pml4[i] = pti_pml4[i];
2930 }
2931
2932 /*
2933  * Initialize a preallocated and zeroed pmap structure,
2934  * such as one in a vmspace structure.
2935  */
2936 int
2937 pmap_pinit_type(pmap_t pmap, enum pmap_type pm_type, int flags)
2938 {
2939         vm_page_t pml4pg, pml4pgu;
2940         vm_paddr_t pml4phys;
2941         int i;
2942
2943         /*
2944          * allocate the page directory page
2945          */
2946         pml4pg = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
2947             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO | VM_ALLOC_WAITOK);
2948
2949         pml4phys = VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg);
2950         pmap->pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pml4phys);
2951         CPU_FOREACH(i) {
2952                 pmap->pm_pcids[i].pm_pcid = PMAP_PCID_NONE;
2953                 pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
2954         }
2955         pmap->pm_cr3 = PMAP_NO_CR3;     /* initialize to an invalid value */
2956         pmap->pm_ucr3 = PMAP_NO_CR3;
2957         pmap->pm_pml4u = NULL;
2958
2959         pmap->pm_type = pm_type;
2960         if ((pml4pg->flags & PG_ZERO) == 0)
2961                 pagezero(pmap->pm_pml4);
2962
2963         /*
2964          * Do not install the host kernel mappings in the nested page
2965          * tables. These mappings are meaningless in the guest physical
2966          * address space.
2967          * Install minimal kernel mappings in PTI case.
2968          */
2969         if (pm_type == PT_X86) {
2970                 pmap->pm_cr3 = pml4phys;
2971                 pmap_pinit_pml4(pml4pg);
2972                 if ((curproc->p_amd64_md_flags & P_MD_KPTI) != 0) {
2973                         pml4pgu = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL |
2974                             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_WAITOK);
2975                         pmap->pm_pml4u = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(
2976                             VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pgu));
2977                         pmap_pinit_pml4_pti(pml4pgu);
2978                         pmap->pm_ucr3 = VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pgu);
2979                 }
2980                 if ((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0) {
2981                         rangeset_init(&pmap->pm_pkru, pkru_dup_range,
2982                             pkru_free_range, pmap, M_NOWAIT);
2983                 }
2984         }
2985
2986         pmap->pm_root.rt_root = 0;
2987         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
2988         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
2989         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
2990         pmap->pm_flags = flags;
2991         pmap->pm_eptgen = 0;
2992
2993         return (1);
2994 }
2995
2996 int
2997 pmap_pinit(pmap_t pmap)
2998 {
2999
3000         return (pmap_pinit_type(pmap, PT_X86, pmap_flags));
3001 }
3002
3003 /*
3004  * This routine is called if the desired page table page does not exist.
3005  *
3006  * If page table page allocation fails, this routine may sleep before
3007  * returning NULL.  It sleeps only if a lock pointer was given.
3008  *
3009  * Note: If a page allocation fails at page table level two or three,
3010  * one or two pages may be held during the wait, only to be released
3011  * afterwards.  This conservative approach is easily argued to avoid
3012  * race conditions.
3013  */
3014 static vm_page_t
3015 _pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex, struct rwlock **lockp)
3016 {
3017         vm_page_t m, pdppg, pdpg;
3018         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
3019
3020         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3021
3022         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
3023         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
3024         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3025         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
3026
3027         /*
3028          * Allocate a page table page.
3029          */
3030         if ((m = vm_page_alloc(NULL, ptepindex, VM_ALLOC_NOOBJ |
3031             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO)) == NULL) {
3032                 if (lockp != NULL) {
3033                         RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
3034                         PMAP_UNLOCK(pmap);
3035                         PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI();
3036                         vm_wait(NULL);
3037                         PMAP_LOCK(pmap);
3038                 }
3039
3040                 /*
3041                  * Indicate the need to retry.  While waiting, the page table
3042                  * page may have been allocated.
3043                  */
3044                 return (NULL);
3045         }
3046         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0)
3047                 pmap_zero_page(m);
3048
3049         /*
3050          * Map the pagetable page into the process address space, if
3051          * it isn't already there.
3052          */
3053
3054         if (ptepindex >= (NUPDE + NUPDPE)) {
3055                 pml4_entry_t *pml4, *pml4u;
3056                 vm_pindex_t pml4index;
3057
3058                 /* Wire up a new PDPE page */
3059                 pml4index = ptepindex - (NUPDE + NUPDPE);
3060                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
3061                 *pml4 = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
3062                 if (pmap->pm_pml4u != NULL && pml4index < NUPML4E) {
3063                         /*
3064                          * PTI: Make all user-space mappings in the
3065                          * kernel-mode page table no-execute so that
3066                          * we detect any programming errors that leave
3067                          * the kernel-mode page table active on return
3068                          * to user space.
3069                          */
3070                         if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3)
3071                                 *pml4 |= pg_nx;
3072
3073                         pml4u = &pmap->pm_pml4u[pml4index];
3074                         *pml4u = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V |
3075                             PG_A | PG_M;
3076                 }
3077
3078         } else if (ptepindex >= NUPDE) {
3079                 vm_pindex_t pml4index;
3080                 vm_pindex_t pdpindex;
3081                 pml4_entry_t *pml4;
3082                 pdp_entry_t *pdp;
3083
3084                 /* Wire up a new PDE page */
3085                 pdpindex = ptepindex - NUPDE;
3086                 pml4index = pdpindex >> NPML4EPGSHIFT;
3087
3088                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
3089                 if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
3090                         /* Have to allocate a new pdp, recurse */
3091                         if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + NUPDPE + pml4index,
3092                             lockp) == NULL) {
3093                                 vm_page_unwire_noq(m);
3094                                 vm_page_free_zero(m);
3095                                 return (NULL);
3096                         }
3097                 } else {
3098                         /* Add reference to pdp page */
3099                         pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pml4 & PG_FRAME);
3100                         pdppg->wire_count++;
3101                 }
3102                 pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
3103
3104                 /* Now find the pdp page */
3105                 pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
3106                 *pdp = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
3107
3108         } else {
3109                 vm_pindex_t pml4index;
3110                 vm_pindex_t pdpindex;
3111                 pml4_entry_t *pml4;
3112                 pdp_entry_t *pdp;
3113                 pd_entry_t *pd;
3114
3115                 /* Wire up a new PTE page */
3116                 pdpindex = ptepindex >> NPDPEPGSHIFT;
3117                 pml4index = pdpindex >> NPML4EPGSHIFT;
3118
3119                 /* First, find the pdp and check that its valid. */
3120                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
3121                 if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
3122                         /* Have to allocate a new pd, recurse */
3123                         if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex,
3124                             lockp) == NULL) {
3125                                 vm_page_unwire_noq(m);
3126                                 vm_page_free_zero(m);
3127                                 return (NULL);
3128                         }
3129                         pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
3130                         pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
3131                 } else {
3132                         pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
3133                         pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
3134                         if ((*pdp & PG_V) == 0) {
3135                                 /* Have to allocate a new pd, recurse */
3136                                 if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex,
3137                                     lockp) == NULL) {
3138                                         vm_page_unwire_noq(m);
3139                                         vm_page_free_zero(m);
3140                                         return (NULL);
3141                                 }
3142                         } else {
3143                                 /* Add reference to the pd page */
3144                                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdp & PG_FRAME);
3145                                 pdpg->wire_count++;
3146                         }
3147                 }
3148                 pd = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdp & PG_FRAME);
3149
3150                 /* Now we know where the page directory page is */
3151                 pd = &pd[ptepindex & ((1ul << NPDEPGSHIFT) - 1)];
3152                 *pd = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
3153         }
3154
3155         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
3156
3157         return (m);
3158 }
3159
3160 static vm_page_t
3161 pmap_allocpde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct rwlock **lockp)
3162 {
3163         vm_pindex_t pdpindex, ptepindex;
3164         pdp_entry_t *pdpe, PG_V;
3165         vm_page_t pdpg;
3166
3167         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3168
3169 retry:
3170         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
3171         if (pdpe != NULL && (*pdpe & PG_V) != 0) {
3172                 /* Add a reference to the pd page. */
3173                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdpe & PG_FRAME);
3174                 pdpg->wire_count++;
3175         } else {
3176                 /* Allocate a pd page. */
3177                 ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
3178                 pdpindex = ptepindex >> NPDPEPGSHIFT;
3179                 pdpg = _pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex, lockp);
3180                 if (pdpg == NULL && lockp != NULL)
3181                         goto retry;
3182         }
3183         return (pdpg);
3184 }
3185
3186 static vm_page_t
3187 pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct rwlock **lockp)
3188 {
3189         vm_pindex_t ptepindex;
3190         pd_entry_t *pd, PG_V;
3191         vm_page_t m;
3192
3193         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3194
3195         /*
3196          * Calculate pagetable page index
3197          */
3198         ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
3199 retry:
3200         /*
3201          * Get the page directory entry
3202          */
3203         pd = pmap_pde(pmap, va);
3204
3205         /*
3206          * This supports switching from a 2MB page to a
3207          * normal 4K page.
3208          */
3209         if (pd != NULL && (*pd & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V)) {
3210                 if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pd, va, lockp)) {
3211                         /*
3212                          * Invalidation of the 2MB page mapping may have caused
3213                          * the deallocation of the underlying PD page.
3214                          */
3215                         pd = NULL;
3216                 }
3217         }
3218
3219         /*
3220          * If the page table page is mapped, we just increment the
3221          * hold count, and activate it.
3222          */
3223         if (pd != NULL && (*pd & PG_V) != 0) {
3224                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pd & PG_FRAME);
3225                 m->wire_count++;
3226         } else {
3227                 /*
3228                  * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been
3229                  * deallocated.
3230                  */
3231                 m = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex, lockp);
3232                 if (m == NULL && lockp != NULL)
3233                         goto retry;
3234         }
3235         return (m);
3236 }
3237
3238
3239 /***************************************************
3240  * Pmap allocation/deallocation routines.
3241  ***************************************************/
3242
3243 /*
3244  * Release any resources held by the given physical map.
3245  * Called when a pmap initialized by pmap_pinit is being released.
3246  * Should only be called if the map contains no valid mappings.
3247  */
3248 void
3249 pmap_release(pmap_t pmap)
3250 {
3251         vm_page_t m;
3252         int i;
3253
3254         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count == 0,
3255             ("pmap_release: pmap resident count %ld != 0",
3256             pmap->pm_stats.resident_count));
3257         KASSERT(vm_radix_is_empty(&pmap->pm_root),
3258             ("pmap_release: pmap has reserved page table page(s)"));
3259         KASSERT(CPU_EMPTY(&pmap->pm_active),
3260             ("releasing active pmap %p", pmap));
3261
3262         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pmap->pm_pml4));
3263
3264         for (i = 0; i < NKPML4E; i++)   /* KVA */
3265                 pmap->pm_pml4[KPML4BASE + i] = 0;
3266         for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++)/* Direct Map */
3267                 pmap->pm_pml4[DMPML4I + i] = 0;
3268         pmap->pm_pml4[PML4PML4I] = 0;   /* Recursive Mapping */
3269         for (i = 0; i < lm_ents; i++)   /* Large Map */
3270                 pmap->pm_pml4[LMSPML4I + i] = 0;
3271
3272         vm_page_unwire_noq(m);
3273         vm_page_free_zero(m);
3274
3275         if (pmap->pm_pml4u != NULL) {
3276                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pmap->pm_pml4u));
3277                 vm_page_unwire_noq(m);
3278                 vm_page_free(m);
3279         }
3280         if (pmap->pm_type == PT_X86 &&
3281             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0)
3282                 rangeset_fini(&pmap->pm_pkru);
3283 }
3284
3285 static int
3286 kvm_size(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
3287 {
3288         unsigned long ksize = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
3289
3290         return sysctl_handle_long(oidp, &ksize, 0, req);
3291 }
3292 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_size, CTLTYPE_LONG|CTLFLAG_RD, 
3293     0, 0, kvm_size, "LU", "Size of KVM");
3294
3295 static int
3296 kvm_free(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
3297 {
3298         unsigned long kfree = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - kernel_vm_end;
3299
3300         return sysctl_handle_long(oidp, &kfree, 0, req);
3301 }
3302 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_free, CTLTYPE_LONG|CTLFLAG_RD, 
3303     0, 0, kvm_free, "LU", "Amount of KVM free");
3304
3305 /*
3306  * grow the number of kernel page table entries, if needed
3307  */
3308 void
3309 pmap_growkernel(vm_offset_t addr)
3310 {
3311         vm_paddr_t paddr;
3312         vm_page_t nkpg;
3313         pd_entry_t *pde, newpdir;
3314         pdp_entry_t *pdpe;
3315
3316         mtx_assert(&kernel_map->system_mtx, MA_OWNED);
3317
3318         /*
3319          * Return if "addr" is within the range of kernel page table pages
3320          * that were preallocated during pmap bootstrap.  Moreover, leave
3321          * "kernel_vm_end" and the kernel page table as they were.
3322          *
3323          * The correctness of this action is based on the following
3324          * argument: vm_map_insert() allocates contiguous ranges of the
3325          * kernel virtual address space.  It calls this function if a range
3326          * ends after "kernel_vm_end".  If the kernel is mapped between
3327          * "kernel_vm_end" and "addr", then the range cannot begin at
3328          * "kernel_vm_end".  In fact, its beginning address cannot be less
3329          * than the kernel.  Thus, there is no immediate need to allocate
3330          * any new kernel page table pages between "kernel_vm_end" and
3331          * "KERNBASE".
3332          */
3333         if (KERNBASE < addr && addr <= KERNBASE + nkpt * NBPDR)
3334                 return;
3335
3336         addr = roundup2(addr, NBPDR);
3337         if (addr - 1 >= vm_map_max(kernel_map))
3338                 addr = vm_map_max(kernel_map);
3339         while (kernel_vm_end < addr) {
3340                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, kernel_vm_end);
3341                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0) {
3342                         /* We need a new PDP entry */
3343                         nkpg = vm_page_alloc(NULL, kernel_vm_end >> PDPSHIFT,
3344                             VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ |
3345                             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
3346                         if (nkpg == NULL)
3347                                 panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
3348                         if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
3349                                 pmap_zero_page(nkpg);
3350                         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
3351                         *pdpe = (pdp_entry_t)(paddr | X86_PG_V | X86_PG_RW |
3352                             X86_PG_A | X86_PG_M);
3353                         continue; /* try again */
3354                 }
3355                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, kernel_vm_end);
3356                 if ((*pde & X86_PG_V) != 0) {
3357                         kernel_vm_end = (kernel_vm_end + NBPDR) & ~PDRMASK;
3358                         if (kernel_vm_end - 1 >= vm_map_max(kernel_map)) {
3359                                 kernel_vm_end = vm_map_max(kernel_map);
3360                                 break;                       
3361                         }
3362                         continue;
3363                 }
3364
3365                 nkpg = vm_page_alloc(NULL, pmap_pde_pindex(kernel_vm_end),
3366                     VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED |
3367                     VM_ALLOC_ZERO);
3368                 if (nkpg == NULL)
3369                         panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
3370                 if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
3371                         pmap_zero_page(nkpg);
3372                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
3373                 newpdir = paddr | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A | X86_PG_M;
3374                 pde_store(pde, newpdir);
3375
3376                 kernel_vm_end = (kernel_vm_end + NBPDR) & ~PDRMASK;
3377                 if (kernel_vm_end - 1 >= vm_map_max(kernel_map)) {
3378                         kernel_vm_end = vm_map_max(kernel_map);
3379                         break;                       
3380                 }
3381         }
3382 }
3383
3384
3385 /***************************************************
3386  * page management routines.
3387  ***************************************************/
3388
3389 CTASSERT(sizeof(struct pv_chunk) == PAGE_SIZE);
3390 CTASSERT(_NPCM == 3);
3391 CTASSERT(_NPCPV == 168);
3392
3393 static __inline struct pv_chunk *
3394 pv_to_chunk(pv_entry_t pv)
3395 {
3396
3397         return ((struct pv_chunk *)((uintptr_t)pv & ~(uintptr_t)PAGE_MASK));
3398 }
3399
3400 #define PV_PMAP(pv) (pv_to_chunk(pv)->pc_pmap)
3401
3402 #define PC_FREE0        0xfffffffffffffffful
3403 #define PC_FREE1        0xfffffffffffffffful
3404 #define PC_FREE2        0x000000fffffffffful
3405
3406 static const uint64_t pc_freemask[_NPCM] = { PC_FREE0, PC_FREE1, PC_FREE2 };
3407
3408 #ifdef PV_STATS
3409 static int pc_chunk_count, pc_chunk_allocs, pc_chunk_frees, pc_chunk_tryfail;
3410
3411 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_count, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_count, 0,
3412         "Current number of pv entry chunks");
3413 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_allocs, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_allocs, 0,
3414         "Current number of pv entry chunks allocated");
3415 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_frees, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_frees, 0,
3416         "Current number of pv entry chunks frees");
3417 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_tryfail, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_tryfail, 0,
3418         "Number of times tried to get a chunk page but failed.");
3419
3420 static long pv_entry_frees, pv_entry_allocs, pv_entry_count;
3421 static int pv_entry_spare;
3422
3423 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_frees, CTLFLAG_RD, &pv_entry_frees, 0,
3424         "Current number of pv entry frees");
3425 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_allocs, CTLFLAG_RD, &pv_entry_allocs, 0,
3426         "Current number of pv entry allocs");
3427 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_count, CTLFLAG_RD, &pv_entry_count, 0,
3428         "Current number of pv entries");
3429 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_spare, CTLFLAG_RD, &pv_entry_spare, 0,
3430         "Current number of spare pv entries");
3431 #endif
3432
3433 static void
3434 reclaim_pv_chunk_leave_pmap(pmap_t pmap, pmap_t locked_pmap, bool start_di)
3435 {
3436
3437         if (pmap == NULL)
3438                 return;
3439         pmap_invalidate_all(pmap);
3440         if (pmap != locked_pmap)
3441                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3442         if (start_di)
3443                 pmap_delayed_invl_finished();
3444 }
3445
3446 /*
3447  * We are in a serious low memory condition.  Resort to
3448  * drastic measures to free some pages so we can allocate
3449  * another pv entry chunk.
3450  *
3451  * Returns NULL if PV entries were reclaimed from the specified pmap.
3452  *
3453  * We do not, however, unmap 2mpages because subsequent accesses will
3454  * allocate per-page pv entries until repromotion occurs, thereby
3455  * exacerbating the shortage of free pv entries.
3456  */
3457 static vm_page_t
3458 reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp)
3459 {
3460         struct pv_chunk *pc, *pc_marker, *pc_marker_end;
3461         struct pv_chunk_header pc_marker_b, pc_marker_end_b;
3462         struct md_page *pvh;
3463         pd_entry_t *pde;
3464         pmap_t next_pmap, pmap;
3465         pt_entry_t *pte, tpte;
3466         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW;
3467         pv_entry_t pv;
3468         vm_offset_t va;
3469         vm_page_t m, m_pc;
3470         struct spglist free;
3471         uint64_t inuse;
3472         int bit, field, freed;
3473         bool start_di;
3474         static int active_reclaims = 0;
3475
3476         PMAP_LOCK_ASSERT(locked_pmap, MA_OWNED);
3477         KASSERT(lockp != NULL, ("reclaim_pv_chunk: lockp is NULL"));
3478         pmap = NULL;
3479         m_pc = NULL;
3480         PG_G = PG_A = PG_M = PG_RW = 0;
3481         SLIST_INIT(&free);
3482         bzero(&pc_marker_b, sizeof(pc_marker_b));
3483         bzero(&pc_marker_end_b, sizeof(pc_marker_end_b));
3484         pc_marker = (struct pv_chunk *)&pc_marker_b;
3485         pc_marker_end = (struct pv_chunk *)&pc_marker_end_b;
3486
3487         /*
3488          * A delayed invalidation block should already be active if
3489          * pmap_advise() or pmap_remove() called this function by way
3490          * of pmap_demote_pde_locked().
3491          */
3492         start_di = pmap_not_in_di();
3493
3494         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
3495         active_reclaims++;
3496         TAILQ_INSERT_HEAD(&pv_chunks, pc_marker, pc_lru);
3497         TAILQ_INSERT_TAIL(&pv_chunks, pc_marker_end, pc_lru);
3498         while ((pc = TAILQ_NEXT(pc_marker, pc_lru)) != pc_marker_end &&
3499             SLIST_EMPTY(&free)) {
3500                 next_pmap = pc->pc_pmap;
3501                 if (next_pmap == NULL) {
3502                         /*
3503                          * The next chunk is a marker.  However, it is
3504                          * not our marker, so active_reclaims must be
3505                          * > 1.  Consequently, the next_chunk code
3506                          * will not rotate the pv_chunks list.
3507                          */
3508                         goto next_chunk;
3509                 }
3510                 mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
3511
3512                 /*
3513                  * A pv_chunk can only be removed from the pc_lru list
3514                  * when both pc_chunks_mutex is owned and the
3515                  * corresponding pmap is locked.
3516                  */
3517                 if (pmap != next_pmap) {
3518                         reclaim_pv_chunk_leave_pmap(pmap, locked_pmap,
3519                             start_di);
3520                         pmap = next_pmap;
3521                         /* Avoid deadlock and lock recursion. */
3522                         if (pmap > locked_pmap) {
3523                                 RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
3524                                 PMAP_LOCK(pmap);
3525                                 if (start_di)
3526                                         pmap_delayed_invl_started();
3527                                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
3528                                 continue;
3529                         } else if (pmap != locked_pmap) {
3530                                 if (PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
3531                                         if (start_di)
3532                                                 pmap_delayed_invl_started();
3533                                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
3534                                         continue;
3535                                 } else {
3536                                         pmap = NULL; /* pmap is not locked */
3537                                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
3538                                         pc = TAILQ_NEXT(pc_marker, pc_lru);
3539                                         if (pc == NULL ||
3540                                             pc->pc_pmap != next_pmap)
3541                                                 continue;
3542                                         goto next_chunk;
3543                                 }
3544                         } else if (start_di)
3545                                 pmap_delayed_invl_started();
3546                         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
3547                         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
3548                         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
3549                         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
3550                 }
3551
3552                 /*
3553                  * Destroy every non-wired, 4 KB page mapping in the chunk.
3554                  */
3555                 freed = 0;
3556                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
3557                         for (inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
3558                             inuse != 0; inuse &= ~(1UL << bit)) {
3559                                 bit = bsfq(inuse);
3560                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
3561                                 va = pv->pv_va;
3562                                 pde = pmap_pde(pmap, va);
3563                                 if ((*pde & PG_PS) != 0)
3564                                         continue;
3565                                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
3566                                 if ((*pte & PG_W) != 0)
3567                                         continue;
3568                                 tpte = pte_load_clear(pte);
3569                                 if ((tpte & PG_G) != 0)
3570                                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
3571                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpte & PG_FRAME);
3572                                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
3573                                         vm_page_dirty(m);
3574                                 if ((tpte & PG_A) != 0)
3575                                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
3576                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
3577                                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3578                                 m->md.pv_gen++;
3579                                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
3580                                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
3581                                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3582                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
3583                                                 vm_page_aflag_clear(m,
3584                                                     PGA_WRITEABLE);
3585                                         }
3586                                 }
3587                                 pmap_delayed_invl_page(m);
3588                                 pc->pc_map[field] |= 1UL << bit;
3589                                 pmap_unuse_pt(pmap, va, *pde, &free);
3590                                 freed++;
3591                         }
3592                 }
3593                 if (freed == 0) {
3594                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
3595                         goto next_chunk;
3596                 }
3597                 /* Every freed mapping is for a 4 KB page. */
3598                 pmap_resident_count_dec(pmap, freed);
3599                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
3600                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
3601                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
3602                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3603                 if (pc->pc_map[0] == PC_FREE0 && pc->pc_map[1] == PC_FREE1 &&
3604                     pc->pc_map[2] == PC_FREE2) {
3605                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
3606                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
3607                         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
3608                         /* Entire chunk is free; return it. */
3609                         m_pc = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
3610                         dump_drop_page(m_pc->phys_addr);
3611                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
3612                         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
3613                         break;
3614                 }
3615                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3616                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
3617                 /* One freed pv entry in locked_pmap is sufficient. */
3618                 if (pmap == locked_pmap)
3619                         break;
3620 next_chunk:
3621                 TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc_marker, pc_lru);
3622                 TAILQ_INSERT_AFTER(&pv_chunks, pc, pc_marker, pc_lru);
3623                 if (active_reclaims == 1 && pmap != NULL) {
3624                         /*
3625                          * Rotate the pv chunks list so that we do not
3626                          * scan the same pv chunks that could not be
3627                          * freed (because they contained a wired
3628                          * and/or superpage mapping) on every
3629                          * invocation of reclaim_pv_chunk().
3630                          */
3631                         while ((pc = TAILQ_FIRST(&pv_chunks)) != pc_marker) {
3632                                 MPASS(pc->pc_pmap != NULL);
3633                                 TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
3634                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pv_chunks, pc, pc_lru);
3635                         }
3636                 }
3637         }
3638         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc_marker, pc_lru);
3639         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc_marker_end, pc_lru);
3640         active_reclaims--;
3641         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
3642         reclaim_pv_chunk_leave_pmap(pmap, locked_pmap, start_di);
3643         if (m_pc == NULL && !SLIST_EMPTY(&free)) {
3644                 m_pc = SLIST_FIRST(&free);
3645                 SLIST_REMOVE_HEAD(&free, plinks.s.ss);
3646                 /* Recycle a freed page table page. */
3647                 m_pc->wire_count = 1;
3648         }
3649         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
3650         return (m_pc);
3651 }
3652
3653 /*
3654  * free the pv_entry back to the free list
3655  */
3656 static void
3657 free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv)
3658 {
3659         struct pv_chunk *pc;
3660         int idx, field, bit;
3661
3662         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3663         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, 1));
3664         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, 1));
3665         PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, 1));
3666         pc = pv_to_chunk(pv);
3667         idx = pv - &pc->pc_pventry[0];
3668         field = idx / 64;
3669         bit = idx % 64;
3670         pc->pc_map[field] |= 1ul << bit;
3671         if (pc->pc_map[0] != PC_FREE0 || pc->pc_map[1] != PC_FREE1 ||
3672             pc->pc_map[2] != PC_FREE2) {
3673                 /* 98% of the time, pc is already at the head of the list. */
3674                 if (__predict_false(pc != TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk))) {
3675                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3676                         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3677                 }
3678                 return;
3679         }
3680         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3681         free_pv_chunk(pc);
3682 }
3683
3684 static void
3685 free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc)
3686 {
3687         vm_page_t m;
3688
3689         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
3690         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
3691         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
3692         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
3693         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
3694         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
3695         /* entire chunk is free, return it */
3696         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
3697         dump_drop_page(m->phys_addr);
3698         vm_page_unwire(m, PQ_NONE);
3699         vm_page_free(m);
3700 }
3701
3702 /*
3703  * Returns a new PV entry, allocating a new PV chunk from the system when
3704  * needed.  If this PV chunk allocation fails and a PV list lock pointer was
3705  * given, a PV chunk is reclaimed from an arbitrary pmap.  Otherwise, NULL is
3706  * returned.
3707  *
3708  * The given PV list lock may be released.
