]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/amd64/amd64/pmap.c
sys: use our roundup2/rounddown2() macros when param.h is available.
[FreeBSD/FreeBSD.git] / sys / amd64 / amd64 / pmap.c
1 /*-
2  * Copyright (c) 1991 Regents of the University of California.
3  * All rights reserved.
4  * Copyright (c) 1994 John S. Dyson
5  * All rights reserved.
6  * Copyright (c) 1994 David Greenman
7  * All rights reserved.
8  * Copyright (c) 2003 Peter Wemm
9  * All rights reserved.
10  * Copyright (c) 2005-2010 Alan L. Cox <alc@cs.rice.edu>
11  * All rights reserved.
12  *
13  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
14  * the Systems Programming Group of the University of Utah Computer
15  * Science Department and William Jolitz of UUNET Technologies Inc.
16  *
17  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
18  * modification, are permitted provided that the following conditions
19  * are met:
20  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
21  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
22  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
23  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
24  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
25  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
26  *    must display the following acknowledgement:
27  *      This product includes software developed by the University of
28  *      California, Berkeley and its contributors.
29  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
30  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
31  *    without specific prior written permission.
32  *
33  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
34  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
35  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
36  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
37  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
38  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
39  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
40  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
41  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
42  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
43  * SUCH DAMAGE.
44  *
45  *      from:   @(#)pmap.c      7.7 (Berkeley)  5/12/91
46  */
47 /*-
48  * Copyright (c) 2003 Networks Associates Technology, Inc.
49  * All rights reserved.
50  *
51  * This software was developed for the FreeBSD Project by Jake Burkholder,
52  * Safeport Network Services, and Network Associates Laboratories, the
53  * Security Research Division of Network Associates, Inc. under
54  * DARPA/SPAWAR contract N66001-01-C-8035 ("CBOSS"), as part of the DARPA
55  * CHATS research program.
56  *
57  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
58  * modification, are permitted provided that the following conditions
59  * are met:
60  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
61  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
62  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
63  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
64  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
65  *
66  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
67  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
68  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
69  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
70  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
71  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
72  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
73  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
74  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
75  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
76  * SUCH DAMAGE.
77  */
78
79 #define AMD64_NPT_AWARE
80
81 #include <sys/cdefs.h>
82 __FBSDID("$FreeBSD$");
83
84 /*
85  *      Manages physical address maps.
86  *
87  *      Since the information managed by this module is
88  *      also stored by the logical address mapping module,
89  *      this module may throw away valid virtual-to-physical
90  *      mappings at almost any time.  However, invalidations
91  *      of virtual-to-physical mappings must be done as
92  *      requested.
93  *
94  *      In order to cope with hardware architectures which
95  *      make virtual-to-physical map invalidates expensive,
96  *      this module may delay invalidate or reduced protection
97  *      operations until such time as they are actually
98  *      necessary.  This module is given full information as
99  *      to which processors are currently using which maps,
100  *      and to when physical maps must be made correct.
101  */
102
103 #include "opt_pmap.h"
104 #include "opt_vm.h"
105
106 #include <sys/param.h>
107 #include <sys/bus.h>
108 #include <sys/systm.h>
109 #include <sys/kernel.h>
110 #include <sys/ktr.h>
111 #include <sys/lock.h>
112 #include <sys/malloc.h>
113 #include <sys/mman.h>
114 #include <sys/mutex.h>
115 #include <sys/proc.h>
116 #include <sys/rwlock.h>
117 #include <sys/sx.h>
118 #include <sys/vmem.h>
119 #include <sys/vmmeter.h>
120 #include <sys/sched.h>
121 #include <sys/sysctl.h>
122 #include <sys/_unrhdr.h>
123 #include <sys/smp.h>
124
125 #include <vm/vm.h>
126 #include <vm/vm_param.h>
127 #include <vm/vm_kern.h>
128 #include <vm/vm_page.h>
129 #include <vm/vm_map.h>
130 #include <vm/vm_object.h>
131 #include <vm/vm_extern.h>
132 #include <vm/vm_pageout.h>
133 #include <vm/vm_pager.h>
134 #include <vm/vm_phys.h>
135 #include <vm/vm_radix.h>
136 #include <vm/vm_reserv.h>
137 #include <vm/uma.h>
138
139 #include <machine/intr_machdep.h>
140 #include <x86/apicvar.h>
141 #include <machine/cpu.h>
142 #include <machine/cputypes.h>
143 #include <machine/md_var.h>
144 #include <machine/pcb.h>
145 #include <machine/specialreg.h>
146 #ifdef SMP
147 #include <machine/smp.h>
148 #endif
149
150 static __inline boolean_t
151 pmap_type_guest(pmap_t pmap)
152 {
153
154         return ((pmap->pm_type == PT_EPT) || (pmap->pm_type == PT_RVI));
155 }
156
157 static __inline boolean_t
158 pmap_emulate_ad_bits(pmap_t pmap)
159 {
160
161         return ((pmap->pm_flags & PMAP_EMULATE_AD_BITS) != 0);
162 }
163
164 static __inline pt_entry_t
165 pmap_valid_bit(pmap_t pmap)
166 {
167         pt_entry_t mask;
168
169         switch (pmap->pm_type) {
170         case PT_X86:
171         case PT_RVI:
172                 mask = X86_PG_V;
173                 break;
174         case PT_EPT:
175                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
176                         mask = EPT_PG_EMUL_V;
177                 else
178                         mask = EPT_PG_READ;
179                 break;
180         default:
181                 panic("pmap_valid_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
182         }
183
184         return (mask);
185 }
186
187 static __inline pt_entry_t
188 pmap_rw_bit(pmap_t pmap)
189 {
190         pt_entry_t mask;
191
192         switch (pmap->pm_type) {
193         case PT_X86:
194         case PT_RVI:
195                 mask = X86_PG_RW;
196                 break;
197         case PT_EPT:
198                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
199                         mask = EPT_PG_EMUL_RW;
200                 else
201                         mask = EPT_PG_WRITE;
202                 break;
203         default:
204                 panic("pmap_rw_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
205         }
206
207         return (mask);
208 }
209
210 static __inline pt_entry_t
211 pmap_global_bit(pmap_t pmap)
212 {
213         pt_entry_t mask;
214
215         switch (pmap->pm_type) {
216         case PT_X86:
217                 mask = X86_PG_G;
218                 break;
219         case PT_RVI:
220         case PT_EPT:
221                 mask = 0;
222                 break;
223         default:
224                 panic("pmap_global_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
225         }
226
227         return (mask);
228 }
229
230 static __inline pt_entry_t
231 pmap_accessed_bit(pmap_t pmap)
232 {
233         pt_entry_t mask;
234
235         switch (pmap->pm_type) {
236         case PT_X86:
237         case PT_RVI:
238                 mask = X86_PG_A;
239                 break;
240         case PT_EPT:
241                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
242                         mask = EPT_PG_READ;
243                 else
244                         mask = EPT_PG_A;
245                 break;
246         default:
247                 panic("pmap_accessed_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
248         }
249
250         return (mask);
251 }
252
253 static __inline pt_entry_t
254 pmap_modified_bit(pmap_t pmap)
255 {
256         pt_entry_t mask;
257
258         switch (pmap->pm_type) {
259         case PT_X86:
260         case PT_RVI:
261                 mask = X86_PG_M;
262                 break;
263         case PT_EPT:
264                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
265                         mask = EPT_PG_WRITE;
266                 else
267                         mask = EPT_PG_M;
268                 break;
269         default:
270                 panic("pmap_modified_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
271         }
272
273         return (mask);
274 }
275
276 extern  struct pcpu __pcpu[];
277
278 #if !defined(DIAGNOSTIC)
279 #ifdef __GNUC_GNU_INLINE__
280 #define PMAP_INLINE     __attribute__((__gnu_inline__)) inline
281 #else
282 #define PMAP_INLINE     extern inline
283 #endif
284 #else
285 #define PMAP_INLINE
286 #endif
287
288 #ifdef PV_STATS
289 #define PV_STAT(x)      do { x ; } while (0)
290 #else
291 #define PV_STAT(x)      do { } while (0)
292 #endif
293
294 #define pa_index(pa)    ((pa) >> PDRSHIFT)
295 #define pa_to_pvh(pa)   (&pv_table[pa_index(pa)])
296
297 #define NPV_LIST_LOCKS  MAXCPU
298
299 #define PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa)        \
300                         (&pv_list_locks[pa_index(pa) % NPV_LIST_LOCKS])
301
302 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa)  do {    \
303         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
304         struct rwlock *_new_lock;                       \
305                                                         \
306         _new_lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);           \
307         if (_new_lock != *_lockp) {                     \
308                 if (*_lockp != NULL)                    \
309                         rw_wunlock(*_lockp);            \
310                 *_lockp = _new_lock;                    \
311                 rw_wlock(*_lockp);                      \
312         }                                               \
313 } while (0)
314
315 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m)        \
316                         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, VM_PAGE_TO_PHYS(m))
317
318 #define RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp)             do {    \
319         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
320                                                         \
321         if (*_lockp != NULL) {                          \
322                 rw_wunlock(*_lockp);                    \
323                 *_lockp = NULL;                         \
324         }                                               \
325 } while (0)
326
327 #define VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m)      \
328                         PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(VM_PAGE_TO_PHYS(m))
329
330 struct pmap kernel_pmap_store;
331
332 vm_offset_t virtual_avail;      /* VA of first avail page (after kernel bss) */
333 vm_offset_t virtual_end;        /* VA of last avail page (end of kernel AS) */
334
335 int nkpt;
336 SYSCTL_INT(_machdep, OID_AUTO, nkpt, CTLFLAG_RD, &nkpt, 0,
337     "Number of kernel page table pages allocated on bootup");
338
339 static int ndmpdp;
340 vm_paddr_t dmaplimit;
341 vm_offset_t kernel_vm_end = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
342 pt_entry_t pg_nx;
343
344 static SYSCTL_NODE(_vm, OID_AUTO, pmap, CTLFLAG_RD, 0, "VM/pmap parameters");
345
346 static int pat_works = 1;
347 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pat_works, CTLFLAG_RD, &pat_works, 1,
348     "Is page attribute table fully functional?");
349
350 static int pg_ps_enabled = 1;
351 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pg_ps_enabled, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
352     &pg_ps_enabled, 0, "Are large page mappings enabled?");
353
354 #define PAT_INDEX_SIZE  8
355 static int pat_index[PAT_INDEX_SIZE];   /* cache mode to PAT index conversion */
356
357 static u_int64_t        KPTphys;        /* phys addr of kernel level 1 */
358 static u_int64_t        KPDphys;        /* phys addr of kernel level 2 */
359 u_int64_t               KPDPphys;       /* phys addr of kernel level 3 */
360 u_int64_t               KPML4phys;      /* phys addr of kernel level 4 */
361
362 static u_int64_t        DMPDphys;       /* phys addr of direct mapped level 2 */
363 static u_int64_t        DMPDPphys;      /* phys addr of direct mapped level 3 */
364 static int              ndmpdpphys;     /* number of DMPDPphys pages */
365
366 /*
367  * pmap_mapdev support pre initialization (i.e. console)
368  */
369 #define PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT      8
370 static struct pmap_preinit_mapping {
371         vm_paddr_t      pa;
372         vm_offset_t     va;
373         vm_size_t       sz;
374         int             mode;
375 } pmap_preinit_mapping[PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT];
376 static int pmap_initialized;
377
378 static struct rwlock_padalign pvh_global_lock;
379
380 /*
381  * Data for the pv entry allocation mechanism
382  */
383 static TAILQ_HEAD(pch, pv_chunk) pv_chunks = TAILQ_HEAD_INITIALIZER(pv_chunks);
384 static struct mtx pv_chunks_mutex;
385 static struct rwlock pv_list_locks[NPV_LIST_LOCKS];
386 static struct md_page *pv_table;
387
388 /*
389  * All those kernel PT submaps that BSD is so fond of
390  */
391 pt_entry_t *CMAP1 = 0;
392 caddr_t CADDR1 = 0;
393 static vm_offset_t qframe = 0;
394 static struct mtx qframe_mtx;
395
396 static int pmap_flags = PMAP_PDE_SUPERPAGE;     /* flags for x86 pmaps */
397
398 int pmap_pcid_enabled = 1;
399 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pcid_enabled, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
400     &pmap_pcid_enabled, 0, "Is TLB Context ID enabled ?");
401 int invpcid_works = 0;
402 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, invpcid_works, CTLFLAG_RD, &invpcid_works, 0,
403     "Is the invpcid instruction available ?");
404
405 static int
406 pmap_pcid_save_cnt_proc(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
407 {
408         int i;
409         uint64_t res;
410
411         res = 0;
412         CPU_FOREACH(i) {
413                 res += cpuid_to_pcpu[i]->pc_pm_save_cnt;
414         }
415         return (sysctl_handle_64(oidp, &res, 0, req));
416 }
417 SYSCTL_PROC(_vm_pmap, OID_AUTO, pcid_save_cnt, CTLTYPE_U64 | CTLFLAG_RW |
418     CTLFLAG_MPSAFE, NULL, 0, pmap_pcid_save_cnt_proc, "QU",
419     "Count of saved TLB context on switch");
420
421 /*
422  * Crashdump maps.
423  */
424 static caddr_t crashdumpmap;
425
426 static void     free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc);
427 static void     free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv);
428 static pv_entry_t get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp);
429 static int      popcnt_pc_map_elem_pq(uint64_t elem);
430 static vm_page_t reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp);
431 static void     reserve_pv_entries(pmap_t pmap, int needed,
432                     struct rwlock **lockp);
433 static void     pmap_pv_demote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
434                     struct rwlock **lockp);
435 static boolean_t pmap_pv_insert_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
436                     struct rwlock **lockp);
437 static void     pmap_pv_promote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
438                     struct rwlock **lockp);
439 static void     pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va);
440 static pv_entry_t pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap,
441                     vm_offset_t va);
442
443 static int pmap_change_attr_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode);
444 static boolean_t pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va);
445 static boolean_t pmap_demote_pde_locked(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde,
446     vm_offset_t va, struct rwlock **lockp);
447 static boolean_t pmap_demote_pdpe(pmap_t pmap, pdp_entry_t *pdpe,
448     vm_offset_t va);
449 static boolean_t pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
450     vm_prot_t prot, struct rwlock **lockp);
451 static vm_page_t pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
452     vm_page_t m, vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp);
453 static void pmap_fill_ptp(pt_entry_t *firstpte, pt_entry_t newpte);
454 static int pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte);
455 static void pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode);
456 static vm_page_t pmap_lookup_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
457 static void pmap_pde_attr(pd_entry_t *pde, int cache_bits, int mask);
458 static void pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
459     struct rwlock **lockp);
460 static boolean_t pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva,
461     vm_prot_t prot);
462 static void pmap_pte_attr(pt_entry_t *pte, int cache_bits, int mask);
463 static int pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
464     struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
465 static int pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t sva,
466     pd_entry_t ptepde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
467 static void pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte);
468 static void pmap_remove_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
469     struct spglist *free);
470 static boolean_t pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
471     vm_page_t m, struct rwlock **lockp);
472 static void pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
473     pd_entry_t newpde);
474 static void pmap_update_pde_invalidate(pmap_t, vm_offset_t va, pd_entry_t pde);
475
476 static vm_page_t _pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex,
477                 struct rwlock **lockp);
478 static vm_page_t pmap_allocpde(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
479                 struct rwlock **lockp);
480 static vm_page_t pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
481                 struct rwlock **lockp);
482
483 static void _pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
484     struct spglist *free);
485 static int pmap_unuse_pt(pmap_t, vm_offset_t, pd_entry_t, struct spglist *);
486 static vm_offset_t pmap_kmem_choose(vm_offset_t addr);
487
488 /*
489  * Move the kernel virtual free pointer to the next
490  * 2MB.  This is used to help improve performance
491  * by using a large (2MB) page for much of the kernel
492  * (.text, .data, .bss)
493  */
494 static vm_offset_t
495 pmap_kmem_choose(vm_offset_t addr)
496 {
497         vm_offset_t newaddr = addr;
498
499         newaddr = roundup2(addr, NBPDR);
500         return (newaddr);
501 }
502
503 /********************/
504 /* Inline functions */
505 /********************/
506
507 /* Return a non-clipped PD index for a given VA */
508 static __inline vm_pindex_t
509 pmap_pde_pindex(vm_offset_t va)
510 {
511         return (va >> PDRSHIFT);
512 }
513
514
515 /* Return various clipped indexes for a given VA */
516 static __inline vm_pindex_t
517 pmap_pte_index(vm_offset_t va)
518 {
519
520         return ((va >> PAGE_SHIFT) & ((1ul << NPTEPGSHIFT) - 1));
521 }
522
523 static __inline vm_pindex_t
524 pmap_pde_index(vm_offset_t va)
525 {
526
527         return ((va >> PDRSHIFT) & ((1ul << NPDEPGSHIFT) - 1));
528 }
529
530 static __inline vm_pindex_t
531 pmap_pdpe_index(vm_offset_t va)
532 {
533
534         return ((va >> PDPSHIFT) & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1));
535 }
536
537 static __inline vm_pindex_t
538 pmap_pml4e_index(vm_offset_t va)
539 {
540
541         return ((va >> PML4SHIFT) & ((1ul << NPML4EPGSHIFT) - 1));
542 }
543
544 /* Return a pointer to the PML4 slot that corresponds to a VA */
545 static __inline pml4_entry_t *
546 pmap_pml4e(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
547 {
548
549         return (&pmap->pm_pml4[pmap_pml4e_index(va)]);
550 }
551
552 /* Return a pointer to the PDP slot that corresponds to a VA */
553 static __inline pdp_entry_t *
554 pmap_pml4e_to_pdpe(pml4_entry_t *pml4e, vm_offset_t va)
555 {
556         pdp_entry_t *pdpe;
557
558         pdpe = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4e & PG_FRAME);
559         return (&pdpe[pmap_pdpe_index(va)]);
560 }
561
562 /* Return a pointer to the PDP slot that corresponds to a VA */
563 static __inline pdp_entry_t *
564 pmap_pdpe(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
565 {
566         pml4_entry_t *pml4e;
567         pt_entry_t PG_V;
568
569         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
570         pml4e = pmap_pml4e(pmap, va);
571         if ((*pml4e & PG_V) == 0)
572                 return (NULL);
573         return (pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, va));
574 }
575
576 /* Return a pointer to the PD slot that corresponds to a VA */
577 static __inline pd_entry_t *
578 pmap_pdpe_to_pde(pdp_entry_t *pdpe, vm_offset_t va)
579 {
580         pd_entry_t *pde;
581
582         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdpe & PG_FRAME);
583         return (&pde[pmap_pde_index(va)]);
584 }
585
586 /* Return a pointer to the PD slot that corresponds to a VA */
587 static __inline pd_entry_t *
588 pmap_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
589 {
590         pdp_entry_t *pdpe;
591         pt_entry_t PG_V;
592
593         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
594         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
595         if (pdpe == NULL || (*pdpe & PG_V) == 0)
596                 return (NULL);
597         return (pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va));
598 }
599
600 /* Return a pointer to the PT slot that corresponds to a VA */
601 static __inline pt_entry_t *
602 pmap_pde_to_pte(pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
603 {
604         pt_entry_t *pte;
605
606         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pde & PG_FRAME);
607         return (&pte[pmap_pte_index(va)]);
608 }
609
610 /* Return a pointer to the PT slot that corresponds to a VA */
611 static __inline pt_entry_t *
612 pmap_pte(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
613 {
614         pd_entry_t *pde;
615         pt_entry_t PG_V;
616
617         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
618         pde = pmap_pde(pmap, va);
619         if (pde == NULL || (*pde & PG_V) == 0)
620                 return (NULL);
621         if ((*pde & PG_PS) != 0)        /* compat with i386 pmap_pte() */
622                 return ((pt_entry_t *)pde);
623         return (pmap_pde_to_pte(pde, va));
624 }
625
626 static __inline void
627 pmap_resident_count_inc(pmap_t pmap, int count)
628 {
629
630         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
631         pmap->pm_stats.resident_count += count;
632 }
633
634 static __inline void
635 pmap_resident_count_dec(pmap_t pmap, int count)
636 {
637
638         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
639         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count >= count,
640             ("pmap %p resident count underflow %ld %d", pmap,
641             pmap->pm_stats.resident_count, count));
642         pmap->pm_stats.resident_count -= count;
643 }
644
645 PMAP_INLINE pt_entry_t *
646 vtopte(vm_offset_t va)
647 {
648         u_int64_t mask = ((1ul << (NPTEPGSHIFT + NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT)) - 1);
649
650         KASSERT(va >= VM_MAXUSER_ADDRESS, ("vtopte on a uva/gpa 0x%0lx", va));
651
652         return (PTmap + ((va >> PAGE_SHIFT) & mask));
653 }
654
655 static __inline pd_entry_t *
656 vtopde(vm_offset_t va)
657 {
658         u_int64_t mask = ((1ul << (NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT)) - 1);
659
660         KASSERT(va >= VM_MAXUSER_ADDRESS, ("vtopde on a uva/gpa 0x%0lx", va));
661
662         return (PDmap + ((va >> PDRSHIFT) & mask));
663 }
664
665 static u_int64_t
666 allocpages(vm_paddr_t *firstaddr, int n)
667 {
668         u_int64_t ret;
669
670         ret = *firstaddr;
671         bzero((void *)ret, n * PAGE_SIZE);
672         *firstaddr += n * PAGE_SIZE;
673         return (ret);
674 }
675
676 CTASSERT(powerof2(NDMPML4E));
677
678 /* number of kernel PDP slots */
679 #define NKPDPE(ptpgs)           howmany((ptpgs), NPDEPG)
680
681 static void
682 nkpt_init(vm_paddr_t addr)
683 {
684         int pt_pages;
685         
686 #ifdef NKPT
687         pt_pages = NKPT;
688 #else
689         pt_pages = howmany(addr, 1 << PDRSHIFT);
690         pt_pages += NKPDPE(pt_pages);
691
692         /*
693          * Add some slop beyond the bare minimum required for bootstrapping
694          * the kernel.
695          *
696          * This is quite important when allocating KVA for kernel modules.
697          * The modules are required to be linked in the negative 2GB of
698          * the address space.  If we run out of KVA in this region then
699          * pmap_growkernel() will need to allocate page table pages to map
700          * the entire 512GB of KVA space which is an unnecessary tax on
701          * physical memory.
702          *
703          * Secondly, device memory mapped as part of setting up the low-
704          * level console(s) is taken from KVA, starting at virtual_avail.
705          * This is because cninit() is called after pmap_bootstrap() but
706          * before vm_init() and pmap_init(). 20MB for a frame buffer is
707          * not uncommon.
708          */
709         pt_pages += 32;         /* 64MB additional slop. */
710 #endif
711         nkpt = pt_pages;
712 }
713
714 static void
715 create_pagetables(vm_paddr_t *firstaddr)
716 {
717         int i, j, ndm1g, nkpdpe;
718         pt_entry_t *pt_p;
719         pd_entry_t *pd_p;
720         pdp_entry_t *pdp_p;
721         pml4_entry_t *p4_p;
722
723         /* Allocate page table pages for the direct map */
724         ndmpdp = (ptoa(Maxmem) + NBPDP - 1) >> PDPSHIFT;
725         if (ndmpdp < 4)         /* Minimum 4GB of dirmap */
726                 ndmpdp = 4;
727         ndmpdpphys = howmany(ndmpdp, NPDPEPG);
728         if (ndmpdpphys > NDMPML4E) {
729                 /*
730                  * Each NDMPML4E allows 512 GB, so limit to that,
731                  * and then readjust ndmpdp and ndmpdpphys.
732                  */
733                 printf("NDMPML4E limits system to %d GB\n", NDMPML4E * 512);
734                 Maxmem = atop(NDMPML4E * NBPML4);
735                 ndmpdpphys = NDMPML4E;
736                 ndmpdp = NDMPML4E * NPDEPG;
737         }
738         DMPDPphys = allocpages(firstaddr, ndmpdpphys);
739         ndm1g = 0;
740         if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0)
741                 ndm1g = ptoa(Maxmem) >> PDPSHIFT;
742         if (ndm1g < ndmpdp)
743                 DMPDphys = allocpages(firstaddr, ndmpdp - ndm1g);
744         dmaplimit = (vm_paddr_t)ndmpdp << PDPSHIFT;
745
746         /* Allocate pages */
747         KPML4phys = allocpages(firstaddr, 1);
748         KPDPphys = allocpages(firstaddr, NKPML4E);
749
750         /*
751          * Allocate the initial number of kernel page table pages required to
752          * bootstrap.  We defer this until after all memory-size dependent
753          * allocations are done (e.g. direct map), so that we don't have to
754          * build in too much slop in our estimate.
755          *
756          * Note that when NKPML4E > 1, we have an empty page underneath
757          * all but the KPML4I'th one, so we need NKPML4E-1 extra (zeroed)
758          * pages.  (pmap_enter requires a PD page to exist for each KPML4E.)
759          */
760         nkpt_init(*firstaddr);
761         nkpdpe = NKPDPE(nkpt);
762
763         KPTphys = allocpages(firstaddr, nkpt);
764         KPDphys = allocpages(firstaddr, nkpdpe);
765
766         /* Fill in the underlying page table pages */
767         /* Nominally read-only (but really R/W) from zero to physfree */
768         /* XXX not fully used, underneath 2M pages */
769         pt_p = (pt_entry_t *)KPTphys;
770         for (i = 0; ptoa(i) < *firstaddr; i++)
771                 pt_p[i] = ptoa(i) | X86_PG_RW | X86_PG_V | X86_PG_G;
772
773         /* Now map the page tables at their location within PTmap */
774         pd_p = (pd_entry_t *)KPDphys;
775         for (i = 0; i < nkpt; i++)
776                 pd_p[i] = (KPTphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW | X86_PG_V;
777
778         /* Map from zero to end of allocations under 2M pages */
779         /* This replaces some of the KPTphys entries above */
780         for (i = 0; (i << PDRSHIFT) < *firstaddr; i++)
781                 pd_p[i] = (i << PDRSHIFT) | X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_PS |
782                     X86_PG_G;
783
784         /* And connect up the PD to the PDP (leaving room for L4 pages) */
785         pdp_p = (pdp_entry_t *)(KPDPphys + ptoa(KPML4I - KPML4BASE));
786         for (i = 0; i < nkpdpe; i++)
787                 pdp_p[i + KPDPI] = (KPDphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW | X86_PG_V |
788                     PG_U;
789
790         /*
791          * Now, set up the direct map region using 2MB and/or 1GB pages.  If
792          * the end of physical memory is not aligned to a 1GB page boundary,
793          * then the residual physical memory is mapped with 2MB pages.  Later,
794          * if pmap_mapdev{_attr}() uses the direct map for non-write-back
795          * memory, pmap_change_attr() will demote any 2MB or 1GB page mappings
796          * that are partially used. 
797          */
798         pd_p = (pd_entry_t *)DMPDphys;
799         for (i = NPDEPG * ndm1g, j = 0; i < NPDEPG * ndmpdp; i++, j++) {
800                 pd_p[j] = (vm_paddr_t)i << PDRSHIFT;
801                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
802                 pd_p[j] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_PS | X86_PG_G |
803                     X86_PG_M | X86_PG_A;
804         }
805         pdp_p = (pdp_entry_t *)DMPDPphys;
806         for (i = 0; i < ndm1g; i++) {
807                 pdp_p[i] = (vm_paddr_t)i << PDPSHIFT;
808                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
809                 pdp_p[i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_PS | X86_PG_G |
810                     X86_PG_M | X86_PG_A;
811         }
812         for (j = 0; i < ndmpdp; i++, j++) {
813                 pdp_p[i] = DMPDphys + ptoa(j);
814                 pdp_p[i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_U;
815         }
816
817         /* And recursively map PML4 to itself in order to get PTmap */
818         p4_p = (pml4_entry_t *)KPML4phys;
819         p4_p[PML4PML4I] = KPML4phys;
820         p4_p[PML4PML4I] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_U;
821
822         /* Connect the Direct Map slot(s) up to the PML4. */
823         for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++) {
824                 p4_p[DMPML4I + i] = DMPDPphys + ptoa(i);
825                 p4_p[DMPML4I + i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_U;
826         }
827
828         /* Connect the KVA slots up to the PML4 */
829         for (i = 0; i < NKPML4E; i++) {
830                 p4_p[KPML4BASE + i] = KPDPphys + ptoa(i);
831                 p4_p[KPML4BASE + i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_U;
832         }
833 }
834
835 /*
836  *      Bootstrap the system enough to run with virtual memory.