3709  */
3710 static pv_entry_t
3711 get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp)
3712 {
3713         int bit, field;
3714         pv_entry_t pv;
3715         struct pv_chunk *pc;
3716         vm_page_t m;
3717
3718         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3719         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, 1));
3720 retry:
3721         pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
3722         if (pc != NULL) {
3723                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
3724                         if (pc->pc_map[field]) {
3725                                 bit = bsfq(pc->pc_map[field]);
3726                                 break;
3727                         }
3728                 }
3729                 if (field < _NPCM) {
3730                         pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
3731                         pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
3732                         /* If this was the last item, move it to tail */
3733                         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 &&
3734                             pc->pc_map[2] == 0) {
3735                                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3736                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc,
3737                                     pc_list);
3738                         }
3739                         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
3740                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, 1));
3741                         return (pv);
3742                 }
3743         }
3744         /* No free items, allocate another chunk */
3745         m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
3746             VM_ALLOC_WIRED);
3747         if (m == NULL) {
3748                 if (lockp == NULL) {
3749                         PV_STAT(pc_chunk_tryfail++);
3750                         return (NULL);
3751                 }
3752                 m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
3753                 if (m == NULL)
3754                         goto retry;
3755         }
3756         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
3757         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
3758         dump_add_page(m->phys_addr);
3759         pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
3760         pc->pc_pmap = pmap;
3761         pc->pc_map[0] = PC_FREE0 & ~1ul;        /* preallocated bit 0 */
3762         pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
3763         pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
3764         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
3765         TAILQ_INSERT_TAIL(&pv_chunks, pc, pc_lru);
3766         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
3767         pv = &pc->pc_pventry[0];
3768         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3769         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
3770         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV - 1));
3771         return (pv);
3772 }
3773
3774 /*
3775  * Returns the number of one bits within the given PV chunk map.
3776  *
3777  * The erratas for Intel processors state that "POPCNT Instruction May
3778  * Take Longer to Execute Than Expected".  It is believed that the
3779  * issue is the spurious dependency on the destination register.
3780  * Provide a hint to the register rename logic that the destination
3781  * value is overwritten, by clearing it, as suggested in the
3782  * optimization manual.  It should be cheap for unaffected processors
3783  * as well.
3784  *
3785  * Reference numbers for erratas are
3786  * 4th Gen Core: HSD146
3787  * 5th Gen Core: BDM85
3788  * 6th Gen Core: SKL029
3789  */
3790 static int
3791 popcnt_pc_map_pq(uint64_t *map)
3792 {
3793         u_long result, tmp;
3794
3795         __asm __volatile("xorl %k0,%k0;popcntq %2,%0;"
3796             "xorl %k1,%k1;popcntq %3,%1;addl %k1,%k0;"
3797             "xorl %k1,%k1;popcntq %4,%1;addl %k1,%k0"
3798             : "=&r" (result), "=&r" (tmp)
3799             : "m" (map[0]), "m" (map[1]), "m" (map[2]));
3800         return (result);
3801 }
3802
3803 /*
3804  * Ensure that the number of spare PV entries in the specified pmap meets or
3805  * exceeds the given count, "needed".
3806  *
3807  * The given PV list lock may be released.
3808  */
3809 static void
3810 reserve_pv_entries(pmap_t pmap, int needed, struct rwlock **lockp)
3811 {
3812         struct pch new_tail;
3813         struct pv_chunk *pc;
3814         vm_page_t m;
3815         int avail, free;
3816         bool reclaimed;
3817
3818         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3819         KASSERT(lockp != NULL, ("reserve_pv_entries: lockp is NULL"));
3820
3821         /*
3822          * Newly allocated PV chunks must be stored in a private list until
3823          * the required number of PV chunks have been allocated.  Otherwise,
3824          * reclaim_pv_chunk() could recycle one of these chunks.  In
3825          * contrast, these chunks must be added to the pmap upon allocation.
3826          */
3827         TAILQ_INIT(&new_tail);
3828 retry:
3829         avail = 0;
3830         TAILQ_FOREACH(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list) {
3831 #ifndef __POPCNT__
3832                 if ((cpu_feature2 & CPUID2_POPCNT) == 0)
3833                         bit_count((bitstr_t *)pc->pc_map, 0,
3834                             sizeof(pc->pc_map) * NBBY, &free);
3835                 else
3836 #endif
3837                 free = popcnt_pc_map_pq(pc->pc_map);
3838                 if (free == 0)
3839                         break;
3840                 avail += free;
3841                 if (avail >= needed)
3842                         break;
3843         }
3844         for (reclaimed = false; avail < needed; avail += _NPCPV) {
3845                 m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
3846                     VM_ALLOC_WIRED);
3847                 if (m == NULL) {
3848                         m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
3849                         if (m == NULL)
3850                                 goto retry;
3851                         reclaimed = true;
3852                 }
3853                 PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
3854                 PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
3855                 dump_add_page(m->phys_addr);
3856                 pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
3857                 pc->pc_pmap = pmap;
3858                 pc->pc_map[0] = PC_FREE0;
3859                 pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
3860                 pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
3861                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3862                 TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail, pc, pc_lru);
3863                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
3864
3865                 /*
3866                  * The reclaim might have freed a chunk from the current pmap.
3867                  * If that chunk contained available entries, we need to
3868                  * re-count the number of available entries.
3869                  */
3870                 if (reclaimed)
3871                         goto retry;
3872         }
3873         if (!TAILQ_EMPTY(&new_tail)) {
3874                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
3875                 TAILQ_CONCAT(&pv_chunks, &new_tail, pc_lru);
3876                 mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
3877         }
3878 }
3879
3880 /*
3881  * First find and then remove the pv entry for the specified pmap and virtual
3882  * address from the specified pv list.  Returns the pv entry if found and NULL
3883  * otherwise.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or
3884  * 2MB page mappings.
3885  */
3886 static __inline pv_entry_t
3887 pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3888 {
3889         pv_entry_t pv;
3890
3891         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
3892                 if (pmap == PV_PMAP(pv) && va == pv->pv_va) {
3893                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
3894                         pvh->pv_gen++;
3895                         break;
3896                 }
3897         }
3898         return (pv);
3899 }
3900
3901 /*
3902  * After demotion from a 2MB page mapping to 512 4KB page mappings,
3903  * destroy the pv entry for the 2MB page mapping and reinstantiate the pv
3904  * entries for each of the 4KB page mappings.
3905  */
3906 static void
3907 pmap_pv_demote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
3908     struct rwlock **lockp)
3909 {
3910         struct md_page *pvh;
3911         struct pv_chunk *pc;
3912         pv_entry_t pv;
3913         vm_offset_t va_last;
3914         vm_page_t m;
3915         int bit, field;
3916
3917         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3918         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
3919             ("pmap_pv_demote_pde: pa is not 2mpage aligned"));
3920         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
3921
3922         /*
3923          * Transfer the 2mpage's pv entry for this mapping to the first
3924          * page's pv list.  Once this transfer begins, the pv list lock
3925          * must not be released until the last pv entry is reinstantiated.
3926          */
3927         pvh = pa_to_pvh(pa);
3928         va = trunc_2mpage(va);
3929         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
3930         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_demote_pde: pv not found"));
3931         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
3932         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3933         m->md.pv_gen++;
3934         /* Instantiate the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
3935         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, NPTEPG - 1));
3936         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
3937         for (;;) {
3938                 pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
3939                 KASSERT(pc->pc_map[0] != 0 || pc->pc_map[1] != 0 ||
3940                     pc->pc_map[2] != 0, ("pmap_pv_demote_pde: missing spare"));
3941                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
3942                         while (pc->pc_map[field]) {
3943                                 bit = bsfq(pc->pc_map[field]);
3944                                 pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
3945                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
3946                                 va += PAGE_SIZE;
3947                                 pv->pv_va = va;
3948                                 m++;
3949                                 KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
3950                             ("pmap_pv_demote_pde: page %p is not managed", m));
3951                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3952                                 m->md.pv_gen++;
3953                                 if (va == va_last)
3954                                         goto out;
3955                         }
3956                 }
3957                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3958                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3959         }
3960 out:
3961         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 && pc->pc_map[2] == 0) {
3962                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3963                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3964         }
3965         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, NPTEPG - 1));
3966         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, NPTEPG - 1));
3967 }
3968
3969 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
3970 /*
3971  * After promotion from 512 4KB page mappings to a single 2MB page mapping,
3972  * replace the many pv entries for the 4KB page mappings by a single pv entry
3973  * for the 2MB page mapping.
3974  */
3975 static void
3976 pmap_pv_promote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
3977     struct rwlock **lockp)
3978 {
3979         struct md_page *pvh;
3980         pv_entry_t pv;
3981         vm_offset_t va_last;
3982         vm_page_t m;
3983
3984         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
3985             ("pmap_pv_promote_pde: pa is not 2mpage aligned"));
3986         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
3987
3988         /*
3989          * Transfer the first page's pv entry for this mapping to the 2mpage's
3990          * pv list.  Aside from avoiding the cost of a call to get_pv_entry(),
3991          * a transfer avoids the possibility that get_pv_entry() calls
3992          * reclaim_pv_chunk() and that reclaim_pv_chunk() removes one of the
3993          * mappings that is being promoted.
3994          */
3995         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
3996         va = trunc_2mpage(va);
3997         pv = pmap_pvh_remove(&m->md, pmap, va);
3998         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_promote_pde: pv not found"));
3999         pvh = pa_to_pvh(pa);
4000         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
4001         pvh->pv_gen++;
4002         /* Free the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
4003         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
4004         do {
4005                 m++;
4006                 va += PAGE_SIZE;
4007                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
4008         } while (va < va_last);
4009 }
4010 #endif /* VM_NRESERVLEVEL > 0 */
4011
4012 /*
4013  * First find and then destroy the pv entry for the specified pmap and virtual
4014  * address.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or 2MB
4015  * page mappings.
4016  */
4017 static void
4018 pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
4019 {
4020         pv_entry_t pv;
4021
4022         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
4023         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pvh_free: pv not found"));
4024         free_pv_entry(pmap, pv);
4025 }
4026
4027 /*
4028  * Conditionally create the PV entry for a 4KB page mapping if the required
4029  * memory can be allocated without resorting to reclamation.
4030  */
4031 static boolean_t
4032 pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
4033     struct rwlock **lockp)
4034 {
4035         pv_entry_t pv;
4036
4037         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4038         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
4039         if ((pv = get_pv_entry(pmap, NULL)) != NULL) {
4040                 pv->pv_va = va;
4041                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
4042                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4043                 m->md.pv_gen++;
4044                 return (TRUE);
4045         } else
4046                 return (FALSE);
4047 }
4048
4049 /*
4050  * Create the PV entry for a 2MB page mapping.  Always returns true unless the
4051  * flag PMAP_ENTER_NORECLAIM is specified.  If that flag is specified, returns
4052  * false if the PV entry cannot be allocated without resorting to reclamation.
4053  */
4054 static bool
4055 pmap_pv_insert_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde, u_int flags,
4056     struct rwlock **lockp)
4057 {
4058         struct md_page *pvh;
4059         pv_entry_t pv;
4060         vm_paddr_t pa;
4061
4062         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4063         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
4064         if ((pv = get_pv_entry(pmap, (flags & PMAP_ENTER_NORECLAIM) != 0 ?
4065             NULL : lockp)) == NULL)
4066                 return (false);
4067         pv->pv_va = va;
4068         pa = pde & PG_PS_FRAME;
4069         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
4070         pvh = pa_to_pvh(pa);
4071         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
4072         pvh->pv_gen++;
4073         return (true);
4074 }
4075
4076 /*
4077  * Fills a page table page with mappings to consecutive physical pages.
4078  */
4079 static void
4080 pmap_fill_ptp(pt_entry_t *firstpte, pt_entry_t newpte)
4081 {
4082         pt_entry_t *pte;
4083
4084         for (pte = firstpte; pte < firstpte + NPTEPG; pte++) {
4085                 *pte = newpte;
4086                 newpte += PAGE_SIZE;
4087         }
4088 }
4089
4090 /*
4091  * Tries to demote a 2MB page mapping.  If demotion fails, the 2MB page
4092  * mapping is invalidated.
4093  */
4094 static boolean_t
4095 pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
4096 {
4097         struct rwlock *lock;
4098         boolean_t rv;
4099
4100         lock = NULL;
4101         rv = pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
4102         if (lock != NULL)
4103                 rw_wunlock(lock);
4104         return (rv);
4105 }
4106
4107 static boolean_t
4108 pmap_demote_pde_locked(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
4109     struct rwlock **lockp)
4110 {
4111         pd_entry_t newpde, oldpde;
4112         pt_entry_t *firstpte, newpte;
4113         pt_entry_t PG_A, PG_G, PG_M, PG_PKU_MASK, PG_RW, PG_V;
4114         vm_paddr_t mptepa;
4115         vm_page_t mpte;
4116         struct spglist free;
4117         vm_offset_t sva;
4118         int PG_PTE_CACHE;
4119
4120         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
4121         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
4122         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4123         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4124         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4125         PG_PTE_CACHE = pmap_cache_mask(pmap, 0);
4126         PG_PKU_MASK = pmap_pku_mask_bit(pmap);
4127
4128         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4129         oldpde = *pde;
4130         KASSERT((oldpde & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V),
4131             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_PS and/or PG_V"));
4132         if ((oldpde & PG_A) == 0 || (mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, va)) ==
4133             NULL) {
4134                 KASSERT((oldpde & PG_W) == 0,
4135                     ("pmap_demote_pde: page table page for a wired mapping"
4136                     " is missing"));
4137
4138                 /*
4139                  * Invalidate the 2MB page mapping and return "failure" if the
4140                  * mapping was never accessed or the allocation of the new
4141                  * page table page fails.  If the 2MB page mapping belongs to
4142                  * the direct map region of the kernel's address space, then
4143                  * the page allocation request specifies the highest possible
4144                  * priority (VM_ALLOC_INTERRUPT).  Otherwise, the priority is
4145                  * normal.  Page table pages are preallocated for every other
4146                  * part of the kernel address space, so the direct map region
4147                  * is the only part of the kernel address space that must be
4148                  * handled here.
4149                  */
4150                 if ((oldpde & PG_A) == 0 || (mpte = vm_page_alloc(NULL,
4151                     pmap_pde_pindex(va), (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va <
4152                     DMAP_MAX_ADDRESS ? VM_ALLOC_INTERRUPT : VM_ALLOC_NORMAL) |
4153                     VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED)) == NULL) {
4154                         SLIST_INIT(&free);
4155                         sva = trunc_2mpage(va);
4156                         pmap_remove_pde(pmap, pde, sva, &free, lockp);
4157                         if ((oldpde & PG_G) == 0)
4158                                 pmap_invalidate_pde_page(pmap, sva, oldpde);
4159                         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
4160                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: failure for va %#lx"
4161                             " in pmap %p", va, pmap);
4162                         return (FALSE);
4163                 }
4164                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
4165                         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
4166         }
4167         mptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpte);
4168         firstpte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mptepa);
4169         newpde = mptepa | PG_M | PG_A | (oldpde & PG_U) | PG_RW | PG_V;
4170         KASSERT((oldpde & PG_A) != 0,
4171             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_A"));
4172         KASSERT((oldpde & (PG_M | PG_RW)) != PG_RW,
4173             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_M"));
4174         newpte = oldpde & ~PG_PS;
4175         newpte = pmap_swap_pat(pmap, newpte);
4176
4177         /*
4178          * If the page table page is new, initialize it.
4179          */
4180         if (mpte->wire_count == 1) {
4181                 mpte->wire_count = NPTEPG;
4182                 pmap_fill_ptp(firstpte, newpte);
4183         }
4184         KASSERT((*firstpte & PG_FRAME) == (newpte & PG_FRAME),
4185             ("pmap_demote_pde: firstpte and newpte map different physical"
4186             " addresses"));
4187
4188         /*
4189          * If the mapping has changed attributes, update the page table
4190          * entries.
4191          */
4192         if ((*firstpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpte & PG_PTE_PROMOTE))
4193                 pmap_fill_ptp(firstpte, newpte);
4194
4195         /*
4196          * The spare PV entries must be reserved prior to demoting the
4197          * mapping, that is, prior to changing the PDE.  Otherwise, the state
4198          * of the PDE and the PV lists will be inconsistent, which can result
4199          * in reclaim_pv_chunk() attempting to remove a PV entry from the
4200          * wrong PV list and pmap_pv_demote_pde() failing to find the expected
4201          * PV entry for the 2MB page mapping that is being demoted.
4202          */
4203         if ((oldpde & PG_MANAGED) != 0)
4204                 reserve_pv_entries(pmap, NPTEPG - 1, lockp);
4205
4206         /*
4207          * Demote the mapping.  This pmap is locked.  The old PDE has
4208          * PG_A set.  If the old PDE has PG_RW set, it also has PG_M
4209          * set.  Thus, there is no danger of a race with another
4210          * processor changing the setting of PG_A and/or PG_M between
4211          * the read above and the store below. 
4212          */
4213         if (workaround_erratum383)
4214                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, newpde);
4215         else
4216                 pde_store(pde, newpde);
4217
4218         /*
4219          * Invalidate a stale recursive mapping of the page table page.
4220          */
4221         if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
4222                 pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopte(va));
4223
4224         /*
4225          * Demote the PV entry.
4226          */
4227         if ((oldpde & PG_MANAGED) != 0)
4228                 pmap_pv_demote_pde(pmap, va, oldpde & PG_PS_FRAME, lockp);
4229
4230         atomic_add_long(&pmap_pde_demotions, 1);
4231         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: success for va %#lx"
4232             " in pmap %p", va, pmap);
4233         return (TRUE);
4234 }
4235
4236 /*
4237  * pmap_remove_kernel_pde: Remove a kernel superpage mapping.
4238  */
4239 static void
4240 pmap_remove_kernel_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
4241 {
4242         pd_entry_t newpde;
4243         vm_paddr_t mptepa;
4244         vm_page_t mpte;
4245
4246         KASSERT(pmap == kernel_pmap, ("pmap %p is not kernel_pmap", pmap));
4247         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4248         mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, va);
4249         if (mpte == NULL)
4250                 panic("pmap_remove_kernel_pde: Missing pt page.");
4251
4252         mptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpte);
4253         newpde = mptepa | X86_PG_M | X86_PG_A | X86_PG_RW | X86_PG_V;
4254
4255         /*
4256          * Initialize the page table page.
4257          */
4258         pagezero((void *)PHYS_TO_DMAP(mptepa));
4259
4260         /*
4261          * Demote the mapping.
4262          */
4263         if (workaround_erratum383)
4264                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, newpde);
4265         else
4266                 pde_store(pde, newpde);
4267
4268         /*
4269          * Invalidate a stale recursive mapping of the page table page.
4270          */
4271         pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopte(va));
4272 }
4273
4274 /*
4275  * pmap_remove_pde: do the things to unmap a superpage in a process
4276  */
4277 static int
4278 pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
4279     struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
4280 {
4281         struct md_page *pvh;
4282         pd_entry_t oldpde;
4283         vm_offset_t eva, va;
4284         vm_page_t m, mpte;
4285         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW;
4286
4287         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
4288         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
4289         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4290         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4291
4292         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4293         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
4294             ("pmap_remove_pde: sva is not 2mpage aligned"));
4295         oldpde = pte_load_clear(pdq);
4296         if (oldpde & PG_W)
4297                 pmap->pm_stats.wired_count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
4298         if ((oldpde & PG_G) != 0)
4299                 pmap_invalidate_pde_page(kernel_pmap, sva, oldpde);
4300         pmap_resident_count_dec(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
4301         if (oldpde & PG_MANAGED) {
4302                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, oldpde & PG_PS_FRAME);
4303                 pvh = pa_to_pvh(oldpde & PG_PS_FRAME);
4304                 pmap_pvh_free(pvh, pmap, sva);
4305                 eva = sva + NBPDR;
4306                 for (va = sva, m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
4307                     va < eva; va += PAGE_SIZE, m++) {
4308                         if ((oldpde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
4309                                 vm_page_dirty(m);
4310                         if (oldpde & PG_A)
4311                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
4312                         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
4313                             TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
4314                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
4315                         pmap_delayed_invl_page(m);
4316                 }
4317         }
4318         if (pmap == kernel_pmap) {
4319                 pmap_remove_kernel_pde(pmap, pdq, sva);
4320         } else {
4321                 mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, sva);
4322                 if (mpte != NULL) {
4323                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
4324                         KASSERT(mpte->wire_count == NPTEPG,
4325                             ("pmap_remove_pde: pte page wire count error"));
4326                         mpte->wire_count = 0;
4327                         pmap_add_delayed_free_list(mpte, free, FALSE);
4328                 }
4329         }
4330         return (pmap_unuse_pt(pmap, sva, *pmap_pdpe(pmap, sva), free));
4331 }
4332
4333 /*
4334  * pmap_remove_pte: do the things to unmap a page in a process
4335  */
4336 static int
4337 pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t va, 
4338     pd_entry_t ptepde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
4339 {
4340         struct md_page *pvh;
4341         pt_entry_t oldpte, PG_A, PG_M, PG_RW;
4342         vm_page_t m;
4343
4344         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
4345         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4346         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4347
4348         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4349         oldpte = pte_load_clear(ptq);
4350         if (oldpte & PG_W)
4351                 pmap->pm_stats.wired_count -= 1;
4352         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
4353         if (oldpte & PG_MANAGED) {
4354                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpte & PG_FRAME);
4355                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
4356                         vm_page_dirty(m);
4357                 if (oldpte & PG_A)
4358                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
4359                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
4360                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
4361                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
4362                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
4363                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4364                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
4365                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
4366                 }
4367                 pmap_delayed_invl_page(m);
4368         }
4369         return (pmap_unuse_pt(pmap, va, ptepde, free));
4370 }
4371
4372 /*
4373  * Remove a single page from a process address space
4374  */
4375 static void
4376 pmap_remove_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
4377     struct spglist *free)
4378 {
4379         struct rwlock *lock;
4380         pt_entry_t *pte, PG_V;
4381
4382         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4383         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4384         if ((*pde & PG_V) == 0)
4385                 return;
4386         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
4387         if ((*pte & PG_V) == 0)
4388                 return;
4389         lock = NULL;
4390         pmap_remove_pte(pmap, pte, va, *pde, free, &lock);
4391         if (lock != NULL)
4392                 rw_wunlock(lock);
4393         pmap_invalidate_page(pmap, va);
4394 }
4395
4396 /*
4397  * Removes the specified range of addresses from the page table page.
4398  */
4399 static bool
4400 pmap_remove_ptes(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
4401     pd_entry_t *pde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
4402 {
4403         pt_entry_t PG_G, *pte;
4404         vm_offset_t va;
4405         bool anyvalid;
4406
4407         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4408         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
4409         anyvalid = false;
4410         va = eva;
4411         for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != eva; pte++,
4412             sva += PAGE_SIZE) {
4413                 if (*pte == 0) {
4414                         if (va != eva) {
4415                                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
4416                                 va = eva;
4417                         }
4418                         continue;
4419                 }
4420                 if ((*pte & PG_G) == 0)
4421                         anyvalid = true;
4422                 else if (va == eva)
4423                         va = sva;
4424                 if (pmap_remove_pte(pmap, pte, sva, *pde, free, lockp)) {
4425                         sva += PAGE_SIZE;
4426                         break;
4427                 }
4428         }
4429         if (va != eva)
4430                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
4431         return (anyvalid);
4432 }
4433
4434 /*
4435  *      Remove the given range of addresses from the specified map.
4436  *
4437  *      It is assumed that the start and end are properly
4438  *      rounded to the page size.
4439  */
4440 void
4441 pmap_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
4442 {
4443         struct rwlock *lock;
4444         vm_offset_t va_next;
4445         pml4_entry_t *pml4e;
4446         pdp_entry_t *pdpe;
4447         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
4448         pt_entry_t PG_G, PG_V;
4449         struct spglist free;
4450         int anyvalid;
4451
4452         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
4453         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4454
4455         /*
4456          * Perform an unsynchronized read.  This is, however, safe.
4457          */
4458         if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
4459                 return;
4460
4461         anyvalid = 0;
4462         SLIST_INIT(&free);
4463
4464         pmap_delayed_invl_started();
4465         PMAP_LOCK(pmap);
4466
4467         /*
4468          * special handling of removing one page.  a very
4469          * common operation and easy to short circuit some
4470          * code.
4471          */
4472         if (sva + PAGE_SIZE == eva) {
4473                 pde = pmap_pde(pmap, sva);
4474                 if (pde && (*pde & PG_PS) == 0) {
4475                         pmap_remove_page(pmap, sva, pde, &free);
4476                         goto out;
4477                 }
4478         }
4479
4480         lock = NULL;
4481         for (; sva < eva; sva = va_next) {
4482
4483                 if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
4484                         break;
4485
4486                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
4487                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
4488                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
4489                         if (va_next < sva)
4490                                 va_next = eva;
4491                         continue;
4492                 }
4493
4494                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
4495                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
4496                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
4497                         if (va_next < sva)
4498                                 va_next = eva;
4499                         continue;
4500                 }
4501
4502                 /*
4503                  * Calculate index for next page table.
4504                  */
4505                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
4506                 if (va_next < sva)
4507                         va_next = eva;
4508
4509                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
4510                 ptpaddr = *pde;
4511
4512                 /*
4513                  * Weed out invalid mappings.
4514                  */
4515                 if (ptpaddr == 0)
4516                         continue;
4517
4518                 /*
4519                  * Check for large page.
4520                  */
4521                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
4522                         /*
4523                          * Are we removing the entire large page?  If not,
4524                          * demote the mapping and fall through.
4525                          */
4526                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
4527                                 /*
4528                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
4529                                  * invalidated by pmap_remove_pde().
4530                                  */
4531                                 if ((ptpaddr & PG_G) == 0)
4532                                         anyvalid = 1;
4533                                 pmap_remove_pde(pmap, pde, sva, &free, &lock);
4534                                 continue;
4535                         } else if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, sva,
4536                             &lock)) {
4537                                 /* The large page mapping was destroyed. */
4538                                 continue;
4539                         } else
4540                                 ptpaddr = *pde;
4541                 }
4542
4543                 /*
4544                  * Limit our scan to either the end of the va represented
4545                  * by the current page table page, or to the end of the
4546                  * range being removed.
4547                  */
4548                 if (va_next > eva)
4549                         va_next = eva;
4550
4551                 if (pmap_remove_ptes(pmap, sva, va_next, pde, &free, &lock))
4552                         anyvalid = 1;
4553         }
4554         if (lock != NULL)
4555                 rw_wunlock(lock);
4556 out:
4557         if (anyvalid)
4558                 pmap_invalidate_all(pmap);
4559         pmap_pkru_on_remove(pmap, sva, eva);
4560         PMAP_UNLOCK(pmap);
4561         pmap_delayed_invl_finished();
4562         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
4563 }
4564
4565 /*
4566  *      Routine:        pmap_remove_all
4567  *      Function:
4568  *              Removes this physical page from
4569  *              all physical maps in which it resides.
4570  *              Reflects back modify bits to the pager.
4571  *
4572  *      Notes:
4573  *              Original versions of this routine were very
4574  *              inefficient because they iteratively called
4575  *              pmap_remove (slow...)
4576  */
4577
4578 void
4579 pmap_remove_all(vm_page_t m)
4580 {
4581         struct md_page *pvh;
4582         pv_entry_t pv;
4583         pmap_t pmap;
4584         struct rwlock *lock;
4585         pt_entry_t *pte, tpte, PG_A, PG_M, PG_RW;
4586         pd_entry_t *pde;
4587         vm_offset_t va;
4588         struct spglist free;
4589         int pvh_gen, md_gen;
4590
4591         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4592             ("pmap_remove_all: page %p is not managed", m));
4593         SLIST_INIT(&free);
4594         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
4595         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
4596             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4597 retry:
4598         rw_wlock(lock);
4599         while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != NULL) {
4600                 pmap = PV_PMAP(pv);
4601                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
4602                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
4603                         rw_wunlock(lock);
4604                         PMAP_LOCK(pmap);
4605                         rw_wlock(lock);
4606                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
4607                                 rw_wunlock(lock);
4608                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4609                                 goto retry;
4610                         }
4611                 }
4612                 va = pv->pv_va;
4613                 pde = pmap_pde(pmap, va);
4614                 (void)pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
4615                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4616         }
4617         while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
4618                 pmap = PV_PMAP(pv);
4619                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
4620                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
4621                         md_gen = m->md.pv_gen;
4622                         rw_wunlock(lock);
4623                         PMAP_LOCK(pmap);
4624                         rw_wlock(lock);
4625                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
4626                                 rw_wunlock(lock);
4627                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4628                                 goto retry;
4629                         }
4630                 }
4631                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
4632                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4633                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4634                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
4635                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
4636                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_remove_all: found"
4637                     " a 2mpage in page %p's pv list", m));
4638                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
4639                 tpte = pte_load_clear(pte);
4640                 if (tpte & PG_W)
4641                         pmap->pm_stats.wired_count--;
4642                 if (tpte & PG_A)
4643                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
4644
4645                 /*
4646                  * Update the vm_page_t clean and reference bits.