837  *
838  *      On amd64 this is called after mapping has already been enabled
839  *      and just syncs the pmap module with what has already been done.
840  *      [We can't call it easily with mapping off since the kernel is not
841  *      mapped with PA == VA, hence we would have to relocate every address
842  *      from the linked base (virtual) address "KERNBASE" to the actual
843  *      (physical) address starting relative to 0]
844  */
845 void
846 pmap_bootstrap(vm_paddr_t *firstaddr)
847 {
848         vm_offset_t va;
849         pt_entry_t *pte;
850         int i;
851
852         /*
853          * Create an initial set of page tables to run the kernel in.
854          */
855         create_pagetables(firstaddr);
856
857         /*
858          * Add a physical memory segment (vm_phys_seg) corresponding to the
859          * preallocated kernel page table pages so that vm_page structures
860          * representing these pages will be created.  The vm_page structures
861          * are required for promotion of the corresponding kernel virtual
862          * addresses to superpage mappings.
863          */
864         vm_phys_add_seg(KPTphys, KPTphys + ptoa(nkpt));
865
866         virtual_avail = (vm_offset_t) KERNBASE + *firstaddr;
867         virtual_avail = pmap_kmem_choose(virtual_avail);
868
869         virtual_end = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS;
870
871
872         /* XXX do %cr0 as well */
873         load_cr4(rcr4() | CR4_PGE);
874         load_cr3(KPML4phys);
875         if (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_SMEP)
876                 load_cr4(rcr4() | CR4_SMEP);
877
878         /*
879          * Initialize the kernel pmap (which is statically allocated).
880          */
881         PMAP_LOCK_INIT(kernel_pmap);
882         kernel_pmap->pm_pml4 = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(KPML4phys);
883         kernel_pmap->pm_cr3 = KPML4phys;
884         CPU_FILL(&kernel_pmap->pm_active);      /* don't allow deactivation */
885         TAILQ_INIT(&kernel_pmap->pm_pvchunk);
886         kernel_pmap->pm_flags = pmap_flags;
887
888         /*
889          * Initialize the global pv list lock.
890          */
891         rw_init(&pvh_global_lock, "pmap pv global");
892
893         /*
894          * Reserve some special page table entries/VA space for temporary
895          * mapping of pages.
896          */
897 #define SYSMAP(c, p, v, n)      \
898         v = (c)va; va += ((n)*PAGE_SIZE); p = pte; pte += (n);
899
900         va = virtual_avail;
901         pte = vtopte(va);
902
903         /*
904          * Crashdump maps.  The first page is reused as CMAP1 for the
905          * memory test.
906          */
907         SYSMAP(caddr_t, CMAP1, crashdumpmap, MAXDUMPPGS)
908         CADDR1 = crashdumpmap;
909
910         virtual_avail = va;
911
912         /* Initialize the PAT MSR. */
913         pmap_init_pat();
914
915         /* Initialize TLB Context Id. */
916         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.pcid_enabled", &pmap_pcid_enabled);
917         if ((cpu_feature2 & CPUID2_PCID) != 0 && pmap_pcid_enabled) {
918                 /* Check for INVPCID support */
919                 invpcid_works = (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_INVPCID)
920                     != 0;
921                 for (i = 0; i < MAXCPU; i++) {
922                         kernel_pmap->pm_pcids[i].pm_pcid = PMAP_PCID_KERN;
923                         kernel_pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 1;
924                 }
925                 __pcpu[0].pc_pcid_next = PMAP_PCID_KERN + 1;
926                 __pcpu[0].pc_pcid_gen = 1;
927                 /*
928                  * pcpu area for APs is zeroed during AP startup.
929                  * pc_pcid_next and pc_pcid_gen are initialized by AP
930                  * during pcpu setup.
931                  */
932                 load_cr4(rcr4() | CR4_PCIDE);
933         } else {
934                 pmap_pcid_enabled = 0;
935         }
936 }
937
938 /*
939  * Setup the PAT MSR.
940  */
941 void
942 pmap_init_pat(void)
943 {
944         int pat_table[PAT_INDEX_SIZE];
945         uint64_t pat_msr;
946         u_long cr0, cr4;
947         int i;
948
949         /* Bail if this CPU doesn't implement PAT. */
950         if ((cpu_feature & CPUID_PAT) == 0)
951                 panic("no PAT??");
952
953         /* Set default PAT index table. */
954         for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
955                 pat_table[i] = -1;
956         pat_table[PAT_WRITE_BACK] = 0;
957         pat_table[PAT_WRITE_THROUGH] = 1;
958         pat_table[PAT_UNCACHEABLE] = 3;
959         pat_table[PAT_WRITE_COMBINING] = 3;
960         pat_table[PAT_WRITE_PROTECTED] = 3;
961         pat_table[PAT_UNCACHED] = 3;
962
963         /* Initialize default PAT entries. */
964         pat_msr = PAT_VALUE(0, PAT_WRITE_BACK) |
965             PAT_VALUE(1, PAT_WRITE_THROUGH) |
966             PAT_VALUE(2, PAT_UNCACHED) |
967             PAT_VALUE(3, PAT_UNCACHEABLE) |
968             PAT_VALUE(4, PAT_WRITE_BACK) |
969             PAT_VALUE(5, PAT_WRITE_THROUGH) |
970             PAT_VALUE(6, PAT_UNCACHED) |
971             PAT_VALUE(7, PAT_UNCACHEABLE);
972
973         if (pat_works) {
974                 /*
975                  * Leave the indices 0-3 at the default of WB, WT, UC-, and UC.
976                  * Program 5 and 6 as WP and WC.
977                  * Leave 4 and 7 as WB and UC.
978                  */
979                 pat_msr &= ~(PAT_MASK(5) | PAT_MASK(6));
980                 pat_msr |= PAT_VALUE(5, PAT_WRITE_PROTECTED) |
981                     PAT_VALUE(6, PAT_WRITE_COMBINING);
982                 pat_table[PAT_UNCACHED] = 2;
983                 pat_table[PAT_WRITE_PROTECTED] = 5;
984                 pat_table[PAT_WRITE_COMBINING] = 6;
985         } else {
986                 /*
987                  * Just replace PAT Index 2 with WC instead of UC-.
988                  */
989                 pat_msr &= ~PAT_MASK(2);
990                 pat_msr |= PAT_VALUE(2, PAT_WRITE_COMBINING);
991                 pat_table[PAT_WRITE_COMBINING] = 2;
992         }
993
994         /* Disable PGE. */
995         cr4 = rcr4();
996         load_cr4(cr4 & ~CR4_PGE);
997
998         /* Disable caches (CD = 1, NW = 0). */
999         cr0 = rcr0();
1000         load_cr0((cr0 & ~CR0_NW) | CR0_CD);
1001
1002         /* Flushes caches and TLBs. */
1003         wbinvd();
1004         invltlb();
1005
1006         /* Update PAT and index table. */
1007         wrmsr(MSR_PAT, pat_msr);
1008         for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
1009                 pat_index[i] = pat_table[i];
1010
1011         /* Flush caches and TLBs again. */
1012         wbinvd();
1013         invltlb();
1014
1015         /* Restore caches and PGE. */
1016         load_cr0(cr0);
1017         load_cr4(cr4);
1018 }
1019
1020 /*
1021  *      Initialize a vm_page's machine-dependent fields.
1022  */
1023 void
1024 pmap_page_init(vm_page_t m)
1025 {
1026
1027         TAILQ_INIT(&m->md.pv_list);
1028         m->md.pat_mode = PAT_WRITE_BACK;
1029 }
1030
1031 /*
1032  *      Initialize the pmap module.
1033  *      Called by vm_init, to initialize any structures that the pmap
1034  *      system needs to map virtual memory.
1035  */
1036 void
1037 pmap_init(void)
1038 {
1039         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
1040         vm_page_t mpte;
1041         vm_size_t s;
1042         int error, i, pv_npg;
1043
1044         /*
1045          * Initialize the vm page array entries for the kernel pmap's
1046          * page table pages.
1047          */ 
1048         for (i = 0; i < nkpt; i++) {
1049                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(KPTphys + (i << PAGE_SHIFT));
1050                 KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
1051                     mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
1052                     ("pmap_init: page table page is out of range"));
1053                 mpte->pindex = pmap_pde_pindex(KERNBASE) + i;
1054                 mpte->phys_addr = KPTphys + (i << PAGE_SHIFT);
1055         }
1056
1057         /*
1058          * If the kernel is running on a virtual machine, then it must assume
1059          * that MCA is enabled by the hypervisor.  Moreover, the kernel must
1060          * be prepared for the hypervisor changing the vendor and family that
1061          * are reported by CPUID.  Consequently, the workaround for AMD Family
1062          * 10h Erratum 383 is enabled if the processor's feature set does not
1063          * include at least one feature that is only supported by older Intel
1064          * or newer AMD processors.
1065          */
1066         if (vm_guest == VM_GUEST_VM && (cpu_feature & CPUID_SS) == 0 &&
1067             (cpu_feature2 & (CPUID2_SSSE3 | CPUID2_SSE41 | CPUID2_AESNI |
1068             CPUID2_AVX | CPUID2_XSAVE)) == 0 && (amd_feature2 & (AMDID2_XOP |
1069             AMDID2_FMA4)) == 0)
1070                 workaround_erratum383 = 1;
1071
1072         /*
1073          * Are large page mappings enabled?
1074          */
1075         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.pg_ps_enabled", &pg_ps_enabled);
1076         if (pg_ps_enabled) {
1077                 KASSERT(MAXPAGESIZES > 1 && pagesizes[1] == 0,
1078                     ("pmap_init: can't assign to pagesizes[1]"));
1079                 pagesizes[1] = NBPDR;
1080         }
1081
1082         /*
1083          * Initialize the pv chunk list mutex.
1084          */
1085         mtx_init(&pv_chunks_mutex, "pmap pv chunk list", NULL, MTX_DEF);
1086
1087         /*
1088          * Initialize the pool of pv list locks.
1089          */
1090         for (i = 0; i < NPV_LIST_LOCKS; i++)
1091                 rw_init(&pv_list_locks[i], "pmap pv list");
1092
1093         /*
1094          * Calculate the size of the pv head table for superpages.
1095          */
1096         pv_npg = howmany(vm_phys_segs[vm_phys_nsegs - 1].end, NBPDR);
1097
1098         /*
1099          * Allocate memory for the pv head table for superpages.
1100          */
1101         s = (vm_size_t)(pv_npg * sizeof(struct md_page));
1102         s = round_page(s);
1103         pv_table = (struct md_page *)kmem_malloc(kernel_arena, s,
1104             M_WAITOK | M_ZERO);
1105         for (i = 0; i < pv_npg; i++)
1106                 TAILQ_INIT(&pv_table[i].pv_list);
1107
1108         pmap_initialized = 1;
1109         for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
1110                 ppim = pmap_preinit_mapping + i;
1111                 if (ppim->va == 0)
1112                         continue;
1113                 /* Make the direct map consistent */
1114                 if (ppim->pa < dmaplimit && ppim->pa + ppim->sz < dmaplimit) {
1115                         (void)pmap_change_attr(PHYS_TO_DMAP(ppim->pa),
1116                             ppim->sz, ppim->mode);
1117                 }
1118                 if (!bootverbose)
1119                         continue;
1120                 printf("PPIM %u: PA=%#lx, VA=%#lx, size=%#lx, mode=%#x\n", i,
1121                     ppim->pa, ppim->va, ppim->sz, ppim->mode);
1122         }
1123
1124         mtx_init(&qframe_mtx, "qfrmlk", NULL, MTX_SPIN);
1125         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE, M_BESTFIT | M_WAITOK,
1126             (vmem_addr_t *)&qframe);
1127         if (error != 0)
1128                 panic("qframe allocation failed");
1129 }
1130
1131 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, pde, CTLFLAG_RD, 0,
1132     "2MB page mapping counters");
1133
1134 static u_long pmap_pde_demotions;
1135 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
1136     &pmap_pde_demotions, 0, "2MB page demotions");
1137
1138 static u_long pmap_pde_mappings;
1139 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, mappings, CTLFLAG_RD,
1140     &pmap_pde_mappings, 0, "2MB page mappings");
1141
1142 static u_long pmap_pde_p_failures;
1143 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, p_failures, CTLFLAG_RD,
1144     &pmap_pde_p_failures, 0, "2MB page promotion failures");
1145
1146 static u_long pmap_pde_promotions;
1147 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, promotions, CTLFLAG_RD,
1148     &pmap_pde_promotions, 0, "2MB page promotions");
1149
1150 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, pdpe, CTLFLAG_RD, 0,
1151     "1GB page mapping counters");
1152
1153 static u_long pmap_pdpe_demotions;
1154 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pdpe, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
1155     &pmap_pdpe_demotions, 0, "1GB page demotions");
1156
1157 /***************************************************
1158  * Low level helper routines.....
1159  ***************************************************/
1160
1161 static pt_entry_t
1162 pmap_swap_pat(pmap_t pmap, pt_entry_t entry)
1163 {
1164         int x86_pat_bits = X86_PG_PTE_PAT | X86_PG_PDE_PAT;
1165
1166         switch (pmap->pm_type) {
1167         case PT_X86:
1168         case PT_RVI:
1169                 /* Verify that both PAT bits are not set at the same time */
1170                 KASSERT((entry & x86_pat_bits) != x86_pat_bits,
1171                     ("Invalid PAT bits in entry %#lx", entry));
1172
1173                 /* Swap the PAT bits if one of them is set */
1174                 if ((entry & x86_pat_bits) != 0)
1175                         entry ^= x86_pat_bits;
1176                 break;
1177         case PT_EPT:
1178                 /*
1179                  * Nothing to do - the memory attributes are represented
1180                  * the same way for regular pages and superpages.
1181                  */
1182                 break;
1183         default:
1184                 panic("pmap_switch_pat_bits: bad pm_type %d", pmap->pm_type);
1185         }
1186
1187         return (entry);
1188 }
1189
1190 /*
1191  * Determine the appropriate bits to set in a PTE or PDE for a specified
1192  * caching mode.
1193  */
1194 static int
1195 pmap_cache_bits(pmap_t pmap, int mode, boolean_t is_pde)
1196 {
1197         int cache_bits, pat_flag, pat_idx;
1198
1199         if (mode < 0 || mode >= PAT_INDEX_SIZE || pat_index[mode] < 0)
1200                 panic("Unknown caching mode %d\n", mode);
1201
1202         switch (pmap->pm_type) {
1203         case PT_X86:
1204         case PT_RVI:
1205                 /* The PAT bit is different for PTE's and PDE's. */
1206                 pat_flag = is_pde ? X86_PG_PDE_PAT : X86_PG_PTE_PAT;
1207
1208                 /* Map the caching mode to a PAT index. */
1209                 pat_idx = pat_index[mode];
1210
1211                 /* Map the 3-bit index value into the PAT, PCD, and PWT bits. */
1212                 cache_bits = 0;
1213                 if (pat_idx & 0x4)
1214                         cache_bits |= pat_flag;
1215                 if (pat_idx & 0x2)
1216                         cache_bits |= PG_NC_PCD;
1217                 if (pat_idx & 0x1)
1218                         cache_bits |= PG_NC_PWT;
1219                 break;
1220
1221         case PT_EPT:
1222                 cache_bits = EPT_PG_IGNORE_PAT | EPT_PG_MEMORY_TYPE(mode);
1223                 break;
1224
1225         default:
1226                 panic("unsupported pmap type %d", pmap->pm_type);
1227         }
1228
1229         return (cache_bits);
1230 }
1231
1232 static int
1233 pmap_cache_mask(pmap_t pmap, boolean_t is_pde)
1234 {
1235         int mask;
1236
1237         switch (pmap->pm_type) {
1238         case PT_X86:
1239         case PT_RVI:
1240                 mask = is_pde ? X86_PG_PDE_CACHE : X86_PG_PTE_CACHE;
1241                 break;
1242         case PT_EPT:
1243                 mask = EPT_PG_IGNORE_PAT | EPT_PG_MEMORY_TYPE(0x7);
1244                 break;
1245         default:
1246                 panic("pmap_cache_mask: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
1247         }
1248
1249         return (mask);
1250 }
1251
1252 static __inline boolean_t
1253 pmap_ps_enabled(pmap_t pmap)
1254 {
1255
1256         return (pg_ps_enabled && (pmap->pm_flags & PMAP_PDE_SUPERPAGE) != 0);
1257 }
1258
1259 static void
1260 pmap_update_pde_store(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
1261 {
1262
1263         switch (pmap->pm_type) {
1264         case PT_X86:
1265                 break;
1266         case PT_RVI:
1267         case PT_EPT:
1268                 /*
1269                  * XXX
1270                  * This is a little bogus since the generation number is
1271                  * supposed to be bumped up when a region of the address
1272                  * space is invalidated in the page tables.
1273                  *
1274                  * In this case the old PDE entry is valid but yet we want
1275                  * to make sure that any mappings using the old entry are
1276                  * invalidated in the TLB.
1277                  *
1278                  * The reason this works as expected is because we rendezvous
1279                  * "all" host cpus and force any vcpu context to exit as a
1280                  * side-effect.
1281                  */
1282                 atomic_add_acq_long(&pmap->pm_eptgen, 1);
1283                 break;
1284         default:
1285                 panic("pmap_update_pde_store: bad pm_type %d", pmap->pm_type);
1286         }
1287         pde_store(pde, newpde);
1288 }
1289
1290 /*
1291  * After changing the page size for the specified virtual address in the page
1292  * table, flush the corresponding entries from the processor's TLB.  Only the
1293  * calling processor's TLB is affected.
1294  *
1295  * The calling thread must be pinned to a processor.
1296  */
1297 static void
1298 pmap_update_pde_invalidate(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t newpde)
1299 {
1300         pt_entry_t PG_G;
1301
1302         if (pmap_type_guest(pmap))
1303                 return;
1304
1305         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
1306             ("pmap_update_pde_invalidate: invalid type %d", pmap->pm_type));
1307
1308         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
1309
1310         if ((newpde & PG_PS) == 0)
1311                 /* Demotion: flush a specific 2MB page mapping. */
1312                 invlpg(va);
1313         else if ((newpde & PG_G) == 0)
1314                 /*
1315                  * Promotion: flush every 4KB page mapping from the TLB
1316                  * because there are too many to flush individually.
1317                  */
1318                 invltlb();
1319         else {
1320                 /*
1321                  * Promotion: flush every 4KB page mapping from the TLB,
1322                  * including any global (PG_G) mappings.
1323                  */
1324                 invltlb_glob();
1325         }
1326 }
1327 #ifdef SMP
1328
1329 /*
1330  * For SMP, these functions have to use the IPI mechanism for coherence.
1331  *
1332  * N.B.: Before calling any of the following TLB invalidation functions,
1333  * the calling processor must ensure that all stores updating a non-
1334  * kernel page table are globally performed.  Otherwise, another
1335  * processor could cache an old, pre-update entry without being
1336  * invalidated.  This can happen one of two ways: (1) The pmap becomes
1337  * active on another processor after its pm_active field is checked by
1338  * one of the following functions but before a store updating the page
1339  * table is globally performed. (2) The pmap becomes active on another
1340  * processor before its pm_active field is checked but due to
1341  * speculative loads one of the following functions stills reads the
1342  * pmap as inactive on the other processor.
1343  * 
1344  * The kernel page table is exempt because its pm_active field is
1345  * immutable.  The kernel page table is always active on every
1346  * processor.
1347  */
1348
1349 /*
1350  * Interrupt the cpus that are executing in the guest context.
1351  * This will force the vcpu to exit and the cached EPT mappings
1352  * will be invalidated by the host before the next vmresume.
1353  */
1354 static __inline void
1355 pmap_invalidate_ept(pmap_t pmap)
1356 {
1357         int ipinum;
1358
1359         sched_pin();
1360         KASSERT(!CPU_ISSET(curcpu, &pmap->pm_active),
1361             ("pmap_invalidate_ept: absurd pm_active"));
1362
1363         /*
1364          * The TLB mappings associated with a vcpu context are not
1365          * flushed each time a different vcpu is chosen to execute.
1366          *
1367          * This is in contrast with a process's vtop mappings that
1368          * are flushed from the TLB on each context switch.
1369          *
1370          * Therefore we need to do more than just a TLB shootdown on
1371          * the active cpus in 'pmap->pm_active'. To do this we keep
1372          * track of the number of invalidations performed on this pmap.
1373          *
1374          * Each vcpu keeps a cache of this counter and compares it
1375          * just before a vmresume. If the counter is out-of-date an
1376          * invept will be done to flush stale mappings from the TLB.
1377          */
1378         atomic_add_acq_long(&pmap->pm_eptgen, 1);
1379
1380         /*
1381          * Force the vcpu to exit and trap back into the hypervisor.
1382          */
1383         ipinum = pmap->pm_flags & PMAP_NESTED_IPIMASK;
1384         ipi_selected(pmap->pm_active, ipinum);
1385         sched_unpin();
1386 }
1387
1388 void
1389 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1390 {
1391         cpuset_t *mask;
1392         u_int cpuid, i;
1393
1394         if (pmap_type_guest(pmap)) {
1395                 pmap_invalidate_ept(pmap);
1396                 return;
1397         }
1398
1399         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
1400             ("pmap_invalidate_page: invalid type %d", pmap->pm_type));
1401
1402         sched_pin();
1403         if (pmap == kernel_pmap) {
1404                 invlpg(va);
1405                 mask = &all_cpus;
1406         } else {
1407                 cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1408                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap))
1409                         invlpg(va);
1410                 else if (pmap_pcid_enabled)
1411                         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = 0;
1412                 if (pmap_pcid_enabled) {
1413                         CPU_FOREACH(i) {
1414                                 if (cpuid != i)
1415                                         pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
1416                         }
1417                 }
1418                 mask = &pmap->pm_active;
1419         }
1420         smp_masked_invlpg(*mask, va);
1421         sched_unpin();
1422 }
1423
1424 /* 4k PTEs -- Chosen to exceed the total size of Broadwell L2 TLB */
1425 #define PMAP_INVLPG_THRESHOLD   (4 * 1024 * PAGE_SIZE)
1426
1427 void
1428 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
1429 {
1430         cpuset_t *mask;
1431         vm_offset_t addr;
1432         u_int cpuid, i;
1433
1434         if (eva - sva >= PMAP_INVLPG_THRESHOLD) {
1435                 pmap_invalidate_all(pmap);
1436                 return;
1437         }
1438
1439         if (pmap_type_guest(pmap)) {
1440                 pmap_invalidate_ept(pmap);
1441                 return;
1442         }
1443
1444         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
1445             ("pmap_invalidate_range: invalid type %d", pmap->pm_type));
1446
1447         sched_pin();
1448         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1449         if (pmap == kernel_pmap) {
1450                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
1451                         invlpg(addr);
1452                 mask = &all_cpus;
1453         } else {
1454                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
1455                         for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
1456                                 invlpg(addr);
1457                 } else if (pmap_pcid_enabled) {
1458                         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = 0;
1459                 }
1460                 if (pmap_pcid_enabled) {
1461                         CPU_FOREACH(i) {
1462                                 if (cpuid != i)
1463                                         pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
1464                         }
1465                 }
1466                 mask = &pmap->pm_active;
1467         }
1468         smp_masked_invlpg_range(*mask, sva, eva);
1469         sched_unpin();
1470 }
1471
1472 void
1473 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
1474 {
1475         cpuset_t *mask;
1476         struct invpcid_descr d;
1477         u_int cpuid, i;
1478
1479         if (pmap_type_guest(pmap)) {
1480                 pmap_invalidate_ept(pmap);
1481                 return;
1482         }
1483
1484         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
1485             ("pmap_invalidate_all: invalid type %d", pmap->pm_type));
1486
1487         sched_pin();
1488         if (pmap == kernel_pmap) {
1489                 if (pmap_pcid_enabled && invpcid_works) {
1490                         bzero(&d, sizeof(d));
1491                         invpcid(&d, INVPCID_CTXGLOB);
1492                 } else {
1493                         invltlb_glob();
1494                 }
1495                 mask = &all_cpus;
1496         } else {
1497                 cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1498                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
1499                         if (pmap_pcid_enabled) {
1500                                 if (invpcid_works) {
1501                                         d.pcid = pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
1502                                         d.pad = 0;
1503                                         d.addr = 0;
1504                                         invpcid(&d, INVPCID_CTX);
1505                                 } else {
1506                                         load_cr3(pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids
1507                                             [PCPU_GET(cpuid)].pm_pcid);
1508                                 }
1509                         } else {
1510                                 invltlb();
1511                         }
1512                 } else if (pmap_pcid_enabled) {
1513                         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = 0;
1514                 }
1515                 if (pmap_pcid_enabled) {
1516                         CPU_FOREACH(i) {
1517                                 if (cpuid != i)
1518                                         pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
1519                         }
1520                 }
1521                 mask = &pmap->pm_active;
1522         }
1523         smp_masked_invltlb(*mask, pmap);
1524         sched_unpin();
1525 }
1526
1527 void
1528 pmap_invalidate_cache(void)
1529 {
1530
1531         sched_pin();
1532         wbinvd();
1533         smp_cache_flush();
1534         sched_unpin();
1535 }
1536
1537 struct pde_action {
1538         cpuset_t invalidate;    /* processors that invalidate their TLB */
1539         pmap_t pmap;
1540         vm_offset_t va;
1541         pd_entry_t *pde;
1542         pd_entry_t newpde;
1543         u_int store;            /* processor that updates the PDE */
1544 };
1545
1546 static void
1547 pmap_update_pde_action(void *arg)
1548 {
1549         struct pde_action *act = arg;
1550
1551         if (act->store == PCPU_GET(cpuid))
1552                 pmap_update_pde_store(act->pmap, act->pde, act->newpde);
1553 }
1554
1555 static void
1556 pmap_update_pde_teardown(void *arg)
1557 {
1558         struct pde_action *act = arg;
1559
1560         if (CPU_ISSET(PCPU_GET(cpuid), &act->invalidate))
1561                 pmap_update_pde_invalidate(act->pmap, act->va, act->newpde);
1562 }
1563
1564 /*
1565  * Change the page size for the specified virtual address in a way that
1566  * prevents any possibility of the TLB ever having two entries that map the
1567  * same virtual address using different page sizes.  This is the recommended
1568  * workaround for Erratum 383 on AMD Family 10h processors.  It prevents a
1569  * machine check exception for a TLB state that is improperly diagnosed as a
1570  * hardware error.