4647                  */
4648                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
4649                         vm_page_dirty(m);
4650                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, *pde, &free);
4651                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
4652                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4653                 m->md.pv_gen++;
4654                 free_pv_entry(pmap, pv);
4655                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4656         }
4657         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
4658         rw_wunlock(lock);
4659         pmap_delayed_invl_wait(m);
4660         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
4661 }
4662
4663 /*
4664  * pmap_protect_pde: do the things to protect a 2mpage in a process
4665  */
4666 static boolean_t
4667 pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva, vm_prot_t prot)
4668 {
4669         pd_entry_t newpde, oldpde;
4670         vm_offset_t eva, va;
4671         vm_page_t m;
4672         boolean_t anychanged;
4673         pt_entry_t PG_G, PG_M, PG_RW;
4674
4675         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
4676         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4677         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4678
4679         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4680         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
4681             ("pmap_protect_pde: sva is not 2mpage aligned"));
4682         anychanged = FALSE;
4683 retry:
4684         oldpde = newpde = *pde;
4685         if ((oldpde & (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) ==
4686             (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) {
4687                 eva = sva + NBPDR;
4688                 for (va = sva, m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
4689                     va < eva; va += PAGE_SIZE, m++)
4690                         vm_page_dirty(m);
4691         }
4692         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0)
4693                 newpde &= ~(PG_RW | PG_M);
4694         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
4695                 newpde |= pg_nx;
4696         if (newpde != oldpde) {
4697                 /*
4698                  * As an optimization to future operations on this PDE, clear
4699                  * PG_PROMOTED.  The impending invalidation will remove any
4700                  * lingering 4KB page mappings from the TLB.
4701                  */
4702                 if (!atomic_cmpset_long(pde, oldpde, newpde & ~PG_PROMOTED))
4703                         goto retry;
4704                 if ((oldpde & PG_G) != 0)
4705                         pmap_invalidate_pde_page(kernel_pmap, sva, oldpde);
4706                 else
4707                         anychanged = TRUE;
4708         }
4709         return (anychanged);
4710 }
4711
4712 /*
4713  *      Set the physical protection on the
4714  *      specified range of this map as requested.
4715  */
4716 void
4717 pmap_protect(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, vm_prot_t prot)
4718 {
4719         vm_offset_t va_next;
4720         pml4_entry_t *pml4e;
4721         pdp_entry_t *pdpe;
4722         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
4723         pt_entry_t *pte, PG_G, PG_M, PG_RW, PG_V;
4724         boolean_t anychanged;
4725
4726         KASSERT((prot & ~VM_PROT_ALL) == 0, ("invalid prot %x", prot));
4727         if (prot == VM_PROT_NONE) {
4728                 pmap_remove(pmap, sva, eva);
4729                 return;
4730         }
4731
4732         if ((prot & (VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE)) ==
4733             (VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE))
4734                 return;
4735
4736         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
4737         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4738         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4739         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4740         anychanged = FALSE;
4741
4742         /*
4743          * Although this function delays and batches the invalidation
4744          * of stale TLB entries, it does not need to call
4745          * pmap_delayed_invl_started() and
4746          * pmap_delayed_invl_finished(), because it does not
4747          * ordinarily destroy mappings.  Stale TLB entries from
4748          * protection-only changes need only be invalidated before the
4749          * pmap lock is released, because protection-only changes do
4750          * not destroy PV entries.  Even operations that iterate over
4751          * a physical page's PV list of mappings, like
4752          * pmap_remove_write(), acquire the pmap lock for each
4753          * mapping.  Consequently, for protection-only changes, the
4754          * pmap lock suffices to synchronize both page table and TLB
4755          * updates.
4756          *
4757          * This function only destroys a mapping if pmap_demote_pde()
4758          * fails.  In that case, stale TLB entries are immediately
4759          * invalidated.
4760          */
4761         
4762         PMAP_LOCK(pmap);
4763         for (; sva < eva; sva = va_next) {
4764
4765                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
4766                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
4767                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
4768                         if (va_next < sva)
4769                                 va_next = eva;
4770                         continue;
4771                 }
4772
4773                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
4774                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
4775                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
4776                         if (va_next < sva)
4777                                 va_next = eva;
4778                         continue;
4779                 }
4780
4781                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
4782                 if (va_next < sva)
4783                         va_next = eva;
4784
4785                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
4786                 ptpaddr = *pde;
4787
4788                 /*
4789                  * Weed out invalid mappings.
4790                  */
4791                 if (ptpaddr == 0)
4792                         continue;
4793
4794                 /*
4795                  * Check for large page.
4796                  */
4797                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
4798                         /*
4799                          * Are we protecting the entire large page?  If not,
4800                          * demote the mapping and fall through.
4801                          */
4802                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
4803                                 /*
4804                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
4805                                  * invalidated by pmap_protect_pde().
4806                                  */
4807                                 if (pmap_protect_pde(pmap, pde, sva, prot))
4808                                         anychanged = TRUE;
4809                                 continue;
4810                         } else if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, sva)) {
4811                                 /*
4812                                  * The large page mapping was destroyed.
4813                                  */
4814                                 continue;
4815                         }
4816                 }
4817
4818                 if (va_next > eva)
4819                         va_next = eva;
4820
4821                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
4822                     sva += PAGE_SIZE) {
4823                         pt_entry_t obits, pbits;
4824                         vm_page_t m;
4825
4826 retry:
4827                         obits = pbits = *pte;
4828                         if ((pbits & PG_V) == 0)
4829                                 continue;
4830
4831                         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
4832                                 if ((pbits & (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) ==
4833                                     (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) {
4834                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pbits & PG_FRAME);
4835                                         vm_page_dirty(m);
4836                                 }
4837                                 pbits &= ~(PG_RW | PG_M);
4838                         }
4839                         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
4840                                 pbits |= pg_nx;
4841
4842                         if (pbits != obits) {
4843                                 if (!atomic_cmpset_long(pte, obits, pbits))
4844                                         goto retry;
4845                                 if (obits & PG_G)
4846                                         pmap_invalidate_page(pmap, sva);
4847                                 else
4848                                         anychanged = TRUE;
4849                         }
4850                 }
4851         }
4852         if (anychanged)
4853                 pmap_invalidate_all(pmap);
4854         PMAP_UNLOCK(pmap);
4855 }
4856
4857 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
4858 /*
4859  * Tries to promote the 512, contiguous 4KB page mappings that are within a
4860  * single page table page (PTP) to a single 2MB page mapping.  For promotion
4861  * to occur, two conditions must be met: (1) the 4KB page mappings must map
4862  * aligned, contiguous physical memory and (2) the 4KB page mappings must have
4863  * identical characteristics. 
4864  */
4865 static void
4866 pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
4867     struct rwlock **lockp)
4868 {
4869         pd_entry_t newpde;
4870         pt_entry_t *firstpte, oldpte, pa, *pte;
4871         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V, PG_PKU_MASK;
4872         vm_page_t mpte;
4873         int PG_PTE_CACHE;
4874
4875         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
4876         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
4877         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4878         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4879         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4880         PG_PKU_MASK = pmap_pku_mask_bit(pmap);
4881         PG_PTE_CACHE = pmap_cache_mask(pmap, 0);
4882
4883         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4884
4885         /*
4886          * Examine the first PTE in the specified PTP.  Abort if this PTE is
4887          * either invalid, unused, or does not map the first 4KB physical page
4888          * within a 2MB page. 
4889          */
4890         firstpte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pde & PG_FRAME);
4891 setpde:
4892         newpde = *firstpte;
4893         if ((newpde & ((PG_FRAME & PDRMASK) | PG_A | PG_V)) != (PG_A | PG_V)) {
4894                 atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
4895                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
4896                     " in pmap %p", va, pmap);
4897                 return;
4898         }
4899         if ((newpde & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
4900                 /*
4901                  * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared without
4902                  * a TLB invalidation.
4903                  */
4904                 if (!atomic_cmpset_long(firstpte, newpde, newpde & ~PG_RW))
4905                         goto setpde;
4906                 newpde &= ~PG_RW;
4907         }
4908
4909         /*
4910          * Examine each of the other PTEs in the specified PTP.  Abort if this
4911          * PTE maps an unexpected 4KB physical page or does not have identical
4912          * characteristics to the first PTE.
4913          */
4914         pa = (newpde & (PG_PS_FRAME | PG_A | PG_V)) + NBPDR - PAGE_SIZE;
4915         for (pte = firstpte + NPTEPG - 1; pte > firstpte; pte--) {
4916 setpte:
4917                 oldpte = *pte;
4918                 if ((oldpte & (PG_FRAME | PG_A | PG_V)) != pa) {
4919                         atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
4920                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
4921                             " in pmap %p", va, pmap);
4922                         return;
4923                 }
4924                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
4925                         /*
4926                          * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared
4927                          * without a TLB invalidation.
4928                          */
4929                         if (!atomic_cmpset_long(pte, oldpte, oldpte & ~PG_RW))
4930                                 goto setpte;
4931                         oldpte &= ~PG_RW;
4932                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: protect for va %#lx"
4933                             " in pmap %p", (oldpte & PG_FRAME & PDRMASK) |
4934                             (va & ~PDRMASK), pmap);
4935                 }
4936                 if ((oldpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpde & PG_PTE_PROMOTE)) {
4937                         atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
4938                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
4939                             " in pmap %p", va, pmap);
4940                         return;
4941                 }
4942                 pa -= PAGE_SIZE;
4943         }
4944
4945         /*
4946          * Save the page table page in its current state until the PDE
4947          * mapping the superpage is demoted by pmap_demote_pde() or
4948          * destroyed by pmap_remove_pde(). 
4949          */
4950         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
4951         KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
4952             mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
4953             ("pmap_promote_pde: page table page is out of range"));
4954         KASSERT(mpte->pindex == pmap_pde_pindex(va),
4955             ("pmap_promote_pde: page table page's pindex is wrong"));
4956         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mpte)) {
4957                 atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
4958                 CTR2(KTR_PMAP,
4959                     "pmap_promote_pde: failure for va %#lx in pmap %p", va,
4960                     pmap);
4961                 return;
4962         }
4963
4964         /*
4965          * Promote the pv entries.
4966          */
4967         if ((newpde & PG_MANAGED) != 0)
4968                 pmap_pv_promote_pde(pmap, va, newpde & PG_PS_FRAME, lockp);
4969
4970         /*
4971          * Propagate the PAT index to its proper position.
4972          */
4973         newpde = pmap_swap_pat(pmap, newpde);
4974
4975         /*
4976          * Map the superpage.
4977          */
4978         if (workaround_erratum383)
4979                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, PG_PS | newpde);
4980         else
4981                 pde_store(pde, PG_PROMOTED | PG_PS | newpde);
4982
4983         atomic_add_long(&pmap_pde_promotions, 1);
4984         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: success for va %#lx"
4985             " in pmap %p", va, pmap);
4986 }
4987 #endif /* VM_NRESERVLEVEL > 0 */
4988
4989 /*
4990  *      Insert the given physical page (p) at
4991  *      the specified virtual address (v) in the
4992  *      target physical map with the protection requested.
4993  *
4994  *      If specified, the page will be wired down, meaning
4995  *      that the related pte can not be reclaimed.
4996  *
4997  *      NB:  This is the only routine which MAY NOT lazy-evaluate
4998  *      or lose information.  That is, this routine must actually
4999  *      insert this page into the given map NOW.
5000  *
5001  *      When destroying both a page table and PV entry, this function
5002  *      performs the TLB invalidation before releasing the PV list
5003  *      lock, so we do not need pmap_delayed_invl_page() calls here.
5004  */
5005 int
5006 pmap_enter(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
5007     u_int flags, int8_t psind)
5008 {
5009         struct rwlock *lock;
5010         pd_entry_t *pde;
5011         pt_entry_t *pte, PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
5012         pt_entry_t newpte, origpte;
5013         pv_entry_t pv;
5014         vm_paddr_t opa, pa;
5015         vm_page_t mpte, om;
5016         int rv;
5017         boolean_t nosleep;
5018
5019         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5020         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5021         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5022         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5023         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5024
5025         va = trunc_page(va);
5026         KASSERT(va <= VM_MAX_KERNEL_ADDRESS, ("pmap_enter: toobig"));
5027         KASSERT(va < UPT_MIN_ADDRESS || va >= UPT_MAX_ADDRESS,
5028             ("pmap_enter: invalid to pmap_enter page table pages (va: 0x%lx)",
5029             va));
5030         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0 || va < kmi.clean_sva ||
5031             va >= kmi.clean_eva,
5032             ("pmap_enter: managed mapping within the clean submap"));
5033         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 && !vm_page_xbusied(m))
5034                 VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m->object);
5035         KASSERT((flags & PMAP_ENTER_RESERVED) == 0,
5036             ("pmap_enter: flags %u has reserved bits set", flags));
5037         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
5038         newpte = (pt_entry_t)(pa | PG_A | PG_V);
5039         if ((flags & VM_PROT_WRITE) != 0)
5040                 newpte |= PG_M;
5041         if ((prot & VM_PROT_WRITE) != 0)
5042                 newpte |= PG_RW;
5043         KASSERT((newpte & (PG_M | PG_RW)) != PG_M,
5044             ("pmap_enter: flags includes VM_PROT_WRITE but prot doesn't"));
5045         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
5046                 newpte |= pg_nx;
5047         if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) != 0)
5048                 newpte |= PG_W;
5049         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
5050                 newpte |= PG_U;
5051         if (pmap == kernel_pmap)
5052                 newpte |= PG_G;
5053         newpte |= pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, psind > 0);
5054
5055         /*
5056          * Set modified bit gratuitously for writeable mappings if
5057          * the page is unmanaged. We do not want to take a fault
5058          * to do the dirty bit accounting for these mappings.
5059          */
5060         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0) {
5061                 if ((newpte & PG_RW) != 0)
5062                         newpte |= PG_M;
5063         } else
5064                 newpte |= PG_MANAGED;
5065
5066         lock = NULL;
5067         PMAP_LOCK(pmap);
5068         if (psind == 1) {
5069                 /* Assert the required virtual and physical alignment. */ 
5070                 KASSERT((va & PDRMASK) == 0, ("pmap_enter: va unaligned"));
5071                 KASSERT(m->psind > 0, ("pmap_enter: m->psind < psind"));
5072                 rv = pmap_enter_pde(pmap, va, newpte | PG_PS, flags, m, &lock);
5073                 goto out;
5074         }
5075         mpte = NULL;
5076
5077         /*
5078          * In the case that a page table page is not
5079          * resident, we are creating it here.
5080          */
5081 retry:
5082         pde = pmap_pde(pmap, va);
5083         if (pde != NULL && (*pde & PG_V) != 0 && ((*pde & PG_PS) == 0 ||
5084             pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock))) {
5085                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
5086                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS && mpte == NULL) {
5087                         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
5088                         mpte->wire_count++;
5089                 }
5090         } else if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
5091                 /*
5092                  * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been
5093                  * deallocated.
5094                  */
5095                 nosleep = (flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0;
5096                 mpte = _pmap_allocpte(pmap, pmap_pde_pindex(va),
5097                     nosleep ? NULL : &lock);
5098                 if (mpte == NULL && nosleep) {
5099                         rv = KERN_RESOURCE_SHORTAGE;
5100                         goto out;
5101                 }
5102                 goto retry;
5103         } else
5104                 panic("pmap_enter: invalid page directory va=%#lx", va);
5105
5106         origpte = *pte;
5107         pv = NULL;
5108         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS && pmap->pm_type == PT_X86)
5109                 newpte |= pmap_pkru_get(pmap, va);
5110
5111         /*
5112          * Is the specified virtual address already mapped?
5113          */
5114         if ((origpte & PG_V) != 0) {
5115                 /*
5116                  * Wiring change, just update stats. We don't worry about
5117                  * wiring PT pages as they remain resident as long as there
5118                  * are valid mappings in them. Hence, if a user page is wired,
5119                  * the PT page will be also.
5120                  */
5121                 if ((newpte & PG_W) != 0 && (origpte & PG_W) == 0)
5122                         pmap->pm_stats.wired_count++;
5123                 else if ((newpte & PG_W) == 0 && (origpte & PG_W) != 0)
5124                         pmap->pm_stats.wired_count--;
5125
5126                 /*
5127                  * Remove the extra PT page reference.
5128                  */
5129                 if (mpte != NULL) {
5130                         mpte->wire_count--;
5131                         KASSERT(mpte->wire_count > 0,
5132                             ("pmap_enter: missing reference to page table page,"
5133                              " va: 0x%lx", va));
5134                 }
5135
5136                 /*
5137                  * Has the physical page changed?
5138                  */
5139                 opa = origpte & PG_FRAME;
5140                 if (opa == pa) {
5141                         /*
5142                          * No, might be a protection or wiring change.
5143                          */
5144                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0 &&
5145                             (newpte & PG_RW) != 0)
5146                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
5147                         if (((origpte ^ newpte) & ~(PG_M | PG_A)) == 0)
5148                                 goto unchanged;
5149                         goto validate;
5150                 }
5151
5152                 /*
5153                  * The physical page has changed.  Temporarily invalidate
5154                  * the mapping.  This ensures that all threads sharing the
5155                  * pmap keep a consistent view of the mapping, which is
5156                  * necessary for the correct handling of COW faults.  It
5157                  * also permits reuse of the old mapping's PV entry,
5158                  * avoiding an allocation.
5159                  *
5160                  * For consistency, handle unmanaged mappings the same way.
5161                  */
5162                 origpte = pte_load_clear(pte);
5163                 KASSERT((origpte & PG_FRAME) == opa,
5164                     ("pmap_enter: unexpected pa update for %#lx", va));
5165                 if ((origpte & PG_MANAGED) != 0) {
5166                         om = PHYS_TO_VM_PAGE(opa);
5167
5168                         /*
5169                          * The pmap lock is sufficient to synchronize with
5170                          * concurrent calls to pmap_page_test_mappings() and
5171                          * pmap_ts_referenced().
5172                          */
5173                         if ((origpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
5174                                 vm_page_dirty(om);
5175                         if ((origpte & PG_A) != 0)
5176                                 vm_page_aflag_set(om, PGA_REFERENCED);
5177                         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, opa);
5178                         pv = pmap_pvh_remove(&om->md, pmap, va);
5179                         KASSERT(pv != NULL,
5180                             ("pmap_enter: no PV entry for %#lx", va));
5181                         if ((newpte & PG_MANAGED) == 0)
5182                                 free_pv_entry(pmap, pv);
5183                         if ((om->aflags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
5184                             TAILQ_EMPTY(&om->md.pv_list) &&
5185                             ((om->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
5186                             TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(opa)->pv_list)))
5187                                 vm_page_aflag_clear(om, PGA_WRITEABLE);
5188                 }
5189                 if ((origpte & PG_A) != 0)
5190                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
5191                 origpte = 0;
5192         } else {
5193                 /*
5194                  * Increment the counters.
5195                  */
5196                 if ((newpte & PG_W) != 0)
5197                         pmap->pm_stats.wired_count++;
5198                 pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
5199         }
5200
5201         /*
5202          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
5203          */
5204         if ((newpte & PG_MANAGED) != 0) {
5205                 if (pv == NULL) {
5206                         pv = get_pv_entry(pmap, &lock);
5207                         pv->pv_va = va;
5208                 }
5209                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, pa);
5210                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5211                 m->md.pv_gen++;
5212                 if ((newpte & PG_RW) != 0)
5213                         vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
5214         }
5215
5216         /*
5217          * Update the PTE.
5218          */
5219         if ((origpte & PG_V) != 0) {
5220 validate:
5221                 origpte = pte_load_store(pte, newpte);
5222                 KASSERT((origpte & PG_FRAME) == pa,
5223                     ("pmap_enter: unexpected pa update for %#lx", va));
5224                 if ((newpte & PG_M) == 0 && (origpte & (PG_M | PG_RW)) ==
5225                     (PG_M | PG_RW)) {
5226                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0)
5227                                 vm_page_dirty(m);
5228
5229                         /*
5230                          * Although the PTE may still have PG_RW set, TLB
5231                          * invalidation may nonetheless be required because
5232                          * the PTE no longer has PG_M set.
5233                          */
5234                 } else if ((origpte & PG_NX) != 0 || (newpte & PG_NX) == 0) {
5235                         /*
5236                          * This PTE change does not require TLB invalidation.
5237                          */
5238                         goto unchanged;
5239                 }
5240                 if ((origpte & PG_A) != 0)
5241                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
5242         } else
5243                 pte_store(pte, newpte);
5244
5245 unchanged:
5246
5247 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
5248         /*
5249          * If both the page table page and the reservation are fully
5250          * populated, then attempt promotion.
5251          */
5252         if ((mpte == NULL || mpte->wire_count == NPTEPG) &&
5253             pmap_ps_enabled(pmap) &&
5254             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
5255             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0)
5256                 pmap_promote_pde(pmap, pde, va, &lock);
5257 #endif
5258
5259         rv = KERN_SUCCESS;
5260 out:
5261         if (lock != NULL)
5262                 rw_wunlock(lock);
5263         PMAP_UNLOCK(pmap);
5264         return (rv);
5265 }
5266
5267 /*
5268  * Tries to create a read- and/or execute-only 2MB page mapping.  Returns true
5269  * if successful.  Returns false if (1) a page table page cannot be allocated
5270  * without sleeping, (2) a mapping already exists at the specified virtual
5271  * address, or (3) a PV entry cannot be allocated without reclaiming another
5272  * PV entry.
5273  */
5274 static bool
5275 pmap_enter_2mpage(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
5276     struct rwlock **lockp)
5277 {
5278         pd_entry_t newpde;
5279         pt_entry_t PG_V;
5280
5281         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5282         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5283         newpde = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, 1) |
5284             PG_PS | PG_V;
5285         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
5286                 newpde |= PG_MANAGED;
5287         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
5288                 newpde |= pg_nx;
5289         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
5290                 newpde |= PG_U;
5291         return (pmap_enter_pde(pmap, va, newpde, PMAP_ENTER_NOSLEEP |
5292             PMAP_ENTER_NOREPLACE | PMAP_ENTER_NORECLAIM, NULL, lockp) ==
5293             KERN_SUCCESS);
5294 }
5295
5296 /*
5297  * Tries to create the specified 2MB page mapping.  Returns KERN_SUCCESS if
5298  * the mapping was created, and either KERN_FAILURE or KERN_RESOURCE_SHORTAGE
5299  * otherwise.  Returns KERN_FAILURE if PMAP_ENTER_NOREPLACE was specified and
5300  * a mapping already exists at the specified virtual address.  Returns
5301  * KERN_RESOURCE_SHORTAGE if PMAP_ENTER_NOSLEEP was specified and a page table
5302  * page allocation failed.  Returns KERN_RESOURCE_SHORTAGE if
5303  * PMAP_ENTER_NORECLAIM was specified and a PV entry allocation failed.
5304  *
5305  * The parameter "m" is only used when creating a managed, writeable mapping.
5306  */
5307 static int
5308 pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t newpde, u_int flags,
5309     vm_page_t m, struct rwlock **lockp)
5310 {
5311         struct spglist free;
5312         pd_entry_t oldpde, *pde;
5313         pt_entry_t PG_G, PG_RW, PG_V;
5314         vm_page_t mt, pdpg;
5315
5316         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5317         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5318         KASSERT((newpde & (pmap_modified_bit(pmap) | PG_RW)) != PG_RW,
5319             ("pmap_enter_pde: newpde is missing PG_M"));
5320         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5321         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5322
5323         if ((pdpg = pmap_allocpde(pmap, va, (flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0 ?
5324             NULL : lockp)) == NULL) {
5325                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
5326                     " in pmap %p", va, pmap);
5327                 return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
5328         }
5329
5330         /*
5331          * If pkru is not same for the whole pde range, return failure
5332          * and let vm_fault() cope.  Check after pde allocation, since
5333          * it could sleep.
5334          */
5335         if (!pmap_pkru_same(pmap, va, va + NBPDR)) {
5336                 SLIST_INIT(&free);
5337                 if (pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdpg, &free)) {
5338                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
5339                         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
5340                 }
5341                 return (KERN_FAILURE);
5342         }
5343         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS && pmap->pm_type == PT_X86) {
5344                 newpde &= ~X86_PG_PKU_MASK;
5345                 newpde |= pmap_pkru_get(pmap, va);
5346         }
5347
5348         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pdpg));
5349         pde = &pde[pmap_pde_index(va)];
5350         oldpde = *pde;
5351         if ((oldpde & PG_V) != 0) {
5352                 KASSERT(pdpg->wire_count > 1,
5353                     ("pmap_enter_pde: pdpg's wire count is too low"));
5354                 if ((flags & PMAP_ENTER_NOREPLACE) != 0) {
5355                         pdpg->wire_count--;
5356                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
5357                             " in pmap %p", va, pmap);
5358                         return (KERN_FAILURE);
5359                 }
5360                 /* Break the existing mapping(s). */
5361                 SLIST_INIT(&free);
5362                 if ((oldpde & PG_PS) != 0) {
5363                         /*
5364                          * The reference to the PD page that was acquired by
5365                          * pmap_allocpde() ensures that it won't be freed.
5366                          * However, if the PDE resulted from a promotion, then
5367                          * a reserved PT page could be freed.
5368                          */
5369                         (void)pmap_remove_pde(pmap, pde, va, &free, lockp);
5370                         if ((oldpde & PG_G) == 0)
5371                                 pmap_invalidate_pde_page(pmap, va, oldpde);
5372                 } else {
5373                         pmap_delayed_invl_started();
5374                         if (pmap_remove_ptes(pmap, va, va + NBPDR, pde, &free,
5375                             lockp))
5376                                pmap_invalidate_all(pmap);
5377                         pmap_delayed_invl_finished();
5378                 }
5379                 vm_page_free_pages_toq(&free, true);
5380                 if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS) {
5381                         mt = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
5382                         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mt)) {
5383                                 /*
5384                                  * XXX Currently, this can't happen because
5385                                  * we do not perform pmap_enter(psind == 1)
5386                                  * on the kernel pmap.
5387                                  */
5388                                 panic("pmap_enter_pde: trie insert failed");
5389                         }
5390                 } else
5391                         KASSERT(*pde == 0, ("pmap_enter_pde: non-zero pde %p",
5392                             pde));
5393         }
5394         if ((newpde & PG_MANAGED) != 0) {
5395                 /*
5396                  * Abort this mapping if its PV entry could not be created.
5397                  */
5398                 if (!pmap_pv_insert_pde(pmap, va, newpde, flags, lockp)) {
5399                         SLIST_INIT(&free);
5400                         if (pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdpg, &free)) {
5401                                 /*
5402                                  * Although "va" is not mapped, paging-
5403                                  * structure caches could nonetheless have
5404                                  * entries that refer to the freed page table
5405                                  * pages.  Invalidate those entries.
5406                                  */
5407                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
5408                                 vm_page_free_pages_toq(&free, true);
5409                         }
5410                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
5411                             " in pmap %p", va, pmap);
5412                         return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
5413                 }
5414                 if ((newpde & PG_RW) != 0) {
5415                         for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
5416                                 vm_page_aflag_set(mt, PGA_WRITEABLE);
5417                 }
5418         }
5419
5420         /*
5421          * Increment counters.
5422          */
5423         if ((newpde & PG_W) != 0)
5424                 pmap->pm_stats.wired_count += NBPDR / PAGE_SIZE;
5425         pmap_resident_count_inc(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
5426
5427         /*
5428          * Map the superpage.  (This is not a promoted mapping; there will not
5429          * be any lingering 4KB page mappings in the TLB.)