1571  */
1572 static void
1573 pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
1574 {
1575         struct pde_action act;
1576         cpuset_t active, other_cpus;
1577         u_int cpuid;
1578
1579         sched_pin();
1580         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1581         other_cpus = all_cpus;
1582         CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
1583         if (pmap == kernel_pmap || pmap_type_guest(pmap)) 
1584                 active = all_cpus;
1585         else {
1586                 active = pmap->pm_active;
1587         }
1588         if (CPU_OVERLAP(&active, &other_cpus)) { 
1589                 act.store = cpuid;
1590                 act.invalidate = active;
1591                 act.va = va;
1592                 act.pmap = pmap;
1593                 act.pde = pde;
1594                 act.newpde = newpde;
1595                 CPU_SET(cpuid, &active);
1596                 smp_rendezvous_cpus(active,
1597                     smp_no_rendevous_barrier, pmap_update_pde_action,
1598                     pmap_update_pde_teardown, &act);
1599         } else {
1600                 pmap_update_pde_store(pmap, pde, newpde);
1601                 if (CPU_ISSET(cpuid, &active))
1602                         pmap_update_pde_invalidate(pmap, va, newpde);
1603         }
1604         sched_unpin();
1605 }
1606 #else /* !SMP */
1607 /*
1608  * Normal, non-SMP, invalidation functions.
1609  */
1610 void
1611 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1612 {
1613
1614         if (pmap->pm_type == PT_RVI || pmap->pm_type == PT_EPT) {
1615                 pmap->pm_eptgen++;
1616                 return;
1617         }
1618         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
1619             ("pmap_invalidate_range: unknown type %d", pmap->pm_type));
1620
1621         if (pmap == kernel_pmap || pmap == PCPU_GET(curpmap))
1622                 invlpg(va);
1623         else if (pmap_pcid_enabled)
1624                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
1625 }
1626
1627 void
1628 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
1629 {
1630         vm_offset_t addr;
1631
1632         if (pmap->pm_type == PT_RVI || pmap->pm_type == PT_EPT) {
1633                 pmap->pm_eptgen++;
1634                 return;
1635         }
1636         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
1637             ("pmap_invalidate_range: unknown type %d", pmap->pm_type));
1638
1639         if (pmap == kernel_pmap || pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
1640                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
1641                         invlpg(addr);
1642         } else if (pmap_pcid_enabled) {
1643                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
1644         }
1645 }
1646
1647 void
1648 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
1649 {
1650         struct invpcid_descr d;
1651
1652         if (pmap->pm_type == PT_RVI || pmap->pm_type == PT_EPT) {
1653                 pmap->pm_eptgen++;
1654                 return;
1655         }
1656         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
1657             ("pmap_invalidate_all: unknown type %d", pmap->pm_type));
1658
1659         if (pmap == kernel_pmap) {
1660                 if (pmap_pcid_enabled && invpcid_works) {
1661                         bzero(&d, sizeof(d));
1662                         invpcid(&d, INVPCID_CTXGLOB);
1663                 } else {
1664                         invltlb_glob();
1665                 }
1666         } else if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
1667                 if (pmap_pcid_enabled) {
1668                         if (invpcid_works) {
1669                                 d.pcid = pmap->pm_pcids[0].pm_pcid;
1670                                 d.pad = 0;
1671                                 d.addr = 0;
1672                                 invpcid(&d, INVPCID_CTX);
1673                         } else {
1674                                 load_cr3(pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[0].
1675                                     pm_pcid);
1676                         }
1677                 } else {
1678                         invltlb();
1679                 }
1680         } else if (pmap_pcid_enabled) {
1681                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
1682         }
1683 }
1684
1685 PMAP_INLINE void
1686 pmap_invalidate_cache(void)
1687 {
1688
1689         wbinvd();
1690 }
1691
1692 static void
1693 pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
1694 {
1695
1696         pmap_update_pde_store(pmap, pde, newpde);
1697         if (pmap == kernel_pmap || pmap == PCPU_GET(curpmap))
1698                 pmap_update_pde_invalidate(pmap, va, newpde);
1699         else
1700                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
1701 }
1702 #endif /* !SMP */
1703
1704 #define PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD   (2 * 1024 * 1024)
1705
1706 void
1707 pmap_invalidate_cache_range(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, boolean_t force)
1708 {
1709
1710         if (force) {
1711                 sva &= ~(vm_offset_t)cpu_clflush_line_size;
1712         } else {
1713                 KASSERT((sva & PAGE_MASK) == 0,
1714                     ("pmap_invalidate_cache_range: sva not page-aligned"));
1715                 KASSERT((eva & PAGE_MASK) == 0,
1716                     ("pmap_invalidate_cache_range: eva not page-aligned"));
1717         }
1718
1719         if ((cpu_feature & CPUID_SS) != 0 && !force)
1720                 ; /* If "Self Snoop" is supported and allowed, do nothing. */
1721         else if ((cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT) != 0 &&
1722             eva - sva < PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD) {
1723                 /*
1724                  * XXX: Some CPUs fault, hang, or trash the local APIC
1725                  * registers if we use CLFLUSH on the local APIC
1726                  * range.  The local APIC is always uncached, so we
1727                  * don't need to flush for that range anyway.
1728                  */
1729                 if (pmap_kextract(sva) == lapic_paddr)
1730                         return;
1731
1732                 /*
1733                  * Otherwise, do per-cache line flush.  Use the mfence
1734                  * instruction to insure that previous stores are
1735                  * included in the write-back.  The processor
1736                  * propagates flush to other processors in the cache
1737                  * coherence domain.
1738                  */
1739                 mfence();
1740                 for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size)
1741                         clflushopt(sva);
1742                 mfence();
1743         } else if ((cpu_feature & CPUID_CLFSH) != 0 &&
1744             eva - sva < PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD) {
1745                 if (pmap_kextract(sva) == lapic_paddr)
1746                         return;
1747                 /*
1748                  * Writes are ordered by CLFLUSH on Intel CPUs.
1749                  */
1750                 if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
1751                         mfence();
1752                 for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size)
1753                         clflush(sva);
1754                 if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
1755                         mfence();
1756         } else {
1757
1758                 /*
1759                  * No targeted cache flush methods are supported by CPU,
1760                  * or the supplied range is bigger than 2MB.
1761                  * Globally invalidate cache.
1762                  */
1763                 pmap_invalidate_cache();
1764         }
1765 }
1766
1767 /*
1768  * Remove the specified set of pages from the data and instruction caches.
1769  *
1770  * In contrast to pmap_invalidate_cache_range(), this function does not
1771  * rely on the CPU's self-snoop feature, because it is intended for use
1772  * when moving pages into a different cache domain.
1773  */
1774 void
1775 pmap_invalidate_cache_pages(vm_page_t *pages, int count)
1776 {
1777         vm_offset_t daddr, eva;
1778         int i;
1779         bool useclflushopt;
1780
1781         useclflushopt = (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT) != 0;
1782         if (count >= PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD / PAGE_SIZE ||
1783             ((cpu_feature & CPUID_CLFSH) == 0 && !useclflushopt))
1784                 pmap_invalidate_cache();
1785         else {
1786                 if (useclflushopt || cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
1787                         mfence();
1788                 for (i = 0; i < count; i++) {
1789                         daddr = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pages[i]));
1790                         eva = daddr + PAGE_SIZE;
1791                         for (; daddr < eva; daddr += cpu_clflush_line_size) {
1792                                 if (useclflushopt)
1793                                         clflushopt(daddr);
1794                                 else
1795                                         clflush(daddr);
1796                         }
1797                 }
1798                 if (useclflushopt || cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
1799                         mfence();
1800         }
1801 }
1802
1803 /*
1804  *      Routine:        pmap_extract
1805  *      Function:
1806  *              Extract the physical page address associated
1807  *              with the given map/virtual_address pair.
1808  */
1809 vm_paddr_t 
1810 pmap_extract(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1811 {
1812         pdp_entry_t *pdpe;
1813         pd_entry_t *pde;
1814         pt_entry_t *pte, PG_V;
1815         vm_paddr_t pa;
1816
1817         pa = 0;
1818         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
1819         PMAP_LOCK(pmap);
1820         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
1821         if (pdpe != NULL && (*pdpe & PG_V) != 0) {
1822                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0)
1823                         pa = (*pdpe & PG_PS_FRAME) | (va & PDPMASK);
1824                 else {
1825                         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
1826                         if ((*pde & PG_V) != 0) {
1827                                 if ((*pde & PG_PS) != 0) {
1828                                         pa = (*pde & PG_PS_FRAME) |
1829                                             (va & PDRMASK);
1830                                 } else {
1831                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
1832                                         pa = (*pte & PG_FRAME) |
1833                                             (va & PAGE_MASK);
1834                                 }
1835                         }
1836                 }
1837         }
1838         PMAP_UNLOCK(pmap);
1839         return (pa);
1840 }
1841
1842 /*
1843  *      Routine:        pmap_extract_and_hold
1844  *      Function:
1845  *              Atomically extract and hold the physical page
1846  *              with the given pmap and virtual address pair
1847  *              if that mapping permits the given protection.
1848  */
1849 vm_page_t
1850 pmap_extract_and_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_prot_t prot)
1851 {
1852         pd_entry_t pde, *pdep;
1853         pt_entry_t pte, PG_RW, PG_V;
1854         vm_paddr_t pa;
1855         vm_page_t m;
1856
1857         pa = 0;
1858         m = NULL;
1859         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
1860         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
1861         PMAP_LOCK(pmap);
1862 retry:
1863         pdep = pmap_pde(pmap, va);
1864         if (pdep != NULL && (pde = *pdep)) {
1865                 if (pde & PG_PS) {
1866                         if ((pde & PG_RW) || (prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
1867                                 if (vm_page_pa_tryrelock(pmap, (pde &
1868                                     PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK), &pa))
1869                                         goto retry;
1870                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE((pde & PG_PS_FRAME) |
1871                                     (va & PDRMASK));
1872                                 vm_page_hold(m);
1873                         }
1874                 } else {
1875                         pte = *pmap_pde_to_pte(pdep, va);
1876                         if ((pte & PG_V) &&
1877                             ((pte & PG_RW) || (prot & VM_PROT_WRITE) == 0)) {
1878                                 if (vm_page_pa_tryrelock(pmap, pte & PG_FRAME,
1879                                     &pa))
1880                                         goto retry;
1881                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pte & PG_FRAME);
1882                                 vm_page_hold(m);
1883                         }
1884                 }
1885         }
1886         PA_UNLOCK_COND(pa);
1887         PMAP_UNLOCK(pmap);
1888         return (m);
1889 }
1890
1891 vm_paddr_t
1892 pmap_kextract(vm_offset_t va)
1893 {
1894         pd_entry_t pde;
1895         vm_paddr_t pa;
1896
1897         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS) {
1898                 pa = DMAP_TO_PHYS(va);
1899         } else {
1900                 pde = *vtopde(va);
1901                 if (pde & PG_PS) {
1902                         pa = (pde & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK);
1903                 } else {
1904                         /*
1905                          * Beware of a concurrent promotion that changes the
1906                          * PDE at this point!  For example, vtopte() must not
1907                          * be used to access the PTE because it would use the
1908                          * new PDE.  It is, however, safe to use the old PDE
1909                          * because the page table page is preserved by the
1910                          * promotion.
1911                          */
1912                         pa = *pmap_pde_to_pte(&pde, va);
1913                         pa = (pa & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK);
1914                 }
1915         }
1916         return (pa);
1917 }
1918
1919 /***************************************************
1920  * Low level mapping routines.....
1921  ***************************************************/
1922
1923 /*
1924  * Add a wired page to the kva.
1925  * Note: not SMP coherent.
1926  */
1927 PMAP_INLINE void 
1928 pmap_kenter(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
1929 {
1930         pt_entry_t *pte;
1931
1932         pte = vtopte(va);
1933         pte_store(pte, pa | X86_PG_RW | X86_PG_V | X86_PG_G);
1934 }
1935
1936 static __inline void
1937 pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode)
1938 {
1939         pt_entry_t *pte;
1940         int cache_bits;
1941
1942         pte = vtopte(va);
1943         cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, 0);
1944         pte_store(pte, pa | X86_PG_RW | X86_PG_V | X86_PG_G | cache_bits);
1945 }
1946
1947 /*
1948  * Remove a page from the kernel pagetables.
1949  * Note: not SMP coherent.
1950  */
1951 PMAP_INLINE void
1952 pmap_kremove(vm_offset_t va)
1953 {
1954         pt_entry_t *pte;
1955
1956         pte = vtopte(va);
1957         pte_clear(pte);
1958 }
1959
1960 /*
1961  *      Used to map a range of physical addresses into kernel
1962  *      virtual address space.
1963  *
1964  *      The value passed in '*virt' is a suggested virtual address for
1965  *      the mapping. Architectures which can support a direct-mapped
1966  *      physical to virtual region can return the appropriate address
1967  *      within that region, leaving '*virt' unchanged. Other
1968  *      architectures should map the pages starting at '*virt' and
1969  *      update '*virt' with the first usable address after the mapped
1970  *      region.
1971  */
1972 vm_offset_t
1973 pmap_map(vm_offset_t *virt, vm_paddr_t start, vm_paddr_t end, int prot)
1974 {
1975         return PHYS_TO_DMAP(start);
1976 }
1977
1978
1979 /*
1980  * Add a list of wired pages to the kva
1981  * this routine is only used for temporary
1982  * kernel mappings that do not need to have
1983  * page modification or references recorded.
1984  * Note that old mappings are simply written
1985  * over.  The page *must* be wired.
1986  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
1987  */
1988 void
1989 pmap_qenter(vm_offset_t sva, vm_page_t *ma, int count)
1990 {
1991         pt_entry_t *endpte, oldpte, pa, *pte;
1992         vm_page_t m;
1993         int cache_bits;
1994
1995         oldpte = 0;
1996         pte = vtopte(sva);
1997         endpte = pte + count;
1998         while (pte < endpte) {
1999                 m = *ma++;
2000                 cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap, m->md.pat_mode, 0);
2001                 pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | cache_bits;
2002                 if ((*pte & (PG_FRAME | X86_PG_PTE_CACHE)) != pa) {
2003                         oldpte |= *pte;
2004                         pte_store(pte, pa | X86_PG_G | X86_PG_RW | X86_PG_V);
2005                 }
2006                 pte++;
2007         }
2008         if (__predict_false((oldpte & X86_PG_V) != 0))
2009                 pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, sva + count *
2010                     PAGE_SIZE);
2011 }
2012
2013 /*
2014  * This routine tears out page mappings from the
2015  * kernel -- it is meant only for temporary mappings.
2016  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
2017  */
2018 void
2019 pmap_qremove(vm_offset_t sva, int count)
2020 {
2021         vm_offset_t va;
2022
2023         va = sva;
2024         while (count-- > 0) {
2025                 KASSERT(va >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS, ("usermode va %lx", va));
2026                 pmap_kremove(va);
2027                 va += PAGE_SIZE;
2028         }
2029         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
2030 }
2031
2032 /***************************************************
2033  * Page table page management routines.....
2034  ***************************************************/
2035 static __inline void
2036 pmap_free_zero_pages(struct spglist *free)
2037 {
2038         vm_page_t m;
2039
2040         while ((m = SLIST_FIRST(free)) != NULL) {
2041                 SLIST_REMOVE_HEAD(free, plinks.s.ss);
2042                 /* Preserve the page's PG_ZERO setting. */
2043                 vm_page_free_toq(m);
2044         }
2045 }
2046
2047 /*
2048  * Schedule the specified unused page table page to be freed.  Specifically,
2049  * add the page to the specified list of pages that will be released to the
2050  * physical memory manager after the TLB has been updated.
2051  */
2052 static __inline void
2053 pmap_add_delayed_free_list(vm_page_t m, struct spglist *free,
2054     boolean_t set_PG_ZERO)
2055 {
2056
2057         if (set_PG_ZERO)
2058                 m->flags |= PG_ZERO;
2059         else
2060                 m->flags &= ~PG_ZERO;
2061         SLIST_INSERT_HEAD(free, m, plinks.s.ss);
2062 }
2063         
2064 /*
2065  * Inserts the specified page table page into the specified pmap's collection
2066  * of idle page table pages.  Each of a pmap's page table pages is responsible
2067  * for mapping a distinct range of virtual addresses.  The pmap's collection is
2068  * ordered by this virtual address range.
2069  */
2070 static __inline int
2071 pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte)
2072 {
2073
2074         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2075         return (vm_radix_insert(&pmap->pm_root, mpte));
2076 }
2077
2078 /*
2079  * Looks for a page table page mapping the specified virtual address in the
2080  * specified pmap's collection of idle page table pages.  Returns NULL if there
2081  * is no page table page corresponding to the specified virtual address.
2082  */
2083 static __inline vm_page_t
2084 pmap_lookup_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2085 {
2086
2087         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2088         return (vm_radix_lookup(&pmap->pm_root, pmap_pde_pindex(va)));
2089 }
2090
2091 /*
2092  * Removes the specified page table page from the specified pmap's collection
2093  * of idle page table pages.  The specified page table page must be a member of
2094  * the pmap's collection.
2095  */
2096 static __inline void
2097 pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte)
2098 {
2099
2100         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2101         vm_radix_remove(&pmap->pm_root, mpte->pindex);
2102 }
2103
2104 /*
2105  * Decrements a page table page's wire count, which is used to record the
2106  * number of valid page table entries within the page.  If the wire count
2107  * drops to zero, then the page table page is unmapped.  Returns TRUE if the
2108  * page table page was unmapped and FALSE otherwise.
2109  */
2110 static inline boolean_t
2111 pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
2112 {
2113
2114         --m->wire_count;
2115         if (m->wire_count == 0) {
2116                 _pmap_unwire_ptp(pmap, va, m, free);
2117                 return (TRUE);
2118         } else
2119                 return (FALSE);
2120 }
2121
2122 static void
2123 _pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
2124 {
2125
2126         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2127         /*
2128          * unmap the page table page
2129          */
2130         if (m->pindex >= (NUPDE + NUPDPE)) {
2131                 /* PDP page */
2132                 pml4_entry_t *pml4;
2133                 pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
2134                 *pml4 = 0;
2135         } else if (m->pindex >= NUPDE) {
2136                 /* PD page */
2137                 pdp_entry_t *pdp;
2138                 pdp = pmap_pdpe(pmap, va);
2139                 *pdp = 0;
2140         } else {
2141                 /* PTE page */
2142                 pd_entry_t *pd;
2143                 pd = pmap_pde(pmap, va);
2144                 *pd = 0;
2145         }
2146         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
2147         if (m->pindex < NUPDE) {
2148                 /* We just released a PT, unhold the matching PD */
2149                 vm_page_t pdpg;
2150
2151                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pdpe(pmap, va) & PG_FRAME);
2152                 pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdpg, free);
2153         }
2154         if (m->pindex >= NUPDE && m->pindex < (NUPDE + NUPDPE)) {
2155                 /* We just released a PD, unhold the matching PDP */
2156                 vm_page_t pdppg;
2157
2158                 pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pml4e(pmap, va) & PG_FRAME);
2159                 pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdppg, free);
2160         }
2161
2162         /*
2163          * This is a release store so that the ordinary store unmapping
2164          * the page table page is globally performed before TLB shoot-
2165          * down is begun.
2166          */
2167         atomic_subtract_rel_int(&vm_cnt.v_wire_count, 1);
2168
2169         /* 
2170          * Put page on a list so that it is released after
2171          * *ALL* TLB shootdown is done
2172          */
2173         pmap_add_delayed_free_list(m, free, TRUE);
2174 }
2175
2176 /*
2177  * After removing a page table entry, this routine is used to
2178  * conditionally free the page, and manage the hold/wire counts.
2179  */
2180 static int
2181 pmap_unuse_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t ptepde,
2182     struct spglist *free)
2183 {
2184         vm_page_t mpte;
2185
2186         if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
2187                 return (0);
2188         KASSERT(ptepde != 0, ("pmap_unuse_pt: ptepde != 0"));
2189         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(ptepde & PG_FRAME);
2190         return (pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpte, free));
2191 }
2192
2193 void
2194 pmap_pinit0(pmap_t pmap)
2195 {
2196         int i;
2197
2198         PMAP_LOCK_INIT(pmap);
2199         pmap->pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(KPML4phys);
2200         pmap->pm_cr3 = KPML4phys;
2201         pmap->pm_root.rt_root = 0;
2202         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
2203         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
2204         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
2205         pmap->pm_flags = pmap_flags;
2206         CPU_FOREACH(i) {
2207                 pmap->pm_pcids[i].pm_pcid = PMAP_PCID_NONE;
2208                 pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
2209         }
2210         PCPU_SET(curpmap, kernel_pmap);
2211         pmap_activate(curthread);
2212         CPU_FILL(&kernel_pmap->pm_active);
2213 }
2214
2215 /*
2216  * Initialize a preallocated and zeroed pmap structure,
2217  * such as one in a vmspace structure.
2218  */
2219 int
2220 pmap_pinit_type(pmap_t pmap, enum pmap_type pm_type, int flags)
2221 {
2222         vm_page_t pml4pg;
2223         vm_paddr_t pml4phys;
2224         int i;
2225
2226         /*
2227          * allocate the page directory page
2228          */
2229         while ((pml4pg = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL |
2230             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO)) == NULL)
2231                 VM_WAIT;
2232
2233         pml4phys = VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg);
2234         pmap->pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pml4phys);
2235         CPU_FOREACH(i) {
2236                 pmap->pm_pcids[i].pm_pcid = PMAP_PCID_NONE;
2237                 pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
2238         }
2239         pmap->pm_cr3 = ~0;      /* initialize to an invalid value */
2240
2241         if ((pml4pg->flags & PG_ZERO) == 0)
2242                 pagezero(pmap->pm_pml4);
2243
2244         /*
2245          * Do not install the host kernel mappings in the nested page
2246          * tables. These mappings are meaningless in the guest physical
2247          * address space.
2248          */
2249         if ((pmap->pm_type = pm_type) == PT_X86) {
2250                 pmap->pm_cr3 = pml4phys;
2251
2252                 /* Wire in kernel global address entries. */
2253                 for (i = 0; i < NKPML4E; i++) {
2254                         pmap->pm_pml4[KPML4BASE + i] = (KPDPphys + ptoa(i)) |
2255                             X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_U;
2256                 }
2257                 for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++) {
2258                         pmap->pm_pml4[DMPML4I + i] = (DMPDPphys + ptoa(i)) |
2259                             X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_U;
2260                 }
2261
2262                 /* install self-referential address mapping entry(s) */
2263                 pmap->pm_pml4[PML4PML4I] = VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg) |
2264                     X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A | X86_PG_M;
2265         }
2266
2267         pmap->pm_root.rt_root = 0;
2268         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
2269         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
2270         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
2271         pmap->pm_flags = flags;
2272         pmap->pm_eptgen = 0;
2273
2274         return (1);
2275 }
2276
2277 int
2278 pmap_pinit(pmap_t pmap)
2279 {
2280
2281         return (pmap_pinit_type(pmap, PT_X86, pmap_flags));
2282 }
2283
2284 /*
2285  * This routine is called if the desired page table page does not exist.
2286  *
2287  * If page table page allocation fails, this routine may sleep before
2288  * returning NULL.  It sleeps only if a lock pointer was given.
2289  *
2290  * Note: If a page allocation fails at page table level two or three,
2291  * one or two pages may be held during the wait, only to be released
2292  * afterwards.  This conservative approach is easily argued to avoid
2293  * race conditions.
2294  */
2295 static vm_page_t
2296 _pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex, struct rwlock **lockp)
2297 {
2298         vm_page_t m, pdppg, pdpg;
2299         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
2300
2301         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2302
2303         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
2304         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
2305         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
2306         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
2307
2308         /*
2309          * Allocate a page table page.
2310          */
2311         if ((m = vm_page_alloc(NULL, ptepindex, VM_ALLOC_NOOBJ |
2312             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO)) == NULL) {
2313                 if (lockp != NULL) {
2314                         RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
2315                         PMAP_UNLOCK(pmap);
2316                         rw_runlock(&pvh_global_lock);
2317                         VM_WAIT;
2318                         rw_rlock(&pvh_global_lock);
2319                         PMAP_LOCK(pmap);
2320                 }
2321
2322                 /*
2323                  * Indicate the need to retry.  While waiting, the page table
2324                  * page may have been allocated.
2325                  */
2326                 return (NULL);
2327         }
2328         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0)
2329                 pmap_zero_page(m);
2330
2331         /*
2332          * Map the pagetable page into the process address space, if
2333          * it isn't already there.
2334          */
2335
2336         if (ptepindex >= (NUPDE + NUPDPE)) {
2337                 pml4_entry_t *pml4;
2338                 vm_pindex_t pml4index;
2339
2340                 /* Wire up a new PDPE page */
2341                 pml4index = ptepindex - (NUPDE + NUPDPE);
2342                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
2343                 *pml4 = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
2344
2345         } else if (ptepindex >= NUPDE) {
2346                 vm_pindex_t pml4index;
2347                 vm_pindex_t pdpindex;
2348                 pml4_entry_t *pml4;
2349                 pdp_entry_t *pdp;
2350
2351                 /* Wire up a new PDE page */
2352                 pdpindex = ptepindex - NUPDE;
2353                 pml4index = pdpindex >> NPML4EPGSHIFT;
2354
2355                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
2356                 if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
2357                         /* Have to allocate a new pdp, recurse */
2358                         if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + NUPDPE + pml4index,
2359                             lockp) == NULL) {
2360                                 --m->wire_count;
2361                                 atomic_subtract_int(&vm_cnt.v_wire_count, 1);
2362                                 vm_page_free_zero(m);
2363                                 return (NULL);
2364                         }
2365                 } else {
2366                         /* Add reference to pdp page */
2367                         pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pml4 & PG_FRAME);
2368                         pdppg->wire_count++;
2369                 }
2370                 pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
2371
2372                 /* Now find the pdp page */
2373                 pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
2374                 *pdp = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
2375
2376         } else {
2377                 vm_pindex_t pml4index;
2378                 vm_pindex_t pdpindex;
2379                 pml4_entry_t *pml4;
2380                 pdp_entry_t *pdp;
2381                 pd_entry_t *pd;
2382
2383                 /* Wire up a new PTE page */
2384                 pdpindex = ptepindex >> NPDPEPGSHIFT;
2385                 pml4index = pdpindex >> NPML4EPGSHIFT;
2386
2387                 /* First, find the pdp and check that its valid. */
2388                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
2389                 if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
2390                         /* Have to allocate a new pd, recurse */
2391                         if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex,
2392                             lockp) == NULL) {
2393                                 --m->wire_count;
2394                                 atomic_subtract_int(&vm_cnt.v_wire_count, 1);
2395                                 vm_page_free_zero(m);
2396                                 return (NULL);
2397                         }
2398                         pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
2399                         pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
2400                 } else {
2401                         pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
2402                         pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
2403                         if ((*pdp & PG_V) == 0) {
2404                                 /* Have to allocate a new pd, recurse */
2405                                 if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex,
2406                                     lockp) == NULL) {
2407                                         --m->wire_count;
2408                                         atomic_subtract_int(&vm_cnt.v_wire_count,
2409                                             1);
2410                                         vm_page_free_zero(m);
2411                                         return (NULL);
2412                                 }
2413                         } else {
2414                                 /* Add reference to the pd page */
2415                                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdp & PG_FRAME);
2416                                 pdpg->wire_count++;
2417                         }
2418                 }
2419                 pd = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdp & PG_FRAME);
2420
2421                 /* Now we know where the page directory page is */
2422                 pd = &pd[ptepindex & ((1ul << NPDEPGSHIFT) - 1)];
2423                 *pd = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
2424         }
2425
2426         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
2427
2428         return (m);
2429 }
2430
2431 static vm_page_t
2432 pmap_allocpde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct rwlock **lockp)
2433 {
2434         vm_pindex_t pdpindex, ptepindex;
2435         pdp_entry_t *pdpe, PG_V;
2436         vm_page_t pdpg;
2437
2438         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
2439
2440 retry:
2441         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
2442         if (pdpe != NULL && (*pdpe & PG_V) != 0) {
2443                 /* Add a reference to the pd page. */
2444                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdpe & PG_FRAME);
2445                 pdpg->wire_count++;
2446         } else {
2447                 /* Allocate a pd page. */
2448                 ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
2449                 pdpindex = ptepindex >> NPDPEPGSHIFT;
2450                 pdpg = _pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex, lockp);
2451                 if (pdpg == NULL && lockp != NULL)
2452                         goto retry;
2453         }
2454         return (pdpg);
2455 }
2456
2457 static vm_page_t
2458 pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct rwlock **lockp)
2459 {
2460         vm_pindex_t ptepindex;
2461         pd_entry_t *pd, PG_V;
2462         vm_page_t m;
2463
2464         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
2465
2466         /*
2467          * Calculate pagetable page index
2468          */
2469         ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
2470 retry:
2471         /*
2472          * Get the page directory entry
2473          */
2474         pd = pmap_pde(pmap, va);
2475
2476         /*
2477          * This supports switching from a 2MB page to a
2478          * normal 4K page.
2479          */
2480         if (pd != NULL && (*pd & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V)) {
2481                 if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pd, va, lockp)) {
2482                         /*
2483                          * Invalidation of the 2MB page mapping may have caused
2484                          * the deallocation of the underlying PD page.
2485                          */
2486                         pd = NULL;
2487                 }
2488         }
2489
2490         /*
2491          * If the page table page is mapped, we just increment the
2492          * hold count, and activate it.
2493          */
2494         if (pd != NULL && (*pd & PG_V) != 0) {
2495                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pd & PG_FRAME);
2496                 m->wire_count++;
2497         } else {
2498                 /*
2499                  * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been
2500                  * deallocated.
2501                  */
2502                 m = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex, lockp);
2503                 if (m == NULL && lockp != NULL)
2504                         goto retry;
2505         }
2506         return (m);
2507 }
2508
2509
2510 /***************************************************
2511  * Pmap allocation/deallocation routines.
2512  ***************************************************/
2513
2514 /*
2515  * Release any resources held by the given physical map.
2516  * Called when a pmap initialized by pmap_pinit is being released.
2517  * Should only be called if the map contains no valid mappings.
2518  */
2519 void
2520 pmap_release(pmap_t pmap)
2521 {
2522         vm_page_t m;
2523         int i;
2524
2525         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count == 0,
2526             ("pmap_release: pmap resident count %ld != 0",
2527             pmap->pm_stats.resident_count));
2528         KASSERT(vm_radix_is_empty(&pmap->pm_root),
2529             ("pmap_release: pmap has reserved page table page(s)"));
2530         KASSERT(CPU_EMPTY(&pmap->pm_active),
2531             ("releasing active pmap %p", pmap));
2532
2533         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pmap->pm_pml4));
2534
2535         for (i = 0; i < NKPML4E; i++)   /* KVA */
2536                 pmap->pm_pml4[KPML4BASE + i] = 0;
2537         for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++)/* Direct Map */
2538                 pmap->pm_pml4[DMPML4I + i] = 0;
2539         pmap->pm_pml4[PML4PML4I] = 0;   /* Recursive Mapping */
2540
2541         m->wire_count--;
2542         atomic_subtract_int(&vm_cnt.v_wire_count, 1);
2543         vm_page_free_zero(m);
2544 }
2545 \f
2546 static int
2547 kvm_size(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
2548 {
2549         unsigned long ksize = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
2550
2551         return sysctl_handle_long(oidp, &ksize, 0, req);
2552 }
2553 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_size, CTLTYPE_LONG|CTLFLAG_RD, 
2554     0, 0, kvm_size, "LU", "Size of KVM");
2555
2556 static int
2557 kvm_free(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
2558 {
2559         unsigned long kfree = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - kernel_vm_end;
2560
2561         return sysctl_handle_long(oidp, &kfree, 0, req);
2562 }
2563 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_free, CTLTYPE_LONG|CTLFLAG_RD, 
2564     0, 0, kvm_free, "LU", "Amount of KVM free");
2565
2566 /*
2567  * grow the number of kernel page table entries, if needed
2568  */
2569 void
2570 pmap_growkernel(vm_offset_t addr)
2571 {
2572         vm_paddr_t paddr;
2573         vm_page_t nkpg;
2574         pd_entry_t *pde, newpdir;
2575         pdp_entry_t *pdpe;
2576
2577         mtx_assert(&kernel_map->system_mtx, MA_OWNED);
2578
2579         /*
2580          * Return if "addr" is within the range of kernel page table pages
2581          * that were preallocated during pmap bootstrap.  Moreover, leave
2582          * "kernel_vm_end" and the kernel page table as they were.
2583          *
2584          * The correctness of this action is based on the following
2585          * argument: vm_map_insert() allocates contiguous ranges of the
2586          * kernel virtual address space.  It calls this function if a range
2587          * ends after "kernel_vm_end".  If the kernel is mapped between
2588          * "kernel_vm_end" and "addr", then the range cannot begin at
2589          * "kernel_vm_end".  In fact, its beginning address cannot be less
2590          * than the kernel.  Thus, there is no immediate need to allocate
2591          * any new kernel page table pages between "kernel_vm_end" and
2592          * "KERNBASE".
2593          */
2594         if (KERNBASE < addr && addr <= KERNBASE + nkpt * NBPDR)
2595                 return;
2596
2597         addr = roundup2(addr, NBPDR);
2598         if (addr - 1 >= kernel_map->max_offset)
2599                 addr = kernel_map->max_offset;
2600         while (kernel_vm_end < addr) {
2601                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, kernel_vm_end);
2602                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0) {
2603                         /* We need a new PDP entry */
2604                         nkpg = vm_page_alloc(NULL, kernel_vm_end >> PDPSHIFT,
2605                             VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ |
2606                             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
2607                         if (nkpg == NULL)
2608                                 panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
2609                         if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
2610                                 pmap_zero_page(nkpg);
2611                         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
2612                         *pdpe = (pdp_entry_t)(paddr | X86_PG_V | X86_PG_RW |
2613                             X86_PG_A | X86_PG_M);
2614                         continue; /* try again */
2615                 }
2616                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, kernel_vm_end);
2617                 if ((*pde & X86_PG_V) != 0) {
2618                         kernel_vm_end = (kernel_vm_end + NBPDR) & ~PDRMASK;
2619                         if (kernel_vm_end - 1 >= kernel_map->max_offset) {
2620                                 kernel_vm_end = kernel_map->max_offset;
2621                                 break;                       
2622                         }
2623                         continue;
2624                 }
2625
2626                 nkpg = vm_page_alloc(NULL, pmap_pde_pindex(kernel_vm_end),
2627                     VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED |
2628                     VM_ALLOC_ZERO);
2629                 if (nkpg == NULL)
2630                         panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
2631                 if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
2632                         pmap_zero_page(nkpg);
2633                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
2634                 newpdir = paddr | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A | X86_PG_M;
2635                 pde_store(pde, newpdir);
2636
2637                 kernel_vm_end = (kernel_vm_end + NBPDR) & ~PDRMASK;
2638                 if (kernel_vm_end - 1 >= kernel_map->max_offset) {
2639                         kernel_vm_end = kernel_map->max_offset;
2640                         break;                       
2641                 }
2642         }
2643 }
2644
2645
2646 /***************************************************
2647  * page management routines.
2648  ***************************************************/
2649
2650 CTASSERT(sizeof(struct pv_chunk) == PAGE_SIZE);
2651 CTASSERT(_NPCM == 3);
2652 CTASSERT(_NPCPV == 168);
2653
2654 static __inline struct pv_chunk *
2655 pv_to_chunk(pv_entry_t pv)
2656 {
2657
2658         return ((struct pv_chunk *)((uintptr_t)pv & ~(uintptr_t)PAGE_MASK));
2659 }
2660
2661 #define PV_PMAP(pv) (pv_to_chunk(pv)->pc_pmap)
2662
2663 #define PC_FREE0        0xfffffffffffffffful
2664 #define PC_FREE1        0xfffffffffffffffful
2665 #define PC_FREE2        0x000000fffffffffful
2666
2667 static const uint64_t pc_freemask[_NPCM] = { PC_FREE0, PC_FREE1, PC_FREE2 };
2668
2669 #ifdef PV_STATS
2670 static int pc_chunk_count, pc_chunk_allocs, pc_chunk_frees, pc_chunk_tryfail;
2671
2672 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_count, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_count, 0,
2673         "Current number of pv entry chunks");
2674 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_allocs, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_allocs, 0,
2675         "Current number of pv entry chunks allocated");
2676 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_frees, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_frees, 0,
2677         "Current number of pv entry chunks frees");
2678 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_tryfail, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_tryfail, 0,
2679         "Number of times tried to get a chunk page but failed.");
2680
2681 static long pv_entry_frees, pv_entry_allocs, pv_entry_count;
2682 static int pv_entry_spare;
2683
2684 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_frees, CTLFLAG_RD, &pv_entry_frees, 0,
2685         "Current number of pv entry frees");
2686 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_allocs, CTLFLAG_RD, &pv_entry_allocs, 0,
2687         "Current number of pv entry allocs");
2688 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_count, CTLFLAG_RD, &pv_entry_count, 0,
2689         "Current number of pv entries");
2690 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_spare, CTLFLAG_RD, &pv_entry_spare, 0,
2691         "Current number of spare pv entries");
2692 #endif
2693
2694 /*
2695  * We are in a serious low memory condition.  Resort to
2696  * drastic measures to free some pages so we can allocate
2697  * another pv entry chunk.
2698  *
2699  * Returns NULL if PV entries were reclaimed from the specified pmap.
2700  *
2701  * We do not, however, unmap 2mpages because subsequent accesses will
2702  * allocate per-page pv entries until repromotion occurs, thereby
2703  * exacerbating the shortage of free pv entries.
2704  */
2705 static vm_page_t
2706 reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp)
2707 {
2708         struct pch new_tail;
2709         struct pv_chunk *pc;
2710         struct md_page *pvh;
2711         pd_entry_t *pde;
2712         pmap_t pmap;
2713         pt_entry_t *pte, tpte;
2714         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW;
2715         pv_entry_t pv;
2716         vm_offset_t va;
2717         vm_page_t m, m_pc;
2718         struct spglist free;
2719         uint64_t inuse;
2720         int bit, field, freed;
2721
2722         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
2723         PMAP_LOCK_ASSERT(locked_pmap, MA_OWNED);
2724         KASSERT(lockp != NULL, ("reclaim_pv_chunk: lockp is NULL"));
2725         pmap = NULL;
2726         m_pc = NULL;
2727         PG_G = PG_A = PG_M = PG_RW = 0;
2728         SLIST_INIT(&free);
2729         TAILQ_INIT(&new_tail);
2730         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2731         while ((pc = TAILQ_FIRST(&pv_chunks)) != NULL && SLIST_EMPTY(&free)) {
2732                 TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2733                 mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
2734                 if (pmap != pc->pc_pmap) {
2735                         if (pmap != NULL) {
2736                                 pmap_invalidate_all(pmap);
2737                                 if (pmap != locked_pmap)
2738                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
2739                         }
2740                         pmap = pc->pc_pmap;
2741                         /* Avoid deadlock and lock recursion. */
2742                         if (pmap > locked_pmap) {
2743                                 RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
2744                                 PMAP_LOCK(pmap);
2745                         } else if (pmap != locked_pmap &&
2746                             !PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
2747                                 pmap = NULL;
2748                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail, pc, pc_lru);
2749                                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2750                                 continue;
2751                         }
2752                         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
2753                         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
2754                         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
2755                         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
2756                 }
2757
2758                 /*
2759                  * Destroy every non-wired, 4 KB page mapping in the chunk.
2760                  */
2761                 freed = 0;
2762                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
2763                         for (inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
2764                             inuse != 0; inuse &= ~(1UL << bit)) {
2765                                 bit = bsfq(inuse);
2766                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
2767                                 va = pv->pv_va;
2768                                 pde = pmap_pde(pmap, va);
2769                                 if ((*pde & PG_PS) != 0)
2770                                         continue;
2771                                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
2772                                 if ((*pte & PG_W) != 0)
2773                                         continue;
2774                                 tpte = pte_load_clear(pte);
2775                                 if ((tpte & PG_G) != 0)
2776                                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
2777                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpte & PG_FRAME);
2778                                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
2779                                         vm_page_dirty(m);
2780                                 if ((tpte & PG_A) != 0)
2781                                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2782                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
2783                                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2784                                 m->md.pv_gen++;
2785                                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
2786                                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
2787                                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2788                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
2789                                                 vm_page_aflag_clear(m,
2790                                                     PGA_WRITEABLE);
2791                                         }
2792                                 }
2793                                 pc->pc_map[field] |= 1UL << bit;
2794                                 pmap_unuse_pt(pmap, va, *pde, &free);
2795                                 freed++;
2796                         }
2797                 }
2798                 if (freed == 0) {
2799                         TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail, pc, pc_lru);
2800                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2801                         continue;
2802                 }
2803                 /* Every freed mapping is for a 4 KB page. */
2804                 pmap_resident_count_dec(pmap, freed);
2805                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
2806                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
2807                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
2808                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2809                 if (pc->pc_map[0] == PC_FREE0 && pc->pc_map[1] == PC_FREE1 &&
2810                     pc->pc_map[2] == PC_FREE2) {
2811                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
2812                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
2813                         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
2814                         /* Entire chunk is free; return it. */
2815                         m_pc = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
2816                         dump_drop_page(m_pc->phys_addr);
2817                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2818                         break;
2819                 }
2820                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2821                 TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail, pc, pc_lru);
2822                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2823                 /* One freed pv entry in locked_pmap is sufficient. */
2824                 if (pmap == locked_pmap)
2825                         break;
2826         }
2827         TAILQ_CONCAT(&pv_chunks, &new_tail, pc_lru);
2828         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
2829         if (pmap != NULL) {
2830                 pmap_invalidate_all(pmap);
2831                 if (pmap != locked_pmap)
2832                         PMAP_UNLOCK(pmap);
2833         }
2834         if (m_pc == NULL && !SLIST_EMPTY(&free)) {
2835                 m_pc = SLIST_FIRST(&free);
2836                 SLIST_REMOVE_HEAD(&free, plinks.s.ss);
2837                 /* Recycle a freed page table page. */
2838                 m_pc->wire_count = 1;
2839                 atomic_add_int(&vm_cnt.v_wire_count, 1);
2840         }
2841         pmap_free_zero_pages(&free);
2842         return (m_pc);
2843 }
2844
2845 /*
2846  * free the pv_entry back to the free list
2847  */
2848 static void
2849 free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv)
2850 {
2851         struct pv_chunk *pc;
2852         int idx, field, bit;
2853
2854         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
2855         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2856         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, 1));
2857         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, 1));
2858         PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, 1));
2859         pc = pv_to_chunk(pv);
2860         idx = pv - &pc->pc_pventry[0];
2861         field = idx / 64;
2862         bit = idx % 64;
2863         pc->pc_map[field] |= 1ul << bit;
2864         if (pc->pc_map[0] != PC_FREE0 || pc->pc_map[1] != PC_FREE1 ||
2865             pc->pc_map[2] != PC_FREE2) {
2866                 /* 98% of the time, pc is already at the head of the list. */
2867                 if (__predict_false(pc != TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk))) {
2868                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2869                         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2870                 }
2871                 return;
2872         }
2873         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2874         free_pv_chunk(pc);
2875 }
2876
2877 static void
2878 free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc)
2879 {
2880         vm_page_t m;
2881
2882         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2883         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2884         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
2885         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
2886         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
2887         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
2888         /* entire chunk is free, return it */
2889         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
2890         dump_drop_page(m->phys_addr);
2891         vm_page_unwire(m, PQ_NONE);
2892         vm_page_free(m);
2893 }
2894
2895 /*
2896  * Returns a new PV entry, allocating a new PV chunk from the system when
2897  * needed.  If this PV chunk allocation fails and a PV list lock pointer was
2898  * given, a PV chunk is reclaimed from an arbitrary pmap.  Otherwise, NULL is
2899  * returned.
2900  *
2901  * The given PV list lock may be released.
2902  */
2903 static pv_entry_t
2904 get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp)
2905 {
2906         int bit, field;
2907         pv_entry_t pv;
2908         struct pv_chunk *pc;
2909         vm_page_t m;
2910
2911         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
2912         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2913         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, 1));
2914 retry:
2915         pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
2916         if (pc != NULL) {
2917                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
2918                         if (pc->pc_map[field]) {
2919                                 bit = bsfq(pc->pc_map[field]);
2920                                 break;
2921                         }
2922                 }
2923                 if (field < _NPCM) {
2924                         pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
2925                         pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
2926                         /* If this was the last item, move it to tail */
2927                         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 &&
2928                             pc->pc_map[2] == 0) {
2929                                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2930                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc,
2931                                     pc_list);
2932                         }
2933                         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
2934                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, 1));
2935                         return (pv);
2936                 }
2937         }
2938         /* No free items, allocate another chunk */
2939         m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
2940             VM_ALLOC_WIRED);
2941         if (m == NULL) {
2942                 if (lockp == NULL) {
2943                         PV_STAT(pc_chunk_tryfail++);
2944                         return (NULL);
2945                 }
2946                 m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
2947                 if (m == NULL)
2948                         goto retry;
2949         }
2950         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
2951         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
2952         dump_add_page(m->phys_addr);
2953         pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
2954         pc->pc_pmap = pmap;
2955         pc->pc_map[0] = PC_FREE0 & ~1ul;        /* preallocated bit 0 */
2956         pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
2957         pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
2958         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2959         TAILQ_INSERT_TAIL(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2960         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
2961         pv = &pc->pc_pventry[0];
2962         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2963         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
2964         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV - 1));
2965         return (pv);
2966 }
2967
2968 /*
2969  * Returns the number of one bits within the given PV chunk map element.
2970  *
2971  * The erratas for Intel processors state that "POPCNT Instruction May
2972  * Take Longer to Execute Than Expected".  It is believed that the
2973  * issue is the spurious dependency on the destination register.
2974  * Provide a hint to the register rename logic that the destination
2975  * value is overwritten, by clearing it, as suggested in the
2976  * optimization manual.  It should be cheap for unaffected processors
2977  * as well.
2978  *
2979  * Reference numbers for erratas are
2980  * 4th Gen Core: HSD146
2981  * 5th Gen Core: BDM85
2982  */
2983 static int
2984 popcnt_pc_map_elem_pq(uint64_t elem)
2985 {
2986         u_long result;
2987
2988         __asm __volatile("xorl %k0,%k0;popcntq %1,%0"
2989             : "=&r" (result) : "rm" (elem));
2990         return (result);
2991 }
2992
2993 /*
2994  * Ensure that the number of spare PV entries in the specified pmap meets or
2995  * exceeds the given count, "needed".
2996  *
2997  * The given PV list lock may be released.
2998  */
2999 static void
3000 reserve_pv_entries(pmap_t pmap, int needed, struct rwlock **lockp)
3001 {
3002         struct pch new_tail;
3003         struct pv_chunk *pc;
3004         int avail, free;
3005         vm_page_t m;
3006
3007         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
3008         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3009         KASSERT(lockp != NULL, ("reserve_pv_entries: lockp is NULL"));
3010
3011         /*
3012          * Newly allocated PV chunks must be stored in a private list until
3013          * the required number of PV chunks have been allocated.  Otherwise,
3014          * reclaim_pv_chunk() could recycle one of these chunks.  In
3015          * contrast, these chunks must be added to the pmap upon allocation.
3016          */
3017         TAILQ_INIT(&new_tail);
3018 retry:
3019         avail = 0;
3020         TAILQ_FOREACH(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list) {
3021 #ifndef __POPCNT__
3022                 if ((cpu_feature2 & CPUID2_POPCNT) == 0) {
3023                         free = bitcount64(pc->pc_map[0]);
3024                         free += bitcount64(pc->pc_map[1]);
3025                         free += bitcount64(pc->pc_map[2]);
3026                 } else
3027 #endif
3028                 {
3029                         free = popcnt_pc_map_elem_pq(pc->pc_map[0]);
3030                         free += popcnt_pc_map_elem_pq(pc->pc_map[1]);
3031                         free += popcnt_pc_map_elem_pq(pc->pc_map[2]);
3032                 }
3033                 if (free == 0)
3034                         break;
3035                 avail += free;
3036                 if (avail >= needed)
3037                         break;
3038         }
3039         for (; avail < needed; avail += _NPCPV) {
3040                 m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
3041                     VM_ALLOC_WIRED);
3042                 if (m == NULL) {
3043                         m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
3044                         if (m == NULL)
3045                                 goto retry;
3046                 }
3047                 PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
3048                 PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
3049                 dump_add_page(m->phys_addr);
3050                 pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
3051                 pc->pc_pmap = pmap;
3052                 pc->pc_map[0] = PC_FREE0;
3053                 pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
3054                 pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
3055                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3056                 TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail, pc, pc_lru);
3057                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
3058         }
3059         if (!TAILQ_EMPTY(&new_tail)) {
3060                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
3061                 TAILQ_CONCAT(&pv_chunks, &new_tail, pc_lru);
3062                 mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
3063         }
3064 }
3065
3066 /*
3067  * First find and then remove the pv entry for the specified pmap and virtual
3068  * address from the specified pv list.  Returns the pv entry if found and NULL
3069  * otherwise.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or
3070  * 2MB page mappings.
3071  */
3072 static __inline pv_entry_t
3073 pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3074 {
3075         pv_entry_t pv;
3076
3077         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
3078         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
3079                 if (pmap == PV_PMAP(pv) && va == pv->pv_va) {
3080                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
3081                         pvh->pv_gen++;
3082                         break;
3083                 }
3084         }
3085         return (pv);
3086 }
3087
3088 /*
3089  * After demotion from a 2MB page mapping to 512 4KB page mappings,
3090  * destroy the pv entry for the 2MB page mapping and reinstantiate the pv
3091  * entries for each of the 4KB page mappings.
3092  */
3093 static void
3094 pmap_pv_demote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
3095     struct rwlock **lockp)
3096 {
3097         struct md_page *pvh;
3098         struct pv_chunk *pc;
3099         pv_entry_t pv;
3100         vm_offset_t va_last;
3101         vm_page_t m;
3102         int bit, field;
3103
3104         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
3105         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3106         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
3107             ("pmap_pv_demote_pde: pa is not 2mpage aligned"));
3108         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
3109
3110         /*
3111          * Transfer the 2mpage's pv entry for this mapping to the first
3112          * page's pv list.  Once this transfer begins, the pv list lock
3113          * must not be released until the last pv entry is reinstantiated.
3114          */
3115         pvh = pa_to_pvh(pa);
3116         va = trunc_2mpage(va);
3117         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
3118         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_demote_pde: pv not found"));
3119         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
3120         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3121         m->md.pv_gen++;
3122         /* Instantiate the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
3123         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, NPTEPG - 1));
3124         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
3125         for (;;) {
3126                 pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
3127                 KASSERT(pc->pc_map[0] != 0 || pc->pc_map[1] != 0 ||
3128                     pc->pc_map[2] != 0, ("pmap_pv_demote_pde: missing spare"));
3129                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
3130                         while (pc->pc_map[field]) {
3131                                 bit = bsfq(pc->pc_map[field]);
3132                                 pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
3133                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
3134                                 va += PAGE_SIZE;
3135                                 pv->pv_va = va;
3136                                 m++;
3137                                 KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
3138                             ("pmap_pv_demote_pde: page %p is not managed", m));
3139                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3140                                 m->md.pv_gen++;
3141                                 if (va == va_last)
3142                                         goto out;
3143                         }
3144                 }
3145                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3146                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3147         }
3148 out:
3149         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 && pc->pc_map[2] == 0) {
3150                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3151                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3152         }
3153         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, NPTEPG - 1));
3154         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, NPTEPG - 1));
3155 }
3156
3157 /*
3158  * After promotion from 512 4KB page mappings to a single 2MB page mapping,
3159  * replace the many pv entries for the 4KB page mappings by a single pv entry
3160  * for the 2MB page mapping.
3161  */
3162 static void
3163 pmap_pv_promote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
3164     struct rwlock **lockp)
3165 {
3166         struct md_page *pvh;
3167         pv_entry_t pv;
3168         vm_offset_t va_last;
3169         vm_page_t m;
3170
3171         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
3172         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
3173             ("pmap_pv_promote_pde: pa is not 2mpage aligned"));
3174         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
3175
3176         /*
3177          * Transfer the first page's pv entry for this mapping to the 2mpage's
3178          * pv list.  Aside from avoiding the cost of a call to get_pv_entry(),
3179          * a transfer avoids the possibility that get_pv_entry() calls
3180          * reclaim_pv_chunk() and that reclaim_pv_chunk() removes one of the
3181          * mappings that is being promoted.
3182          */
3183         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
3184         va = trunc_2mpage(va);
3185         pv = pmap_pvh_remove(&m->md, pmap, va);
3186         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_promote_pde: pv not found"));
3187         pvh = pa_to_pvh(pa);
3188         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
3189         pvh->pv_gen++;
3190         /* Free the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
3191         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
3192         do {
3193                 m++;
3194                 va += PAGE_SIZE;
3195                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
3196         } while (va < va_last);
3197 }
3198
3199 /*
3200  * First find and then destroy the pv entry for the specified pmap and virtual
3201  * address.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or 2MB
3202  * page mappings.
3203  */
3204 static void
3205 pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3206 {
3207         pv_entry_t pv;
3208
3209         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
3210         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pvh_free: pv not found"));
3211         free_pv_entry(pmap, pv);
3212 }
3213
3214 /*
3215  * Conditionally create the PV entry for a 4KB page mapping if the required
3216  * memory can be allocated without resorting to reclamation.
3217  */
3218 static boolean_t
3219 pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
3220     struct rwlock **lockp)
3221 {
3222         pv_entry_t pv;
3223
3224         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
3225         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3226         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
3227         if ((pv = get_pv_entry(pmap, NULL)) != NULL) {
3228                 pv->pv_va = va;
3229                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
3230                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3231                 m->md.pv_gen++;
3232                 return (TRUE);
3233         } else
3234                 return (FALSE);
3235 }
3236
3237 /*
3238  * Conditionally create the PV entry for a 2MB page mapping if the required
3239  * memory can be allocated without resorting to reclamation.
3240  */
3241 static boolean_t
3242 pmap_pv_insert_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
3243     struct rwlock **lockp)
3244 {
3245         struct md_page *pvh;
3246         pv_entry_t pv;
3247
3248         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
3249         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3250         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
3251         if ((pv = get_pv_entry(pmap, NULL)) != NULL) {
3252                 pv->pv_va = va;
3253                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
3254                 pvh = pa_to_pvh(pa);
3255                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
3256                 pvh->pv_gen++;
3257                 return (TRUE);
3258         } else
3259                 return (FALSE);
3260 }
3261
3262 /*
3263  * Fills a page table page with mappings to consecutive physical pages.
3264  */
3265 static void
3266 pmap_fill_ptp(pt_entry_t *firstpte, pt_entry_t newpte)
3267 {
3268         pt_entry_t *pte;
3269
3270         for (pte = firstpte; pte < firstpte + NPTEPG; pte++) {
3271                 *pte = newpte;
3272                 newpte += PAGE_SIZE;
3273         }
3274 }
3275
3276 /*
3277  * Tries to demote a 2MB page mapping.  If demotion fails, the 2MB page
3278  * mapping is invalidated.