5430          */
5431         pde_store(pde, newpde);
5432
5433         atomic_add_long(&pmap_pde_mappings, 1);
5434         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: success for va %#lx"
5435             " in pmap %p", va, pmap);
5436         return (KERN_SUCCESS);
5437 }
5438
5439 /*
5440  * Maps a sequence of resident pages belonging to the same object.
5441  * The sequence begins with the given page m_start.  This page is
5442  * mapped at the given virtual address start.  Each subsequent page is
5443  * mapped at a virtual address that is offset from start by the same
5444  * amount as the page is offset from m_start within the object.  The
5445  * last page in the sequence is the page with the largest offset from
5446  * m_start that can be mapped at a virtual address less than the given
5447  * virtual address end.  Not every virtual page between start and end
5448  * is mapped; only those for which a resident page exists with the
5449  * corresponding offset from m_start are mapped.
5450  */
5451 void
5452 pmap_enter_object(pmap_t pmap, vm_offset_t start, vm_offset_t end,
5453     vm_page_t m_start, vm_prot_t prot)
5454 {
5455         struct rwlock *lock;
5456         vm_offset_t va;
5457         vm_page_t m, mpte;
5458         vm_pindex_t diff, psize;
5459
5460         VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m_start->object);
5461
5462         psize = atop(end - start);
5463         mpte = NULL;
5464         m = m_start;
5465         lock = NULL;
5466         PMAP_LOCK(pmap);
5467         while (m != NULL && (diff = m->pindex - m_start->pindex) < psize) {
5468                 va = start + ptoa(diff);
5469                 if ((va & PDRMASK) == 0 && va + NBPDR <= end &&
5470                     m->psind == 1 && pmap_ps_enabled(pmap) &&
5471                     pmap_enter_2mpage(pmap, va, m, prot, &lock))
5472                         m = &m[NBPDR / PAGE_SIZE - 1];
5473                 else
5474                         mpte = pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot,
5475                             mpte, &lock);
5476                 m = TAILQ_NEXT(m, listq);
5477         }
5478         if (lock != NULL)
5479                 rw_wunlock(lock);
5480         PMAP_UNLOCK(pmap);
5481 }
5482
5483 /*
5484  * this code makes some *MAJOR* assumptions:
5485  * 1. Current pmap & pmap exists.
5486  * 2. Not wired.
5487  * 3. Read access.
5488  * 4. No page table pages.
5489  * but is *MUCH* faster than pmap_enter...
5490  */
5491
5492 void
5493 pmap_enter_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot)
5494 {
5495         struct rwlock *lock;
5496
5497         lock = NULL;
5498         PMAP_LOCK(pmap);
5499         (void)pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot, NULL, &lock);
5500         if (lock != NULL)
5501                 rw_wunlock(lock);
5502         PMAP_UNLOCK(pmap);
5503 }
5504
5505 static vm_page_t
5506 pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
5507     vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp)
5508 {
5509         struct spglist free;
5510         pt_entry_t newpte, *pte, PG_V;
5511
5512         KASSERT(va < kmi.clean_sva || va >= kmi.clean_eva ||
5513             (m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0,
5514             ("pmap_enter_quick_locked: managed mapping within the clean submap"));
5515         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5516         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5517
5518         /*
5519          * In the case that a page table page is not
5520          * resident, we are creating it here.
5521          */
5522         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
5523                 vm_pindex_t ptepindex;
5524                 pd_entry_t *ptepa;
5525
5526                 /*
5527                  * Calculate pagetable page index
5528                  */
5529                 ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
5530                 if (mpte && (mpte->pindex == ptepindex)) {
5531                         mpte->wire_count++;
5532                 } else {
5533                         /*
5534                          * Get the page directory entry
5535                          */
5536                         ptepa = pmap_pde(pmap, va);
5537
5538                         /*
5539                          * If the page table page is mapped, we just increment
5540                          * the hold count, and activate it.  Otherwise, we
5541                          * attempt to allocate a page table page.  If this
5542                          * attempt fails, we don't retry.  Instead, we give up.
5543                          */
5544                         if (ptepa && (*ptepa & PG_V) != 0) {
5545                                 if (*ptepa & PG_PS)
5546                                         return (NULL);
5547                                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*ptepa & PG_FRAME);
5548                                 mpte->wire_count++;
5549                         } else {
5550                                 /*
5551                                  * Pass NULL instead of the PV list lock
5552                                  * pointer, because we don't intend to sleep.
5553                                  */
5554                                 mpte = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex, NULL);
5555                                 if (mpte == NULL)
5556                                         return (mpte);
5557                         }
5558                 }
5559                 pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mpte));
5560                 pte = &pte[pmap_pte_index(va)];
5561         } else {
5562                 mpte = NULL;
5563                 pte = vtopte(va);
5564         }
5565         if (*pte) {
5566                 if (mpte != NULL) {
5567                         mpte->wire_count--;
5568                         mpte = NULL;
5569                 }
5570                 return (mpte);
5571         }
5572
5573         /*
5574          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
5575          */
5576         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 &&
5577             !pmap_try_insert_pv_entry(pmap, va, m, lockp)) {
5578                 if (mpte != NULL) {
5579                         SLIST_INIT(&free);
5580                         if (pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpte, &free)) {
5581                                 /*
5582                                  * Although "va" is not mapped, paging-
5583                                  * structure caches could nonetheless have
5584                                  * entries that refer to the freed page table
5585                                  * pages.  Invalidate those entries.
5586                                  */
5587                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
5588                                 vm_page_free_pages_toq(&free, true);
5589                         }
5590                         mpte = NULL;
5591                 }
5592                 return (mpte);
5593         }
5594
5595         /*
5596          * Increment counters
5597          */
5598         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
5599
5600         newpte = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_V |
5601             pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, 0);
5602         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
5603                 newpte |= PG_MANAGED;
5604         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
5605                 newpte |= pg_nx;
5606         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
5607                 newpte |= PG_U | pmap_pkru_get(pmap, va);
5608         pte_store(pte, newpte);
5609         return (mpte);
5610 }
5611
5612 /*
5613  * Make a temporary mapping for a physical address.  This is only intended
5614  * to be used for panic dumps.
5615  */
5616 void *
5617 pmap_kenter_temporary(vm_paddr_t pa, int i)
5618 {
5619         vm_offset_t va;
5620
5621         va = (vm_offset_t)crashdumpmap + (i * PAGE_SIZE);
5622         pmap_kenter(va, pa);
5623         invlpg(va);
5624         return ((void *)crashdumpmap);
5625 }
5626
5627 /*
5628  * This code maps large physical mmap regions into the
5629  * processor address space.  Note that some shortcuts
5630  * are taken, but the code works.
5631  */
5632 void
5633 pmap_object_init_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_object_t object,
5634     vm_pindex_t pindex, vm_size_t size)
5635 {
5636         pd_entry_t *pde;
5637         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
5638         vm_paddr_t pa, ptepa;
5639         vm_page_t p, pdpg;
5640         int pat_mode;
5641
5642         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5643         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5644         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5645         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5646
5647         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
5648         KASSERT(object->type == OBJT_DEVICE || object->type == OBJT_SG,
5649             ("pmap_object_init_pt: non-device object"));
5650         if ((addr & (NBPDR - 1)) == 0 && (size & (NBPDR - 1)) == 0) {
5651                 if (!pmap_ps_enabled(pmap))
5652                         return;
5653                 if (!vm_object_populate(object, pindex, pindex + atop(size)))
5654                         return;
5655                 p = vm_page_lookup(object, pindex);
5656                 KASSERT(p->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
5657                     ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
5658                 pat_mode = p->md.pat_mode;
5659
5660                 /*
5661                  * Abort the mapping if the first page is not physically
5662                  * aligned to a 2MB page boundary.
5663                  */
5664                 ptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(p);
5665                 if (ptepa & (NBPDR - 1))
5666                         return;
5667
5668                 /*
5669                  * Skip the first page.  Abort the mapping if the rest of
5670                  * the pages are not physically contiguous or have differing
5671                  * memory attributes.
5672                  */
5673                 p = TAILQ_NEXT(p, listq);
5674                 for (pa = ptepa + PAGE_SIZE; pa < ptepa + size;
5675                     pa += PAGE_SIZE) {
5676                         KASSERT(p->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
5677                             ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
5678                         if (pa != VM_PAGE_TO_PHYS(p) ||
5679                             pat_mode != p->md.pat_mode)
5680                                 return;
5681                         p = TAILQ_NEXT(p, listq);
5682                 }
5683
5684                 /*
5685                  * Map using 2MB pages.  Since "ptepa" is 2M aligned and
5686                  * "size" is a multiple of 2M, adding the PAT setting to "pa"
5687                  * will not affect the termination of this loop.
5688                  */ 
5689                 PMAP_LOCK(pmap);
5690                 for (pa = ptepa | pmap_cache_bits(pmap, pat_mode, 1);
5691                     pa < ptepa + size; pa += NBPDR) {
5692                         pdpg = pmap_allocpde(pmap, addr, NULL);
5693                         if (pdpg == NULL) {
5694                                 /*
5695                                  * The creation of mappings below is only an
5696                                  * optimization.  If a page directory page
5697                                  * cannot be allocated without blocking,
5698                                  * continue on to the next mapping rather than
5699                                  * blocking.
5700                                  */
5701                                 addr += NBPDR;
5702                                 continue;
5703                         }
5704                         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pdpg));
5705                         pde = &pde[pmap_pde_index(addr)];
5706                         if ((*pde & PG_V) == 0) {
5707                                 pde_store(pde, pa | PG_PS | PG_M | PG_A |
5708                                     PG_U | PG_RW | PG_V);
5709                                 pmap_resident_count_inc(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
5710                                 atomic_add_long(&pmap_pde_mappings, 1);
5711                         } else {
5712                                 /* Continue on if the PDE is already valid. */
5713                                 pdpg->wire_count--;
5714                                 KASSERT(pdpg->wire_count > 0,
5715                                     ("pmap_object_init_pt: missing reference "
5716                                     "to page directory page, va: 0x%lx", addr));
5717                         }
5718                         addr += NBPDR;
5719                 }
5720                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5721         }
5722 }
5723
5724 /*
5725  *      Clear the wired attribute from the mappings for the specified range of
5726  *      addresses in the given pmap.  Every valid mapping within that range
5727  *      must have the wired attribute set.  In contrast, invalid mappings
5728  *      cannot have the wired attribute set, so they are ignored.
5729  *
5730  *      The wired attribute of the page table entry is not a hardware
5731  *      feature, so there is no need to invalidate any TLB entries.
5732  *      Since pmap_demote_pde() for the wired entry must never fail,
5733  *      pmap_delayed_invl_started()/finished() calls around the
5734  *      function are not needed.
5735  */
5736 void
5737 pmap_unwire(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
5738 {
5739         vm_offset_t va_next;
5740         pml4_entry_t *pml4e;
5741         pdp_entry_t *pdpe;
5742         pd_entry_t *pde;
5743         pt_entry_t *pte, PG_V;
5744
5745         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5746         PMAP_LOCK(pmap);
5747         for (; sva < eva; sva = va_next) {
5748                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
5749                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
5750                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
5751                         if (va_next < sva)
5752                                 va_next = eva;
5753                         continue;
5754                 }
5755                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
5756                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
5757                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
5758                         if (va_next < sva)
5759                                 va_next = eva;
5760                         continue;
5761                 }
5762                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
5763                 if (va_next < sva)
5764                         va_next = eva;
5765                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
5766                 if ((*pde & PG_V) == 0)
5767                         continue;
5768                 if ((*pde & PG_PS) != 0) {
5769                         if ((*pde & PG_W) == 0)
5770                                 panic("pmap_unwire: pde %#jx is missing PG_W",
5771                                     (uintmax_t)*pde);
5772
5773                         /*
5774                          * Are we unwiring the entire large page?  If not,
5775                          * demote the mapping and fall through.
5776                          */
5777                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
5778                                 atomic_clear_long(pde, PG_W);
5779                                 pmap->pm_stats.wired_count -= NBPDR /
5780                                     PAGE_SIZE;
5781                                 continue;
5782                         } else if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, sva))
5783                                 panic("pmap_unwire: demotion failed");
5784                 }
5785                 if (va_next > eva)
5786                         va_next = eva;
5787                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
5788                     sva += PAGE_SIZE) {
5789                         if ((*pte & PG_V) == 0)
5790                                 continue;
5791                         if ((*pte & PG_W) == 0)
5792                                 panic("pmap_unwire: pte %#jx is missing PG_W",
5793                                     (uintmax_t)*pte);
5794
5795                         /*
5796                          * PG_W must be cleared atomically.  Although the pmap
5797                          * lock synchronizes access to PG_W, another processor
5798                          * could be setting PG_M and/or PG_A concurrently.
5799                          */
5800                         atomic_clear_long(pte, PG_W);
5801                         pmap->pm_stats.wired_count--;
5802                 }
5803         }
5804         PMAP_UNLOCK(pmap);
5805 }
5806
5807 /*
5808  *      Copy the range specified by src_addr/len
5809  *      from the source map to the range dst_addr/len
5810  *      in the destination map.
5811  *
5812  *      This routine is only advisory and need not do anything.
5813  */
5814
5815 void
5816 pmap_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap, vm_offset_t dst_addr, vm_size_t len,
5817     vm_offset_t src_addr)
5818 {
5819         struct rwlock *lock;
5820         struct spglist free;
5821         vm_offset_t addr;
5822         vm_offset_t end_addr = src_addr + len;
5823         vm_offset_t va_next;
5824         vm_page_t dst_pdpg, dstmpte, srcmpte;
5825         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_V;
5826
5827         if (dst_addr != src_addr)
5828                 return;
5829
5830         if (dst_pmap->pm_type != src_pmap->pm_type)
5831                 return;
5832
5833         /*
5834          * EPT page table entries that require emulation of A/D bits are
5835          * sensitive to clearing the PG_A bit (aka EPT_PG_READ). Although
5836          * we clear PG_M (aka EPT_PG_WRITE) concomitantly, the PG_U bit
5837          * (aka EPT_PG_EXECUTE) could still be set. Since some EPT
5838          * implementations flag an EPT misconfiguration for exec-only
5839          * mappings we skip this function entirely for emulated pmaps.
5840          */
5841         if (pmap_emulate_ad_bits(dst_pmap))
5842                 return;
5843
5844         lock = NULL;
5845         if (dst_pmap < src_pmap) {
5846                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
5847                 PMAP_LOCK(src_pmap);
5848         } else {
5849                 PMAP_LOCK(src_pmap);
5850                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
5851         }
5852
5853         PG_A = pmap_accessed_bit(dst_pmap);
5854         PG_M = pmap_modified_bit(dst_pmap);
5855         PG_V = pmap_valid_bit(dst_pmap);
5856
5857         for (addr = src_addr; addr < end_addr; addr = va_next) {
5858                 pt_entry_t *src_pte, *dst_pte;
5859                 pml4_entry_t *pml4e;
5860                 pdp_entry_t *pdpe;
5861                 pd_entry_t srcptepaddr, *pde;
5862
5863                 KASSERT(addr < UPT_MIN_ADDRESS,
5864                     ("pmap_copy: invalid to pmap_copy page tables"));
5865
5866                 pml4e = pmap_pml4e(src_pmap, addr);
5867                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
5868                         va_next = (addr + NBPML4) & ~PML4MASK;
5869                         if (va_next < addr)
5870                                 va_next = end_addr;
5871                         continue;
5872                 }
5873
5874                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, addr);
5875                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
5876                         va_next = (addr + NBPDP) & ~PDPMASK;
5877                         if (va_next < addr)
5878                                 va_next = end_addr;
5879                         continue;
5880                 }
5881
5882                 va_next = (addr + NBPDR) & ~PDRMASK;
5883                 if (va_next < addr)
5884                         va_next = end_addr;
5885
5886                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, addr);
5887                 srcptepaddr = *pde;
5888                 if (srcptepaddr == 0)
5889                         continue;
5890                         
5891                 if (srcptepaddr & PG_PS) {
5892                         if ((addr & PDRMASK) != 0 || addr + NBPDR > end_addr)
5893                                 continue;
5894                         dst_pdpg = pmap_allocpde(dst_pmap, addr, NULL);
5895                         if (dst_pdpg == NULL)
5896                                 break;
5897                         pde = (pd_entry_t *)
5898                             PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(dst_pdpg));
5899                         pde = &pde[pmap_pde_index(addr)];
5900                         if (*pde == 0 && ((srcptepaddr & PG_MANAGED) == 0 ||
5901                             pmap_pv_insert_pde(dst_pmap, addr, srcptepaddr,
5902                             PMAP_ENTER_NORECLAIM, &lock))) {
5903                                 *pde = srcptepaddr & ~PG_W;
5904                                 pmap_resident_count_inc(dst_pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
5905                                 atomic_add_long(&pmap_pde_mappings, 1);
5906                         } else
5907                                 dst_pdpg->wire_count--;
5908                         continue;
5909                 }
5910
5911                 srcptepaddr &= PG_FRAME;
5912                 srcmpte = PHYS_TO_VM_PAGE(srcptepaddr);
5913                 KASSERT(srcmpte->wire_count > 0,
5914                     ("pmap_copy: source page table page is unused"));
5915
5916                 if (va_next > end_addr)
5917                         va_next = end_addr;
5918
5919                 src_pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(srcptepaddr);
5920                 src_pte = &src_pte[pmap_pte_index(addr)];
5921                 dstmpte = NULL;
5922                 while (addr < va_next) {
5923                         pt_entry_t ptetemp;
5924                         ptetemp = *src_pte;
5925                         /*
5926                          * we only virtual copy managed pages
5927                          */
5928                         if ((ptetemp & PG_MANAGED) != 0) {
5929                                 if (dstmpte != NULL &&
5930                                     dstmpte->pindex == pmap_pde_pindex(addr))
5931                                         dstmpte->wire_count++;
5932                                 else if ((dstmpte = pmap_allocpte(dst_pmap,
5933                                     addr, NULL)) == NULL)
5934                                         goto out;
5935                                 dst_pte = (pt_entry_t *)
5936                                     PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(dstmpte));
5937                                 dst_pte = &dst_pte[pmap_pte_index(addr)];
5938                                 if (*dst_pte == 0 &&
5939                                     pmap_try_insert_pv_entry(dst_pmap, addr,
5940                                     PHYS_TO_VM_PAGE(ptetemp & PG_FRAME),
5941                                     &lock)) {
5942                                         /*
5943                                          * Clear the wired, modified, and
5944                                          * accessed (referenced) bits
5945                                          * during the copy.
5946                                          */
5947                                         *dst_pte = ptetemp & ~(PG_W | PG_M |
5948                                             PG_A);
5949                                         pmap_resident_count_inc(dst_pmap, 1);
5950                                 } else {
5951                                         SLIST_INIT(&free);
5952                                         if (pmap_unwire_ptp(dst_pmap, addr,
5953                                             dstmpte, &free)) {
5954                                                 /*
5955                                                  * Although "addr" is not
5956                                                  * mapped, paging-structure
5957                                                  * caches could nonetheless
5958                                                  * have entries that refer to
5959                                                  * the freed page table pages.
5960                                                  * Invalidate those entries.
5961                                                  */
5962                                                 pmap_invalidate_page(dst_pmap,
5963                                                     addr);
5964                                                 vm_page_free_pages_toq(&free,
5965                                                     true);
5966                                         }
5967                                         goto out;
5968                                 }
5969                                 if (dstmpte->wire_count >= srcmpte->wire_count)
5970                                         break;
5971                         }
5972                         addr += PAGE_SIZE;
5973                         src_pte++;
5974                 }
5975         }
5976 out:
5977         if (lock != NULL)
5978                 rw_wunlock(lock);
5979         PMAP_UNLOCK(src_pmap);
5980         PMAP_UNLOCK(dst_pmap);
5981 }
5982
5983 int
5984 pmap_vmspace_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap)
5985 {
5986         int error;
5987
5988         if (dst_pmap->pm_type != src_pmap->pm_type ||
5989             dst_pmap->pm_type != PT_X86 ||
5990             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) == 0)
5991                 return (0);
5992         for (;;) {
5993                 if (dst_pmap < src_pmap) {
5994                         PMAP_LOCK(dst_pmap);
5995                         PMAP_LOCK(src_pmap);
5996                 } else {
5997                         PMAP_LOCK(src_pmap);
5998                         PMAP_LOCK(dst_pmap);
5999                 }
6000                 error = pmap_pkru_copy(dst_pmap, src_pmap);
6001                 /* Clean up partial copy on failure due to no memory. */
6002                 if (error == ENOMEM)
6003                         pmap_pkru_deassign_all(dst_pmap);
6004                 PMAP_UNLOCK(src_pmap);
6005                 PMAP_UNLOCK(dst_pmap);
6006                 if (error != ENOMEM)
6007                         break;
6008                 vm_wait(NULL);
6009         }
6010         return (error);
6011 }
6012
6013 /*
6014  * Zero the specified hardware page.
6015  */
6016 void
6017 pmap_zero_page(vm_page_t m)
6018 {
6019         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
6020
6021         pagezero((void *)va);
6022 }
6023
6024 /*
6025  * Zero an an area within a single hardware page.  off and size must not
6026  * cover an area beyond a single hardware page.
6027  */
6028 void
6029 pmap_zero_page_area(vm_page_t m, int off, int size)
6030 {
6031         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
6032
6033         if (off == 0 && size == PAGE_SIZE)
6034                 pagezero((void *)va);
6035         else
6036                 bzero((char *)va + off, size);
6037 }
6038
6039 /*
6040  * Copy 1 specified hardware page to another.
6041  */
6042 void
6043 pmap_copy_page(vm_page_t msrc, vm_page_t mdst)
6044 {
6045         vm_offset_t src = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(msrc));
6046         vm_offset_t dst = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mdst));
6047
6048         pagecopy((void *)src, (void *)dst);
6049 }
6050
6051 int unmapped_buf_allowed = 1;
6052
6053 void
6054 pmap_copy_pages(vm_page_t ma[], vm_offset_t a_offset, vm_page_t mb[],
6055     vm_offset_t b_offset, int xfersize)
6056 {
6057         void *a_cp, *b_cp;
6058         vm_page_t pages[2];
6059         vm_offset_t vaddr[2], a_pg_offset, b_pg_offset;
6060         int cnt;
6061         boolean_t mapped;
6062
6063         while (xfersize > 0) {
6064                 a_pg_offset = a_offset & PAGE_MASK;
6065                 pages[0] = ma[a_offset >> PAGE_SHIFT];
6066                 b_pg_offset = b_offset & PAGE_MASK;
6067                 pages[1] = mb[b_offset >> PAGE_SHIFT];
6068                 cnt = min(xfersize, PAGE_SIZE - a_pg_offset);
6069                 cnt = min(cnt, PAGE_SIZE - b_pg_offset);
6070                 mapped = pmap_map_io_transient(pages, vaddr, 2, FALSE);
6071                 a_cp = (char *)vaddr[0] + a_pg_offset;
6072                 b_cp = (char *)vaddr[1] + b_pg_offset;
6073                 bcopy(a_cp, b_cp, cnt);
6074                 if (__predict_false(mapped))
6075                         pmap_unmap_io_transient(pages, vaddr, 2, FALSE);
6076                 a_offset += cnt;
6077                 b_offset += cnt;
6078                 xfersize -= cnt;
6079         }
6080 }
6081
6082 /*
6083  * Returns true if the pmap's pv is one of the first
6084  * 16 pvs linked to from this page.  This count may
6085  * be changed upwards or downwards in the future; it
6086  * is only necessary that true be returned for a small
6087  * subset of pmaps for proper page aging.
6088  */
6089 boolean_t
6090 pmap_page_exists_quick(pmap_t pmap, vm_page_t m)
6091 {
6092         struct md_page *pvh;
6093         struct rwlock *lock;
6094         pv_entry_t pv;
6095         int loops = 0;
6096         boolean_t rv;
6097
6098         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
6099             ("pmap_page_exists_quick: page %p is not managed", m));
6100         rv = FALSE;
6101         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
6102         rw_rlock(lock);
6103         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
6104                 if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
6105                         rv = TRUE;
6106                         break;
6107                 }
6108                 loops++;
6109                 if (loops >= 16)
6110                         break;
6111         }
6112         if (!rv && loops < 16 && (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
6113                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
6114                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
6115                         if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
6116                                 rv = TRUE;
6117                                 break;
6118                         }
6119                         loops++;
6120                         if (loops >= 16)
6121                                 break;
6122                 }
6123         }
6124         rw_runlock(lock);
6125         return (rv);
6126 }
6127
6128 /*
6129  *      pmap_page_wired_mappings:
6130  *
6131  *      Return the number of managed mappings to the given physical page
6132  *      that are wired.
6133  */
6134 int
6135 pmap_page_wired_mappings(vm_page_t m)
6136 {
6137         struct rwlock *lock;
6138         struct md_page *pvh;
6139         pmap_t pmap;
6140         pt_entry_t *pte;
6141         pv_entry_t pv;
6142         int count, md_gen, pvh_gen;
6143
6144         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
6145                 return (0);
6146         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
6147         rw_rlock(lock);
6148 restart:
6149         count = 0;
6150         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
6151                 pmap = PV_PMAP(pv);
6152                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6153                         md_gen = m->md.pv_gen;
6154                         rw_runlock(lock);
6155                         PMAP_LOCK(pmap);
6156                         rw_rlock(lock);
6157                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
6158                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6159                                 goto restart;
6160                         }
6161                 }
6162                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va);
6163                 if ((*pte & PG_W) != 0)
6164                         count++;
6165                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6166         }
6167         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
6168                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
6169                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
6170                         pmap = PV_PMAP(pv);
6171                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6172                                 md_gen = m->md.pv_gen;
6173                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
6174                                 rw_runlock(lock);
6175                                 PMAP_LOCK(pmap);
6176                                 rw_rlock(lock);
6177                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
6178                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
6179                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
6180                                         goto restart;
6181                                 }
6182                         }
6183                         pte = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
6184                         if ((*pte & PG_W) != 0)
6185                                 count++;
6186                         PMAP_UNLOCK(pmap);
6187                 }
6188         }
6189         rw_runlock(lock);
6190         return (count);
6191 }
6192
6193 /*
6194  * Returns TRUE if the given page is mapped individually or as part of
6195  * a 2mpage.  Otherwise, returns FALSE.
6196  */
6197 boolean_t
6198 pmap_page_is_mapped(vm_page_t m)
6199 {
6200         struct rwlock *lock;
6201         boolean_t rv;
6202
6203         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
6204                 return (FALSE);
6205         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
6206         rw_rlock(lock);
6207         rv = !TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) ||
6208             ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
6209             !TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m))->pv_list));
6210         rw_runlock(lock);
6211         return (rv);
6212 }
6213
6214 /*
6215  * Destroy all managed, non-wired mappings in the given user-space
6216  * pmap.  This pmap cannot be active on any processor besides the
6217  * caller.
6218  *
6219  * This function cannot be applied to the kernel pmap.  Moreover, it
6220  * is not intended for general use.  It is only to be used during
6221  * process termination.  Consequently, it can be implemented in ways
6222  * that make it faster than pmap_remove().  First, it can more quickly
6223  * destroy mappings by iterating over the pmap's collection of PV
6224  * entries, rather than searching the page table.  Second, it doesn't
6225  * have to test and clear the page table entries atomically, because
6226  * no processor is currently accessing the user address space.  In
6227  * particular, a page table entry's dirty bit won't change state once
6228  * this function starts.
6229  *
6230  * Although this function destroys all of the pmap's managed,
6231  * non-wired mappings, it can delay and batch the invalidation of TLB
6232  * entries without calling pmap_delayed_invl_started() and
6233  * pmap_delayed_invl_finished().  Because the pmap is not active on
6234  * any other processor, none of these TLB entries will ever be used
6235  * before their eventual invalidation.  Consequently, there is no need
6236  * for either pmap_remove_all() or pmap_remove_write() to wait for
6237  * that eventual TLB invalidation.