3279  */
3280 static boolean_t
3281 pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
3282 {
3283         struct rwlock *lock;
3284         boolean_t rv;
3285
3286         lock = NULL;
3287         rv = pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
3288         if (lock != NULL)
3289                 rw_wunlock(lock);
3290         return (rv);
3291 }
3292
3293 static boolean_t
3294 pmap_demote_pde_locked(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
3295     struct rwlock **lockp)
3296 {
3297         pd_entry_t newpde, oldpde;
3298         pt_entry_t *firstpte, newpte;
3299         pt_entry_t PG_A, PG_G, PG_M, PG_RW, PG_V;
3300         vm_paddr_t mptepa;
3301         vm_page_t mpte;
3302         struct spglist free;
3303         int PG_PTE_CACHE;
3304
3305         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
3306         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
3307         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
3308         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
3309         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3310         PG_PTE_CACHE = pmap_cache_mask(pmap, 0);
3311
3312         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3313         oldpde = *pde;
3314         KASSERT((oldpde & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V),
3315             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_PS and/or PG_V"));
3316         if ((oldpde & PG_A) != 0 && (mpte = pmap_lookup_pt_page(pmap, va)) !=
3317             NULL)
3318                 pmap_remove_pt_page(pmap, mpte);
3319         else {
3320                 KASSERT((oldpde & PG_W) == 0,
3321                     ("pmap_demote_pde: page table page for a wired mapping"
3322                     " is missing"));
3323
3324                 /*
3325                  * Invalidate the 2MB page mapping and return "failure" if the
3326                  * mapping was never accessed or the allocation of the new
3327                  * page table page fails.  If the 2MB page mapping belongs to
3328                  * the direct map region of the kernel's address space, then
3329                  * the page allocation request specifies the highest possible
3330                  * priority (VM_ALLOC_INTERRUPT).  Otherwise, the priority is
3331                  * normal.  Page table pages are preallocated for every other
3332                  * part of the kernel address space, so the direct map region
3333                  * is the only part of the kernel address space that must be
3334                  * handled here.
3335                  */
3336                 if ((oldpde & PG_A) == 0 || (mpte = vm_page_alloc(NULL,
3337                     pmap_pde_pindex(va), (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va <
3338                     DMAP_MAX_ADDRESS ? VM_ALLOC_INTERRUPT : VM_ALLOC_NORMAL) |
3339                     VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED)) == NULL) {
3340                         SLIST_INIT(&free);
3341                         pmap_remove_pde(pmap, pde, trunc_2mpage(va), &free,
3342                             lockp);
3343                         pmap_invalidate_page(pmap, trunc_2mpage(va));
3344                         pmap_free_zero_pages(&free);
3345                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: failure for va %#lx"
3346                             " in pmap %p", va, pmap);
3347                         return (FALSE);
3348                 }
3349                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
3350                         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
3351         }
3352         mptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpte);
3353         firstpte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mptepa);
3354         newpde = mptepa | PG_M | PG_A | (oldpde & PG_U) | PG_RW | PG_V;
3355         KASSERT((oldpde & PG_A) != 0,
3356             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_A"));
3357         KASSERT((oldpde & (PG_M | PG_RW)) != PG_RW,
3358             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_M"));
3359         newpte = oldpde & ~PG_PS;
3360         newpte = pmap_swap_pat(pmap, newpte);
3361
3362         /*
3363          * If the page table page is new, initialize it.
3364          */
3365         if (mpte->wire_count == 1) {
3366                 mpte->wire_count = NPTEPG;
3367                 pmap_fill_ptp(firstpte, newpte);
3368         }
3369         KASSERT((*firstpte & PG_FRAME) == (newpte & PG_FRAME),
3370             ("pmap_demote_pde: firstpte and newpte map different physical"
3371             " addresses"));
3372
3373         /*
3374          * If the mapping has changed attributes, update the page table
3375          * entries.
3376          */
3377         if ((*firstpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpte & PG_PTE_PROMOTE))
3378                 pmap_fill_ptp(firstpte, newpte);
3379
3380         /*
3381          * The spare PV entries must be reserved prior to demoting the
3382          * mapping, that is, prior to changing the PDE.  Otherwise, the state
3383          * of the PDE and the PV lists will be inconsistent, which can result
3384          * in reclaim_pv_chunk() attempting to remove a PV entry from the
3385          * wrong PV list and pmap_pv_demote_pde() failing to find the expected
3386          * PV entry for the 2MB page mapping that is being demoted.
3387          */
3388         if ((oldpde & PG_MANAGED) != 0)
3389                 reserve_pv_entries(pmap, NPTEPG - 1, lockp);
3390
3391         /*
3392          * Demote the mapping.  This pmap is locked.  The old PDE has
3393          * PG_A set.  If the old PDE has PG_RW set, it also has PG_M
3394          * set.  Thus, there is no danger of a race with another
3395          * processor changing the setting of PG_A and/or PG_M between
3396          * the read above and the store below. 
3397          */
3398         if (workaround_erratum383)
3399                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, newpde);
3400         else
3401                 pde_store(pde, newpde);
3402
3403         /*
3404          * Invalidate a stale recursive mapping of the page table page.
3405          */
3406         if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
3407                 pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopte(va));
3408
3409         /*
3410          * Demote the PV entry.
3411          */
3412         if ((oldpde & PG_MANAGED) != 0)
3413                 pmap_pv_demote_pde(pmap, va, oldpde & PG_PS_FRAME, lockp);
3414
3415         atomic_add_long(&pmap_pde_demotions, 1);
3416         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: success for va %#lx"
3417             " in pmap %p", va, pmap);
3418         return (TRUE);
3419 }
3420
3421 /*
3422  * pmap_remove_kernel_pde: Remove a kernel superpage mapping.
3423  */
3424 static void
3425 pmap_remove_kernel_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
3426 {
3427         pd_entry_t newpde;
3428         vm_paddr_t mptepa;
3429         vm_page_t mpte;
3430
3431         KASSERT(pmap == kernel_pmap, ("pmap %p is not kernel_pmap", pmap));
3432         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3433         mpte = pmap_lookup_pt_page(pmap, va);
3434         if (mpte == NULL)
3435                 panic("pmap_remove_kernel_pde: Missing pt page.");
3436
3437         pmap_remove_pt_page(pmap, mpte);
3438         mptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpte);
3439         newpde = mptepa | X86_PG_M | X86_PG_A | X86_PG_RW | X86_PG_V;
3440
3441         /*
3442          * Initialize the page table page.
3443          */
3444         pagezero((void *)PHYS_TO_DMAP(mptepa));
3445
3446         /*
3447          * Demote the mapping.
3448          */
3449         if (workaround_erratum383)
3450                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, newpde);
3451         else
3452                 pde_store(pde, newpde);
3453
3454         /*
3455          * Invalidate a stale recursive mapping of the page table page.
3456          */
3457         pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopte(va));
3458 }
3459
3460 /*
3461  * pmap_remove_pde: do the things to unmap a superpage in a process
3462  */
3463 static int
3464 pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
3465     struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
3466 {
3467         struct md_page *pvh;
3468         pd_entry_t oldpde;
3469         vm_offset_t eva, va;
3470         vm_page_t m, mpte;
3471         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW;
3472
3473         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
3474         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
3475         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
3476         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
3477
3478         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3479         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
3480             ("pmap_remove_pde: sva is not 2mpage aligned"));
3481         oldpde = pte_load_clear(pdq);
3482         if (oldpde & PG_W)
3483                 pmap->pm_stats.wired_count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
3484
3485         /*
3486          * Machines that don't support invlpg, also don't support
3487          * PG_G.
3488          */
3489         if (oldpde & PG_G)
3490                 pmap_invalidate_page(kernel_pmap, sva);
3491         pmap_resident_count_dec(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
3492         if (oldpde & PG_MANAGED) {
3493                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, oldpde & PG_PS_FRAME);
3494                 pvh = pa_to_pvh(oldpde & PG_PS_FRAME);
3495                 pmap_pvh_free(pvh, pmap, sva);
3496                 eva = sva + NBPDR;
3497                 for (va = sva, m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
3498                     va < eva; va += PAGE_SIZE, m++) {
3499                         if ((oldpde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
3500                                 vm_page_dirty(m);
3501                         if (oldpde & PG_A)
3502                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
3503                         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
3504                             TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
3505                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
3506                 }
3507         }
3508         if (pmap == kernel_pmap) {
3509                 pmap_remove_kernel_pde(pmap, pdq, sva);
3510         } else {
3511                 mpte = pmap_lookup_pt_page(pmap, sva);
3512                 if (mpte != NULL) {
3513                         pmap_remove_pt_page(pmap, mpte);
3514                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3515                         KASSERT(mpte->wire_count == NPTEPG,
3516                             ("pmap_remove_pde: pte page wire count error"));
3517                         mpte->wire_count = 0;
3518                         pmap_add_delayed_free_list(mpte, free, FALSE);
3519                         atomic_subtract_int(&vm_cnt.v_wire_count, 1);
3520                 }
3521         }
3522         return (pmap_unuse_pt(pmap, sva, *pmap_pdpe(pmap, sva), free));
3523 }
3524
3525 /*
3526  * pmap_remove_pte: do the things to unmap a page in a process
3527  */
3528 static int
3529 pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t va, 
3530     pd_entry_t ptepde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
3531 {
3532         struct md_page *pvh;
3533         pt_entry_t oldpte, PG_A, PG_M, PG_RW;
3534         vm_page_t m;
3535
3536         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
3537         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
3538         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
3539
3540         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3541         oldpte = pte_load_clear(ptq);
3542         if (oldpte & PG_W)
3543                 pmap->pm_stats.wired_count -= 1;
3544         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3545         if (oldpte & PG_MANAGED) {
3546                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpte & PG_FRAME);
3547                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
3548                         vm_page_dirty(m);
3549                 if (oldpte & PG_A)
3550                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
3551                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
3552                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
3553                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
3554                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
3555                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3556                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
3557                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
3558                 }
3559         }
3560         return (pmap_unuse_pt(pmap, va, ptepde, free));
3561 }
3562
3563 /*
3564  * Remove a single page from a process address space
3565  */
3566 static void
3567 pmap_remove_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
3568     struct spglist *free)
3569 {
3570         struct rwlock *lock;
3571         pt_entry_t *pte, PG_V;
3572
3573         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3574         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3575         if ((*pde & PG_V) == 0)
3576                 return;
3577         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
3578         if ((*pte & PG_V) == 0)
3579                 return;
3580         lock = NULL;
3581         pmap_remove_pte(pmap, pte, va, *pde, free, &lock);
3582         if (lock != NULL)
3583                 rw_wunlock(lock);
3584         pmap_invalidate_page(pmap, va);
3585 }
3586
3587 /*
3588  *      Remove the given range of addresses from the specified map.
3589  *
3590  *      It is assumed that the start and end are properly
3591  *      rounded to the page size.
3592  */
3593 void
3594 pmap_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3595 {
3596         struct rwlock *lock;
3597         vm_offset_t va, va_next;
3598         pml4_entry_t *pml4e;
3599         pdp_entry_t *pdpe;
3600         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
3601         pt_entry_t *pte, PG_G, PG_V;
3602         struct spglist free;
3603         int anyvalid;
3604
3605         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
3606         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3607
3608         /*
3609          * Perform an unsynchronized read.  This is, however, safe.
3610          */
3611         if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
3612                 return;
3613
3614         anyvalid = 0;
3615         SLIST_INIT(&free);
3616
3617         rw_rlock(&pvh_global_lock);
3618         PMAP_LOCK(pmap);
3619
3620         /*
3621          * special handling of removing one page.  a very
3622          * common operation and easy to short circuit some
3623          * code.
3624          */
3625         if (sva + PAGE_SIZE == eva) {
3626                 pde = pmap_pde(pmap, sva);
3627                 if (pde && (*pde & PG_PS) == 0) {
3628                         pmap_remove_page(pmap, sva, pde, &free);
3629                         goto out;
3630                 }
3631         }
3632
3633         lock = NULL;
3634         for (; sva < eva; sva = va_next) {
3635
3636                 if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
3637                         break;
3638
3639                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
3640                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
3641                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
3642                         if (va_next < sva)
3643                                 va_next = eva;
3644                         continue;
3645                 }
3646
3647                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
3648                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
3649                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
3650                         if (va_next < sva)
3651                                 va_next = eva;
3652                         continue;
3653                 }
3654
3655                 /*
3656                  * Calculate index for next page table.
3657                  */
3658                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
3659                 if (va_next < sva)
3660                         va_next = eva;
3661
3662                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
3663                 ptpaddr = *pde;
3664
3665                 /*
3666                  * Weed out invalid mappings.
3667                  */
3668                 if (ptpaddr == 0)
3669                         continue;
3670
3671                 /*
3672                  * Check for large page.
3673                  */
3674                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
3675                         /*
3676                          * Are we removing the entire large page?  If not,
3677                          * demote the mapping and fall through.
3678                          */
3679                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
3680                                 /*
3681                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
3682                                  * invalidated by pmap_remove_pde().
3683                                  */
3684                                 if ((ptpaddr & PG_G) == 0)
3685                                         anyvalid = 1;
3686                                 pmap_remove_pde(pmap, pde, sva, &free, &lock);
3687                                 continue;
3688                         } else if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, sva,
3689                             &lock)) {
3690                                 /* The large page mapping was destroyed. */
3691                                 continue;
3692                         } else
3693                                 ptpaddr = *pde;
3694                 }
3695
3696                 /*
3697                  * Limit our scan to either the end of the va represented
3698                  * by the current page table page, or to the end of the
3699                  * range being removed.
3700                  */
3701                 if (va_next > eva)
3702                         va_next = eva;
3703
3704                 va = va_next;
3705                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
3706                     sva += PAGE_SIZE) {
3707                         if (*pte == 0) {
3708                                 if (va != va_next) {
3709                                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
3710                                         va = va_next;
3711                                 }
3712                                 continue;
3713                         }
3714                         if ((*pte & PG_G) == 0)
3715                                 anyvalid = 1;
3716                         else if (va == va_next)
3717                                 va = sva;
3718                         if (pmap_remove_pte(pmap, pte, sva, ptpaddr, &free,
3719                             &lock)) {
3720                                 sva += PAGE_SIZE;
3721                                 break;
3722                         }
3723                 }
3724                 if (va != va_next)
3725                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
3726         }
3727         if (lock != NULL)
3728                 rw_wunlock(lock);
3729 out:
3730         if (anyvalid)
3731                 pmap_invalidate_all(pmap);
3732         rw_runlock(&pvh_global_lock);   
3733         PMAP_UNLOCK(pmap);
3734         pmap_free_zero_pages(&free);
3735 }
3736
3737 /*
3738  *      Routine:        pmap_remove_all
3739  *      Function:
3740  *              Removes this physical page from
3741  *              all physical maps in which it resides.
3742  *              Reflects back modify bits to the pager.
3743  *
3744  *      Notes:
3745  *              Original versions of this routine were very
3746  *              inefficient because they iteratively called
3747  *              pmap_remove (slow...)
3748  */
3749
3750 void
3751 pmap_remove_all(vm_page_t m)
3752 {
3753         struct md_page *pvh;
3754         pv_entry_t pv;
3755         pmap_t pmap;
3756         pt_entry_t *pte, tpte, PG_A, PG_M, PG_RW;
3757         pd_entry_t *pde;
3758         vm_offset_t va;
3759         struct spglist free;
3760
3761         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
3762             ("pmap_remove_all: page %p is not managed", m));
3763         SLIST_INIT(&free);
3764         rw_wlock(&pvh_global_lock);
3765         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0)
3766                 goto small_mappings;
3767         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3768         while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != NULL) {
3769                 pmap = PV_PMAP(pv);
3770                 PMAP_LOCK(pmap);
3771                 va = pv->pv_va;
3772                 pde = pmap_pde(pmap, va);
3773                 (void)pmap_demote_pde(pmap, pde, va);
3774                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3775         }
3776 small_mappings:
3777         while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
3778                 pmap = PV_PMAP(pv);
3779                 PMAP_LOCK(pmap);
3780                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
3781                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
3782                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
3783                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3784                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
3785                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_remove_all: found"
3786                     " a 2mpage in page %p's pv list", m));
3787                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
3788                 tpte = pte_load_clear(pte);
3789                 if (tpte & PG_W)
3790                         pmap->pm_stats.wired_count--;
3791                 if (tpte & PG_A)
3792                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
3793
3794                 /*
3795                  * Update the vm_page_t clean and reference bits.
3796                  */
3797                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
3798                         vm_page_dirty(m);
3799                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, *pde, &free);
3800                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
3801                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3802                 m->md.pv_gen++;
3803                 free_pv_entry(pmap, pv);
3804                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3805         }
3806         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
3807         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
3808         pmap_free_zero_pages(&free);
3809 }
3810
3811 /*
3812  * pmap_protect_pde: do the things to protect a 2mpage in a process
3813  */
3814 static boolean_t
3815 pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva, vm_prot_t prot)
3816 {
3817         pd_entry_t newpde, oldpde;
3818         vm_offset_t eva, va;
3819         vm_page_t m;
3820         boolean_t anychanged;
3821         pt_entry_t PG_G, PG_M, PG_RW;
3822
3823         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
3824         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
3825         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
3826
3827         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3828         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
3829             ("pmap_protect_pde: sva is not 2mpage aligned"));
3830         anychanged = FALSE;
3831 retry:
3832         oldpde = newpde = *pde;
3833         if (oldpde & PG_MANAGED) {
3834                 eva = sva + NBPDR;
3835                 for (va = sva, m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
3836                     va < eva; va += PAGE_SIZE, m++)
3837                         if ((oldpde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
3838                                 vm_page_dirty(m);
3839         }
3840         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0)
3841                 newpde &= ~(PG_RW | PG_M);
3842         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
3843                 newpde |= pg_nx;
3844         if (newpde != oldpde) {
3845                 if (!atomic_cmpset_long(pde, oldpde, newpde))
3846                         goto retry;
3847                 if (oldpde & PG_G)
3848                         pmap_invalidate_page(pmap, sva);
3849                 else
3850                         anychanged = TRUE;
3851         }
3852         return (anychanged);
3853 }
3854
3855 /*
3856  *      Set the physical protection on the
3857  *      specified range of this map as requested.
3858  */
3859 void
3860 pmap_protect(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, vm_prot_t prot)
3861 {
3862         vm_offset_t va_next;
3863         pml4_entry_t *pml4e;
3864         pdp_entry_t *pdpe;
3865         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
3866         pt_entry_t *pte, PG_G, PG_M, PG_RW, PG_V;
3867         boolean_t anychanged, pv_lists_locked;
3868
3869         KASSERT((prot & ~VM_PROT_ALL) == 0, ("invalid prot %x", prot));
3870         if (prot == VM_PROT_NONE) {
3871                 pmap_remove(pmap, sva, eva);
3872                 return;
3873         }
3874
3875         if ((prot & (VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE)) ==
3876             (VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE))
3877                 return;
3878
3879         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
3880         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
3881         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3882         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
3883         pv_lists_locked = FALSE;
3884 resume:
3885         anychanged = FALSE;
3886
3887         PMAP_LOCK(pmap);
3888         for (; sva < eva; sva = va_next) {
3889
3890                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
3891                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
3892                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
3893                         if (va_next < sva)
3894                                 va_next = eva;
3895                         continue;
3896                 }
3897
3898                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
3899                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
3900                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
3901                         if (va_next < sva)
3902                                 va_next = eva;
3903                         continue;
3904                 }
3905
3906                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
3907                 if (va_next < sva)
3908                         va_next = eva;
3909
3910                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
3911                 ptpaddr = *pde;
3912
3913                 /*
3914                  * Weed out invalid mappings.
3915                  */
3916                 if (ptpaddr == 0)
3917                         continue;
3918
3919                 /*
3920                  * Check for large page.
3921                  */
3922                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
3923                         /*
3924                          * Are we protecting the entire large page?  If not,
3925                          * demote the mapping and fall through.
3926                          */
3927                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
3928                                 /*
3929                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
3930                                  * invalidated by pmap_protect_pde().
3931                                  */
3932                                 if (pmap_protect_pde(pmap, pde, sva, prot))
3933                                         anychanged = TRUE;
3934                                 continue;
3935                         } else {
3936                                 if (!pv_lists_locked) {
3937                                         pv_lists_locked = TRUE;
3938                                         if (!rw_try_rlock(&pvh_global_lock)) {
3939                                                 if (anychanged)
3940                                                         pmap_invalidate_all(
3941                                                             pmap);
3942                                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3943                                                 rw_rlock(&pvh_global_lock);
3944                                                 goto resume;
3945                                         }
3946                                 }
3947                                 if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, sva)) {
3948                                         /*
3949                                          * The large page mapping was
3950                                          * destroyed.
3951                                          */
3952                                         continue;
3953                                 }
3954                         }
3955                 }
3956
3957                 if (va_next > eva)
3958                         va_next = eva;
3959
3960                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
3961                     sva += PAGE_SIZE) {
3962                         pt_entry_t obits, pbits;
3963                         vm_page_t m;
3964
3965 retry:
3966                         obits = pbits = *pte;
3967                         if ((pbits & PG_V) == 0)
3968                                 continue;
3969
3970                         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
3971                                 if ((pbits & (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) ==
3972                                     (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) {
3973                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pbits & PG_FRAME);
3974                                         vm_page_dirty(m);
3975                                 }
3976                                 pbits &= ~(PG_RW | PG_M);
3977                         }
3978                         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
3979                                 pbits |= pg_nx;
3980
3981                         if (pbits != obits) {
3982                                 if (!atomic_cmpset_long(pte, obits, pbits))
3983                                         goto retry;
3984                                 if (obits & PG_G)
3985                                         pmap_invalidate_page(pmap, sva);
3986                                 else
3987                                         anychanged = TRUE;
3988                         }
3989                 }
3990         }
3991         if (anychanged)
3992                 pmap_invalidate_all(pmap);
3993         if (pv_lists_locked)
3994                 rw_runlock(&pvh_global_lock);
3995         PMAP_UNLOCK(pmap);
3996 }
3997
3998 /*
3999  * Tries to promote the 512, contiguous 4KB page mappings that are within a
4000  * single page table page (PTP) to a single 2MB page mapping.  For promotion
4001  * to occur, two conditions must be met: (1) the 4KB page mappings must map
4002  * aligned, contiguous physical memory and (2) the 4KB page mappings must have
4003  * identical characteristics. 
4004  */
4005 static void
4006 pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
4007     struct rwlock **lockp)
4008 {
4009         pd_entry_t newpde;
4010         pt_entry_t *firstpte, oldpte, pa, *pte;
4011         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
4012         vm_page_t mpte;
4013         int PG_PTE_CACHE;
4014
4015         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
4016         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
4017         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4018         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4019         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4020         PG_PTE_CACHE = pmap_cache_mask(pmap, 0);
4021
4022         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4023
4024         /*
4025          * Examine the first PTE in the specified PTP.  Abort if this PTE is
4026          * either invalid, unused, or does not map the first 4KB physical page
4027          * within a 2MB page. 
4028          */
4029         firstpte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pde & PG_FRAME);
4030 setpde:
4031         newpde = *firstpte;
4032         if ((newpde & ((PG_FRAME & PDRMASK) | PG_A | PG_V)) != (PG_A | PG_V)) {
4033                 atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
4034                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
4035                     " in pmap %p", va, pmap);
4036                 return;
4037         }
4038         if ((newpde & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
4039                 /*
4040                  * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared without
4041                  * a TLB invalidation.
4042                  */
4043                 if (!atomic_cmpset_long(firstpte, newpde, newpde & ~PG_RW))
4044                         goto setpde;
4045                 newpde &= ~PG_RW;
4046         }
4047
4048         /*
4049          * Examine each of the other PTEs in the specified PTP.  Abort if this
4050          * PTE maps an unexpected 4KB physical page or does not have identical
4051          * characteristics to the first PTE.
4052          */
4053         pa = (newpde & (PG_PS_FRAME | PG_A | PG_V)) + NBPDR - PAGE_SIZE;
4054         for (pte = firstpte + NPTEPG - 1; pte > firstpte; pte--) {
4055 setpte:
4056                 oldpte = *pte;
4057                 if ((oldpte & (PG_FRAME | PG_A | PG_V)) != pa) {
4058                         atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
4059                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
4060                             " in pmap %p", va, pmap);
4061                         return;
4062                 }
4063                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
4064                         /*
4065                          * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared
4066                          * without a TLB invalidation.
4067                          */
4068                         if (!atomic_cmpset_long(pte, oldpte, oldpte & ~PG_RW))
4069                                 goto setpte;
4070                         oldpte &= ~PG_RW;
4071                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: protect for va %#lx"
4072                             " in pmap %p", (oldpte & PG_FRAME & PDRMASK) |
4073                             (va & ~PDRMASK), pmap);
4074                 }
4075                 if ((oldpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpde & PG_PTE_PROMOTE)) {
4076                         atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
4077                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
4078                             " in pmap %p", va, pmap);
4079                         return;
4080                 }
4081                 pa -= PAGE_SIZE;
4082         }
4083
4084         /*
4085          * Save the page table page in its current state until the PDE
4086          * mapping the superpage is demoted by pmap_demote_pde() or
4087          * destroyed by pmap_remove_pde(). 
4088          */
4089         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
4090         KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
4091             mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
4092             ("pmap_promote_pde: page table page is out of range"));
4093         KASSERT(mpte->pindex == pmap_pde_pindex(va),
4094             ("pmap_promote_pde: page table page's pindex is wrong"));
4095         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mpte)) {
4096                 atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
4097                 CTR2(KTR_PMAP,
4098                     "pmap_promote_pde: failure for va %#lx in pmap %p", va,
4099                     pmap);
4100                 return;
4101         }
4102
4103         /*
4104          * Promote the pv entries.
4105          */
4106         if ((newpde & PG_MANAGED) != 0)
4107                 pmap_pv_promote_pde(pmap, va, newpde & PG_PS_FRAME, lockp);
4108
4109         /*
4110          * Propagate the PAT index to its proper position.
4111          */
4112         newpde = pmap_swap_pat(pmap, newpde);
4113
4114         /*
4115          * Map the superpage.
4116          */
4117         if (workaround_erratum383)
4118                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, PG_PS | newpde);
4119         else
4120                 pde_store(pde, PG_PS | newpde);
4121
4122         atomic_add_long(&pmap_pde_promotions, 1);
4123         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: success for va %#lx"
4124             " in pmap %p", va, pmap);
4125 }
4126
4127 /*
4128  *      Insert the given physical page (p) at
4129  *      the specified virtual address (v) in the
4130  *      target physical map with the protection requested.
4131  *
4132  *      If specified, the page will be wired down, meaning
4133  *      that the related pte can not be reclaimed.
4134  *
4135  *      NB:  This is the only routine which MAY NOT lazy-evaluate
4136  *      or lose information.  That is, this routine must actually
4137  *      insert this page into the given map NOW.
4138  */
4139 int
4140 pmap_enter(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
4141     u_int flags, int8_t psind __unused)
4142 {
4143         struct rwlock *lock;
4144         pd_entry_t *pde;
4145         pt_entry_t *pte, PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
4146         pt_entry_t newpte, origpte;
4147         pv_entry_t pv;
4148         vm_paddr_t opa, pa;
4149         vm_page_t mpte, om;
4150         boolean_t nosleep;
4151
4152         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
4153         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
4154         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4155         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4156         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4157
4158         va = trunc_page(va);
4159         KASSERT(va <= VM_MAX_KERNEL_ADDRESS, ("pmap_enter: toobig"));
4160         KASSERT(va < UPT_MIN_ADDRESS || va >= UPT_MAX_ADDRESS,
4161             ("pmap_enter: invalid to pmap_enter page table pages (va: 0x%lx)",
4162             va));
4163         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0 || va < kmi.clean_sva ||
4164             va >= kmi.clean_eva,
4165             ("pmap_enter: managed mapping within the clean submap"));
4166         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 && !vm_page_xbusied(m))
4167                 VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m->object);
4168         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
4169         newpte = (pt_entry_t)(pa | PG_A | PG_V);
4170         if ((flags & VM_PROT_WRITE) != 0)
4171                 newpte |= PG_M;
4172         if ((prot & VM_PROT_WRITE) != 0)
4173                 newpte |= PG_RW;
4174         KASSERT((newpte & (PG_M | PG_RW)) != PG_M,
4175             ("pmap_enter: flags includes VM_PROT_WRITE but prot doesn't"));
4176         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
4177                 newpte |= pg_nx;
4178         if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) != 0)
4179                 newpte |= PG_W;
4180         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
4181                 newpte |= PG_U;
4182         if (pmap == kernel_pmap)
4183                 newpte |= PG_G;
4184         newpte |= pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, 0);
4185
4186         /*
4187          * Set modified bit gratuitously for writeable mappings if
4188          * the page is unmanaged. We do not want to take a fault
4189          * to do the dirty bit accounting for these mappings.
4190          */
4191         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0) {
4192                 if ((newpte & PG_RW) != 0)
4193                         newpte |= PG_M;
4194         }
4195
4196         mpte = NULL;
4197
4198         lock = NULL;
4199         rw_rlock(&pvh_global_lock);
4200         PMAP_LOCK(pmap);
4201
4202         /*
4203          * In the case that a page table page is not
4204          * resident, we are creating it here.
4205          */
4206 retry:
4207         pde = pmap_pde(pmap, va);
4208         if (pde != NULL && (*pde & PG_V) != 0 && ((*pde & PG_PS) == 0 ||
4209             pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock))) {
4210                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
4211                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS && mpte == NULL) {
4212                         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
4213                         mpte->wire_count++;
4214                 }
4215         } else if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
4216                 /*
4217                  * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been
4218                  * deallocated.
4219                  */
4220                 nosleep = (flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0;
4221                 mpte = _pmap_allocpte(pmap, pmap_pde_pindex(va),
4222                     nosleep ? NULL : &lock);
4223                 if (mpte == NULL && nosleep) {
4224                         if (lock != NULL)
4225                                 rw_wunlock(lock);
4226                         rw_runlock(&pvh_global_lock);
4227                         PMAP_UNLOCK(pmap);
4228                         return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
4229                 }
4230                 goto retry;
4231         } else
4232                 panic("pmap_enter: invalid page directory va=%#lx", va);
4233
4234         origpte = *pte;
4235
4236         /*
4237          * Is the specified virtual address already mapped?
4238          */
4239         if ((origpte & PG_V) != 0) {
4240                 /*
4241                  * Wiring change, just update stats. We don't worry about
4242                  * wiring PT pages as they remain resident as long as there
4243                  * are valid mappings in them. Hence, if a user page is wired,
4244                  * the PT page will be also.
4245                  */
4246                 if ((newpte & PG_W) != 0 && (origpte & PG_W) == 0)
4247                         pmap->pm_stats.wired_count++;
4248                 else if ((newpte & PG_W) == 0 && (origpte & PG_W) != 0)
4249                         pmap->pm_stats.wired_count--;
4250
4251                 /*
4252                  * Remove the extra PT page reference.
4253                  */
4254                 if (mpte != NULL) {
4255                         mpte->wire_count--;
4256                         KASSERT(mpte->wire_count > 0,
4257                             ("pmap_enter: missing reference to page table page,"
4258                              " va: 0x%lx", va));
4259                 }
4260
4261                 /*
4262                  * Has the physical page changed?
4263                  */
4264                 opa = origpte & PG_FRAME;
4265                 if (opa == pa) {
4266                         /*
4267                          * No, might be a protection or wiring change.
4268                          */
4269                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0) {
4270                                 newpte |= PG_MANAGED;
4271                                 if ((newpte & PG_RW) != 0)
4272                                         vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
4273                         }
4274                         if (((origpte ^ newpte) & ~(PG_M | PG_A)) == 0)
4275                                 goto unchanged;
4276                         goto validate;
4277                 }
4278         } else {
4279                 /*
4280                  * Increment the counters.
4281                  */
4282                 if ((newpte & PG_W) != 0)
4283                         pmap->pm_stats.wired_count++;
4284                 pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
4285         }
4286
4287         /*
4288          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
4289          */
4290         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
4291                 newpte |= PG_MANAGED;
4292                 pv = get_pv_entry(pmap, &lock);
4293                 pv->pv_va = va;
4294                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, pa);
4295                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4296                 m->md.pv_gen++;
4297                 if ((newpte & PG_RW) != 0)
4298                         vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
4299         }
4300
4301         /*
4302          * Update the PTE.
4303          */
4304         if ((origpte & PG_V) != 0) {
4305 validate:
4306                 origpte = pte_load_store(pte, newpte);
4307                 opa = origpte & PG_FRAME;
4308                 if (opa != pa) {
4309                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0) {
4310                                 om = PHYS_TO_VM_PAGE(opa);
4311                                 if ((origpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M |
4312                                     PG_RW))
4313                                         vm_page_dirty(om);
4314                                 if ((origpte & PG_A) != 0)
4315                                         vm_page_aflag_set(om, PGA_REFERENCED);
4316                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, opa);
4317                                 pmap_pvh_free(&om->md, pmap, va);
4318                                 if ((om->aflags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
4319                                     TAILQ_EMPTY(&om->md.pv_list) &&
4320                                     ((om->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
4321                                     TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(opa)->pv_list)))
4322                                         vm_page_aflag_clear(om, PGA_WRITEABLE);
4323                         }
4324                 } else if ((newpte & PG_M) == 0 && (origpte & (PG_M |
4325                     PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
4326                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0)
4327                                 vm_page_dirty(m);
4328
4329                         /*
4330                          * Although the PTE may still have PG_RW set, TLB
4331                          * invalidation may nonetheless be required because
4332                          * the PTE no longer has PG_M set.
4333                          */
4334                 } else if ((origpte & PG_NX) != 0 || (newpte & PG_NX) == 0) {
4335                         /*
4336                          * This PTE change does not require TLB invalidation.
4337                          */
4338                         goto unchanged;
4339                 }
4340                 if ((origpte & PG_A) != 0)
4341                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
4342         } else
4343                 pte_store(pte, newpte);
4344
4345 unchanged:
4346
4347         /*
4348          * If both the page table page and the reservation are fully
4349          * populated, then attempt promotion.
4350          */
4351         if ((mpte == NULL || mpte->wire_count == NPTEPG) &&
4352             pmap_ps_enabled(pmap) &&
4353             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
4354             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0)
4355                 pmap_promote_pde(pmap, pde, va, &lock);
4356
4357         if (lock != NULL)
4358                 rw_wunlock(lock);
4359         rw_runlock(&pvh_global_lock);
4360         PMAP_UNLOCK(pmap);
4361         return (KERN_SUCCESS);
4362 }
4363
4364 /*
4365  * Tries to create a 2MB page mapping.  Returns TRUE if successful and FALSE
4366  * otherwise.  Fails if (1) a page table page cannot be allocated without
4367  * blocking, (2) a mapping already exists at the specified virtual address, or
4368  * (3) a pv entry cannot be allocated without reclaiming another pv entry. 
4369  */
4370 static boolean_t
4371 pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
4372     struct rwlock **lockp)
4373 {
4374         pd_entry_t *pde, newpde;
4375         pt_entry_t PG_V;
4376         vm_page_t mpde;
4377         struct spglist free;
4378
4379         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4380         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
4381         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4382
4383         if ((mpde = pmap_allocpde(pmap, va, NULL)) == NULL) {
4384                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
4385                     " in pmap %p", va, pmap);
4386                 return (FALSE);
4387         }
4388         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mpde));
4389         pde = &pde[pmap_pde_index(va)];
4390         if ((*pde & PG_V) != 0) {
4391                 KASSERT(mpde->wire_count > 1,
4392                     ("pmap_enter_pde: mpde's wire count is too low"));
4393                 mpde->wire_count--;
4394                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
4395                     " in pmap %p", va, pmap);
4396                 return (FALSE);
4397         }
4398         newpde = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, 1) |
4399             PG_PS | PG_V;
4400         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
4401                 newpde |= PG_MANAGED;
4402
4403                 /*
4404                  * Abort this mapping if its PV entry could not be created.
4405                  */
4406                 if (!pmap_pv_insert_pde(pmap, va, VM_PAGE_TO_PHYS(m),
4407                     lockp)) {
4408                         SLIST_INIT(&free);
4409                         if (pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpde, &free)) {
4410                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
4411                                 pmap_free_zero_pages(&free);
4412                         }
4413                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
4414                             " in pmap %p", va, pmap);
4415                         return (FALSE);
4416                 }
4417         }
4418         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
4419                 newpde |= pg_nx;
4420         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
4421                 newpde |= PG_U;
4422
4423         /*
4424          * Increment counters.
4425          */
4426         pmap_resident_count_inc(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
4427
4428         /*
4429          * Map the superpage.
4430          */
4431         pde_store(pde, newpde);
4432
4433         atomic_add_long(&pmap_pde_mappings, 1);
4434         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: success for va %#lx"
4435             " in pmap %p", va, pmap);
4436         return (TRUE);
4437 }
4438
4439 /*
4440  * Maps a sequence of resident pages belonging to the same object.
4441  * The sequence begins with the given page m_start.  This page is
4442  * mapped at the given virtual address start.  Each subsequent page is
4443  * mapped at a virtual address that is offset from start by the same
4444  * amount as the page is offset from m_start within the object.  The
4445  * last page in the sequence is the page with the largest offset from
4446  * m_start that can be mapped at a virtual address less than the given
4447  * virtual address end.  Not every virtual page between start and end
4448  * is mapped; only those for which a resident page exists with the
4449  * corresponding offset from m_start are mapped.
4450  */
4451 void
4452 pmap_enter_object(pmap_t pmap, vm_offset_t start, vm_offset_t end,
4453     vm_page_t m_start, vm_prot_t prot)
4454 {
4455         struct rwlock *lock;
4456         vm_offset_t va;
4457         vm_page_t m, mpte;
4458         vm_pindex_t diff, psize;
4459
4460         VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m_start->object);
4461
4462         psize = atop(end - start);
4463         mpte = NULL;
4464         m = m_start;
4465         lock = NULL;
4466         rw_rlock(&pvh_global_lock);
4467         PMAP_LOCK(pmap);
4468         while (m != NULL && (diff = m->pindex - m_start->pindex) < psize) {
4469                 va = start + ptoa(diff);
4470                 if ((va & PDRMASK) == 0 && va + NBPDR <= end &&
4471                     m->psind == 1 && pmap_ps_enabled(pmap) &&
4472                     pmap_enter_pde(pmap, va, m, prot, &lock))
4473                         m = &m[NBPDR / PAGE_SIZE - 1];
4474                 else
4475                         mpte = pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot,
4476                             mpte, &lock);
4477                 m = TAILQ_NEXT(m, listq);
4478         }
4479         if (lock != NULL)
4480                 rw_wunlock(lock);
4481         rw_runlock(&pvh_global_lock);
4482         PMAP_UNLOCK(pmap);
4483 }
4484
4485 /*
4486  * this code makes some *MAJOR* assumptions:
4487  * 1. Current pmap & pmap exists.
4488  * 2. Not wired.
4489  * 3. Read access.
4490  * 4. No page table pages.
4491  * but is *MUCH* faster than pmap_enter...
4492  */
4493
4494 void
4495 pmap_enter_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot)
4496 {
4497         struct rwlock *lock;
4498
4499         lock = NULL;
4500         rw_rlock(&pvh_global_lock);
4501         PMAP_LOCK(pmap);
4502         (void)pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot, NULL, &lock);
4503         if (lock != NULL)
4504                 rw_wunlock(lock);
4505         rw_runlock(&pvh_global_lock);
4506         PMAP_UNLOCK(pmap);
4507 }
4508
4509 static vm_page_t
4510 pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
4511     vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp)
4512 {
4513         struct spglist free;
4514         pt_entry_t *pte, PG_V;
4515         vm_paddr_t pa;
4516
4517         KASSERT(va < kmi.clean_sva || va >= kmi.clean_eva ||
4518             (m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0,
4519             ("pmap_enter_quick_locked: managed mapping within the clean submap"));
4520         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4521         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
4522         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4523
4524         /*
4525          * In the case that a page table page is not
4526          * resident, we are creating it here.
4527          */
4528         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
4529                 vm_pindex_t ptepindex;
4530                 pd_entry_t *ptepa;
4531
4532                 /*
4533                  * Calculate pagetable page index
4534                  */
4535                 ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
4536                 if (mpte && (mpte->pindex == ptepindex)) {
4537                         mpte->wire_count++;
4538                 } else {
4539                         /*
4540                          * Get the page directory entry
4541                          */
4542                         ptepa = pmap_pde(pmap, va);
4543
4544                         /*
4545                          * If the page table page is mapped, we just increment
4546                          * the hold count, and activate it.  Otherwise, we
4547                          * attempt to allocate a page table page.  If this
4548                          * attempt fails, we don't retry.  Instead, we give up.
4549                          */
4550                         if (ptepa && (*ptepa & PG_V) != 0) {
4551                                 if (*ptepa & PG_PS)
4552                                         return (NULL);
4553                                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*ptepa & PG_FRAME);
4554                                 mpte->wire_count++;
4555                         } else {
4556                                 /*
4557                                  * Pass NULL instead of the PV list lock
4558                                  * pointer, because we don't intend to sleep.
4559                                  */
4560                                 mpte = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex, NULL);
4561                                 if (mpte == NULL)
4562                                         return (mpte);
4563                         }
4564                 }
4565                 pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mpte));
4566                 pte = &pte[pmap_pte_index(va)];
4567         } else {
4568                 mpte = NULL;
4569                 pte = vtopte(va);
4570         }
4571         if (*pte) {
4572                 if (mpte != NULL) {
4573                         mpte->wire_count--;
4574                         mpte = NULL;
4575                 }
4576                 return (mpte);
4577         }
4578
4579         /*
4580          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
4581          */
4582         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 &&
4583             !pmap_try_insert_pv_entry(pmap, va, m, lockp)) {
4584                 if (mpte != NULL) {
4585                         SLIST_INIT(&free);
4586                         if (pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpte, &free)) {
4587                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
4588                                 pmap_free_zero_pages(&free);
4589                         }
4590                         mpte = NULL;
4591                 }
4592                 return (mpte);
4593         }
4594
4595         /*
4596          * Increment counters
4597          */
4598         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
4599
4600         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, 0);
4601         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
4602                 pa |= pg_nx;
4603
4604         /*
4605          * Now validate mapping with RO protection
4606          */
4607         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
4608                 pte_store(pte, pa | PG_V | PG_U);
4609         else
4610                 pte_store(pte, pa | PG_V | PG_U | PG_MANAGED);
4611         return (mpte);
4612 }
4613
4614 /*
4615  * Make a temporary mapping for a physical address.  This is only intended
4616  * to be used for panic dumps.
4617  */
4618 void *
4619 pmap_kenter_temporary(vm_paddr_t pa, int i)
4620 {
4621         vm_offset_t va;
4622
4623         va = (vm_offset_t)crashdumpmap + (i * PAGE_SIZE);
4624         pmap_kenter(va, pa);
4625         invlpg(va);
4626         return ((void *)crashdumpmap);
4627 }
4628
4629 /*
4630  * This code maps large physical mmap regions into the
4631  * processor address space.  Note that some shortcuts
4632  * are taken, but the code works.
4633  */
4634 void
4635 pmap_object_init_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_object_t object,
4636     vm_pindex_t pindex, vm_size_t size)
4637 {
4638         pd_entry_t *pde;
4639         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
4640         vm_paddr_t pa, ptepa;
4641         vm_page_t p, pdpg;
4642         int pat_mode;
4643
4644         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
4645         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4646         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4647         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4648
4649         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
4650         KASSERT(object->type == OBJT_DEVICE || object->type == OBJT_SG,
4651             ("pmap_object_init_pt: non-device object"));
4652         if ((addr & (NBPDR - 1)) == 0 && (size & (NBPDR - 1)) == 0) {
4653                 if (!pmap_ps_enabled(pmap))
4654                         return;
4655                 if (!vm_object_populate(object, pindex, pindex + atop(size)))
4656                         return;
4657                 p = vm_page_lookup(object, pindex);
4658                 KASSERT(p->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
4659                     ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
4660                 pat_mode = p->md.pat_mode;
4661
4662                 /*
4663                  * Abort the mapping if the first page is not physically
4664                  * aligned to a 2MB page boundary.
4665                  */
4666                 ptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(p);
4667                 if (ptepa & (NBPDR - 1))
4668                         return;
4669
4670                 /*
4671                  * Skip the first page.  Abort the mapping if the rest of
4672                  * the pages are not physically contiguous or have differing
4673                  * memory attributes.
4674                  */
4675                 p = TAILQ_NEXT(p, listq);
4676                 for (pa = ptepa + PAGE_SIZE; pa < ptepa + size;
4677                     pa += PAGE_SIZE) {
4678                         KASSERT(p->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
4679                             ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
4680                         if (pa != VM_PAGE_TO_PHYS(p) ||
4681                             pat_mode != p->md.pat_mode)
4682                                 return;
4683                         p = TAILQ_NEXT(p, listq);
4684                 }
4685
4686                 /*
4687                  * Map using 2MB pages.  Since "ptepa" is 2M aligned and
4688                  * "size" is a multiple of 2M, adding the PAT setting to "pa"
4689                  * will not affect the termination of this loop.
4690                  */ 
4691                 PMAP_LOCK(pmap);
4692                 for (pa = ptepa | pmap_cache_bits(pmap, pat_mode, 1);
4693                     pa < ptepa + size; pa += NBPDR) {
4694                         pdpg = pmap_allocpde(pmap, addr, NULL);
4695                         if (pdpg == NULL) {
4696                                 /*
4697                                  * The creation of mappings below is only an
4698                                  * optimization.  If a page directory page
4699                                  * cannot be allocated without blocking,
4700                                  * continue on to the next mapping rather than
4701                                  * blocking.
4702                                  */
4703                                 addr += NBPDR;
4704                                 continue;
4705                         }
4706                         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pdpg));
4707                         pde = &pde[pmap_pde_index(addr)];
4708                         if ((*pde & PG_V) == 0) {
4709                                 pde_store(pde, pa | PG_PS | PG_M | PG_A |
4710                                     PG_U | PG_RW | PG_V);
4711                                 pmap_resident_count_inc(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
4712                                 atomic_add_long(&pmap_pde_mappings, 1);
4713                         } else {
4714                                 /* Continue on if the PDE is already valid. */
4715                                 pdpg->wire_count--;
4716                                 KASSERT(pdpg->wire_count > 0,
4717                                     ("pmap_object_init_pt: missing reference "
4718                                     "to page directory page, va: 0x%lx", addr));
4719                         }
4720                         addr += NBPDR;
4721                 }
4722                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4723         }
4724 }
4725
4726 /*
4727  *      Clear the wired attribute from the mappings for the specified range of
4728  *      addresses in the given pmap.  Every valid mapping within that range
4729  *      must have the wired attribute set.  In contrast, invalid mappings
4730  *      cannot have the wired attribute set, so they are ignored.
4731  *
4732  *      The wired attribute of the page table entry is not a hardware feature,
4733  *      so there is no need to invalidate any TLB entries.
4734  */
4735 void
4736 pmap_unwire(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
4737 {
4738         vm_offset_t va_next;
4739         pml4_entry_t *pml4e;
4740         pdp_entry_t *pdpe;
4741         pd_entry_t *pde;
4742         pt_entry_t *pte, PG_V;
4743         boolean_t pv_lists_locked;
4744
4745         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4746         pv_lists_locked = FALSE;
4747 resume:
4748         PMAP_LOCK(pmap);
4749         for (; sva < eva; sva = va_next) {
4750                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
4751                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
4752                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
4753                         if (va_next < sva)
4754                                 va_next = eva;
4755                         continue;
4756                 }
4757                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
4758                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
4759                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
4760                         if (va_next < sva)
4761                                 va_next = eva;
4762                         continue;
4763                 }
4764                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
4765                 if (va_next < sva)
4766                         va_next = eva;
4767                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
4768                 if ((*pde & PG_V) == 0)
4769                         continue;
4770                 if ((*pde & PG_PS) != 0) {
4771                         if ((*pde & PG_W) == 0)
4772                                 panic("pmap_unwire: pde %#jx is missing PG_W",
4773                                     (uintmax_t)*pde);
4774
4775                         /*
4776                          * Are we unwiring the entire large page?  If not,
4777                          * demote the mapping and fall through.
4778                          */
4779                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
4780                                 atomic_clear_long(pde, PG_W);
4781                                 pmap->pm_stats.wired_count -= NBPDR /
4782                                     PAGE_SIZE;
4783                                 continue;
4784                         } else {
4785                                 if (!pv_lists_locked) {
4786                                         pv_lists_locked = TRUE;
4787                                         if (!rw_try_rlock(&pvh_global_lock)) {
4788                                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4789                                                 rw_rlock(&pvh_global_lock);
4790                                                 /* Repeat sva. */
4791                                                 goto resume;
4792                                         }
4793                                 }
4794                                 if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, sva))
4795                                         panic("pmap_unwire: demotion failed");
4796                         }
4797                 }
4798                 if (va_next > eva)
4799                         va_next = eva;
4800                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
4801                     sva += PAGE_SIZE) {
4802                         if ((*pte & PG_V) == 0)
4803                                 continue;
4804                         if ((*pte & PG_W) == 0)
4805                                 panic("pmap_unwire: pte %#jx is missing PG_W",
4806                                     (uintmax_t)*pte);
4807
4808                         /*
4809                          * PG_W must be cleared atomically.  Although the pmap
4810                          * lock synchronizes access to PG_W, another processor
4811                          * could be setting PG_M and/or PG_A concurrently.
4812                          */
4813                         atomic_clear_long(pte, PG_W);
4814                         pmap->pm_stats.wired_count--;
4815                 }
4816         }
4817         if (pv_lists_locked)
4818                 rw_runlock(&pvh_global_lock);
4819         PMAP_UNLOCK(pmap);
4820 }
4821
4822 /*
4823  *      Copy the range specified by src_addr/len
4824  *      from the source map to the range dst_addr/len
4825  *      in the destination map.
4826  *
4827  *      This routine is only advisory and need not do anything.
4828  */
4829
4830 void
4831 pmap_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap, vm_offset_t dst_addr, vm_size_t len,
4832     vm_offset_t src_addr)
4833 {
4834         struct rwlock *lock;
4835         struct spglist free;
4836         vm_offset_t addr;
4837         vm_offset_t end_addr = src_addr + len;
4838         vm_offset_t va_next;
4839         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_V;
4840
4841         if (dst_addr != src_addr)
4842                 return;
4843
4844         if (dst_pmap->pm_type != src_pmap->pm_type)
4845                 return;
4846
4847         /*
4848          * EPT page table entries that require emulation of A/D bits are
4849          * sensitive to clearing the PG_A bit (aka EPT_PG_READ). Although
4850          * we clear PG_M (aka EPT_PG_WRITE) concomitantly, the PG_U bit
4851          * (aka EPT_PG_EXECUTE) could still be set. Since some EPT
4852          * implementations flag an EPT misconfiguration for exec-only
4853          * mappings we skip this function entirely for emulated pmaps.
4854          */
4855         if (pmap_emulate_ad_bits(dst_pmap))
4856                 return;
4857
4858         lock = NULL;
4859         rw_rlock(&pvh_global_lock);
4860         if (dst_pmap < src_pmap) {
4861                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
4862                 PMAP_LOCK(src_pmap);
4863         } else {
4864                 PMAP_LOCK(src_pmap);
4865                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
4866         }
4867
4868         PG_A = pmap_accessed_bit(dst_pmap);
4869         PG_M = pmap_modified_bit(dst_pmap);
4870         PG_V = pmap_valid_bit(dst_pmap);
4871
4872         for (addr = src_addr; addr < end_addr; addr = va_next) {
4873                 pt_entry_t *src_pte, *dst_pte;
4874                 vm_page_t dstmpde, dstmpte, srcmpte;
4875                 pml4_entry_t *pml4e;
4876                 pdp_entry_t *pdpe;
4877                 pd_entry_t srcptepaddr, *pde;
4878
4879                 KASSERT(addr < UPT_MIN_ADDRESS,
4880                     ("pmap_copy: invalid to pmap_copy page tables"));
4881
4882                 pml4e = pmap_pml4e(src_pmap, addr);
4883                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
4884                         va_next = (addr + NBPML4) & ~PML4MASK;
4885                         if (va_next < addr)
4886                                 va_next = end_addr;
4887                         continue;
4888                 }
4889
4890                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, addr);
4891                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
4892                         va_next = (addr + NBPDP) & ~PDPMASK;
4893                         if (va_next < addr)
4894                                 va_next = end_addr;
4895                         continue;
4896                 }
4897
4898                 va_next = (addr + NBPDR) & ~PDRMASK;
4899                 if (va_next < addr)
4900                         va_next = end_addr;
4901
4902                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, addr);
4903                 srcptepaddr = *pde;
4904                 if (srcptepaddr == 0)
4905                         continue;
4906                         
4907                 if (srcptepaddr & PG_PS) {
4908                         if ((addr & PDRMASK) != 0 || addr + NBPDR > end_addr)
4909                                 continue;
4910                         dstmpde = pmap_allocpde(dst_pmap, addr, NULL);
4911                         if (dstmpde == NULL)
4912                                 break;
4913                         pde = (pd_entry_t *)
4914                             PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(dstmpde));
4915                         pde = &pde[pmap_pde_index(addr)];
4916                         if (*pde == 0 && ((srcptepaddr & PG_MANAGED) == 0 ||
4917                             pmap_pv_insert_pde(dst_pmap, addr, srcptepaddr &
4918                             PG_PS_FRAME, &lock))) {
4919                                 *pde = srcptepaddr & ~PG_W;
4920                                 pmap_resident_count_inc(dst_pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
4921                                 atomic_add_long(&pmap_pde_mappings, 1);
4922                         } else
4923                                 dstmpde->wire_count--;
4924                         continue;
4925                 }
4926
4927                 srcptepaddr &= PG_FRAME;
4928                 srcmpte = PHYS_TO_VM_PAGE(srcptepaddr);
4929                 KASSERT(srcmpte->wire_count > 0,
4930                     ("pmap_copy: source page table page is unused"));
4931
4932                 if (va_next > end_addr)
4933                         va_next = end_addr;
4934
4935                 src_pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(srcptepaddr);
4936                 src_pte = &src_pte[pmap_pte_index(addr)];
4937                 dstmpte = NULL;
4938                 while (addr < va_next) {
4939                         pt_entry_t ptetemp;
4940                         ptetemp = *src_pte;
4941                         /*
4942                          * we only virtual copy managed pages
4943                          */
4944                         if ((ptetemp & PG_MANAGED) != 0) {
4945                                 if (dstmpte != NULL &&
4946                                     dstmpte->pindex == pmap_pde_pindex(addr))
4947                                         dstmpte->wire_count++;
4948                                 else if ((dstmpte = pmap_allocpte(dst_pmap,
4949                                     addr, NULL)) == NULL)
4950                                         goto out;
4951                                 dst_pte = (pt_entry_t *)
4952                                     PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(dstmpte));
4953                                 dst_pte = &dst_pte[pmap_pte_index(addr)];
4954                                 if (*dst_pte == 0 &&
4955                                     pmap_try_insert_pv_entry(dst_pmap, addr,
4956                                     PHYS_TO_VM_PAGE(ptetemp & PG_FRAME),
4957                                     &lock)) {
4958                                         /*
4959                                          * Clear the wired, modified, and
4960                                          * accessed (referenced) bits
4961                                          * during the copy.
4962                                          */
4963                                         *dst_pte = ptetemp & ~(PG_W | PG_M |
4964                                             PG_A);
4965                                         pmap_resident_count_inc(dst_pmap, 1);
4966                                 } else {
4967                                         SLIST_INIT(&free);
4968                                         if (pmap_unwire_ptp(dst_pmap, addr,
4969                                             dstmpte, &free)) {
4970                                                 pmap_invalidate_page(dst_pmap,
4971                                                     addr);
4972                                                 pmap_free_zero_pages(&free);
4973                                         }
4974                                         goto out;
4975                                 }
4976                                 if (dstmpte->wire_count >= srcmpte->wire_count)
4977                                         break;
4978                         }
4979                         addr += PAGE_SIZE;
4980                         src_pte++;
4981                 }
4982         }
4983 out:
4984         if (lock != NULL)
4985                 rw_wunlock(lock);
4986         rw_runlock(&pvh_global_lock);
4987         PMAP_UNLOCK(src_pmap);
4988         PMAP_UNLOCK(dst_pmap);
4989 }
4990
4991 /*
4992  *      pmap_zero_page zeros the specified hardware page by mapping
4993  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.