6238  */
6239 void
6240 pmap_remove_pages(pmap_t pmap)
6241 {
6242         pd_entry_t ptepde;
6243         pt_entry_t *pte, tpte;
6244         pt_entry_t PG_M, PG_RW, PG_V;
6245         struct spglist free;
6246         vm_page_t m, mpte, mt;
6247         pv_entry_t pv;
6248         struct md_page *pvh;
6249         struct pv_chunk *pc, *npc;
6250         struct rwlock *lock;
6251         int64_t bit;
6252         uint64_t inuse, bitmask;
6253         int allfree, field, freed, idx;
6254         boolean_t superpage;
6255         vm_paddr_t pa;
6256
6257         /*
6258          * Assert that the given pmap is only active on the current
6259          * CPU.  Unfortunately, we cannot block another CPU from
6260          * activating the pmap while this function is executing.
6261          */
6262         KASSERT(pmap == PCPU_GET(curpmap), ("non-current pmap %p", pmap));
6263 #ifdef INVARIANTS
6264         {
6265                 cpuset_t other_cpus;
6266
6267                 other_cpus = all_cpus;
6268                 critical_enter();
6269                 CPU_CLR(PCPU_GET(cpuid), &other_cpus);
6270                 CPU_AND(&other_cpus, &pmap->pm_active);
6271                 critical_exit();
6272                 KASSERT(CPU_EMPTY(&other_cpus), ("pmap active %p", pmap));
6273         }
6274 #endif
6275
6276         lock = NULL;
6277         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6278         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6279         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6280
6281         SLIST_INIT(&free);
6282         PMAP_LOCK(pmap);
6283         TAILQ_FOREACH_SAFE(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list, npc) {
6284                 allfree = 1;
6285                 freed = 0;
6286                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
6287                         inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
6288                         while (inuse != 0) {
6289                                 bit = bsfq(inuse);
6290                                 bitmask = 1UL << bit;
6291                                 idx = field * 64 + bit;
6292                                 pv = &pc->pc_pventry[idx];
6293                                 inuse &= ~bitmask;
6294
6295                                 pte = pmap_pdpe(pmap, pv->pv_va);
6296                                 ptepde = *pte;
6297                                 pte = pmap_pdpe_to_pde(pte, pv->pv_va);
6298                                 tpte = *pte;
6299                                 if ((tpte & (PG_PS | PG_V)) == PG_V) {
6300                                         superpage = FALSE;
6301                                         ptepde = tpte;
6302                                         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(tpte &
6303                                             PG_FRAME);
6304                                         pte = &pte[pmap_pte_index(pv->pv_va)];
6305                                         tpte = *pte;
6306                                 } else {
6307                                         /*
6308                                          * Keep track whether 'tpte' is a
6309                                          * superpage explicitly instead of
6310                                          * relying on PG_PS being set.
6311                                          *
6312                                          * This is because PG_PS is numerically
6313                                          * identical to PG_PTE_PAT and thus a
6314                                          * regular page could be mistaken for
6315                                          * a superpage.
6316                                          */
6317                                         superpage = TRUE;
6318                                 }
6319
6320                                 if ((tpte & PG_V) == 0) {
6321                                         panic("bad pte va %lx pte %lx",
6322                                             pv->pv_va, tpte);
6323                                 }
6324
6325 /*
6326  * We cannot remove wired pages from a process' mapping at this time
6327  */
6328                                 if (tpte & PG_W) {
6329                                         allfree = 0;
6330                                         continue;
6331                                 }
6332
6333                                 if (superpage)
6334                                         pa = tpte & PG_PS_FRAME;
6335                                 else
6336                                         pa = tpte & PG_FRAME;
6337
6338                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
6339                                 KASSERT(m->phys_addr == pa,
6340                                     ("vm_page_t %p phys_addr mismatch %016jx %016jx",
6341                                     m, (uintmax_t)m->phys_addr,
6342                                     (uintmax_t)tpte));
6343
6344                                 KASSERT((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
6345                                     m < &vm_page_array[vm_page_array_size],
6346                                     ("pmap_remove_pages: bad tpte %#jx",
6347                                     (uintmax_t)tpte));
6348
6349                                 pte_clear(pte);
6350
6351                                 /*
6352                                  * Update the vm_page_t clean/reference bits.
6353                                  */
6354                                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
6355                                         if (superpage) {
6356                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
6357                                                         vm_page_dirty(mt);
6358                                         } else
6359                                                 vm_page_dirty(m);
6360                                 }
6361
6362                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(&lock, m);
6363
6364                                 /* Mark free */
6365                                 pc->pc_map[field] |= bitmask;
6366                                 if (superpage) {
6367                                         pmap_resident_count_dec(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
6368                                         pvh = pa_to_pvh(tpte & PG_PS_FRAME);
6369                                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
6370                                         pvh->pv_gen++;
6371                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
6372                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
6373                                                         if ((mt->aflags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
6374                                                             TAILQ_EMPTY(&mt->md.pv_list))
6375                                                                 vm_page_aflag_clear(mt, PGA_WRITEABLE);
6376                                         }
6377                                         mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, pv->pv_va);
6378                                         if (mpte != NULL) {
6379                                                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
6380                                                 KASSERT(mpte->wire_count == NPTEPG,
6381                                                     ("pmap_remove_pages: pte page wire count error"));
6382                                                 mpte->wire_count = 0;
6383                                                 pmap_add_delayed_free_list(mpte, &free, FALSE);
6384                                         }
6385                                 } else {
6386                                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
6387                                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
6388                                         m->md.pv_gen++;
6389                                         if ((m->aflags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
6390                                             TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
6391                                             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
6392                                                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
6393                                                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
6394                                                         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
6395                                         }
6396                                 }
6397                                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, ptepde, &free);
6398                                 freed++;
6399                         }
6400                 }
6401                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
6402                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
6403                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
6404                 if (allfree) {
6405                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
6406                         free_pv_chunk(pc);
6407                 }
6408         }
6409         if (lock != NULL)
6410                 rw_wunlock(lock);
6411         pmap_invalidate_all(pmap);
6412         pmap_pkru_deassign_all(pmap);
6413         PMAP_UNLOCK(pmap);
6414         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
6415 }
6416
6417 static boolean_t
6418 pmap_page_test_mappings(vm_page_t m, boolean_t accessed, boolean_t modified)
6419 {
6420         struct rwlock *lock;
6421         pv_entry_t pv;
6422         struct md_page *pvh;
6423         pt_entry_t *pte, mask;
6424         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
6425         pmap_t pmap;
6426         int md_gen, pvh_gen;
6427         boolean_t rv;
6428
6429         rv = FALSE;
6430         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
6431         rw_rlock(lock);
6432 restart:
6433         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
6434                 pmap = PV_PMAP(pv);
6435                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6436                         md_gen = m->md.pv_gen;
6437                         rw_runlock(lock);
6438                         PMAP_LOCK(pmap);
6439                         rw_rlock(lock);
6440                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
6441                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6442                                 goto restart;
6443                         }
6444                 }
6445                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va);
6446                 mask = 0;
6447                 if (modified) {
6448                         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6449                         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6450                         mask |= PG_RW | PG_M;
6451                 }
6452                 if (accessed) {
6453                         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6454                         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6455                         mask |= PG_V | PG_A;
6456                 }
6457                 rv = (*pte & mask) == mask;
6458                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6459                 if (rv)
6460                         goto out;
6461         }
6462         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
6463                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
6464                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
6465                         pmap = PV_PMAP(pv);
6466                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6467                                 md_gen = m->md.pv_gen;
6468                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
6469                                 rw_runlock(lock);
6470                                 PMAP_LOCK(pmap);
6471                                 rw_rlock(lock);
6472                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
6473                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
6474                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
6475                                         goto restart;
6476                                 }
6477                         }
6478                         pte = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
6479                         mask = 0;
6480                         if (modified) {
6481                                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6482                                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6483                                 mask |= PG_RW | PG_M;
6484                         }
6485                         if (accessed) {
6486                                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6487                                 PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6488                                 mask |= PG_V | PG_A;
6489                         }
6490                         rv = (*pte & mask) == mask;
6491                         PMAP_UNLOCK(pmap);
6492                         if (rv)
6493                                 goto out;
6494                 }
6495         }
6496 out:
6497         rw_runlock(lock);
6498         return (rv);
6499 }
6500
6501 /*
6502  *      pmap_is_modified:
6503  *
6504  *      Return whether or not the specified physical page was modified
6505  *      in any physical maps.
6506  */
6507 boolean_t
6508 pmap_is_modified(vm_page_t m)
6509 {
6510
6511         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
6512             ("pmap_is_modified: page %p is not managed", m));
6513
6514         /*
6515          * If the page is not exclusive busied, then PGA_WRITEABLE cannot be
6516          * concurrently set while the object is locked.  Thus, if PGA_WRITEABLE
6517          * is clear, no PTEs can have PG_M set.
6518          */
6519         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
6520         if (!vm_page_xbusied(m) && (m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
6521                 return (FALSE);
6522         return (pmap_page_test_mappings(m, FALSE, TRUE));
6523 }
6524
6525 /*
6526  *      pmap_is_prefaultable:
6527  *
6528  *      Return whether or not the specified virtual address is eligible
6529  *      for prefault.
6530  */
6531 boolean_t
6532 pmap_is_prefaultable(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
6533 {
6534         pd_entry_t *pde;
6535         pt_entry_t *pte, PG_V;
6536         boolean_t rv;
6537
6538         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6539         rv = FALSE;
6540         PMAP_LOCK(pmap);
6541         pde = pmap_pde(pmap, addr);
6542         if (pde != NULL && (*pde & (PG_PS | PG_V)) == PG_V) {
6543                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, addr);
6544                 rv = (*pte & PG_V) == 0;
6545         }
6546         PMAP_UNLOCK(pmap);
6547         return (rv);
6548 }
6549
6550 /*
6551  *      pmap_is_referenced:
6552  *
6553  *      Return whether or not the specified physical page was referenced
6554  *      in any physical maps.
6555  */
6556 boolean_t
6557 pmap_is_referenced(vm_page_t m)
6558 {
6559
6560         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
6561             ("pmap_is_referenced: page %p is not managed", m));
6562         return (pmap_page_test_mappings(m, TRUE, FALSE));
6563 }
6564
6565 /*
6566  * Clear the write and modified bits in each of the given page's mappings.
6567  */
6568 void
6569 pmap_remove_write(vm_page_t m)
6570 {
6571         struct md_page *pvh;
6572         pmap_t pmap;
6573         struct rwlock *lock;
6574         pv_entry_t next_pv, pv;
6575         pd_entry_t *pde;
6576         pt_entry_t oldpte, *pte, PG_M, PG_RW;
6577         vm_offset_t va;
6578         int pvh_gen, md_gen;
6579
6580         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
6581             ("pmap_remove_write: page %p is not managed", m));
6582
6583         /*
6584          * If the page is not exclusive busied, then PGA_WRITEABLE cannot be
6585          * set by another thread while the object is locked.  Thus,
6586          * if PGA_WRITEABLE is clear, no page table entries need updating.
6587          */
6588         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
6589         if (!vm_page_xbusied(m) && (m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
6590                 return;
6591         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
6592         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
6593             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
6594 retry_pv_loop:
6595         rw_wlock(lock);
6596         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
6597                 pmap = PV_PMAP(pv);
6598                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6599                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
6600                         rw_wunlock(lock);
6601                         PMAP_LOCK(pmap);
6602                         rw_wlock(lock);
6603                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
6604                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6605                                 rw_wunlock(lock);
6606                                 goto retry_pv_loop;
6607                         }
6608                 }
6609                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6610                 va = pv->pv_va;
6611                 pde = pmap_pde(pmap, va);
6612                 if ((*pde & PG_RW) != 0)
6613                         (void)pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
6614                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
6615                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
6616                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
6617                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6618         }
6619         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
6620                 pmap = PV_PMAP(pv);
6621                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6622                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
6623                         md_gen = m->md.pv_gen;
6624                         rw_wunlock(lock);
6625                         PMAP_LOCK(pmap);
6626                         rw_wlock(lock);
6627                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen ||
6628                             md_gen != m->md.pv_gen) {
6629                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6630                                 rw_wunlock(lock);
6631                                 goto retry_pv_loop;
6632                         }
6633                 }
6634                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6635                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6636                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
6637                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0,
6638                     ("pmap_remove_write: found a 2mpage in page %p's pv list",
6639                     m));
6640                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
6641 retry:
6642                 oldpte = *pte;
6643                 if (oldpte & PG_RW) {
6644                         if (!atomic_cmpset_long(pte, oldpte, oldpte &
6645                             ~(PG_RW | PG_M)))
6646                                 goto retry;
6647                         if ((oldpte & PG_M) != 0)
6648                                 vm_page_dirty(m);
6649                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
6650                 }
6651                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6652         }
6653         rw_wunlock(lock);
6654         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
6655         pmap_delayed_invl_wait(m);
6656 }
6657
6658 static __inline boolean_t
6659 safe_to_clear_referenced(pmap_t pmap, pt_entry_t pte)
6660 {
6661
6662         if (!pmap_emulate_ad_bits(pmap))
6663                 return (TRUE);
6664
6665         KASSERT(pmap->pm_type == PT_EPT, ("invalid pm_type %d", pmap->pm_type));
6666
6667         /*
6668          * XWR = 010 or 110 will cause an unconditional EPT misconfiguration
6669          * so we don't let the referenced (aka EPT_PG_READ) bit to be cleared
6670          * if the EPT_PG_WRITE bit is set.
6671          */
6672         if ((pte & EPT_PG_WRITE) != 0)
6673                 return (FALSE);
6674
6675         /*
6676          * XWR = 100 is allowed only if the PMAP_SUPPORTS_EXEC_ONLY is set.
6677          */
6678         if ((pte & EPT_PG_EXECUTE) == 0 ||
6679             ((pmap->pm_flags & PMAP_SUPPORTS_EXEC_ONLY) != 0))
6680                 return (TRUE);
6681         else
6682                 return (FALSE);
6683 }
6684
6685 /*
6686  *      pmap_ts_referenced:
6687  *
6688  *      Return a count of reference bits for a page, clearing those bits.
6689  *      It is not necessary for every reference bit to be cleared, but it
6690  *      is necessary that 0 only be returned when there are truly no
6691  *      reference bits set.
6692  *
6693  *      As an optimization, update the page's dirty field if a modified bit is
6694  *      found while counting reference bits.  This opportunistic update can be
6695  *      performed at low cost and can eliminate the need for some future calls
6696  *      to pmap_is_modified().  However, since this function stops after
6697  *      finding PMAP_TS_REFERENCED_MAX reference bits, it may not detect some
6698  *      dirty pages.  Those dirty pages will only be detected by a future call
6699  *      to pmap_is_modified().
6700  *
6701  *      A DI block is not needed within this function, because
6702  *      invalidations are performed before the PV list lock is
6703  *      released.
6704  */
6705 int
6706 pmap_ts_referenced(vm_page_t m)
6707 {
6708         struct md_page *pvh;
6709         pv_entry_t pv, pvf;
6710         pmap_t pmap;
6711         struct rwlock *lock;
6712         pd_entry_t oldpde, *pde;
6713         pt_entry_t *pte, PG_A, PG_M, PG_RW;
6714         vm_offset_t va;
6715         vm_paddr_t pa;
6716         int cleared, md_gen, not_cleared, pvh_gen;
6717         struct spglist free;
6718         boolean_t demoted;
6719
6720         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
6721             ("pmap_ts_referenced: page %p is not managed", m));
6722         SLIST_INIT(&free);
6723         cleared = 0;
6724         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
6725         lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);
6726         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy : pa_to_pvh(pa);
6727         rw_wlock(lock);
6728 retry:
6729         not_cleared = 0;
6730         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) == NULL)
6731                 goto small_mappings;
6732         pv = pvf;
6733         do {
6734                 if (pvf == NULL)
6735                         pvf = pv;
6736                 pmap = PV_PMAP(pv);
6737                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6738                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
6739                         rw_wunlock(lock);
6740                         PMAP_LOCK(pmap);
6741                         rw_wlock(lock);
6742                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
6743                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6744                                 goto retry;
6745                         }
6746                 }
6747                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6748                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6749                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6750                 va = pv->pv_va;
6751                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
6752                 oldpde = *pde;
6753                 if ((oldpde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
6754                         /*
6755                          * Although "oldpde" is mapping a 2MB page, because
6756                          * this function is called at a 4KB page granularity,
6757                          * we only update the 4KB page under test.
6758                          */
6759                         vm_page_dirty(m);
6760                 }
6761                 if ((oldpde & PG_A) != 0) {
6762                         /*
6763                          * Since this reference bit is shared by 512 4KB
6764                          * pages, it should not be cleared every time it is
6765                          * tested.  Apply a simple "hash" function on the
6766                          * physical page number, the virtual superpage number,
6767                          * and the pmap address to select one 4KB page out of
6768                          * the 512 on which testing the reference bit will
6769                          * result in clearing that reference bit.  This
6770                          * function is designed to avoid the selection of the
6771                          * same 4KB page for every 2MB page mapping.
6772                          *
6773                          * On demotion, a mapping that hasn't been referenced
6774                          * is simply destroyed.  To avoid the possibility of a
6775                          * subsequent page fault on a demoted wired mapping,
6776                          * always leave its reference bit set.  Moreover,
6777                          * since the superpage is wired, the current state of
6778                          * its reference bit won't affect page replacement.
6779                          */
6780                         if ((((pa >> PAGE_SHIFT) ^ (pv->pv_va >> PDRSHIFT) ^
6781                             (uintptr_t)pmap) & (NPTEPG - 1)) == 0 &&
6782                             (oldpde & PG_W) == 0) {
6783                                 if (safe_to_clear_referenced(pmap, oldpde)) {
6784                                         atomic_clear_long(pde, PG_A);
6785                                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
6786                                         demoted = FALSE;
6787                                 } else if (pmap_demote_pde_locked(pmap, pde,
6788                                     pv->pv_va, &lock)) {
6789                                         /*
6790                                          * Remove the mapping to a single page
6791                                          * so that a subsequent access may
6792                                          * repromote.  Since the underlying
6793                                          * page table page is fully populated,
6794                                          * this removal never frees a page
6795                                          * table page.
6796                                          */
6797                                         demoted = TRUE;
6798                                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde &
6799                                             PG_PS_FRAME);
6800                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
6801                                         pmap_remove_pte(pmap, pte, va, *pde,
6802                                             NULL, &lock);
6803                                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
6804                                 } else
6805                                         demoted = TRUE;
6806
6807                                 if (demoted) {
6808                                         /*
6809                                          * The superpage mapping was removed
6810                                          * entirely and therefore 'pv' is no
6811                                          * longer valid.
6812                                          */
6813                                         if (pvf == pv)
6814                                                 pvf = NULL;
6815                                         pv = NULL;
6816                                 }
6817                                 cleared++;
6818                                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
6819                                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
6820                                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
6821                         } else
6822                                 not_cleared++;
6823                 }
6824                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6825                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
6826                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
6827                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
6828                         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
6829                         pvh->pv_gen++;
6830                 }
6831                 if (cleared + not_cleared >= PMAP_TS_REFERENCED_MAX)
6832                         goto out;
6833         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != pvf);
6834 small_mappings:
6835         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) == NULL)
6836                 goto out;
6837         pv = pvf;
6838         do {
6839                 if (pvf == NULL)
6840                         pvf = pv;
6841                 pmap = PV_PMAP(pv);
6842                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6843                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
6844                         md_gen = m->md.pv_gen;
6845                         rw_wunlock(lock);
6846                         PMAP_LOCK(pmap);
6847                         rw_wlock(lock);
6848                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
6849                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6850                                 goto retry;
6851                         }
6852                 }
6853                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6854                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6855                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6856                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
6857                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0,
6858                     ("pmap_ts_referenced: found a 2mpage in page %p's pv list",
6859                     m));
6860                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
6861                 if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
6862                         vm_page_dirty(m);
6863                 if ((*pte & PG_A) != 0) {
6864                         if (safe_to_clear_referenced(pmap, *pte)) {
6865                                 atomic_clear_long(pte, PG_A);
6866                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
6867                                 cleared++;
6868                         } else if ((*pte & PG_W) == 0) {
6869                                 /*
6870                                  * Wired pages cannot be paged out so
6871                                  * doing accessed bit emulation for
6872                                  * them is wasted effort. We do the
6873                                  * hard work for unwired pages only.
6874                                  */
6875                                 pmap_remove_pte(pmap, pte, pv->pv_va,
6876                                     *pde, &free, &lock);
6877                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
6878                                 cleared++;
6879                                 if (pvf == pv)
6880                                         pvf = NULL;
6881                                 pv = NULL;
6882                                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
6883                                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
6884                                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
6885                         } else
6886                                 not_cleared++;
6887                 }
6888                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6889                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
6890                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
6891                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
6892                         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
6893                         m->md.pv_gen++;
6894                 }
6895         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != pvf && cleared +
6896             not_cleared < PMAP_TS_REFERENCED_MAX);
6897 out:
6898         rw_wunlock(lock);
6899         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
6900         return (cleared + not_cleared);
6901 }
6902
6903 /*
6904  *      Apply the given advice to the specified range of addresses within the
6905  *      given pmap.  Depending on the advice, clear the referenced and/or
6906  *      modified flags in each mapping and set the mapped page's dirty field.
6907  */
6908 void
6909 pmap_advise(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, int advice)
6910 {
6911         struct rwlock *lock;
6912         pml4_entry_t *pml4e;
6913         pdp_entry_t *pdpe;
6914         pd_entry_t oldpde, *pde;
6915         pt_entry_t *pte, PG_A, PG_G, PG_M, PG_RW, PG_V;
6916         vm_offset_t va, va_next;
6917         vm_page_t m;
6918         boolean_t anychanged;
6919
6920         if (advice != MADV_DONTNEED && advice != MADV_FREE)
6921                 return;
6922
6923         /*
6924          * A/D bit emulation requires an alternate code path when clearing
6925          * the modified and accessed bits below. Since this function is
6926          * advisory in nature we skip it entirely for pmaps that require
6927          * A/D bit emulation.
6928          */
6929         if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
6930                 return;
6931
6932         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6933         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
6934         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6935         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6936         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6937         anychanged = FALSE;
6938         pmap_delayed_invl_started();
6939         PMAP_LOCK(pmap);
6940         for (; sva < eva; sva = va_next) {
6941                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
6942                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
6943                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
6944                         if (va_next < sva)
6945                                 va_next = eva;
6946                         continue;
6947                 }
6948                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
6949                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
6950                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
6951                         if (va_next < sva)
6952                                 va_next = eva;
6953                         continue;
6954                 }
6955                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
6956                 if (va_next < sva)
6957                         va_next = eva;
6958                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
6959                 oldpde = *pde;
6960                 if ((oldpde & PG_V) == 0)
6961                         continue;
6962                 else if ((oldpde & PG_PS) != 0) {
6963                         if ((oldpde & PG_MANAGED) == 0)
6964                                 continue;
6965                         lock = NULL;
6966                         if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, sva, &lock)) {
6967                                 if (lock != NULL)
6968                                         rw_wunlock(lock);
6969
6970                                 /*
6971                                  * The large page mapping was destroyed.
6972                                  */
6973                                 continue;
6974                         }
6975
6976                         /*
6977                          * Unless the page mappings are wired, remove the
6978                          * mapping to a single page so that a subsequent
6979                          * access may repromote.  Since the underlying page
6980                          * table page is fully populated, this removal never
6981                          * frees a page table page.
6982                          */
6983                         if ((oldpde & PG_W) == 0) {
6984                                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva);
6985                                 KASSERT((*pte & PG_V) != 0,
6986                                     ("pmap_advise: invalid PTE"));
6987                                 pmap_remove_pte(pmap, pte, sva, *pde, NULL,
6988                                     &lock);
6989                                 anychanged = TRUE;
6990                         }
6991                         if (lock != NULL)
6992                                 rw_wunlock(lock);
6993                 }
6994                 if (va_next > eva)
6995                         va_next = eva;
6996                 va = va_next;
6997                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
6998                     sva += PAGE_SIZE) {
6999                         if ((*pte & (PG_MANAGED | PG_V)) != (PG_MANAGED | PG_V))
7000                                 goto maybe_invlrng;
7001                         else if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
7002                                 if (advice == MADV_DONTNEED) {
7003                                         /*
7004                                          * Future calls to pmap_is_modified()
7005                                          * can be avoided by making the page
7006                                          * dirty now.
7007                                          */
7008                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pte & PG_FRAME);
7009                                         vm_page_dirty(m);
7010                                 }
7011                                 atomic_clear_long(pte, PG_M | PG_A);
7012                         } else if ((*pte & PG_A) != 0)
7013                                 atomic_clear_long(pte, PG_A);
7014                         else
7015                                 goto maybe_invlrng;
7016
7017                         if ((*pte & PG_G) != 0) {
7018                                 if (va == va_next)
7019                                         va = sva;
7020                         } else
7021                                 anychanged = TRUE;
7022                         continue;
7023 maybe_invlrng:
7024                         if (va != va_next) {
7025                                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
7026                                 va = va_next;
7027                         }
7028                 }
7029                 if (va != va_next)
7030                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
7031         }
7032         if (anychanged)
7033                 pmap_invalidate_all(pmap);
7034         PMAP_UNLOCK(pmap);
7035         pmap_delayed_invl_finished();
7036 }
7037
7038 /*
7039  *      Clear the modify bits on the specified physical page.
7040  */
7041 void
7042 pmap_clear_modify(vm_page_t m)
7043 {
7044         struct md_page *pvh;
7045         pmap_t pmap;
7046         pv_entry_t next_pv, pv;
7047         pd_entry_t oldpde, *pde;
7048         pt_entry_t oldpte, *pte, PG_M, PG_RW, PG_V;
7049         struct rwlock *lock;
7050         vm_offset_t va;
7051         int md_gen, pvh_gen;
7052
7053         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
7054             ("pmap_clear_modify: page %p is not managed", m));
7055         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
7056         KASSERT(!vm_page_xbusied(m),
7057             ("pmap_clear_modify: page %p is exclusive busied", m));
7058
7059         /*
7060          * If the page is not PGA_WRITEABLE, then no PTEs can have PG_M set.
7061          * If the object containing the page is locked and the page is not
7062          * exclusive busied, then PGA_WRITEABLE cannot be concurrently set.
7063          */
7064         if ((m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
7065                 return;
7066         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
7067             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
7068         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
7069         rw_wlock(lock);
7070 restart:
7071         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
7072                 pmap = PV_PMAP(pv);
7073                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
7074                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
7075                         rw_wunlock(lock);
7076                         PMAP_LOCK(pmap);
7077                         rw_wlock(lock);
7078                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
7079                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7080                                 goto restart;
7081                         }
7082                 }
7083                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7084                 PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7085                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7086                 va = pv->pv_va;
7087                 pde = pmap_pde(pmap, va);
7088                 oldpde = *pde;
7089                 if ((oldpde & PG_RW) != 0) {
7090                         if (pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock)) {
7091                                 if ((oldpde & PG_W) == 0) {
7092                                         /*
7093                                          * Write protect the mapping to a
7094                                          * single page so that a subsequent
7095                                          * write access may repromote.