4994  */
4995 void
4996 pmap_zero_page(vm_page_t m)
4997 {
4998         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4999
5000         pagezero((void *)va);
5001 }
5002
5003 /*
5004  *      pmap_zero_page_area zeros the specified hardware page by mapping 
5005  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.
5006  *
5007  *      off and size may not cover an area beyond a single hardware page.
5008  */
5009 void
5010 pmap_zero_page_area(vm_page_t m, int off, int size)
5011 {
5012         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5013
5014         if (off == 0 && size == PAGE_SIZE)
5015                 pagezero((void *)va);
5016         else
5017                 bzero((char *)va + off, size);
5018 }
5019
5020 /*
5021  *      pmap_zero_page_idle zeros the specified hardware page by mapping 
5022  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.  This
5023  *      is intended to be called from the vm_pagezero process only and
5024  *      outside of Giant.
5025  */
5026 void
5027 pmap_zero_page_idle(vm_page_t m)
5028 {
5029         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5030
5031         pagezero((void *)va);
5032 }
5033
5034 /*
5035  *      pmap_copy_page copies the specified (machine independent)
5036  *      page by mapping the page into virtual memory and using
5037  *      bcopy to copy the page, one machine dependent page at a
5038  *      time.
5039  */
5040 void
5041 pmap_copy_page(vm_page_t msrc, vm_page_t mdst)
5042 {
5043         vm_offset_t src = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(msrc));
5044         vm_offset_t dst = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mdst));
5045
5046         pagecopy((void *)src, (void *)dst);
5047 }
5048
5049 int unmapped_buf_allowed = 1;
5050
5051 void
5052 pmap_copy_pages(vm_page_t ma[], vm_offset_t a_offset, vm_page_t mb[],
5053     vm_offset_t b_offset, int xfersize)
5054 {
5055         void *a_cp, *b_cp;
5056         vm_page_t pages[2];
5057         vm_offset_t vaddr[2], a_pg_offset, b_pg_offset;
5058         int cnt;
5059         boolean_t mapped;
5060
5061         while (xfersize > 0) {
5062                 a_pg_offset = a_offset & PAGE_MASK;
5063                 pages[0] = ma[a_offset >> PAGE_SHIFT];
5064                 b_pg_offset = b_offset & PAGE_MASK;
5065                 pages[1] = mb[b_offset >> PAGE_SHIFT];
5066                 cnt = min(xfersize, PAGE_SIZE - a_pg_offset);
5067                 cnt = min(cnt, PAGE_SIZE - b_pg_offset);
5068                 mapped = pmap_map_io_transient(pages, vaddr, 2, FALSE);
5069                 a_cp = (char *)vaddr[0] + a_pg_offset;
5070                 b_cp = (char *)vaddr[1] + b_pg_offset;
5071                 bcopy(a_cp, b_cp, cnt);
5072                 if (__predict_false(mapped))
5073                         pmap_unmap_io_transient(pages, vaddr, 2, FALSE);
5074                 a_offset += cnt;
5075                 b_offset += cnt;
5076                 xfersize -= cnt;
5077         }
5078 }
5079
5080 /*
5081  * Returns true if the pmap's pv is one of the first
5082  * 16 pvs linked to from this page.  This count may
5083  * be changed upwards or downwards in the future; it
5084  * is only necessary that true be returned for a small
5085  * subset of pmaps for proper page aging.
5086  */
5087 boolean_t
5088 pmap_page_exists_quick(pmap_t pmap, vm_page_t m)
5089 {
5090         struct md_page *pvh;
5091         struct rwlock *lock;
5092         pv_entry_t pv;
5093         int loops = 0;
5094         boolean_t rv;
5095
5096         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5097             ("pmap_page_exists_quick: page %p is not managed", m));
5098         rv = FALSE;
5099         rw_rlock(&pvh_global_lock);
5100         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5101         rw_rlock(lock);
5102         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5103                 if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
5104                         rv = TRUE;
5105                         break;
5106                 }
5107                 loops++;
5108                 if (loops >= 16)
5109                         break;
5110         }
5111         if (!rv && loops < 16 && (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5112                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5113                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
5114                         if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
5115                                 rv = TRUE;
5116                                 break;
5117                         }
5118                         loops++;
5119                         if (loops >= 16)
5120                                 break;
5121                 }
5122         }
5123         rw_runlock(lock);
5124         rw_runlock(&pvh_global_lock);
5125         return (rv);
5126 }
5127
5128 /*
5129  *      pmap_page_wired_mappings:
5130  *
5131  *      Return the number of managed mappings to the given physical page
5132  *      that are wired.
5133  */
5134 int
5135 pmap_page_wired_mappings(vm_page_t m)
5136 {
5137         struct rwlock *lock;
5138         struct md_page *pvh;
5139         pmap_t pmap;
5140         pt_entry_t *pte;
5141         pv_entry_t pv;
5142         int count, md_gen, pvh_gen;
5143
5144         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
5145                 return (0);
5146         rw_rlock(&pvh_global_lock);
5147         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5148         rw_rlock(lock);
5149 restart:
5150         count = 0;
5151         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5152                 pmap = PV_PMAP(pv);
5153                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5154                         md_gen = m->md.pv_gen;
5155                         rw_runlock(lock);
5156                         PMAP_LOCK(pmap);
5157                         rw_rlock(lock);
5158                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
5159                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5160                                 goto restart;
5161                         }
5162                 }
5163                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va);
5164                 if ((*pte & PG_W) != 0)
5165                         count++;
5166                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5167         }
5168         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5169                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5170                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
5171                         pmap = PV_PMAP(pv);
5172                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5173                                 md_gen = m->md.pv_gen;
5174                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
5175                                 rw_runlock(lock);
5176                                 PMAP_LOCK(pmap);
5177                                 rw_rlock(lock);
5178                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
5179                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
5180                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
5181                                         goto restart;
5182                                 }
5183                         }
5184                         pte = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
5185                         if ((*pte & PG_W) != 0)
5186                                 count++;
5187                         PMAP_UNLOCK(pmap);
5188                 }
5189         }
5190         rw_runlock(lock);
5191         rw_runlock(&pvh_global_lock);
5192         return (count);
5193 }
5194
5195 /*
5196  * Returns TRUE if the given page is mapped individually or as part of
5197  * a 2mpage.  Otherwise, returns FALSE.
5198  */
5199 boolean_t
5200 pmap_page_is_mapped(vm_page_t m)
5201 {
5202         struct rwlock *lock;
5203         boolean_t rv;
5204
5205         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
5206                 return (FALSE);
5207         rw_rlock(&pvh_global_lock);
5208         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5209         rw_rlock(lock);
5210         rv = !TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) ||
5211             ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
5212             !TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m))->pv_list));
5213         rw_runlock(lock);
5214         rw_runlock(&pvh_global_lock);
5215         return (rv);
5216 }
5217
5218 /*
5219  * Destroy all managed, non-wired mappings in the given user-space
5220  * pmap.  This pmap cannot be active on any processor besides the
5221  * caller.
5222  *                                                                                
5223  * This function cannot be applied to the kernel pmap.  Moreover, it
5224  * is not intended for general use.  It is only to be used during
5225  * process termination.  Consequently, it can be implemented in ways
5226  * that make it faster than pmap_remove().  First, it can more quickly
5227  * destroy mappings by iterating over the pmap's collection of PV
5228  * entries, rather than searching the page table.  Second, it doesn't
5229  * have to test and clear the page table entries atomically, because
5230  * no processor is currently accessing the user address space.  In
5231  * particular, a page table entry's dirty bit won't change state once
5232  * this function starts.
5233  */
5234 void
5235 pmap_remove_pages(pmap_t pmap)
5236 {
5237         pd_entry_t ptepde;
5238         pt_entry_t *pte, tpte;
5239         pt_entry_t PG_M, PG_RW, PG_V;
5240         struct spglist free;
5241         vm_page_t m, mpte, mt;
5242         pv_entry_t pv;
5243         struct md_page *pvh;
5244         struct pv_chunk *pc, *npc;
5245         struct rwlock *lock;
5246         int64_t bit;
5247         uint64_t inuse, bitmask;
5248         int allfree, field, freed, idx;
5249         boolean_t superpage;
5250         vm_paddr_t pa;
5251
5252         /*
5253          * Assert that the given pmap is only active on the current
5254          * CPU.  Unfortunately, we cannot block another CPU from
5255          * activating the pmap while this function is executing.
5256          */
5257         KASSERT(pmap == PCPU_GET(curpmap), ("non-current pmap %p", pmap));
5258 #ifdef INVARIANTS
5259         {
5260                 cpuset_t other_cpus;
5261
5262                 other_cpus = all_cpus;
5263                 critical_enter();
5264                 CPU_CLR(PCPU_GET(cpuid), &other_cpus);
5265                 CPU_AND(&other_cpus, &pmap->pm_active);
5266                 critical_exit();
5267                 KASSERT(CPU_EMPTY(&other_cpus), ("pmap active %p", pmap));
5268         }
5269 #endif
5270
5271         lock = NULL;
5272         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5273         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5274         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5275
5276         SLIST_INIT(&free);
5277         rw_rlock(&pvh_global_lock);
5278         PMAP_LOCK(pmap);
5279         TAILQ_FOREACH_SAFE(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list, npc) {
5280                 allfree = 1;
5281                 freed = 0;
5282                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
5283                         inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
5284                         while (inuse != 0) {
5285                                 bit = bsfq(inuse);
5286                                 bitmask = 1UL << bit;
5287                                 idx = field * 64 + bit;
5288                                 pv = &pc->pc_pventry[idx];
5289                                 inuse &= ~bitmask;
5290
5291                                 pte = pmap_pdpe(pmap, pv->pv_va);
5292                                 ptepde = *pte;
5293                                 pte = pmap_pdpe_to_pde(pte, pv->pv_va);
5294                                 tpte = *pte;
5295                                 if ((tpte & (PG_PS | PG_V)) == PG_V) {
5296                                         superpage = FALSE;
5297                                         ptepde = tpte;
5298                                         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(tpte &
5299                                             PG_FRAME);
5300                                         pte = &pte[pmap_pte_index(pv->pv_va)];
5301                                         tpte = *pte;
5302                                 } else {
5303                                         /*
5304                                          * Keep track whether 'tpte' is a
5305                                          * superpage explicitly instead of
5306                                          * relying on PG_PS being set.
5307                                          *
5308                                          * This is because PG_PS is numerically
5309                                          * identical to PG_PTE_PAT and thus a
5310                                          * regular page could be mistaken for
5311                                          * a superpage.
5312                                          */
5313                                         superpage = TRUE;
5314                                 }
5315
5316                                 if ((tpte & PG_V) == 0) {
5317                                         panic("bad pte va %lx pte %lx",
5318                                             pv->pv_va, tpte);
5319                                 }
5320
5321 /*
5322  * We cannot remove wired pages from a process' mapping at this time
5323  */
5324                                 if (tpte & PG_W) {
5325                                         allfree = 0;
5326                                         continue;
5327                                 }
5328
5329                                 if (superpage)
5330                                         pa = tpte & PG_PS_FRAME;
5331                                 else
5332                                         pa = tpte & PG_FRAME;
5333
5334                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
5335                                 KASSERT(m->phys_addr == pa,
5336                                     ("vm_page_t %p phys_addr mismatch %016jx %016jx",
5337                                     m, (uintmax_t)m->phys_addr,
5338                                     (uintmax_t)tpte));
5339
5340                                 KASSERT((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
5341                                     m < &vm_page_array[vm_page_array_size],
5342                                     ("pmap_remove_pages: bad tpte %#jx",
5343                                     (uintmax_t)tpte));
5344
5345                                 pte_clear(pte);
5346
5347                                 /*
5348                                  * Update the vm_page_t clean/reference bits.
5349                                  */
5350                                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
5351                                         if (superpage) {
5352                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
5353                                                         vm_page_dirty(mt);
5354                                         } else
5355                                                 vm_page_dirty(m);
5356                                 }
5357
5358                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(&lock, m);
5359
5360                                 /* Mark free */
5361                                 pc->pc_map[field] |= bitmask;
5362                                 if (superpage) {
5363                                         pmap_resident_count_dec(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
5364                                         pvh = pa_to_pvh(tpte & PG_PS_FRAME);
5365                                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
5366                                         pvh->pv_gen++;
5367                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
5368                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
5369                                                         if ((mt->aflags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
5370                                                             TAILQ_EMPTY(&mt->md.pv_list))
5371                                                                 vm_page_aflag_clear(mt, PGA_WRITEABLE);
5372                                         }
5373                                         mpte = pmap_lookup_pt_page(pmap, pv->pv_va);
5374                                         if (mpte != NULL) {
5375                                                 pmap_remove_pt_page(pmap, mpte);
5376                                                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
5377                                                 KASSERT(mpte->wire_count == NPTEPG,
5378                                                     ("pmap_remove_pages: pte page wire count error"));
5379                                                 mpte->wire_count = 0;
5380                                                 pmap_add_delayed_free_list(mpte, &free, FALSE);
5381                                                 atomic_subtract_int(&vm_cnt.v_wire_count, 1);
5382                                         }
5383                                 } else {
5384                                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
5385                                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5386                                         m->md.pv_gen++;
5387                                         if ((m->aflags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
5388                                             TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
5389                                             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5390                                                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5391                                                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
5392                                                         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
5393                                         }
5394                                 }
5395                                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, ptepde, &free);
5396                                 freed++;
5397                         }
5398                 }
5399                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
5400                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
5401                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
5402                 if (allfree) {
5403                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5404                         free_pv_chunk(pc);
5405                 }
5406         }
5407         if (lock != NULL)
5408                 rw_wunlock(lock);
5409         pmap_invalidate_all(pmap);
5410         rw_runlock(&pvh_global_lock);
5411         PMAP_UNLOCK(pmap);
5412         pmap_free_zero_pages(&free);
5413 }
5414
5415 static boolean_t
5416 pmap_page_test_mappings(vm_page_t m, boolean_t accessed, boolean_t modified)
5417 {
5418         struct rwlock *lock;
5419         pv_entry_t pv;
5420         struct md_page *pvh;
5421         pt_entry_t *pte, mask;
5422         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
5423         pmap_t pmap;
5424         int md_gen, pvh_gen;
5425         boolean_t rv;
5426
5427         rv = FALSE;
5428         rw_rlock(&pvh_global_lock);
5429         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5430         rw_rlock(lock);
5431 restart:
5432         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5433                 pmap = PV_PMAP(pv);
5434                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5435                         md_gen = m->md.pv_gen;
5436                         rw_runlock(lock);
5437                         PMAP_LOCK(pmap);
5438                         rw_rlock(lock);
5439                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
5440                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5441                                 goto restart;
5442                         }
5443                 }
5444                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va);
5445                 mask = 0;
5446                 if (modified) {
5447                         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5448                         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5449                         mask |= PG_RW | PG_M;
5450                 }
5451                 if (accessed) {
5452                         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5453                         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5454                         mask |= PG_V | PG_A;
5455                 }
5456                 rv = (*pte & mask) == mask;
5457                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5458                 if (rv)
5459                         goto out;
5460         }
5461         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5462                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5463                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
5464                         pmap = PV_PMAP(pv);
5465                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5466                                 md_gen = m->md.pv_gen;
5467                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
5468                                 rw_runlock(lock);
5469                                 PMAP_LOCK(pmap);
5470                                 rw_rlock(lock);
5471                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
5472                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
5473                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
5474                                         goto restart;
5475                                 }
5476                         }
5477                         pte = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
5478                         mask = 0;
5479                         if (modified) {
5480                                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5481                                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5482                                 mask |= PG_RW | PG_M;
5483                         }
5484                         if (accessed) {
5485                                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5486                                 PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5487                                 mask |= PG_V | PG_A;
5488                         }
5489                         rv = (*pte & mask) == mask;
5490                         PMAP_UNLOCK(pmap);
5491                         if (rv)
5492                                 goto out;
5493                 }
5494         }
5495 out:
5496         rw_runlock(lock);
5497         rw_runlock(&pvh_global_lock);
5498         return (rv);
5499 }
5500
5501 /*
5502  *      pmap_is_modified:
5503  *
5504  *      Return whether or not the specified physical page was modified
5505  *      in any physical maps.
5506  */
5507 boolean_t
5508 pmap_is_modified(vm_page_t m)
5509 {
5510
5511         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5512             ("pmap_is_modified: page %p is not managed", m));
5513
5514         /*
5515          * If the page is not exclusive busied, then PGA_WRITEABLE cannot be
5516          * concurrently set while the object is locked.  Thus, if PGA_WRITEABLE
5517          * is clear, no PTEs can have PG_M set.
5518          */
5519         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
5520         if (!vm_page_xbusied(m) && (m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
5521                 return (FALSE);
5522         return (pmap_page_test_mappings(m, FALSE, TRUE));
5523 }
5524
5525 /*
5526  *      pmap_is_prefaultable:
5527  *
5528  *      Return whether or not the specified virtual address is eligible
5529  *      for prefault.
5530  */
5531 boolean_t
5532 pmap_is_prefaultable(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
5533 {
5534         pd_entry_t *pde;
5535         pt_entry_t *pte, PG_V;
5536         boolean_t rv;
5537
5538         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5539         rv = FALSE;
5540         PMAP_LOCK(pmap);
5541         pde = pmap_pde(pmap, addr);
5542         if (pde != NULL && (*pde & (PG_PS | PG_V)) == PG_V) {
5543                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, addr);
5544                 rv = (*pte & PG_V) == 0;
5545         }
5546         PMAP_UNLOCK(pmap);
5547         return (rv);
5548 }
5549
5550 /*
5551  *      pmap_is_referenced:
5552  *
5553  *      Return whether or not the specified physical page was referenced
5554  *      in any physical maps.
5555  */
5556 boolean_t
5557 pmap_is_referenced(vm_page_t m)
5558 {
5559
5560         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5561             ("pmap_is_referenced: page %p is not managed", m));
5562         return (pmap_page_test_mappings(m, TRUE, FALSE));
5563 }
5564
5565 /*
5566  * Clear the write and modified bits in each of the given page's mappings.
5567  */
5568 void
5569 pmap_remove_write(vm_page_t m)
5570 {
5571         struct md_page *pvh;
5572         pmap_t pmap;
5573         struct rwlock *lock;
5574         pv_entry_t next_pv, pv;
5575         pd_entry_t *pde;
5576         pt_entry_t oldpte, *pte, PG_M, PG_RW;
5577         vm_offset_t va;
5578         int pvh_gen, md_gen;
5579
5580         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5581             ("pmap_remove_write: page %p is not managed", m));
5582
5583         /*
5584          * If the page is not exclusive busied, then PGA_WRITEABLE cannot be
5585          * set by another thread while the object is locked.  Thus,
5586          * if PGA_WRITEABLE is clear, no page table entries need updating.
5587          */
5588         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
5589         if (!vm_page_xbusied(m) && (m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
5590                 return;
5591         rw_rlock(&pvh_global_lock);
5592         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5593         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5594 retry_pv_loop:
5595         rw_wlock(lock);
5596         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0)
5597                 goto small_mappings;
5598         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
5599                 pmap = PV_PMAP(pv);
5600                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5601                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5602                         rw_wunlock(lock);
5603                         PMAP_LOCK(pmap);
5604                         rw_wlock(lock);
5605                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
5606                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5607                                 rw_wunlock(lock);
5608                                 goto retry_pv_loop;
5609                         }
5610                 }
5611                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5612                 va = pv->pv_va;
5613                 pde = pmap_pde(pmap, va);
5614                 if ((*pde & PG_RW) != 0)
5615                         (void)pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
5616                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
5617                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
5618                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
5619                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5620         }
5621 small_mappings:
5622         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5623                 pmap = PV_PMAP(pv);
5624                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5625                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5626                         md_gen = m->md.pv_gen;
5627                         rw_wunlock(lock);
5628                         PMAP_LOCK(pmap);
5629                         rw_wlock(lock);
5630                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen ||
5631                             md_gen != m->md.pv_gen) {
5632                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5633                                 rw_wunlock(lock);
5634                                 goto retry_pv_loop;
5635                         }
5636                 }
5637                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5638                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5639                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
5640                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0,
5641                     ("pmap_remove_write: found a 2mpage in page %p's pv list",
5642                     m));
5643                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
5644 retry:
5645                 oldpte = *pte;
5646                 if (oldpte & PG_RW) {
5647                         if (!atomic_cmpset_long(pte, oldpte, oldpte &
5648                             ~(PG_RW | PG_M)))
5649                                 goto retry;
5650                         if ((oldpte & PG_M) != 0)
5651                                 vm_page_dirty(m);
5652                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
5653                 }
5654                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5655         }
5656         rw_wunlock(lock);
5657         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
5658         rw_runlock(&pvh_global_lock);
5659 }
5660
5661 static __inline boolean_t
5662 safe_to_clear_referenced(pmap_t pmap, pt_entry_t pte)
5663 {
5664
5665         if (!pmap_emulate_ad_bits(pmap))
5666                 return (TRUE);
5667
5668         KASSERT(pmap->pm_type == PT_EPT, ("invalid pm_type %d", pmap->pm_type));
5669
5670         /*
5671          * XWR = 010 or 110 will cause an unconditional EPT misconfiguration
5672          * so we don't let the referenced (aka EPT_PG_READ) bit to be cleared
5673          * if the EPT_PG_WRITE bit is set.
5674          */
5675         if ((pte & EPT_PG_WRITE) != 0)
5676                 return (FALSE);
5677
5678         /*
5679          * XWR = 100 is allowed only if the PMAP_SUPPORTS_EXEC_ONLY is set.
5680          */
5681         if ((pte & EPT_PG_EXECUTE) == 0 ||
5682             ((pmap->pm_flags & PMAP_SUPPORTS_EXEC_ONLY) != 0))
5683                 return (TRUE);
5684         else
5685                 return (FALSE);
5686 }
5687
5688 #define PMAP_TS_REFERENCED_MAX  5
5689
5690 /*
5691  *      pmap_ts_referenced:
5692  *
5693  *      Return a count of reference bits for a page, clearing those bits.
5694  *      It is not necessary for every reference bit to be cleared, but it
5695  *      is necessary that 0 only be returned when there are truly no
5696  *      reference bits set.
5697  *
5698  *      XXX: The exact number of bits to check and clear is a matter that
5699  *      should be tested and standardized at some point in the future for
5700  *      optimal aging of shared pages.
5701  */
5702 int
5703 pmap_ts_referenced(vm_page_t m)
5704 {
5705         struct md_page *pvh;
5706         pv_entry_t pv, pvf;
5707         pmap_t pmap;
5708         struct rwlock *lock;
5709         pd_entry_t oldpde, *pde;
5710         pt_entry_t *pte, PG_A;
5711         vm_offset_t va;
5712         vm_paddr_t pa;
5713         int cleared, md_gen, not_cleared, pvh_gen;
5714         struct spglist free;
5715         boolean_t demoted;
5716
5717         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5718             ("pmap_ts_referenced: page %p is not managed", m));
5719         SLIST_INIT(&free);
5720         cleared = 0;
5721         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
5722         lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);
5723         pvh = pa_to_pvh(pa);
5724         rw_rlock(&pvh_global_lock);
5725         rw_wlock(lock);
5726 retry:
5727         not_cleared = 0;
5728         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
5729             (pvf = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) == NULL)
5730                 goto small_mappings;
5731         pv = pvf;
5732         do {
5733                 if (pvf == NULL)
5734                         pvf = pv;
5735                 pmap = PV_PMAP(pv);
5736                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5737                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5738                         rw_wunlock(lock);
5739                         PMAP_LOCK(pmap);
5740                         rw_wlock(lock);
5741                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
5742                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5743                                 goto retry;
5744                         }
5745                 }
5746                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5747                 va = pv->pv_va;
5748                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
5749                 oldpde = *pde;
5750                 if ((*pde & PG_A) != 0) {
5751                         /*
5752                          * Since this reference bit is shared by 512 4KB
5753                          * pages, it should not be cleared every time it is
5754                          * tested.  Apply a simple "hash" function on the
5755                          * physical page number, the virtual superpage number,
5756                          * and the pmap address to select one 4KB page out of
5757                          * the 512 on which testing the reference bit will
5758                          * result in clearing that reference bit.  This
5759                          * function is designed to avoid the selection of the
5760                          * same 4KB page for every 2MB page mapping.
5761                          *
5762                          * On demotion, a mapping that hasn't been referenced
5763                          * is simply destroyed.  To avoid the possibility of a
5764                          * subsequent page fault on a demoted wired mapping,
5765                          * always leave its reference bit set.  Moreover,
5766                          * since the superpage is wired, the current state of
5767                          * its reference bit won't affect page replacement.
5768                          */
5769                         if ((((pa >> PAGE_SHIFT) ^ (pv->pv_va >> PDRSHIFT) ^
5770                             (uintptr_t)pmap) & (NPTEPG - 1)) == 0 &&
5771                             (*pde & PG_W) == 0) {
5772                                 if (safe_to_clear_referenced(pmap, oldpde)) {
5773                                         atomic_clear_long(pde, PG_A);
5774                                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
5775                                         demoted = FALSE;
5776                                 } else if (pmap_demote_pde_locked(pmap, pde,
5777                                     pv->pv_va, &lock)) {
5778                                         /*
5779                                          * Remove the mapping to a single page
5780                                          * so that a subsequent access may
5781                                          * repromote.  Since the underlying
5782                                          * page table page is fully populated,
5783                                          * this removal never frees a page
5784                                          * table page.
5785                                          */
5786                                         demoted = TRUE;
5787                                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde &
5788                                             PG_PS_FRAME);
5789                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
5790                                         pmap_remove_pte(pmap, pte, va, *pde,
5791                                             NULL, &lock);
5792                                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
5793                                 } else
5794                                         demoted = TRUE;
5795
5796                                 if (demoted) {
5797                                         /*
5798                                          * The superpage mapping was removed
5799                                          * entirely and therefore 'pv' is no
5800                                          * longer valid.
5801                                          */
5802                                         if (pvf == pv)
5803                                                 pvf = NULL;
5804                                         pv = NULL;
5805                                 }
5806                                 cleared++;
5807                                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
5808                                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
5809                                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
5810                         } else
5811                                 not_cleared++;
5812                 }
5813                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5814                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
5815                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
5816                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
5817                         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
5818                         pvh->pv_gen++;
5819                 }
5820                 if (cleared + not_cleared >= PMAP_TS_REFERENCED_MAX)
5821                         goto out;
5822         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != pvf);
5823 small_mappings:
5824         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) == NULL)
5825                 goto out;
5826         pv = pvf;
5827         do {
5828                 if (pvf == NULL)
5829                         pvf = pv;
5830                 pmap = PV_PMAP(pv);
5831                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5832                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5833                         md_gen = m->md.pv_gen;
5834                         rw_wunlock(lock);
5835                         PMAP_LOCK(pmap);
5836                         rw_wlock(lock);
5837                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
5838                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5839                                 goto retry;
5840                         }
5841                 }
5842                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5843                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
5844                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0,
5845                     ("pmap_ts_referenced: found a 2mpage in page %p's pv list",
5846                     m));
5847                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
5848                 if ((*pte & PG_A) != 0) {
5849                         if (safe_to_clear_referenced(pmap, *pte)) {
5850                                 atomic_clear_long(pte, PG_A);
5851                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
5852                                 cleared++;
5853                         } else if ((*pte & PG_W) == 0) {
5854                                 /*
5855                                  * Wired pages cannot be paged out so
5856                                  * doing accessed bit emulation for
5857                                  * them is wasted effort. We do the
5858                                  * hard work for unwired pages only.