7096                                          */
7097                                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde &
7098                                             PG_PS_FRAME);
7099                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
7100                                         oldpte = *pte;
7101                                         if ((oldpte & PG_V) != 0) {
7102                                                 while (!atomic_cmpset_long(pte,
7103                                                     oldpte,
7104                                                     oldpte & ~(PG_M | PG_RW)))
7105                                                         oldpte = *pte;
7106                                                 vm_page_dirty(m);
7107                                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
7108                                         }
7109                                 }
7110                         }
7111                 }
7112                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7113         }
7114         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
7115                 pmap = PV_PMAP(pv);
7116                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
7117                         md_gen = m->md.pv_gen;
7118                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
7119                         rw_wunlock(lock);
7120                         PMAP_LOCK(pmap);
7121                         rw_wlock(lock);
7122                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
7123                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7124                                 goto restart;
7125                         }
7126                 }
7127                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7128                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7129                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
7130                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_clear_modify: found"
7131                     " a 2mpage in page %p's pv list", m));
7132                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
7133                 if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
7134                         atomic_clear_long(pte, PG_M);
7135                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
7136                 }
7137                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7138         }
7139         rw_wunlock(lock);
7140 }
7141
7142 /*
7143  * Miscellaneous support routines follow
7144  */
7145
7146 /* Adjust the cache mode for a 4KB page mapped via a PTE. */
7147 static __inline void
7148 pmap_pte_attr(pt_entry_t *pte, int cache_bits, int mask)
7149 {
7150         u_int opte, npte;
7151
7152         /*
7153          * The cache mode bits are all in the low 32-bits of the
7154          * PTE, so we can just spin on updating the low 32-bits.
7155          */
7156         do {
7157                 opte = *(u_int *)pte;
7158                 npte = opte & ~mask;
7159                 npte |= cache_bits;
7160         } while (npte != opte && !atomic_cmpset_int((u_int *)pte, opte, npte));
7161 }
7162
7163 /* Adjust the cache mode for a 2MB page mapped via a PDE. */
7164 static __inline void
7165 pmap_pde_attr(pd_entry_t *pde, int cache_bits, int mask)
7166 {
7167         u_int opde, npde;
7168
7169         /*
7170          * The cache mode bits are all in the low 32-bits of the
7171          * PDE, so we can just spin on updating the low 32-bits.
7172          */
7173         do {
7174                 opde = *(u_int *)pde;
7175                 npde = opde & ~mask;
7176                 npde |= cache_bits;
7177         } while (npde != opde && !atomic_cmpset_int((u_int *)pde, opde, npde));
7178 }
7179
7180 /*
7181  * Map a set of physical memory pages into the kernel virtual
7182  * address space. Return a pointer to where it is mapped. This
7183  * routine is intended to be used for mapping device memory,
7184  * NOT real memory.
7185  */
7186 static void *
7187 pmap_mapdev_internal(vm_paddr_t pa, vm_size_t size, int mode, bool noflush)
7188 {
7189         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
7190         vm_offset_t va, offset;
7191         vm_size_t tmpsize;
7192         int i;
7193
7194         offset = pa & PAGE_MASK;
7195         size = round_page(offset + size);
7196         pa = trunc_page(pa);
7197
7198         if (!pmap_initialized) {
7199                 va = 0;
7200                 for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
7201                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
7202                         if (ppim->va == 0) {
7203                                 ppim->pa = pa;
7204                                 ppim->sz = size;
7205                                 ppim->mode = mode;
7206                                 ppim->va = virtual_avail;
7207                                 virtual_avail += size;
7208                                 va = ppim->va;
7209                                 break;
7210                         }
7211                 }
7212                 if (va == 0)
7213                         panic("%s: too many preinit mappings", __func__);
7214         } else {
7215                 /*
7216                  * If we have a preinit mapping, re-use it.
7217                  */
7218                 for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
7219                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
7220                         if (ppim->pa == pa && ppim->sz == size &&
7221                             ppim->mode == mode)
7222                                 return ((void *)(ppim->va + offset));
7223                 }
7224                 /*
7225                  * If the specified range of physical addresses fits within
7226                  * the direct map window, use the direct map.
7227                  */
7228                 if (pa < dmaplimit && pa + size <= dmaplimit) {
7229                         va = PHYS_TO_DMAP(pa);
7230                         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
7231                         i = pmap_change_attr_locked(va, size, mode, noflush);
7232                         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
7233                         if (!i)
7234                                 return ((void *)(va + offset));
7235                 }
7236                 va = kva_alloc(size);
7237                 if (va == 0)
7238                         panic("%s: Couldn't allocate KVA", __func__);
7239         }
7240         for (tmpsize = 0; tmpsize < size; tmpsize += PAGE_SIZE)
7241                 pmap_kenter_attr(va + tmpsize, pa + tmpsize, mode);
7242         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, va, va + tmpsize);
7243         if (!noflush)
7244                 pmap_invalidate_cache_range(va, va + tmpsize);
7245         return ((void *)(va + offset));
7246 }
7247
7248 void *
7249 pmap_mapdev_attr(vm_paddr_t pa, vm_size_t size, int mode)
7250 {
7251
7252         return (pmap_mapdev_internal(pa, size, mode, false));
7253 }
7254
7255 void *
7256 pmap_mapdev(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
7257 {
7258
7259         return (pmap_mapdev_internal(pa, size, PAT_UNCACHEABLE, false));
7260 }
7261
7262 void *
7263 pmap_mapdev_pciecfg(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
7264 {
7265
7266         return (pmap_mapdev_internal(pa, size, PAT_UNCACHEABLE, true));
7267 }
7268
7269 void *
7270 pmap_mapbios(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
7271 {
7272
7273         return (pmap_mapdev_internal(pa, size, PAT_WRITE_BACK, false));
7274 }
7275
7276 void
7277 pmap_unmapdev(vm_offset_t va, vm_size_t size)
7278 {
7279         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
7280         vm_offset_t offset;
7281         int i;
7282
7283         /* If we gave a direct map region in pmap_mapdev, do nothing */
7284         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS)
7285                 return;
7286         offset = va & PAGE_MASK;
7287         size = round_page(offset + size);
7288         va = trunc_page(va);
7289         for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
7290                 ppim = pmap_preinit_mapping + i;
7291                 if (ppim->va == va && ppim->sz == size) {
7292                         if (pmap_initialized)
7293                                 return;
7294                         ppim->pa = 0;
7295                         ppim->va = 0;
7296                         ppim->sz = 0;
7297                         ppim->mode = 0;
7298                         if (va + size == virtual_avail)
7299                                 virtual_avail = va;
7300                         return;
7301                 }
7302         }
7303         if (pmap_initialized)
7304                 kva_free(va, size);
7305 }
7306
7307 /*
7308  * Tries to demote a 1GB page mapping.
7309  */
7310 static boolean_t
7311 pmap_demote_pdpe(pmap_t pmap, pdp_entry_t *pdpe, vm_offset_t va)
7312 {
7313         pdp_entry_t newpdpe, oldpdpe;
7314         pd_entry_t *firstpde, newpde, *pde;
7315         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
7316         vm_paddr_t pdpgpa;
7317         vm_page_t pdpg;
7318
7319         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
7320         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7321         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7322         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7323
7324         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
7325         oldpdpe = *pdpe;
7326         KASSERT((oldpdpe & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V),
7327             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_PS and/or PG_V"));
7328         if ((pdpg = vm_page_alloc(NULL, va >> PDPSHIFT, VM_ALLOC_INTERRUPT |
7329             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED)) == NULL) {
7330                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pdpe: failure for va %#lx"
7331                     " in pmap %p", va, pmap);
7332                 return (FALSE);
7333         }
7334         pdpgpa = VM_PAGE_TO_PHYS(pdpg);
7335         firstpde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pdpgpa);
7336         newpdpe = pdpgpa | PG_M | PG_A | (oldpdpe & PG_U) | PG_RW | PG_V;
7337         KASSERT((oldpdpe & PG_A) != 0,
7338             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_A"));
7339         KASSERT((oldpdpe & (PG_M | PG_RW)) != PG_RW,
7340             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_M"));
7341         newpde = oldpdpe;
7342
7343         /*
7344          * Initialize the page directory page.
7345          */
7346         for (pde = firstpde; pde < firstpde + NPDEPG; pde++) {
7347                 *pde = newpde;
7348                 newpde += NBPDR;
7349         }
7350
7351         /*
7352          * Demote the mapping.
7353          */
7354         *pdpe = newpdpe;
7355
7356         /*
7357          * Invalidate a stale recursive mapping of the page directory page.
7358          */
7359         pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopde(va));
7360
7361         pmap_pdpe_demotions++;
7362         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pdpe: success for va %#lx"
7363             " in pmap %p", va, pmap);
7364         return (TRUE);
7365 }
7366
7367 /*
7368  * Sets the memory attribute for the specified page.
7369  */
7370 void
7371 pmap_page_set_memattr(vm_page_t m, vm_memattr_t ma)
7372 {
7373
7374         m->md.pat_mode = ma;
7375
7376         /*
7377          * If "m" is a normal page, update its direct mapping.  This update
7378          * can be relied upon to perform any cache operations that are
7379          * required for data coherence.
7380          */
7381         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
7382             pmap_change_attr(PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m)), PAGE_SIZE,
7383             m->md.pat_mode))
7384                 panic("memory attribute change on the direct map failed");
7385 }
7386
7387 /*
7388  * Changes the specified virtual address range's memory type to that given by
7389  * the parameter "mode".  The specified virtual address range must be
7390  * completely contained within either the direct map or the kernel map.  If
7391  * the virtual address range is contained within the kernel map, then the
7392  * memory type for each of the corresponding ranges of the direct map is also
7393  * changed.  (The corresponding ranges of the direct map are those ranges that
7394  * map the same physical pages as the specified virtual address range.)  These
7395  * changes to the direct map are necessary because Intel describes the
7396  * behavior of their processors as "undefined" if two or more mappings to the
7397  * same physical page have different memory types.
7398  *
7399  * Returns zero if the change completed successfully, and either EINVAL or
7400  * ENOMEM if the change failed.  Specifically, EINVAL is returned if some part
7401  * of the virtual address range was not mapped, and ENOMEM is returned if
7402  * there was insufficient memory available to complete the change.  In the
7403  * latter case, the memory type may have been changed on some part of the
7404  * virtual address range or the direct map.
7405  */
7406 int
7407 pmap_change_attr(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
7408 {
7409         int error;
7410
7411         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
7412         error = pmap_change_attr_locked(va, size, mode, false);
7413         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
7414         return (error);
7415 }
7416
7417 static int
7418 pmap_change_attr_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode, bool noflush)
7419 {
7420         vm_offset_t base, offset, tmpva;
7421         vm_paddr_t pa_start, pa_end, pa_end1;
7422         pdp_entry_t *pdpe;
7423         pd_entry_t *pde;
7424         pt_entry_t *pte;
7425         int cache_bits_pte, cache_bits_pde, error;
7426         boolean_t changed;
7427
7428         PMAP_LOCK_ASSERT(kernel_pmap, MA_OWNED);
7429         base = trunc_page(va);
7430         offset = va & PAGE_MASK;
7431         size = round_page(offset + size);
7432
7433         /*
7434          * Only supported on kernel virtual addresses, including the direct
7435          * map but excluding the recursive map.
7436          */
7437         if (base < DMAP_MIN_ADDRESS)
7438                 return (EINVAL);
7439
7440         cache_bits_pde = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, 1);
7441         cache_bits_pte = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, 0);
7442         changed = FALSE;
7443
7444         /*
7445          * Pages that aren't mapped aren't supported.  Also break down 2MB pages
7446          * into 4KB pages if required.
7447          */
7448         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
7449                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, tmpva);
7450                 if (pdpe == NULL || *pdpe == 0)
7451                         return (EINVAL);
7452                 if (*pdpe & PG_PS) {
7453                         /*
7454                          * If the current 1GB page already has the required
7455                          * memory type, then we need not demote this page. Just
7456                          * increment tmpva to the next 1GB page frame.
7457                          */
7458                         if ((*pdpe & X86_PG_PDE_CACHE) == cache_bits_pde) {
7459                                 tmpva = trunc_1gpage(tmpva) + NBPDP;
7460                                 continue;
7461                         }
7462
7463                         /*
7464                          * If the current offset aligns with a 1GB page frame
7465                          * and there is at least 1GB left within the range, then
7466                          * we need not break down this page into 2MB pages.
7467                          */
7468                         if ((tmpva & PDPMASK) == 0 &&
7469                             tmpva + PDPMASK < base + size) {
7470                                 tmpva += NBPDP;
7471                                 continue;
7472                         }
7473                         if (!pmap_demote_pdpe(kernel_pmap, pdpe, tmpva))
7474                                 return (ENOMEM);
7475                 }
7476                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, tmpva);
7477                 if (*pde == 0)
7478                         return (EINVAL);
7479                 if (*pde & PG_PS) {
7480                         /*
7481                          * If the current 2MB page already has the required
7482                          * memory type, then we need not demote this page. Just
7483                          * increment tmpva to the next 2MB page frame.
7484                          */
7485                         if ((*pde & X86_PG_PDE_CACHE) == cache_bits_pde) {
7486                                 tmpva = trunc_2mpage(tmpva) + NBPDR;
7487                                 continue;
7488                         }
7489
7490                         /*
7491                          * If the current offset aligns with a 2MB page frame
7492                          * and there is at least 2MB left within the range, then
7493                          * we need not break down this page into 4KB pages.
7494                          */
7495                         if ((tmpva & PDRMASK) == 0 &&
7496                             tmpva + PDRMASK < base + size) {
7497                                 tmpva += NBPDR;
7498                                 continue;
7499                         }
7500                         if (!pmap_demote_pde(kernel_pmap, pde, tmpva))
7501                                 return (ENOMEM);
7502                 }
7503                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, tmpva);
7504                 if (*pte == 0)
7505                         return (EINVAL);
7506                 tmpva += PAGE_SIZE;
7507         }
7508         error = 0;
7509
7510         /*
7511          * Ok, all the pages exist, so run through them updating their
7512          * cache mode if required.
7513          */
7514         pa_start = pa_end = 0;
7515         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
7516                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, tmpva);
7517                 if (*pdpe & PG_PS) {
7518                         if ((*pdpe & X86_PG_PDE_CACHE) != cache_bits_pde) {
7519                                 pmap_pde_attr(pdpe, cache_bits_pde,
7520                                     X86_PG_PDE_CACHE);
7521                                 changed = TRUE;
7522                         }
7523                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS &&
7524                             (*pdpe & PG_PS_FRAME) < dmaplimit) {
7525                                 if (pa_start == pa_end) {
7526                                         /* Start physical address run. */
7527                                         pa_start = *pdpe & PG_PS_FRAME;
7528                                         pa_end = pa_start + NBPDP;
7529                                 } else if (pa_end == (*pdpe & PG_PS_FRAME))
7530                                         pa_end += NBPDP;
7531                                 else {
7532                                         /* Run ended, update direct map. */
7533                                         error = pmap_change_attr_locked(
7534                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
7535                                             pa_end - pa_start, mode, noflush);
7536                                         if (error != 0)
7537                                                 break;
7538                                         /* Start physical address run. */
7539                                         pa_start = *pdpe & PG_PS_FRAME;
7540                                         pa_end = pa_start + NBPDP;
7541                                 }
7542                         }
7543                         tmpva = trunc_1gpage(tmpva) + NBPDP;
7544                         continue;
7545                 }
7546                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, tmpva);
7547                 if (*pde & PG_PS) {
7548                         if ((*pde & X86_PG_PDE_CACHE) != cache_bits_pde) {
7549                                 pmap_pde_attr(pde, cache_bits_pde,
7550                                     X86_PG_PDE_CACHE);
7551                                 changed = TRUE;
7552                         }
7553                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS &&
7554                             (*pde & PG_PS_FRAME) < dmaplimit) {
7555                                 if (pa_start == pa_end) {
7556                                         /* Start physical address run. */
7557                                         pa_start = *pde & PG_PS_FRAME;
7558                                         pa_end = pa_start + NBPDR;
7559                                 } else if (pa_end == (*pde & PG_PS_FRAME))
7560                                         pa_end += NBPDR;
7561                                 else {
7562                                         /* Run ended, update direct map. */
7563                                         error = pmap_change_attr_locked(
7564                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
7565                                             pa_end - pa_start, mode, noflush);
7566                                         if (error != 0)
7567                                                 break;
7568                                         /* Start physical address run. */
7569                                         pa_start = *pde & PG_PS_FRAME;
7570                                         pa_end = pa_start + NBPDR;
7571                                 }
7572                         }
7573                         tmpva = trunc_2mpage(tmpva) + NBPDR;
7574                 } else {
7575                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, tmpva);
7576                         if ((*pte & X86_PG_PTE_CACHE) != cache_bits_pte) {
7577                                 pmap_pte_attr(pte, cache_bits_pte,
7578                                     X86_PG_PTE_CACHE);
7579                                 changed = TRUE;
7580                         }
7581                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS &&
7582                             (*pte & PG_FRAME) < dmaplimit) {
7583                                 if (pa_start == pa_end) {
7584                                         /* Start physical address run. */
7585                                         pa_start = *pte & PG_FRAME;
7586                                         pa_end = pa_start + PAGE_SIZE;
7587                                 } else if (pa_end == (*pte & PG_FRAME))
7588                                         pa_end += PAGE_SIZE;
7589                                 else {
7590                                         /* Run ended, update direct map. */
7591                                         error = pmap_change_attr_locked(
7592                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
7593                                             pa_end - pa_start, mode, noflush);
7594                                         if (error != 0)
7595                                                 break;
7596                                         /* Start physical address run. */
7597                                         pa_start = *pte & PG_FRAME;
7598                                         pa_end = pa_start + PAGE_SIZE;
7599                                 }
7600                         }
7601                         tmpva += PAGE_SIZE;
7602                 }
7603         }
7604         if (error == 0 && pa_start != pa_end && pa_start < dmaplimit) {
7605                 pa_end1 = MIN(pa_end, dmaplimit);
7606                 if (pa_start != pa_end1)
7607                         error = pmap_change_attr_locked(PHYS_TO_DMAP(pa_start),
7608                             pa_end1 - pa_start, mode, noflush);
7609         }
7610
7611         /*
7612          * Flush CPU caches if required to make sure any data isn't cached that
7613          * shouldn't be, etc.
7614          */
7615         if (changed) {
7616                 pmap_invalidate_range(kernel_pmap, base, tmpva);
7617                 if (!noflush)
7618                         pmap_invalidate_cache_range(base, tmpva);
7619         }
7620         return (error);
7621 }
7622
7623 /*
7624  * Demotes any mapping within the direct map region that covers more than the
7625  * specified range of physical addresses.  This range's size must be a power
7626  * of two and its starting address must be a multiple of its size.  Since the
7627  * demotion does not change any attributes of the mapping, a TLB invalidation
7628  * is not mandatory.  The caller may, however, request a TLB invalidation.
7629  */
7630 void
7631 pmap_demote_DMAP(vm_paddr_t base, vm_size_t len, boolean_t invalidate)
7632 {
7633         pdp_entry_t *pdpe;
7634         pd_entry_t *pde;
7635         vm_offset_t va;
7636         boolean_t changed;
7637
7638         if (len == 0)
7639                 return;
7640         KASSERT(powerof2(len), ("pmap_demote_DMAP: len is not a power of 2"));
7641         KASSERT((base & (len - 1)) == 0,
7642             ("pmap_demote_DMAP: base is not a multiple of len"));
7643         if (len < NBPDP && base < dmaplimit) {
7644                 va = PHYS_TO_DMAP(base);
7645                 changed = FALSE;
7646                 PMAP_LOCK(kernel_pmap);
7647                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, va);
7648                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0)
7649                         panic("pmap_demote_DMAP: invalid PDPE");
7650                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0) {
7651                         if (!pmap_demote_pdpe(kernel_pmap, pdpe, va))
7652                                 panic("pmap_demote_DMAP: PDPE failed");
7653                         changed = TRUE;
7654                 }
7655                 if (len < NBPDR) {
7656                         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
7657                         if ((*pde & X86_PG_V) == 0)
7658                                 panic("pmap_demote_DMAP: invalid PDE");
7659                         if ((*pde & PG_PS) != 0) {
7660                                 if (!pmap_demote_pde(kernel_pmap, pde, va))
7661                                         panic("pmap_demote_DMAP: PDE failed");
7662                                 changed = TRUE;
7663                         }
7664                 }
7665                 if (changed && invalidate)
7666                         pmap_invalidate_page(kernel_pmap, va);
7667                 PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
7668         }
7669 }
7670
7671 /*
7672  * perform the pmap work for mincore
7673  */
7674 int
7675 pmap_mincore(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_paddr_t *locked_pa)
7676 {
7677         pd_entry_t *pdep;
7678         pt_entry_t pte, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
7679         vm_paddr_t pa;
7680         int val;
7681
7682         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
7683         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7684         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7685         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7686
7687         PMAP_LOCK(pmap);
7688 retry:
7689         pdep = pmap_pde(pmap, addr);
7690         if (pdep != NULL && (*pdep & PG_V)) {
7691                 if (*pdep & PG_PS) {
7692                         pte = *pdep;
7693                         /* Compute the physical address of the 4KB page. */
7694                         pa = ((*pdep & PG_PS_FRAME) | (addr & PDRMASK)) &
7695                             PG_FRAME;
7696                         val = MINCORE_SUPER;
7697                 } else {
7698                         pte = *pmap_pde_to_pte(pdep, addr);
7699                         pa = pte & PG_FRAME;
7700                         val = 0;
7701                 }
7702         } else {
7703                 pte = 0;
7704                 pa = 0;
7705                 val = 0;
7706         }
7707         if ((pte & PG_V) != 0) {
7708                 val |= MINCORE_INCORE;
7709                 if ((pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
7710                         val |= MINCORE_MODIFIED | MINCORE_MODIFIED_OTHER;
7711                 if ((pte & PG_A) != 0)
7712                         val |= MINCORE_REFERENCED | MINCORE_REFERENCED_OTHER;
7713         }
7714         if ((val & (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER)) !=
7715             (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER) &&
7716             (pte & (PG_MANAGED | PG_V)) == (PG_MANAGED | PG_V)) {
7717                 /* Ensure that "PHYS_TO_VM_PAGE(pa)->object" doesn't change. */
7718                 if (vm_page_pa_tryrelock(pmap, pa, locked_pa))
7719                         goto retry;
7720         } else
7721                 PA_UNLOCK_COND(*locked_pa);
7722         PMAP_UNLOCK(pmap);
7723         return (val);
7724 }
7725
7726 static uint64_t
7727 pmap_pcid_alloc(pmap_t pmap, u_int cpuid)
7728 {
7729         uint32_t gen, new_gen, pcid_next;
7730
7731         CRITICAL_ASSERT(curthread);
7732         gen = PCPU_GET(pcid_gen);
7733         if (pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid == PMAP_PCID_KERN)
7734                 return (pti ? 0 : CR3_PCID_SAVE);
7735         if (pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen == gen)
7736                 return (CR3_PCID_SAVE);
7737         pcid_next = PCPU_GET(pcid_next);
7738         KASSERT((!pti && pcid_next <= PMAP_PCID_OVERMAX) ||
7739             (pti && pcid_next <= PMAP_PCID_OVERMAX_KERN),
7740             ("cpu %d pcid_next %#x", cpuid, pcid_next));
7741         if ((!pti && pcid_next == PMAP_PCID_OVERMAX) ||
7742             (pti && pcid_next == PMAP_PCID_OVERMAX_KERN)) {
7743                 new_gen = gen + 1;
7744                 if (new_gen == 0)
7745                         new_gen = 1;
7746                 PCPU_SET(pcid_gen, new_gen);
7747                 pcid_next = PMAP_PCID_KERN + 1;
7748         } else {
7749                 new_gen = gen;
7750         }
7751         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid = pcid_next;
7752         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = new_gen;
7753         PCPU_SET(pcid_next, pcid_next + 1);
7754         return (0);
7755 }
7756
7757 static uint64_t
7758 pmap_pcid_alloc_checked(pmap_t pmap, u_int cpuid)
7759 {
7760         uint64_t cached;
7761
7762         cached = pmap_pcid_alloc(pmap, cpuid);
7763         KASSERT(pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid < PMAP_PCID_OVERMAX,
7764             ("pmap %p cpu %d pcid %#x", pmap, cpuid,
7765             pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid));
7766         KASSERT(pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid != PMAP_PCID_KERN ||
7767             pmap == kernel_pmap,
7768             ("non-kernel pmap pmap %p cpu %d pcid %#x",
7769             pmap, cpuid, pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid));
7770         return (cached);
7771 }
7772
7773 static void
7774 pmap_activate_sw_pti_post(struct thread *td, pmap_t pmap)
7775 {
7776
7777         PCPU_GET(tssp)->tss_rsp0 = pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3 ?
7778             PCPU_GET(pti_rsp0) : (uintptr_t)td->td_pcb;
7779 }
7780
7781 static void inline
7782 pmap_activate_sw_pcid_pti(pmap_t pmap, u_int cpuid, const bool invpcid_works1)
7783 {
7784         struct invpcid_descr d;
7785         uint64_t cached, cr3, kcr3, ucr3;
7786
7787         cached = pmap_pcid_alloc_checked(pmap, cpuid);
7788         cr3 = rcr3();
7789         if ((cr3 & ~CR3_PCID_MASK) != pmap->pm_cr3)
7790                 load_cr3(pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid);
7791         PCPU_SET(curpmap, pmap);
7792         kcr3 = pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
7793         ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid |
7794             PMAP_PCID_USER_PT;
7795
7796         if (!cached && pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
7797                 /*
7798                  * Explicitly invalidate translations cached from the
7799                  * user page table.  They are not automatically
7800                  * flushed by reload of cr3 with the kernel page table
7801                  * pointer above.
7802                  *
7803                  * Note that the if() condition is resolved statically
7804                  * by using the function argument instead of
7805                  * runtime-evaluated invpcid_works value.
7806                  */
7807                 if (invpcid_works1) {
7808                         d.pcid = PMAP_PCID_USER_PT |
7809                             pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
7810                         d.pad = 0;
7811                         d.addr = 0;
7812                         invpcid(&d, INVPCID_CTX);
7813                 } else {
7814                         pmap_pti_pcid_invalidate(ucr3, kcr3);
7815                 }
7816         }
7817
7818         PCPU_SET(kcr3, kcr3 | CR3_PCID_SAVE);
7819         PCPU_SET(ucr3, ucr3 | CR3_PCID_SAVE);
7820         if (cached)
7821                 PCPU_INC(pm_save_cnt);
7822 }
7823
7824 static void
7825 pmap_activate_sw_pcid_invpcid_pti(struct thread *td, pmap_t pmap, u_int cpuid)
7826 {
7827
7828         pmap_activate_sw_pcid_pti(pmap, cpuid, true);
7829         pmap_activate_sw_pti_post(td, pmap);
7830 }
7831
7832 static void
7833 pmap_activate_sw_pcid_noinvpcid_pti(struct thread *td, pmap_t pmap,
7834     u_int cpuid)
7835 {
7836         register_t rflags;
7837
7838         /*
7839          * If the INVPCID instruction is not available,
7840          * invltlb_pcid_handler() is used to handle an invalidate_all
7841          * IPI, which checks for curpmap == smp_tlb_pmap.  The below
7842          * sequence of operations has a window where %CR3 is loaded
7843          * with the new pmap's PML4 address, but the curpmap value has
7844          * not yet been updated.  This causes the invltlb IPI handler,
7845          * which is called between the updates, to execute as a NOP,
7846          * which leaves stale TLB entries.
7847          *
7848          * Note that the most typical use of pmap_activate_sw(), from
7849          * the context switch, is immune to this race, because
7850          * interrupts are disabled (while the thread lock is owned),
7851          * and the IPI happens after curpmap is updated.  Protect
7852          * other callers in a similar way, by disabling interrupts
7853          * around the %cr3 register reload and curpmap assignment.
7854          */
7855         rflags = intr_disable();
7856         pmap_activate_sw_pcid_pti(pmap, cpuid, false);
7857         intr_restore(rflags);
7858         pmap_activate_sw_pti_post(td, pmap);
7859 }
7860
7861 static void
7862 pmap_activate_sw_pcid_nopti(struct thread *td __unused, pmap_t pmap,
7863     u_int cpuid)
7864 {
7865         uint64_t cached, cr3;
7866
7867         cached = pmap_pcid_alloc_checked(pmap, cpuid);
7868         cr3 = rcr3();
7869         if (!cached || (cr3 & ~CR3_PCID_MASK) != pmap->pm_cr3)
7870                 load_cr3(pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid |
7871                     cached);
7872         PCPU_SET(curpmap, pmap);
7873         if (cached)
7874                 PCPU_INC(pm_save_cnt);
7875 }
7876
7877 static void
7878 pmap_activate_sw_pcid_noinvpcid_nopti(struct thread *td __unused, pmap_t pmap,
7879     u_int cpuid)
7880 {
7881         register_t rflags;
7882
7883         rflags = intr_disable();
7884         pmap_activate_sw_pcid_nopti(td, pmap, cpuid);
7885         intr_restore(rflags);
7886 }
7887
7888 static void
7889 pmap_activate_sw_nopcid_nopti(struct thread *td __unused, pmap_t pmap,
7890     u_int cpuid __unused)
7891 {
7892
7893         load_cr3(pmap->pm_cr3);
7894         PCPU_SET(curpmap, pmap);
7895 }
7896
7897 static void
7898 pmap_activate_sw_nopcid_pti(struct thread *td, pmap_t pmap,
7899     u_int cpuid __unused)
7900 {
7901
7902         pmap_activate_sw_nopcid_nopti(td, pmap, cpuid);
7903         PCPU_SET(kcr3, pmap->pm_cr3);
7904         PCPU_SET(ucr3, pmap->pm_ucr3);
7905         pmap_activate_sw_pti_post(td, pmap);
7906 }
7907
7908 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_activate_sw_mode, (struct thread *, pmap_t,
7909     u_int), static)
7910 {
7911
7912         if (pmap_pcid_enabled && pti && invpcid_works)
7913                 return (pmap_activate_sw_pcid_invpcid_pti);
7914         else if (pmap_pcid_enabled && pti && !invpcid_works)
7915                 return (pmap_activate_sw_pcid_noinvpcid_pti);
7916         else if (pmap_pcid_enabled && !pti && invpcid_works)
7917                 return (pmap_activate_sw_pcid_nopti);
7918         else if (pmap_pcid_enabled && !pti && !invpcid_works)
7919                 return (pmap_activate_sw_pcid_noinvpcid_nopti);
7920         else if (!pmap_pcid_enabled && pti)
7921                 return (pmap_activate_sw_nopcid_pti);
7922         else /* if (!pmap_pcid_enabled && !pti) */
7923                 return (pmap_activate_sw_nopcid_nopti);
7924 }
7925
7926 void
7927 pmap_activate_sw(struct thread *td)
7928 {
7929         pmap_t oldpmap, pmap;
7930         u_int cpuid;
7931
7932         oldpmap = PCPU_GET(curpmap);
7933         pmap = vmspace_pmap(td->td_proc->p_vmspace);
7934         if (oldpmap == pmap)
7935                 return;
7936         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
7937 #ifdef SMP
7938         CPU_SET_ATOMIC(cpuid, &pmap->pm_active);
7939 #else
7940         CPU_SET(cpuid, &pmap->pm_active);
7941 #endif
7942         pmap_activate_sw_mode(td, pmap, cpuid);
7943 #ifdef SMP
7944         CPU_CLR_ATOMIC(cpuid, &oldpmap->pm_active);
7945 #else
7946         CPU_CLR(cpuid, &oldpmap->pm_active);
7947 #endif
7948 }
7949
7950 void
7951 pmap_activate(struct thread *td)
7952 {
7953
7954         critical_enter();
7955         pmap_activate_sw(td);
7956         critical_exit();
7957 }
7958
7959 void
7960 pmap_activate_boot(pmap_t pmap)
7961 {
7962         uint64_t kcr3;
7963         u_int cpuid;
7964
7965         /*
7966          * kernel_pmap must be never deactivated, and we ensure that
7967          * by never activating it at all.
7968          */
7969         MPASS(pmap != kernel_pmap);
7970
7971         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
7972 #ifdef SMP
7973         CPU_SET_ATOMIC(cpuid, &pmap->pm_active);
7974 #else
7975         CPU_SET(cpuid, &pmap->pm_active);
7976 #endif
7977         PCPU_SET(curpmap, pmap);
7978         if (pti) {
7979                 kcr3 = pmap->pm_cr3;
7980                 if (pmap_pcid_enabled)
7981                         kcr3 |= pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid | CR3_PCID_SAVE;
7982         } else {
7983                 kcr3 = PMAP_NO_CR3;
7984         }
7985         PCPU_SET(kcr3, kcr3);
7986         PCPU_SET(ucr3, PMAP_NO_CR3);
7987 }
7988
7989 void
7990 pmap_sync_icache(pmap_t pm, vm_offset_t va, vm_size_t sz)
7991 {
7992 }
7993
7994 /*
7995  *      Increase the starting virtual address of the given mapping if a
7996  *      different alignment might result in more superpage mappings.
7997  */
7998 void
7999 pmap_align_superpage(vm_object_t object, vm_ooffset_t offset,
8000     vm_offset_t *addr, vm_size_t size)
8001 {
8002         vm_offset_t superpage_offset;
8003
8004         if (size < NBPDR)
8005                 return;
8006         if (object != NULL && (object->flags & OBJ_COLORED) != 0)
8007                 offset += ptoa(object->pg_color);
8008         superpage_offset = offset & PDRMASK;
8009         if (size - ((NBPDR - superpage_offset) & PDRMASK) < NBPDR ||
8010             (*addr & PDRMASK) == superpage_offset)
8011                 return;
8012         if ((*addr & PDRMASK) < superpage_offset)
8013                 *addr = (*addr & ~PDRMASK) + superpage_offset;
8014         else
8015                 *addr = ((*addr + PDRMASK) & ~PDRMASK) + superpage_offset;
8016 }
8017
8018 #ifdef INVARIANTS
8019 static unsigned long num_dirty_emulations;
8020 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_dirty_emulations, CTLFLAG_RW,
8021              &num_dirty_emulations, 0, NULL);
8022
8023 static unsigned long num_accessed_emulations;
8024 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_accessed_emulations, CTLFLAG_RW,
8025              &num_accessed_emulations, 0, NULL);
8026
8027 static unsigned long num_superpage_accessed_emulations;
8028 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_superpage_accessed_emulations, CTLFLAG_RW,
8029              &num_superpage_accessed_emulations, 0, NULL);
8030
8031 static unsigned long ad_emulation_superpage_promotions;
8032 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, ad_emulation_superpage_promotions, CTLFLAG_RW,
8033              &ad_emulation_superpage_promotions, 0, NULL);
8034 #endif  /* INVARIANTS */
8035
8036 int
8037 pmap_emulate_accessed_dirty(pmap_t pmap, vm_offset_t va, int ftype)
8038 {
8039         int rv;
8040         struct rwlock *lock;
8041 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
8042         vm_page_t m, mpte;
8043 #endif
8044         pd_entry_t *pde;
8045         pt_entry_t *pte, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
8046
8047         KASSERT(ftype == VM_PROT_READ || ftype == VM_PROT_WRITE,
8048             ("pmap_emulate_accessed_dirty: invalid fault type %d", ftype));
8049
8050         if (!pmap_emulate_ad_bits(pmap))
8051                 return (-1);
8052
8053         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
8054         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
8055         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
8056         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8057
8058         rv = -1;
8059         lock = NULL;
8060         PMAP_LOCK(pmap);
8061
8062         pde = pmap_pde(pmap, va);
8063         if (pde == NULL || (*pde & PG_V) == 0)
8064                 goto done;
8065
8066         if ((*pde & PG_PS) != 0) {
8067                 if (ftype == VM_PROT_READ) {
8068 #ifdef INVARIANTS
8069                         atomic_add_long(&num_superpage_accessed_emulations, 1);
8070 #endif
8071                         *pde |= PG_A;
8072                         rv = 0;
8073                 }
8074                 goto done;
8075         }
8076
8077         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
8078         if ((*pte & PG_V) == 0)
8079                 goto done;
8080
8081         if (ftype == VM_PROT_WRITE) {
8082                 if ((*pte & PG_RW) == 0)
8083                         goto done;
8084                 /*
8085                  * Set the modified and accessed bits simultaneously.
8086                  *
8087                  * Intel EPT PTEs that do software emulation of A/D bits map
8088                  * PG_A and PG_M to EPT_PG_READ and EPT_PG_WRITE respectively.
8089                  * An EPT misconfiguration is triggered if the PTE is writable
8090                  * but not readable (WR=10). This is avoided by setting PG_A
8091                  * and PG_M simultaneously.
8092                  */
8093                 *pte |= PG_M | PG_A;
8094         } else {
8095                 *pte |= PG_A;
8096         }
8097
8098 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
8099         /* try to promote the mapping */
8100         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
8101                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
8102         else
8103                 mpte = NULL;
8104
8105         m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pte & PG_FRAME);
8106
8107         if ((mpte == NULL || mpte->wire_count == NPTEPG) &&
8108             pmap_ps_enabled(pmap) &&
8109             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
8110             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0) {
8111                 pmap_promote_pde(pmap, pde, va, &lock);
8112 #ifdef INVARIANTS
8113                 atomic_add_long(&ad_emulation_superpage_promotions, 1);
8114 #endif
8115         }
8116 #endif
8117
8118 #ifdef INVARIANTS
8119         if (ftype == VM_PROT_WRITE)
8120                 atomic_add_long(&num_dirty_emulations, 1);
8121         else
8122                 atomic_add_long(&num_accessed_emulations, 1);
8123 #endif
8124         rv = 0;         /* success */
8125 done:
8126         if (lock != NULL)
8127                 rw_wunlock(lock);
8128         PMAP_UNLOCK(pmap);
8129         return (rv);
8130 }
8131
8132 void
8133 pmap_get_mapping(pmap_t pmap, vm_offset_t va, uint64_t *ptr, int *num)
8134 {
8135         pml4_entry_t *pml4;
8136         pdp_entry_t *pdp;
8137         pd_entry_t *pde;
8138         pt_entry_t *pte, PG_V;
8139         int idx;
8140
8141         idx = 0;
8142         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
8143         PMAP_LOCK(pmap);
8144
8145         pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
8146         ptr[idx++] = *pml4;
8147         if ((*pml4 & PG_V) == 0)
8148                 goto done;
8149
8150         pdp = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4, va);
8151         ptr[idx++] = *pdp;
8152         if ((*pdp & PG_V) == 0 || (*pdp & PG_PS) != 0)
8153                 goto done;
8154
8155         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdp, va);
8156         ptr[idx++] = *pde;
8157         if ((*pde & PG_V) == 0 || (*pde & PG_PS) != 0)
8158                 goto done;
8159
8160         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
8161         ptr[idx++] = *pte;
8162
8163 done:
8164         PMAP_UNLOCK(pmap);
8165         *num = idx;
8166 }
8167
8168 /**
8169  * Get the kernel virtual address of a set of physical pages. If there are
8170  * physical addresses not covered by the DMAP perform a transient mapping
8171  * that will be removed when calling pmap_unmap_io_transient.
8172  *
8173  * \param page        The pages the caller wishes to obtain the virtual
8174  *                    address on the kernel memory map.
8175  * \param vaddr       On return contains the kernel virtual memory address
8176  *                    of the pages passed in the page parameter.
8177  * \param count       Number of pages passed in.
8178  * \param can_fault   TRUE if the thread using the mapped pages can take
8179  *                    page faults, FALSE otherwise.
8180  *
8181  * \returns TRUE if the caller must call pmap_unmap_io_transient when
8182  *          finished or FALSE otherwise.
8183  *
8184  */
8185 boolean_t
8186 pmap_map_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
8187     boolean_t can_fault)
8188 {
8189         vm_paddr_t paddr;
8190         boolean_t needs_mapping;
8191         pt_entry_t *pte;
8192         int cache_bits, error __unused, i;
8193
8194         /*
8195          * Allocate any KVA space that we need, this is done in a separate
8196          * loop to prevent calling vmem_alloc while pinned.
8197          */
8198         needs_mapping = FALSE;
8199         for (i = 0; i < count; i++) {
8200                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
8201                 if (__predict_false(paddr >= dmaplimit)) {
8202                         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE,
8203                             M_BESTFIT | M_WAITOK, &vaddr[i]);
8204                         KASSERT(error == 0, ("vmem_alloc failed: %d", error));
8205                         needs_mapping = TRUE;
8206                 } else {
8207                         vaddr[i] = PHYS_TO_DMAP(paddr);
8208                 }
8209         }
8210
8211         /* Exit early if everything is covered by the DMAP */
8212         if (!needs_mapping)
8213                 return (FALSE);
8214
8215         /*
8216          * NB:  The sequence of updating a page table followed by accesses
8217          * to the corresponding pages used in the !DMAP case is subject to
8218          * the situation described in the "AMD64 Architecture Programmer's
8219          * Manual Volume 2: System Programming" rev. 3.23, "7.3.1 Special
8220          * Coherency Considerations".  Therefore, issuing the INVLPG right
8221          * after modifying the PTE bits is crucial.
8222          */
8223         if (!can_fault)
8224                 sched_pin();
8225         for (i = 0; i < count; i++) {
8226                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
8227                 if (paddr >= dmaplimit) {
8228                         if (can_fault) {
8229                                 /*
8230                                  * Slow path, since we can get page faults
8231                                  * while mappings are active don't pin the
8232                                  * thread to the CPU and instead add a global
8233                                  * mapping visible to all CPUs.
8234                                  */
8235                                 pmap_qenter(vaddr[i], &page[i], 1);
8236                         } else {
8237                                 pte = vtopte(vaddr[i]);
8238                                 cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap,
8239                                     page[i]->md.pat_mode, 0);
8240                                 pte_store(pte, paddr | X86_PG_RW | X86_PG_V |
8241                                     cache_bits);
8242                                 invlpg(vaddr[i]);
8243                         }
8244                 }
8245         }
8246
8247         return (needs_mapping);
8248 }
8249
8250 void
8251 pmap_unmap_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
8252     boolean_t can_fault)
8253 {
8254         vm_paddr_t paddr;
8255         int i;
8256
8257         if (!can_fault)
8258                 sched_unpin();
8259         for (i = 0; i < count; i++) {
8260                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
8261                 if (paddr >= dmaplimit) {
8262                         if (can_fault)
8263                                 pmap_qremove(vaddr[i], 1);
8264                         vmem_free(kernel_arena, vaddr[i], PAGE_SIZE);
8265                 }
8266         }
8267 }
8268
8269 vm_offset_t
8270 pmap_quick_enter_page(vm_page_t m)
8271 {
8272         vm_paddr_t paddr;
8273
8274         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
8275         if (paddr < dmaplimit)
8276                 return (PHYS_TO_DMAP(paddr));
8277         mtx_lock_spin(&qframe_mtx);
8278         KASSERT(*vtopte(qframe) == 0, ("qframe busy"));
8279         pte_store(vtopte(qframe), paddr | X86_PG_RW | X86_PG_V | X86_PG_A |
8280             X86_PG_M | pmap_cache_bits(kernel_pmap, m->md.pat_mode, 0));
8281         return (qframe);
8282 }
8283
8284 void
8285 pmap_quick_remove_page(vm_offset_t addr)
8286 {
8287
8288         if (addr != qframe)
8289                 return;
8290         pte_store(vtopte(qframe), 0);
8291         invlpg(qframe);
8292         mtx_unlock_spin(&qframe_mtx);
8293 }
8294
8295 /*
8296  * Pdp pages from the large map are managed differently from either
8297  * kernel or user page table pages.  They are permanently allocated at
8298  * initialization time, and their wire count is permanently set to
8299  * zero.  The pml4 entries pointing to those pages are copied into
8300  * each allocated pmap.
8301  *
8302  * In contrast, pd and pt pages are managed like user page table
8303  * pages.  They are dynamically allocated, and their wire count
8304  * represents the number of valid entries within the page.
8305  */
8306 static vm_page_t
8307 pmap_large_map_getptp_unlocked(void)
8308 {
8309         vm_page_t m;
8310
8311         m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
8312             VM_ALLOC_ZERO);
8313         if (m != NULL && (m->flags & PG_ZERO) == 0)
8314                 pmap_zero_page(m);
8315         return (m);
8316 }
8317
8318 static vm_page_t
8319 pmap_large_map_getptp(void)
8320 {
8321         vm_page_t m;
8322
8323         PMAP_LOCK_ASSERT(kernel_pmap, MA_OWNED);
8324         m = pmap_large_map_getptp_unlocked();
8325         if (m == NULL) {
8326                 PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
8327                 vm_wait(NULL);
8328                 PMAP_LOCK(kernel_pmap);
8329                 /* Callers retry. */
8330         }
8331         return (m);
8332 }
8333
8334 static pdp_entry_t *
8335 pmap_large_map_pdpe(vm_offset_t va)
8336 {
8337         vm_pindex_t pml4_idx;
8338         vm_paddr_t mphys;
8339
8340         pml4_idx = pmap_pml4e_index(va);
8341         KASSERT(LMSPML4I <= pml4_idx && pml4_idx < LMSPML4I + lm_ents,
8342             ("pmap_large_map_pdpe: va %#jx out of range idx %#jx LMSPML4I "
8343             "%#jx lm_ents %d",
8344             (uintmax_t)va, (uintmax_t)pml4_idx, LMSPML4I, lm_ents));
8345         KASSERT((kernel_pmap->pm_pml4[pml4_idx] & X86_PG_V) != 0,
8346             ("pmap_large_map_pdpe: invalid pml4 for va %#jx idx %#jx "
8347             "LMSPML4I %#jx lm_ents %d",
8348             (uintmax_t)va, (uintmax_t)pml4_idx, LMSPML4I, lm_ents));
8349         mphys = kernel_pmap->pm_pml4[pml4_idx] & PG_FRAME;
8350         return ((pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys) + pmap_pdpe_index(va));
8351 }
8352
8353 static pd_entry_t *
8354 pmap_large_map_pde(vm_offset_t va)
8355 {
8356         pdp_entry_t *pdpe;
8357         vm_page_t m;
8358         vm_paddr_t mphys;
8359
8360 retry:
8361         pdpe = pmap_large_map_pdpe(va);
8362         if (*pdpe == 0) {
8363                 m = pmap_large_map_getptp();
8364                 if (m == NULL)
8365                         goto retry;
8366                 mphys = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
8367                 *pdpe = mphys | X86_PG_A | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
8368         } else {
8369                 MPASS((*pdpe & X86_PG_PS) == 0);
8370                 mphys = *pdpe & PG_FRAME;
8371         }
8372         return ((pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys) + pmap_pde_index(va));
8373 }
8374
8375 static pt_entry_t *
8376 pmap_large_map_pte(vm_offset_t va)
8377 {
8378         pd_entry_t *pde;
8379         vm_page_t m;
8380         vm_paddr_t mphys;
8381
8382 retry:
8383         pde = pmap_large_map_pde(va);
8384         if (*pde == 0) {
8385                 m = pmap_large_map_getptp();
8386                 if (m == NULL)
8387                         goto retry;
8388                 mphys = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
8389                 *pde = mphys | X86_PG_A | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
8390                 PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pde))->wire_count++;
8391         } else {
8392                 MPASS((*pde & X86_PG_PS) == 0);
8393                 mphys = *pde & PG_FRAME;
8394         }
8395         return ((pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys) + pmap_pte_index(va));
8396 }
8397
8398 static int
8399 pmap_large_map_getva(vm_size_t len, vm_offset_t align, vm_offset_t phase,
8400     vmem_addr_t *vmem_res)
8401 {
8402
8403         /*
8404          * Large mappings are all but static.  Consequently, there
8405          * is no point in waiting for an earlier allocation to be
8406          * freed.
8407          */
8408         return (vmem_xalloc(large_vmem, len, align, phase, 0, VMEM_ADDR_MIN,
8409             VMEM_ADDR_MAX, M_NOWAIT | M_BESTFIT, vmem_res));
8410 }
8411
8412 int
8413 pmap_large_map(vm_paddr_t spa, vm_size_t len, void **addr,
8414     vm_memattr_t mattr)
8415 {
8416         pdp_entry_t *pdpe;
8417         pd_entry_t *pde;
8418         pt_entry_t *pte;
8419         vm_offset_t va, inc;
8420         vmem_addr_t vmem_res;
8421         vm_paddr_t pa;
8422         int error;
8423
8424         if (len == 0 || spa + len < spa)
8425                 return (EINVAL);
8426
8427         /* See if DMAP can serve. */
8428         if (spa + len <= dmaplimit) {
8429                 va = PHYS_TO_DMAP(spa);
8430                 *addr = (void *)va;
8431                 return (pmap_change_attr(va, len, mattr));
8432         }
8433
8434         /*
8435          * No, allocate KVA.  Fit the address with best possible
8436          * alignment for superpages.  Fall back to worse align if
8437          * failed.
8438          */
8439         error = ENOMEM;
8440         if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0 && rounddown2(spa + len,
8441             NBPDP) >= roundup2(spa, NBPDP) + NBPDP)
8442                 error = pmap_large_map_getva(len, NBPDP, spa & PDPMASK,
8443                     &vmem_res);
8444         if (error != 0 && rounddown2(spa + len, NBPDR) >= roundup2(spa,
8445             NBPDR) + NBPDR)
8446                 error = pmap_large_map_getva(len, NBPDR, spa & PDRMASK,
8447                     &vmem_res);
8448         if (error != 0)
8449                 error = pmap_large_map_getva(len, PAGE_SIZE, 0, &vmem_res);
8450         if (error != 0)
8451                 return (error);
8452
8453         /*
8454          * Fill pagetable.  PG_M is not pre-set, we scan modified bits
8455          * in the pagetable to minimize flushing.  No need to
8456          * invalidate TLB, since we only update invalid entries.
8457          */
8458         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
8459         for (pa = spa, va = vmem_res; len > 0; pa += inc, va += inc,
8460             len -= inc) {
8461                 if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0 && len >= NBPDP &&
8462                     (pa & PDPMASK) == 0 && (va & PDPMASK) == 0) {
8463                         pdpe = pmap_large_map_pdpe(va);
8464                         MPASS(*pdpe == 0);
8465                         *pdpe = pa | pg_g | X86_PG_PS | X86_PG_RW |
8466                             X86_PG_V | X86_PG_A | pg_nx |
8467                             pmap_cache_bits(kernel_pmap, mattr, TRUE);
8468                         inc = NBPDP;
8469                 } else if (len >= NBPDR && (pa & PDRMASK) == 0 &&
8470                     (va & PDRMASK) == 0) {
8471                         pde = pmap_large_map_pde(va);
8472                         MPASS(*pde == 0);
8473                         *pde = pa | pg_g | X86_PG_PS | X86_PG_RW |
8474                             X86_PG_V | X86_PG_A | pg_nx |
8475                             pmap_cache_bits(kernel_pmap, mattr, TRUE);
8476                         PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pde))->
8477                             wire_count++;
8478                         inc = NBPDR;
8479                 } else {
8480                         pte = pmap_large_map_pte(va);
8481                         MPASS(*pte == 0);
8482                         *pte = pa | pg_g | X86_PG_RW | X86_PG_V |
8483                             X86_PG_A | pg_nx | pmap_cache_bits(kernel_pmap,
8484                             mattr, FALSE);
8485                         PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pte))->
8486                             wire_count++;
8487                         inc = PAGE_SIZE;
8488                 }
8489         }
8490         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
8491         MPASS(len == 0);
8492
8493         *addr = (void *)vmem_res;
8494         return (0);
8495 }
8496
8497 void
8498 pmap_large_unmap(void *svaa, vm_size_t len)
8499 {
8500         vm_offset_t sva, va;
8501         vm_size_t inc;
8502         pdp_entry_t *pdpe, pdp;
8503         pd_entry_t *pde, pd;
8504         pt_entry_t *pte;
8505         vm_page_t m;
8506         struct spglist spgf;
8507
8508         sva = (vm_offset_t)svaa;
8509         if (len == 0 || sva + len < sva || (sva >= DMAP_MIN_ADDRESS &&
8510             sva + len <= DMAP_MIN_ADDRESS + dmaplimit))
8511                 return;
8512
8513         SLIST_INIT(&spgf);
8514         KASSERT(LARGEMAP_MIN_ADDRESS <= sva && sva + len <=
8515             LARGEMAP_MAX_ADDRESS + NBPML4 * (u_long)lm_ents,
8516             ("not largemap range %#lx %#lx", (u_long)svaa, (u_long)svaa + len));
8517         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
8518         for (va = sva; va < sva + len; va += inc) {
8519                 pdpe = pmap_large_map_pdpe(va);
8520                 pdp = *pdpe;
8521                 KASSERT((pdp & X86_PG_V) != 0,
8522                     ("invalid pdp va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
8523                     (u_long)pdpe, pdp));
8524                 if ((pdp & X86_PG_PS) != 0) {
8525                         KASSERT((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0,
8526                             ("no 1G pages, va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
8527                             (u_long)pdpe, pdp));
8528                         KASSERT((va & PDPMASK) == 0,
8529                             ("PDPMASK bit set, va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
8530                             (u_long)pdpe, pdp));
8531                         KASSERT(va + NBPDP <= sva + len,
8532                             ("unmap covers partial 1GB page, sva %#lx va %#lx "
8533                             "pdpe %#lx pdp %#lx len %#lx", sva, va,
8534                             (u_long)pdpe, pdp, len));
8535                         *pdpe = 0;
8536                         inc = NBPDP;
8537                         continue;
8538                 }
8539                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
8540                 pd = *pde;
8541                 KASSERT((pd & X86_PG_V) != 0,
8542                     ("invalid pd va %#lx pde %#lx pd %#lx", va,
8543                     (u_long)pde, pd));
8544                 if ((pd & X86_PG_PS) != 0) {
8545                         KASSERT((va & PDRMASK) == 0,
8546                             ("PDRMASK bit set, va %#lx pde %#lx pd %#lx", va,
8547                             (u_long)pde, pd));
8548                         KASSERT(va + NBPDR <= sva + len,
8549                             ("unmap covers partial 2MB page, sva %#lx va %#lx "
8550                             "pde %#lx pd %#lx len %#lx", sva, va, (u_long)pde,
8551                             pd, len));
8552                         pde_store(pde, 0);
8553                         inc = NBPDR;
8554                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pde));
8555                         m->wire_count--;
8556                         if (m->wire_count == 0) {
8557                                 *pdpe = 0;
8558                                 SLIST_INSERT_HEAD(&spgf, m, plinks.s.ss);
8559                         }
8560                         continue;
8561                 }
8562                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
8563                 KASSERT((*pte & X86_PG_V) != 0,
8564                     ("invalid pte va %#lx pte %#lx pt %#lx", va,
8565                     (u_long)pte, *pte));
8566                 pte_clear(pte);
8567                 inc = PAGE_SIZE;
8568                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pte));
8569                 m->wire_count--;
8570                 if (m->wire_count == 0) {
8571                         *pde = 0;
8572                         SLIST_INSERT_HEAD(&spgf, m, plinks.s.ss);
8573                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pde));
8574                         m->wire_count--;
8575                         if (m->wire_count == 0) {
8576                                 *pdpe = 0;
8577                                 SLIST_INSERT_HEAD(&spgf, m, plinks.s.ss);
8578                         }
8579                 }
8580         }
8581         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, sva + len);
8582         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
8583         vm_page_free_pages_toq(&spgf, false);
8584         vmem_free(large_vmem, sva, len);
8585 }
8586
8587 static void
8588 pmap_large_map_wb_fence_mfence(void)
8589 {
8590
8591         mfence();
8592 }
8593
8594 static void
8595 pmap_large_map_wb_fence_sfence(void)
8596 {
8597
8598         sfence();
8599 }
8600
8601 static void
8602 pmap_large_map_wb_fence_nop(void)
8603 {
8604 }
8605
8606 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_large_map_wb_fence, (void), static)
8607 {
8608
8609         if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
8610                 return (pmap_large_map_wb_fence_mfence);
8611         else if ((cpu_stdext_feature & (CPUID_STDEXT_CLWB |
8612             CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT)) == 0)
8613                 return (pmap_large_map_wb_fence_sfence);
8614         else
8615                 /* clflush is strongly enough ordered */
8616                 return (pmap_large_map_wb_fence_nop);
8617 }
8618
8619 static void
8620 pmap_large_map_flush_range_clwb(vm_offset_t va, vm_size_t len)
8621 {
8622
8623         for (; len > 0; len -= cpu_clflush_line_size,
8624             va += cpu_clflush_line_size)
8625                 clwb(va);
8626 }
8627
8628 static void
8629 pmap_large_map_flush_range_clflushopt(vm_offset_t va, vm_size_t len)
8630 {
8631
8632         for (; len > 0; len -= cpu_clflush_line_size,
8633             va += cpu_clflush_line_size)
8634                 clflushopt(va);
8635 }
8636
8637 static void
8638 pmap_large_map_flush_range_clflush(vm_offset_t va, vm_size_t len)
8639 {
8640
8641         for (; len > 0; len -= cpu_clflush_line_size,
8642             va += cpu_clflush_line_size)
8643                 clflush(va);
8644 }
8645
8646 static void
8647 pmap_large_map_flush_range_nop(vm_offset_t sva __unused, vm_size_t len __unused)
8648 {
8649 }
8650
8651 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_large_map_flush_range, (vm_offset_t, vm_size_t),
8652     static)
8653 {
8654
8655         if ((cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLWB) != 0)
8656                 return (pmap_large_map_flush_range_clwb);
8657         else if ((cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT) != 0)
8658                 return (pmap_large_map_flush_range_clflushopt);
8659         else if ((cpu_feature & CPUID_CLFSH) != 0)
8660                 return (pmap_large_map_flush_range_clflush);
8661         else
8662                 return (pmap_large_map_flush_range_nop);
8663 }
8664
8665 static void
8666 pmap_large_map_wb_large(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
8667 {
8668         volatile u_long *pe;
8669         u_long p;
8670         vm_offset_t va;
8671         vm_size_t inc;
8672         bool seen_other;
8673
8674         for (va = sva; va < eva; va += inc) {
8675                 inc = 0;
8676                 if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0) {
8677                         pe = (volatile u_long *)pmap_large_map_pdpe(va);
8678                         p = *pe;
8679                         if ((p & X86_PG_PS) != 0)
8680                                 inc = NBPDP;
8681                 }
8682                 if (inc == 0) {
8683                         pe = (volatile u_long *)pmap_large_map_pde(va);
8684                         p = *pe;
8685                         if ((p & X86_PG_PS) != 0)
8686                                 inc = NBPDR;
8687                 }
8688                 if (inc == 0) {
8689                         pe = (volatile u_long *)pmap_large_map_pte(va);
8690                         p = *pe;
8691                         inc = PAGE_SIZE;
8692                 }
8693                 seen_other = false;
8694                 for (;;) {
8695                         if ((p & X86_PG_AVAIL1) != 0) {
8696                                 /*
8697                                  * Spin-wait for the end of a parallel
8698                                  * write-back.
8699                                  */
8700                                 cpu_spinwait();
8701                                 p = *pe;
8702
8703                                 /*
8704                                  * If we saw other write-back
8705                                  * occuring, we cannot rely on PG_M to
8706                                  * indicate state of the cache.  The
8707                                  * PG_M bit is cleared before the
8708                                  * flush to avoid ignoring new writes,
8709                                  * and writes which are relevant for
8710                                  * us might happen after.
8711                                  */
8712                                 seen_other = true;
8713                                 continue;
8714                         }
8715
8716                         if ((p & X86_PG_M) != 0 || seen_other) {
8717                                 if (!atomic_fcmpset_long(pe, &p,
8718                                     (p & ~X86_PG_M) | X86_PG_AVAIL1))
8719                                         /*
8720                                          * If we saw PG_M without
8721                                          * PG_AVAIL1, and then on the
8722                                          * next attempt we do not
8723                                          * observe either PG_M or
8724                                          * PG_AVAIL1, the other
8725                                          * write-back started after us
8726                                          * and finished before us.  We
8727                                          * can rely on it doing our
8728                                          * work.
8729                                          */
8730                                         continue;
8731                                 pmap_large_map_flush_range(va, inc);
8732                                 atomic_clear_long(pe, X86_PG_AVAIL1);
8733                         }
8734                         break;
8735                 }
8736                 maybe_yield();
8737         }
8738 }
8739
8740 /*
8741  * Write-back cache lines for the given address range.
8742  *
8743  * Must be called only on the range or sub-range returned from
8744  * pmap_large_map().  Must not be called on the coalesced ranges.
8745  *
8746  * Does nothing on CPUs without CLWB, CLFLUSHOPT, or CLFLUSH
8747  * instructions support.
8748  */
8749 void
8750 pmap_large_map_wb(void *svap, vm_size_t len)
8751 {
8752         vm_offset_t eva, sva;
8753
8754         sva = (vm_offset_t)svap;
8755         eva = sva + len;
8756         pmap_large_map_wb_fence();
8757         if (sva >= DMAP_MIN_ADDRESS && eva <= DMAP_MIN_ADDRESS + dmaplimit) {
8758                 pmap_large_map_flush_range(sva, len);
8759         } else {
8760                 KASSERT(sva >= LARGEMAP_MIN_ADDRESS &&
8761                     eva <= LARGEMAP_MIN_ADDRESS + lm_ents * NBPML4,
8762                     ("pmap_large_map_wb: not largemap %#lx %#lx", sva, len));
8763                 pmap_large_map_wb_large(sva, eva);
8764         }
8765         pmap_large_map_wb_fence();
8766 }
8767
8768 static vm_page_t
8769 pmap_pti_alloc_page(void)
8770 {
8771         vm_page_t m;
8772
8773         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
8774         m = vm_page_grab(pti_obj, pti_pg_idx++, VM_ALLOC_NOBUSY |
8775             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
8776         return (m);
8777 }
8778
8779 static bool
8780 pmap_pti_free_page(vm_page_t m)
8781 {
8782
8783         KASSERT(m->wire_count > 0, ("page %p not wired", m));
8784         if (!vm_page_unwire_noq(m))
8785                 return (false);
8786         vm_page_free_zero(m);
8787         return (true);
8788 }
8789
8790 static void
8791 pmap_pti_init(void)
8792 {
8793         vm_page_t pml4_pg;
8794         pdp_entry_t *pdpe;
8795         vm_offset_t va;
8796         int i;
8797
8798         if (!pti)
8799                 return;
8800         pti_obj = vm_pager_allocate(OBJT_PHYS, NULL, 0, VM_PROT_ALL, 0, NULL);
8801         VM_OBJECT_WLOCK(pti_obj);
8802         pml4_pg = pmap_pti_alloc_page();
8803         pti_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml4_pg));
8804         for (va = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS; va <= VM_MAX_KERNEL_ADDRESS &&
8805             va >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS && va > NBPML4; va += NBPML4) {
8806                 pdpe = pmap_pti_pdpe(va);
8807                 pmap_pti_wire_pte(pdpe);
8808         }
8809         pmap_pti_add_kva_locked((vm_offset_t)&__pcpu[0],
8810             (vm_offset_t)&__pcpu[0] + sizeof(__pcpu[0]) * MAXCPU, false);
8811         pmap_pti_add_kva_locked((vm_offset_t)gdt, (vm_offset_t)gdt +
8812             sizeof(struct user_segment_descriptor) * NGDT * MAXCPU, false);
8813         pmap_pti_add_kva_locked((vm_offset_t)idt, (vm_offset_t)idt +
8814             sizeof(struct gate_descriptor) * NIDT, false);
8815         pmap_pti_add_kva_locked((vm_offset_t)common_tss,
8816             (vm_offset_t)common_tss + sizeof(struct amd64tss) * MAXCPU, false);
8817         CPU_FOREACH(i) {
8818                 /* Doublefault stack IST 1 */
8819                 va = common_tss[i].tss_ist1;
8820                 pmap_pti_add_kva_locked(va - PAGE_SIZE, va, false);
8821                 /* NMI stack IST 2 */
8822                 va = common_tss[i].tss_ist2 + sizeof(struct nmi_pcpu);
8823                 pmap_pti_add_kva_locked(va - PAGE_SIZE, va, false);
8824                 /* MC# stack IST 3 */
8825                 va = common_tss[i].tss_ist3 + sizeof(struct nmi_pcpu);
8826                 pmap_pti_add_kva_locked(va - PAGE_SIZE, va, false);
8827                 /* DB# stack IST 4 */
8828                 va = common_tss[i].tss_ist4 + sizeof(struct nmi_pcpu);
8829                 pmap_pti_add_kva_locked(va - PAGE_SIZE, va, false);
8830         }
8831         pmap_pti_add_kva_locked((vm_offset_t)kernphys + KERNBASE,
8832             (vm_offset_t)etext, true);
8833         pti_finalized = true;
8834         VM_OBJECT_WUNLOCK(pti_obj);
8835 }
8836 SYSINIT(pmap_pti, SI_SUB_CPU + 1, SI_ORDER_ANY, pmap_pti_init, NULL);
8837
8838 static pdp_entry_t *
8839 pmap_pti_pdpe(vm_offset_t va)
8840 {
8841         pml4_entry_t *pml4e;
8842         pdp_entry_t *pdpe;
8843         vm_page_t m;
8844         vm_pindex_t pml4_idx;
8845         vm_paddr_t mphys;
8846
8847         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
8848
8849         pml4_idx = pmap_pml4e_index(va);
8850         pml4e = &pti_pml4[pml4_idx];
8851         m = NULL;
8852         if (*pml4e == 0) {
8853                 if (pti_finalized)
8854                         panic("pml4 alloc after finalization\n");
8855                 m = pmap_pti_alloc_page();
8856                 if (*pml4e != 0) {
8857                         pmap_pti_free_page(m);
8858                         mphys = *pml4e & ~PAGE_MASK;
8859                 } else {
8860                         mphys = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
8861                         *pml4e = mphys | X86_PG_RW | X86_PG_V;
8862                 }
8863         } else {
8864                 mphys = *pml4e & ~PAGE_MASK;
8865         }
8866         pdpe = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys) + pmap_pdpe_index(va);
8867         return (pdpe);
8868 }
8869
8870 static void
8871 pmap_pti_wire_pte(void *pte)
8872 {
8873         vm_page_t m;
8874
8875         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
8876         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pte));
8877         m->wire_count++;
8878 }
8879
8880 static void
8881 pmap_pti_unwire_pde(void *pde, bool only_ref)
8882 {
8883         vm_page_t m;
8884
8885         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
8886         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pde));
8887         MPASS(m->wire_count > 0);
8888         MPASS(only_ref || m->wire_count > 1);
8889         pmap_pti_free_page(m);
8890 }
8891
8892 static void
8893 pmap_pti_unwire_pte(void *pte, vm_offset_t va)
8894 {
8895         vm_page_t m;
8896         pd_entry_t *pde;
8897
8898         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
8899         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pte));
8900         MPASS(m->wire_count > 0);
8901         if (pmap_pti_free_page(m)) {
8902                 pde = pmap_pti_pde(va);
8903                 MPASS((*pde & (X86_PG_PS | X86_PG_V)) == X86_PG_V);
8904                 *pde = 0;
8905                 pmap_pti_unwire_pde(pde, false);
8906         }
8907 }
8908
8909 static pd_entry_t *
8910 pmap_pti_pde(vm_offset_t va)
8911 {
8912         pdp_entry_t *pdpe;
8913         pd_entry_t *pde;
8914         vm_page_t m;
8915         vm_pindex_t pd_idx;
8916         vm_paddr_t mphys;
8917
8918         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
8919
8920         pdpe = pmap_pti_pdpe(va);
8921         if (*pdpe == 0) {
8922                 m = pmap_pti_alloc_page();
8923                 if (*pdpe != 0) {
8924                         pmap_pti_free_page(m);
8925                         MPASS((*pdpe & X86_PG_PS) == 0);
8926                         mphys = *pdpe & ~PAGE_MASK;
8927                 } else {
8928                         mphys =  VM_PAGE_TO_PHYS(m);
8929                         *pdpe = mphys | X86_PG_RW | X86_PG_V;
8930                 }
8931         } else {
8932                 MPASS((*pdpe & X86_PG_PS) == 0);
8933                 mphys = *pdpe & ~PAGE_MASK;
8934         }
8935
8936         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys);
8937         pd_idx = pmap_pde_index(va);
8938         pde += pd_idx;
8939         return (pde);
8940 }
8941
8942 static pt_entry_t *
8943 pmap_pti_pte(vm_offset_t va, bool *unwire_pde)
8944 {
8945         pd_entry_t *pde;
8946         pt_entry_t *pte;
8947         vm_page_t m;
8948         vm_paddr_t mphys;
8949
8950         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
8951
8952         pde = pmap_pti_pde(va);
8953         if (unwire_pde != NULL) {
8954                 *unwire_pde = true;
8955                 pmap_pti_wire_pte(pde);
8956         }
8957         if (*pde == 0) {
8958                 m = pmap_pti_alloc_page();
8959                 if (*pde != 0) {
8960                         pmap_pti_free_page(m);
8961                         MPASS((*pde & X86_PG_PS) == 0);
8962                         mphys = *pde & ~(PAGE_MASK | pg_nx);
8963                 } else {
8964                         mphys = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
8965                         *pde = mphys | X86_PG_RW | X86_PG_V;
8966                         if (unwire_pde != NULL)
8967                                 *unwire_pde = false;
8968                 }
8969         } else {
8970                 MPASS((*pde & X86_PG_PS) == 0);
8971                 mphys = *pde & ~(PAGE_MASK | pg_nx);
8972         }
8973
8974         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys);
8975         pte += pmap_pte_index(va);
8976
8977         return (pte);
8978 }
8979
8980 static void
8981 pmap_pti_add_kva_locked(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, bool exec)
8982 {
8983         vm_paddr_t pa;
8984         pd_entry_t *pde;
8985         pt_entry_t *pte, ptev;
8986         bool unwire_pde;
8987
8988         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
8989
8990         sva = trunc_page(sva);
8991         MPASS(sva > VM_MAXUSER_ADDRESS);
8992         eva = round_page(eva);
8993         MPASS(sva < eva);
8994         for (; sva < eva; sva += PAGE_SIZE) {
8995                 pte = pmap_pti_pte(sva, &unwire_pde);
8996                 pa = pmap_kextract(sva);
8997                 ptev = pa | X86_PG_RW | X86_PG_V | X86_PG_A | X86_PG_G |
8998                     (exec ? 0 : pg_nx) | pmap_cache_bits(kernel_pmap,
8999                     VM_MEMATTR_DEFAULT, FALSE);
9000                 if (*pte == 0) {
9001                         pte_store(pte, ptev);
9002                         pmap_pti_wire_pte(pte);
9003                 } else {
9004                         KASSERT(!pti_finalized,
9005                             ("pti overlap after fin %#lx %#lx %#lx",
9006                             sva, *pte, ptev));
9007                         KASSERT(*pte == ptev,
9008                             ("pti non-identical pte after fin %#lx %#lx %#lx",
9009                             sva, *pte, ptev));
9010                 }
9011                 if (unwire_pde) {
9012                         pde = pmap_pti_pde(sva);
9013                         pmap_pti_unwire_pde(pde, true);
9014                 }
9015         }
9016 }
9017
9018 void
9019 pmap_pti_add_kva(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, bool exec)
9020 {
9021
9022         if (!pti)
9023                 return;
9024         VM_OBJECT_WLOCK(pti_obj);
9025         pmap_pti_add_kva_locked(sva, eva, exec);
9026         VM_OBJECT_WUNLOCK(pti_obj);
9027 }
9028
9029 void
9030 pmap_pti_remove_kva(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
9031 {
9032         pt_entry_t *pte;
9033         vm_offset_t va;
9034
9035         if (!pti)
9036                 return;
9037         sva = rounddown2(sva, PAGE_SIZE);
9038         MPASS(sva > VM_MAXUSER_ADDRESS);
9039         eva = roundup2(eva, PAGE_SIZE);
9040         MPASS(sva < eva);
9041         VM_OBJECT_WLOCK(pti_obj);
9042         for (va = sva; va < eva; va += PAGE_SIZE) {
9043                 pte = pmap_pti_pte(va, NULL);
9044                 KASSERT((*pte & X86_PG_V) != 0,
9045                     ("invalid pte va %#lx pte %#lx pt %#lx", va,
9046                     (u_long)pte, *pte));
9047                 pte_clear(pte);
9048                 pmap_pti_unwire_pte(pte, va);
9049         }
9050         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, eva);
9051         VM_OBJECT_WUNLOCK(pti_obj);
9052 }
9053
9054 static void *
9055 pkru_dup_range(void *ctx __unused, void *data)
9056 {
9057         struct pmap_pkru_range *node, *new_node;
9058
9059         new_node = uma_zalloc(pmap_pkru_ranges_zone, M_NOWAIT);
9060         if (new_node == NULL)
9061                 return (NULL);
9062         node = data;
9063         memcpy(new_node, node, sizeof(*node));
9064         return (new_node);
9065 }
9066
9067 static void
9068 pkru_free_range(void *ctx __unused, void *node)
9069 {
9070
9071         uma_zfree(pmap_pkru_ranges_zone, node);
9072 }
9073
9074 static int
9075 pmap_pkru_assign(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, u_int keyidx,
9076     int flags)
9077 {
9078         struct pmap_pkru_range *ppr;
9079         int error;
9080
9081         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
9082         MPASS(pmap->pm_type == PT_X86);
9083         MPASS((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0);
9084         if ((flags & AMD64_PKRU_EXCL) != 0 &&
9085             !rangeset_check_empty(&pmap->pm_pkru, sva, eva))
9086                 return (EBUSY);
9087         ppr = uma_zalloc(pmap_pkru_ranges_zone, M_NOWAIT);
9088         if (ppr == NULL)
9089                 return (ENOMEM);
9090         ppr->pkru_keyidx = keyidx;
9091         ppr->pkru_flags = flags & AMD64_PKRU_PERSIST;
9092         error = rangeset_insert(&pmap->pm_pkru, sva, eva, ppr);
9093         if (error != 0)
9094                 uma_zfree(pmap_pkru_ranges_zone, ppr);
9095         return (error);
9096 }
9097
9098 static int
9099 pmap_pkru_deassign(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
9100 {
9101
9102         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
9103         MPASS(pmap->pm_type == PT_X86);
9104         MPASS((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0);
9105         return (rangeset_remove(&pmap->pm_pkru, sva, eva));
9106 }
9107
9108 static void
9109 pmap_pkru_deassign_all(pmap_t pmap)
9110 {
9111
9112         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
9113         if (pmap->pm_type == PT_X86 &&
9114             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0)
9115                 rangeset_remove_all(&pmap->pm_pkru);
9116 }
9117
9118 static bool
9119 pmap_pkru_same(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
9120 {
9121         struct pmap_pkru_range *ppr, *prev_ppr;
9122         vm_offset_t va;
9123
9124         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
9125         if (pmap->pm_type != PT_X86 ||
9126             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) == 0 ||
9127             sva >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
9128                 return (true);
9129         MPASS(eva <= VM_MAXUSER_ADDRESS);
9130         for (va = sva, prev_ppr = NULL; va < eva;) {
9131                 ppr = rangeset_lookup(&pmap->pm_pkru, va);
9132                 if ((ppr == NULL) ^ (prev_ppr == NULL))
9133                         return (false);
9134                 if (ppr == NULL) {
9135                         va += PAGE_SIZE;
9136                         continue;
9137                 }
9138                 if (prev_ppr->pkru_keyidx != ppr->pkru_keyidx)
9139                         return (false);
9140                 va = ppr->pkru_rs_el.re_end;
9141         }
9142         return (true);
9143 }
9144
9145 static pt_entry_t
9146 pmap_pkru_get(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
9147 {
9148         struct pmap_pkru_range *ppr;
9149
9150         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
9151         if (pmap->pm_type != PT_X86 ||
9152             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) == 0 ||
9153             va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
9154                 return (0);
9155         ppr = rangeset_lookup(&pmap->pm_pkru, va);
9156         if (ppr != NULL)
9157                 return (X86_PG_PKU(ppr->pkru_keyidx));
9158         return (0);
9159 }
9160
9161 static bool
9162 pred_pkru_on_remove(void *ctx __unused, void *r)
9163 {
9164         struct pmap_pkru_range *ppr;
9165
9166         ppr = r;
9167         return ((ppr->pkru_flags & AMD64_PKRU_PERSIST) == 0);
9168 }
9169
9170 static void
9171 pmap_pkru_on_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
9172 {
9173
9174         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
9175         if (pmap->pm_type == PT_X86 &&
9176             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0) {
9177                 rangeset_remove_pred(&pmap->pm_pkru, sva, eva,
9178                     pred_pkru_on_remove);
9179         }
9180 }
9181
9182 static int
9183 pmap_pkru_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap)
9184 {
9185
9186         PMAP_LOCK_ASSERT(dst_pmap, MA_OWNED);
9187         PMAP_LOCK_ASSERT(src_pmap, MA_OWNED);
9188         MPASS(dst_pmap->pm_type == PT_X86);
9189         MPASS(src_pmap->pm_type == PT_X86);
9190         MPASS((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0);
9191         if (src_pmap->pm_pkru.rs_data_ctx == NULL)
9192                 return (0);
9193         return (rangeset_copy(&dst_pmap->pm_pkru, &src_pmap->pm_pkru));
9194 }
9195
9196 static void
9197 pmap_pkru_update_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
9198     u_int keyidx)
9199 {
9200         pml4_entry_t *pml4e;
9201         pdp_entry_t *pdpe;
9202         pd_entry_t newpde, ptpaddr, *pde;
9203         pt_entry_t newpte, *ptep, pte;
9204         vm_offset_t va, va_next;
9205         bool changed;
9206
9207         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
9208         MPASS(pmap->pm_type == PT_X86);
9209         MPASS(keyidx <= PMAP_MAX_PKRU_IDX);
9210
9211         for (changed = false, va = sva; va < eva; va = va_next) {
9212                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, va);
9213                 if ((*pml4e & X86_PG_V) == 0) {
9214                         va_next = (va + NBPML4) & ~PML4MASK;
9215                         if (va_next < va)
9216                                 va_next = eva;
9217                         continue;
9218                 }
9219
9220                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, va);
9221                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0) {
9222                         va_next = (va + NBPDP) & ~PDPMASK;
9223                         if (va_next < va)
9224                                 va_next = eva;
9225                         continue;
9226                 }
9227
9228                 va_next = (va + NBPDR) & ~PDRMASK;
9229                 if (va_next < va)
9230                         va_next = eva;
9231
9232                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
9233                 ptpaddr = *pde;
9234                 if (ptpaddr == 0)
9235                         continue;
9236
9237                 MPASS((ptpaddr & X86_PG_V) != 0);
9238                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
9239                         if (va + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
9240                                 newpde = (ptpaddr & ~X86_PG_PKU_MASK) |
9241                                     X86_PG_PKU(keyidx);
9242                                 if (newpde != ptpaddr) {
9243                                         *pde = newpde;
9244                                         changed = true;
9245                                 }
9246                                 continue;
9247                         } else if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, va)) {
9248                                 continue;
9249                         }
9250                 }
9251
9252                 if (va_next > eva)
9253                         va_next = eva;
9254
9255                 for (ptep = pmap_pde_to_pte(pde, va); va != va_next;
9256                     ptep++, va += PAGE_SIZE) {
9257                         pte = *ptep;
9258                         if ((pte & X86_PG_V) == 0)
9259                                 continue;
9260                         newpte = (pte & ~X86_PG_PKU_MASK) | X86_PG_PKU(keyidx);
9261                         if (newpte != pte) {
9262                                 *ptep = newpte;
9263                                 changed = true;
9264                         }
9265                 }
9266         }
9267         if (changed)
9268                 pmap_invalidate_range(pmap, sva, eva);
9269 }
9270
9271 static int
9272 pmap_pkru_check_uargs(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
9273     u_int keyidx, int flags)
9274 {
9275
9276         if (pmap->pm_type != PT_X86 || keyidx > PMAP_MAX_PKRU_IDX ||
9277             (flags & ~(AMD64_PKRU_PERSIST | AMD64_PKRU_EXCL)) != 0)
9278                 return (EINVAL);
9279         if (eva <= sva || eva > VM_MAXUSER_ADDRESS)
9280                 return (EFAULT);
9281         if ((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) == 0)
9282                 return (ENOTSUP);
9283         return (0);
9284 }
9285
9286 int
9287 pmap_pkru_set(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, u_int keyidx,
9288     int flags)
9289 {
9290         int error;
9291
9292         sva = trunc_page(sva);
9293         eva = round_page(eva);
9294         error = pmap_pkru_check_uargs(pmap, sva, eva, keyidx, flags);
9295         if (error != 0)
9296                 return (error);
9297         for (;;) {
9298                 PMAP_LOCK(pmap);
9299                 error = pmap_pkru_assign(pmap, sva, eva, keyidx, flags);
9300                 if (error == 0)
9301                         pmap_pkru_update_range(pmap, sva, eva, keyidx);
9302                 PMAP_UNLOCK(pmap);
9303                 if (error != ENOMEM)
9304                         break;
9305                 vm_wait(NULL);
9306         }
9307         return (error);
9308 }
9309
9310 int
9311 pmap_pkru_clear(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
9312 {
9313         int error;
9314
9315         sva = trunc_page(sva);
9316         eva = round_page(eva);
9317         error = pmap_pkru_check_uargs(pmap, sva, eva, 0, 0);
9318         if (error != 0)
9319                 return (error);
9320         for (;;) {
9321                 PMAP_LOCK(pmap);
9322                 error = pmap_pkru_deassign(pmap, sva, eva);
9323                 if (error == 0)
9324                         pmap_pkru_update_range(pmap, sva, eva, 0);
9325                 PMAP_UNLOCK(pmap);
9326                 if (error != ENOMEM)
9327                         break;
9328                 vm_wait(NULL);
9329         }
9330         return (error);
9331 }
9332
9333 #include "opt_ddb.h"
9334 #ifdef DDB
9335 #include <sys/kdb.h>
9336 #include <ddb/ddb.h>
9337
9338 DB_SHOW_COMMAND(pte, pmap_print_pte)
9339 {
9340         pmap_t pmap;
9341         pml4_entry_t *pml4;
9342         pdp_entry_t *pdp;
9343         pd_entry_t *pde;
9344         pt_entry_t *pte, PG_V;
9345         vm_offset_t va;
9346
9347         if (!have_addr) {
9348                 db_printf("show pte addr\n");
9349                 return;
9350         }
9351         va = (vm_offset_t)addr;
9352
9353         if (kdb_thread != NULL)
9354                 pmap = vmspace_pmap(kdb_thread->td_proc->p_vmspace);
9355         else
9356                 pmap = PCPU_GET(curpmap);
9357
9358         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
9359         pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
9360         db_printf("VA %#016lx pml4e %#016lx", va, *pml4);
9361         if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
9362                 db_printf("\n");
9363                 return;
9364         }
9365         pdp = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4, va);
9366         db_printf(" pdpe %#016lx", *pdp);
9367         if ((*pdp & PG_V) == 0 || (*pdp & PG_PS) != 0) {
9368                 db_printf("\n");
9369                 return;
9370         }
9371         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdp, va);
9372         db_printf(" pde %#016lx", *pde);
9373         if ((*pde & PG_V) == 0 || (*pde & PG_PS) != 0) {
9374                 db_printf("\n");
9375                 return;
9376         }
9377         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
9378         db_printf(" pte %#016lx\n", *pte);
9379 }
9380
9381 DB_SHOW_COMMAND(phys2dmap, pmap_phys2dmap)
9382 {
9383         vm_paddr_t a;
9384
9385         if (have_addr) {
9386                 a = (vm_paddr_t)addr;
9387                 db_printf("0x%jx\n", (uintmax_t)PHYS_TO_DMAP(a));
9388         } else {
9389                 db_printf("show phys2dmap addr\n");
9390         }
9391 }
9392 #endif