5859                                  */
5860                                 pmap_remove_pte(pmap, pte, pv->pv_va,
5861                                     *pde, &free, &lock);
5862                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
5863                                 cleared++;
5864                                 if (pvf == pv)
5865                                         pvf = NULL;
5866                                 pv = NULL;
5867                                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
5868                                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
5869                                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
5870                         } else
5871                                 not_cleared++;
5872                 }
5873                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5874                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
5875                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
5876                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5877                         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5878                         m->md.pv_gen++;
5879                 }
5880         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != pvf && cleared +
5881             not_cleared < PMAP_TS_REFERENCED_MAX);
5882 out:
5883         rw_wunlock(lock);
5884         rw_runlock(&pvh_global_lock);
5885         pmap_free_zero_pages(&free);
5886         return (cleared + not_cleared);
5887 }
5888
5889 /*
5890  *      Apply the given advice to the specified range of addresses within the
5891  *      given pmap.  Depending on the advice, clear the referenced and/or
5892  *      modified flags in each mapping and set the mapped page's dirty field.
5893  */
5894 void
5895 pmap_advise(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, int advice)
5896 {
5897         struct rwlock *lock;
5898         pml4_entry_t *pml4e;
5899         pdp_entry_t *pdpe;
5900         pd_entry_t oldpde, *pde;
5901         pt_entry_t *pte, PG_A, PG_G, PG_M, PG_RW, PG_V;
5902         vm_offset_t va_next;
5903         vm_page_t m;
5904         boolean_t anychanged, pv_lists_locked;
5905
5906         if (advice != MADV_DONTNEED && advice != MADV_FREE)
5907                 return;
5908
5909         /*
5910          * A/D bit emulation requires an alternate code path when clearing
5911          * the modified and accessed bits below. Since this function is
5912          * advisory in nature we skip it entirely for pmaps that require
5913          * A/D bit emulation.
5914          */
5915         if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
5916                 return;
5917
5918         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5919         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5920         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5921         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5922         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5923
5924         pv_lists_locked = FALSE;
5925 resume:
5926         anychanged = FALSE;
5927         PMAP_LOCK(pmap);
5928         for (; sva < eva; sva = va_next) {
5929                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
5930                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
5931                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
5932                         if (va_next < sva)
5933                                 va_next = eva;
5934                         continue;
5935                 }
5936                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
5937                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
5938                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
5939                         if (va_next < sva)
5940                                 va_next = eva;
5941                         continue;
5942                 }
5943                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
5944                 if (va_next < sva)
5945                         va_next = eva;
5946                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
5947                 oldpde = *pde;
5948                 if ((oldpde & PG_V) == 0)
5949                         continue;
5950                 else if ((oldpde & PG_PS) != 0) {
5951                         if ((oldpde & PG_MANAGED) == 0)
5952                                 continue;
5953                         if (!pv_lists_locked) {
5954                                 pv_lists_locked = TRUE;
5955                                 if (!rw_try_rlock(&pvh_global_lock)) {
5956                                         if (anychanged)
5957                                                 pmap_invalidate_all(pmap);
5958                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
5959                                         rw_rlock(&pvh_global_lock);
5960                                         goto resume;
5961                                 }
5962                         }
5963                         lock = NULL;
5964                         if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, sva, &lock)) {
5965                                 if (lock != NULL)
5966                                         rw_wunlock(lock);
5967
5968                                 /*
5969                                  * The large page mapping was destroyed.
5970                                  */
5971                                 continue;
5972                         }
5973
5974                         /*
5975                          * Unless the page mappings are wired, remove the
5976                          * mapping to a single page so that a subsequent
5977                          * access may repromote.  Since the underlying page
5978                          * table page is fully populated, this removal never
5979                          * frees a page table page.
5980                          */
5981                         if ((oldpde & PG_W) == 0) {
5982                                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva);
5983                                 KASSERT((*pte & PG_V) != 0,
5984                                     ("pmap_advise: invalid PTE"));
5985                                 pmap_remove_pte(pmap, pte, sva, *pde, NULL,
5986                                     &lock);
5987                                 anychanged = TRUE;
5988                         }
5989                         if (lock != NULL)
5990                                 rw_wunlock(lock);
5991                 }
5992                 if (va_next > eva)
5993                         va_next = eva;
5994                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
5995                     sva += PAGE_SIZE) {
5996                         if ((*pte & (PG_MANAGED | PG_V)) != (PG_MANAGED |
5997                             PG_V))
5998                                 continue;
5999                         else if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
6000                                 if (advice == MADV_DONTNEED) {
6001                                         /*
6002                                          * Future calls to pmap_is_modified()
6003                                          * can be avoided by making the page
6004                                          * dirty now.
6005                                          */
6006                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pte & PG_FRAME);
6007                                         vm_page_dirty(m);
6008                                 }
6009                                 atomic_clear_long(pte, PG_M | PG_A);
6010                         } else if ((*pte & PG_A) != 0)
6011                                 atomic_clear_long(pte, PG_A);
6012                         else
6013                                 continue;
6014                         if ((*pte & PG_G) != 0)
6015                                 pmap_invalidate_page(pmap, sva);
6016                         else
6017                                 anychanged = TRUE;
6018                 }
6019         }
6020         if (anychanged)
6021                 pmap_invalidate_all(pmap);
6022         if (pv_lists_locked)
6023                 rw_runlock(&pvh_global_lock);
6024         PMAP_UNLOCK(pmap);
6025 }
6026
6027 /*
6028  *      Clear the modify bits on the specified physical page.
6029  */
6030 void
6031 pmap_clear_modify(vm_page_t m)
6032 {
6033         struct md_page *pvh;
6034         pmap_t pmap;
6035         pv_entry_t next_pv, pv;
6036         pd_entry_t oldpde, *pde;
6037         pt_entry_t oldpte, *pte, PG_M, PG_RW, PG_V;
6038         struct rwlock *lock;
6039         vm_offset_t va;
6040         int md_gen, pvh_gen;
6041
6042         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
6043             ("pmap_clear_modify: page %p is not managed", m));
6044         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
6045         KASSERT(!vm_page_xbusied(m),
6046             ("pmap_clear_modify: page %p is exclusive busied", m));
6047
6048         /*
6049          * If the page is not PGA_WRITEABLE, then no PTEs can have PG_M set.
6050          * If the object containing the page is locked and the page is not
6051          * exclusive busied, then PGA_WRITEABLE cannot be concurrently set.
6052          */
6053         if ((m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
6054                 return;
6055         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
6056         rw_rlock(&pvh_global_lock);
6057         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
6058         rw_wlock(lock);
6059 restart:
6060         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0)
6061                 goto small_mappings;
6062         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
6063                 pmap = PV_PMAP(pv);
6064                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6065                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
6066                         rw_wunlock(lock);
6067                         PMAP_LOCK(pmap);
6068                         rw_wlock(lock);
6069                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
6070                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6071                                 goto restart;
6072                         }
6073                 }
6074                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6075                 PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6076                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6077                 va = pv->pv_va;
6078                 pde = pmap_pde(pmap, va);
6079                 oldpde = *pde;
6080                 if ((oldpde & PG_RW) != 0) {
6081                         if (pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock)) {
6082                                 if ((oldpde & PG_W) == 0) {
6083                                         /*
6084                                          * Write protect the mapping to a
6085                                          * single page so that a subsequent
6086                                          * write access may repromote.
6087                                          */
6088                                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde &
6089                                             PG_PS_FRAME);
6090                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
6091                                         oldpte = *pte;
6092                                         if ((oldpte & PG_V) != 0) {
6093                                                 while (!atomic_cmpset_long(pte,
6094                                                     oldpte,
6095                                                     oldpte & ~(PG_M | PG_RW)))
6096                                                         oldpte = *pte;
6097                                                 vm_page_dirty(m);
6098                                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
6099                                         }
6100                                 }
6101                         }
6102                 }
6103                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6104         }
6105 small_mappings:
6106         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
6107                 pmap = PV_PMAP(pv);
6108                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6109                         md_gen = m->md.pv_gen;
6110                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
6111                         rw_wunlock(lock);
6112                         PMAP_LOCK(pmap);
6113                         rw_wlock(lock);
6114                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
6115                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6116                                 goto restart;
6117                         }
6118                 }
6119                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6120                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6121                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
6122                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_clear_modify: found"
6123                     " a 2mpage in page %p's pv list", m));
6124                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
6125                 if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
6126                         atomic_clear_long(pte, PG_M);
6127                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
6128                 }
6129                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6130         }
6131         rw_wunlock(lock);
6132         rw_runlock(&pvh_global_lock);
6133 }
6134
6135 /*
6136  * Miscellaneous support routines follow
6137  */
6138
6139 /* Adjust the cache mode for a 4KB page mapped via a PTE. */
6140 static __inline void
6141 pmap_pte_attr(pt_entry_t *pte, int cache_bits, int mask)
6142 {
6143         u_int opte, npte;
6144
6145         /*
6146          * The cache mode bits are all in the low 32-bits of the
6147          * PTE, so we can just spin on updating the low 32-bits.
6148          */
6149         do {
6150                 opte = *(u_int *)pte;
6151                 npte = opte & ~mask;
6152                 npte |= cache_bits;
6153         } while (npte != opte && !atomic_cmpset_int((u_int *)pte, opte, npte));
6154 }
6155
6156 /* Adjust the cache mode for a 2MB page mapped via a PDE. */
6157 static __inline void
6158 pmap_pde_attr(pd_entry_t *pde, int cache_bits, int mask)
6159 {
6160         u_int opde, npde;
6161
6162         /*
6163          * The cache mode bits are all in the low 32-bits of the
6164          * PDE, so we can just spin on updating the low 32-bits.
6165          */
6166         do {
6167                 opde = *(u_int *)pde;
6168                 npde = opde & ~mask;
6169                 npde |= cache_bits;
6170         } while (npde != opde && !atomic_cmpset_int((u_int *)pde, opde, npde));
6171 }
6172
6173 /*
6174  * Map a set of physical memory pages into the kernel virtual
6175  * address space. Return a pointer to where it is mapped. This
6176  * routine is intended to be used for mapping device memory,
6177  * NOT real memory.
6178  */
6179 void *
6180 pmap_mapdev_attr(vm_paddr_t pa, vm_size_t size, int mode)
6181 {
6182         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
6183         vm_offset_t va, offset;
6184         vm_size_t tmpsize;
6185         int i;
6186
6187         offset = pa & PAGE_MASK;
6188         size = round_page(offset + size);
6189         pa = trunc_page(pa);
6190
6191         if (!pmap_initialized) {
6192                 va = 0;
6193                 for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
6194                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
6195                         if (ppim->va == 0) {
6196                                 ppim->pa = pa;
6197                                 ppim->sz = size;
6198                                 ppim->mode = mode;
6199                                 ppim->va = virtual_avail;
6200                                 virtual_avail += size;
6201                                 va = ppim->va;
6202                                 break;
6203                         }
6204                 }
6205                 if (va == 0)
6206                         panic("%s: too many preinit mappings", __func__);
6207         } else {
6208                 /*
6209                  * If we have a preinit mapping, re-use it.
6210                  */
6211                 for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
6212                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
6213                         if (ppim->pa == pa && ppim->sz == size &&
6214                             ppim->mode == mode)
6215                                 return ((void *)(ppim->va + offset));
6216                 }
6217                 /*
6218                  * If the specified range of physical addresses fits within
6219                  * the direct map window, use the direct map.
6220                  */
6221                 if (pa < dmaplimit && pa + size < dmaplimit) {
6222                         va = PHYS_TO_DMAP(pa);
6223                         if (!pmap_change_attr(va, size, mode))
6224                                 return ((void *)(va + offset));
6225                 }
6226                 va = kva_alloc(size);
6227                 if (va == 0)
6228                         panic("%s: Couldn't allocate KVA", __func__);
6229         }
6230         for (tmpsize = 0; tmpsize < size; tmpsize += PAGE_SIZE)
6231                 pmap_kenter_attr(va + tmpsize, pa + tmpsize, mode);
6232         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, va, va + tmpsize);
6233         pmap_invalidate_cache_range(va, va + tmpsize, FALSE);
6234         return ((void *)(va + offset));
6235 }
6236
6237 void *
6238 pmap_mapdev(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
6239 {
6240
6241         return (pmap_mapdev_attr(pa, size, PAT_UNCACHEABLE));
6242 }
6243
6244 void *
6245 pmap_mapbios(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
6246 {
6247
6248         return (pmap_mapdev_attr(pa, size, PAT_WRITE_BACK));
6249 }
6250
6251 void
6252 pmap_unmapdev(vm_offset_t va, vm_size_t size)
6253 {
6254         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
6255         vm_offset_t offset;
6256         int i;
6257
6258         /* If we gave a direct map region in pmap_mapdev, do nothing */
6259         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS)
6260                 return;
6261         offset = va & PAGE_MASK;
6262         size = round_page(offset + size);
6263         va = trunc_page(va);
6264         for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
6265                 ppim = pmap_preinit_mapping + i;
6266                 if (ppim->va == va && ppim->sz == size) {
6267                         if (pmap_initialized)
6268                                 return;
6269                         ppim->pa = 0;
6270                         ppim->va = 0;
6271                         ppim->sz = 0;
6272                         ppim->mode = 0;
6273                         if (va + size == virtual_avail)
6274                                 virtual_avail = va;
6275                         return;
6276                 }
6277         }
6278         if (pmap_initialized)
6279                 kva_free(va, size);
6280 }
6281
6282 /*
6283  * Tries to demote a 1GB page mapping.
6284  */
6285 static boolean_t
6286 pmap_demote_pdpe(pmap_t pmap, pdp_entry_t *pdpe, vm_offset_t va)
6287 {
6288         pdp_entry_t newpdpe, oldpdpe;
6289         pd_entry_t *firstpde, newpde, *pde;
6290         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
6291         vm_paddr_t mpdepa;
6292         vm_page_t mpde;
6293
6294         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6295         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6296         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6297         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6298
6299         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6300         oldpdpe = *pdpe;
6301         KASSERT((oldpdpe & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V),
6302             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_PS and/or PG_V"));
6303         if ((mpde = vm_page_alloc(NULL, va >> PDPSHIFT, VM_ALLOC_INTERRUPT |
6304             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED)) == NULL) {
6305                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pdpe: failure for va %#lx"
6306                     " in pmap %p", va, pmap);
6307                 return (FALSE);
6308         }
6309         mpdepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpde);
6310         firstpde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mpdepa);
6311         newpdpe = mpdepa | PG_M | PG_A | (oldpdpe & PG_U) | PG_RW | PG_V;
6312         KASSERT((oldpdpe & PG_A) != 0,
6313             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_A"));
6314         KASSERT((oldpdpe & (PG_M | PG_RW)) != PG_RW,
6315             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_M"));
6316         newpde = oldpdpe;
6317
6318         /*
6319          * Initialize the page directory page.
6320          */
6321         for (pde = firstpde; pde < firstpde + NPDEPG; pde++) {
6322                 *pde = newpde;
6323                 newpde += NBPDR;
6324         }
6325
6326         /*
6327          * Demote the mapping.
6328          */
6329         *pdpe = newpdpe;
6330
6331         /*
6332          * Invalidate a stale recursive mapping of the page directory page.
6333          */
6334         pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopde(va));
6335
6336         pmap_pdpe_demotions++;
6337         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pdpe: success for va %#lx"
6338             " in pmap %p", va, pmap);
6339         return (TRUE);
6340 }
6341
6342 /*
6343  * Sets the memory attribute for the specified page.
6344  */
6345 void
6346 pmap_page_set_memattr(vm_page_t m, vm_memattr_t ma)
6347 {
6348
6349         m->md.pat_mode = ma;
6350
6351         /*
6352          * If "m" is a normal page, update its direct mapping.  This update
6353          * can be relied upon to perform any cache operations that are
6354          * required for data coherence.
6355          */
6356         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
6357             pmap_change_attr(PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m)), PAGE_SIZE,
6358             m->md.pat_mode))
6359                 panic("memory attribute change on the direct map failed");
6360 }
6361
6362 /*
6363  * Changes the specified virtual address range's memory type to that given by
6364  * the parameter "mode".  The specified virtual address range must be
6365  * completely contained within either the direct map or the kernel map.  If
6366  * the virtual address range is contained within the kernel map, then the
6367  * memory type for each of the corresponding ranges of the direct map is also
6368  * changed.  (The corresponding ranges of the direct map are those ranges that
6369  * map the same physical pages as the specified virtual address range.)  These
6370  * changes to the direct map are necessary because Intel describes the
6371  * behavior of their processors as "undefined" if two or more mappings to the
6372  * same physical page have different memory types.
6373  *
6374  * Returns zero if the change completed successfully, and either EINVAL or
6375  * ENOMEM if the change failed.  Specifically, EINVAL is returned if some part
6376  * of the virtual address range was not mapped, and ENOMEM is returned if
6377  * there was insufficient memory available to complete the change.  In the
6378  * latter case, the memory type may have been changed on some part of the
6379  * virtual address range or the direct map.
6380  */
6381 int
6382 pmap_change_attr(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
6383 {
6384         int error;
6385
6386         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
6387         error = pmap_change_attr_locked(va, size, mode);
6388         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
6389         return (error);
6390 }
6391
6392 static int
6393 pmap_change_attr_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
6394 {
6395         vm_offset_t base, offset, tmpva;
6396         vm_paddr_t pa_start, pa_end;
6397         pdp_entry_t *pdpe;
6398         pd_entry_t *pde;
6399         pt_entry_t *pte;
6400         int cache_bits_pte, cache_bits_pde, error;
6401         boolean_t changed;
6402
6403         PMAP_LOCK_ASSERT(kernel_pmap, MA_OWNED);
6404         base = trunc_page(va);
6405         offset = va & PAGE_MASK;
6406         size = round_page(offset + size);
6407
6408         /*
6409          * Only supported on kernel virtual addresses, including the direct
6410          * map but excluding the recursive map.
6411          */
6412         if (base < DMAP_MIN_ADDRESS)
6413                 return (EINVAL);
6414
6415         cache_bits_pde = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, 1);
6416         cache_bits_pte = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, 0);
6417         changed = FALSE;
6418
6419         /*
6420          * Pages that aren't mapped aren't supported.  Also break down 2MB pages
6421          * into 4KB pages if required.
6422          */
6423         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
6424                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, tmpva);
6425                 if (pdpe == NULL || *pdpe == 0)
6426                         return (EINVAL);
6427                 if (*pdpe & PG_PS) {
6428                         /*
6429                          * If the current 1GB page already has the required
6430                          * memory type, then we need not demote this page. Just
6431                          * increment tmpva to the next 1GB page frame.
6432                          */
6433                         if ((*pdpe & X86_PG_PDE_CACHE) == cache_bits_pde) {
6434                                 tmpva = trunc_1gpage(tmpva) + NBPDP;
6435                                 continue;
6436                         }
6437
6438                         /*
6439                          * If the current offset aligns with a 1GB page frame
6440                          * and there is at least 1GB left within the range, then
6441                          * we need not break down this page into 2MB pages.
6442                          */
6443                         if ((tmpva & PDPMASK) == 0 &&
6444                             tmpva + PDPMASK < base + size) {
6445                                 tmpva += NBPDP;
6446                                 continue;
6447                         }
6448                         if (!pmap_demote_pdpe(kernel_pmap, pdpe, tmpva))
6449                                 return (ENOMEM);
6450                 }
6451                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, tmpva);
6452                 if (*pde == 0)
6453                         return (EINVAL);
6454                 if (*pde & PG_PS) {
6455                         /*
6456                          * If the current 2MB page already has the required
6457                          * memory type, then we need not demote this page. Just
6458                          * increment tmpva to the next 2MB page frame.
6459                          */
6460                         if ((*pde & X86_PG_PDE_CACHE) == cache_bits_pde) {
6461                                 tmpva = trunc_2mpage(tmpva) + NBPDR;
6462                                 continue;
6463                         }
6464
6465                         /*
6466                          * If the current offset aligns with a 2MB page frame
6467                          * and there is at least 2MB left within the range, then
6468                          * we need not break down this page into 4KB pages.
6469                          */
6470                         if ((tmpva & PDRMASK) == 0 &&
6471                             tmpva + PDRMASK < base + size) {
6472                                 tmpva += NBPDR;
6473                                 continue;
6474                         }
6475                         if (!pmap_demote_pde(kernel_pmap, pde, tmpva))
6476                                 return (ENOMEM);
6477                 }
6478                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, tmpva);
6479                 if (*pte == 0)
6480                         return (EINVAL);
6481                 tmpva += PAGE_SIZE;
6482         }
6483         error = 0;
6484
6485         /*
6486          * Ok, all the pages exist, so run through them updating their
6487          * cache mode if required.
6488          */
6489         pa_start = pa_end = 0;
6490         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
6491                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, tmpva);
6492                 if (*pdpe & PG_PS) {
6493                         if ((*pdpe & X86_PG_PDE_CACHE) != cache_bits_pde) {
6494                                 pmap_pde_attr(pdpe, cache_bits_pde,
6495                                     X86_PG_PDE_CACHE);
6496                                 changed = TRUE;
6497                         }
6498                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS &&
6499                             (*pdpe & PG_PS_FRAME) < dmaplimit) {
6500                                 if (pa_start == pa_end) {
6501                                         /* Start physical address run. */
6502                                         pa_start = *pdpe & PG_PS_FRAME;
6503                                         pa_end = pa_start + NBPDP;
6504                                 } else if (pa_end == (*pdpe & PG_PS_FRAME))
6505                                         pa_end += NBPDP;
6506                                 else {
6507                                         /* Run ended, update direct map. */
6508                                         error = pmap_change_attr_locked(
6509                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
6510                                             pa_end - pa_start, mode);
6511                                         if (error != 0)
6512                                                 break;
6513                                         /* Start physical address run. */
6514                                         pa_start = *pdpe & PG_PS_FRAME;
6515                                         pa_end = pa_start + NBPDP;
6516                                 }
6517                         }
6518                         tmpva = trunc_1gpage(tmpva) + NBPDP;
6519                         continue;
6520                 }
6521                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, tmpva);
6522                 if (*pde & PG_PS) {
6523                         if ((*pde & X86_PG_PDE_CACHE) != cache_bits_pde) {
6524                                 pmap_pde_attr(pde, cache_bits_pde,
6525                                     X86_PG_PDE_CACHE);
6526                                 changed = TRUE;
6527                         }
6528                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS &&
6529                             (*pde & PG_PS_FRAME) < dmaplimit) {
6530                                 if (pa_start == pa_end) {
6531                                         /* Start physical address run. */
6532                                         pa_start = *pde & PG_PS_FRAME;
6533                                         pa_end = pa_start + NBPDR;
6534                                 } else if (pa_end == (*pde & PG_PS_FRAME))
6535                                         pa_end += NBPDR;
6536                                 else {
6537                                         /* Run ended, update direct map. */
6538                                         error = pmap_change_attr_locked(
6539                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
6540                                             pa_end - pa_start, mode);
6541                                         if (error != 0)
6542                                                 break;
6543                                         /* Start physical address run. */
6544                                         pa_start = *pde & PG_PS_FRAME;
6545                                         pa_end = pa_start + NBPDR;
6546                                 }
6547                         }
6548                         tmpva = trunc_2mpage(tmpva) + NBPDR;
6549                 } else {
6550                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, tmpva);
6551                         if ((*pte & X86_PG_PTE_CACHE) != cache_bits_pte) {
6552                                 pmap_pte_attr(pte, cache_bits_pte,
6553                                     X86_PG_PTE_CACHE);
6554                                 changed = TRUE;
6555                         }
6556                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS &&
6557                             (*pte & PG_PS_FRAME) < dmaplimit) {
6558                                 if (pa_start == pa_end) {
6559                                         /* Start physical address run. */
6560                                         pa_start = *pte & PG_FRAME;
6561                                         pa_end = pa_start + PAGE_SIZE;
6562                                 } else if (pa_end == (*pte & PG_FRAME))
6563                                         pa_end += PAGE_SIZE;
6564                                 else {
6565                                         /* Run ended, update direct map. */
6566                                         error = pmap_change_attr_locked(
6567                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
6568                                             pa_end - pa_start, mode);
6569                                         if (error != 0)
6570                                                 break;
6571                                         /* Start physical address run. */
6572                                         pa_start = *pte & PG_FRAME;
6573                                         pa_end = pa_start + PAGE_SIZE;
6574                                 }
6575                         }
6576                         tmpva += PAGE_SIZE;
6577                 }
6578         }
6579         if (error == 0 && pa_start != pa_end)
6580                 error = pmap_change_attr_locked(PHYS_TO_DMAP(pa_start),
6581                     pa_end - pa_start, mode);
6582
6583         /*
6584          * Flush CPU caches if required to make sure any data isn't cached that
6585          * shouldn't be, etc.
6586          */
6587         if (changed) {
6588                 pmap_invalidate_range(kernel_pmap, base, tmpva);
6589                 pmap_invalidate_cache_range(base, tmpva, FALSE);
6590         }
6591         return (error);
6592 }
6593
6594 /*
6595  * Demotes any mapping within the direct map region that covers more than the
6596  * specified range of physical addresses.  This range's size must be a power
6597  * of two and its starting address must be a multiple of its size.  Since the
6598  * demotion does not change any attributes of the mapping, a TLB invalidation
6599  * is not mandatory.  The caller may, however, request a TLB invalidation.
6600  */
6601 void
6602 pmap_demote_DMAP(vm_paddr_t base, vm_size_t len, boolean_t invalidate)
6603 {
6604         pdp_entry_t *pdpe;
6605         pd_entry_t *pde;
6606         vm_offset_t va;
6607         boolean_t changed;
6608
6609         if (len == 0)
6610                 return;
6611         KASSERT(powerof2(len), ("pmap_demote_DMAP: len is not a power of 2"));
6612         KASSERT((base & (len - 1)) == 0,
6613             ("pmap_demote_DMAP: base is not a multiple of len"));
6614         if (len < NBPDP && base < dmaplimit) {
6615                 va = PHYS_TO_DMAP(base);
6616                 changed = FALSE;
6617                 PMAP_LOCK(kernel_pmap);
6618                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, va);
6619                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0)
6620                         panic("pmap_demote_DMAP: invalid PDPE");
6621                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0) {
6622                         if (!pmap_demote_pdpe(kernel_pmap, pdpe, va))
6623                                 panic("pmap_demote_DMAP: PDPE failed");
6624                         changed = TRUE;
6625                 }
6626                 if (len < NBPDR) {
6627                         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
6628                         if ((*pde & X86_PG_V) == 0)
6629                                 panic("pmap_demote_DMAP: invalid PDE");
6630                         if ((*pde & PG_PS) != 0) {
6631                                 if (!pmap_demote_pde(kernel_pmap, pde, va))
6632                                         panic("pmap_demote_DMAP: PDE failed");
6633                                 changed = TRUE;
6634                         }
6635                 }
6636                 if (changed && invalidate)
6637                         pmap_invalidate_page(kernel_pmap, va);
6638                 PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
6639         }
6640 }
6641
6642 /*
6643  * perform the pmap work for mincore
6644  */
6645 int
6646 pmap_mincore(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_paddr_t *locked_pa)
6647 {
6648         pd_entry_t *pdep;
6649         pt_entry_t pte, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
6650         vm_paddr_t pa;
6651         int val;
6652
6653         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6654         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6655         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6656         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6657
6658         PMAP_LOCK(pmap);
6659 retry:
6660         pdep = pmap_pde(pmap, addr);
6661         if (pdep != NULL && (*pdep & PG_V)) {
6662                 if (*pdep & PG_PS) {
6663                         pte = *pdep;
6664                         /* Compute the physical address of the 4KB page. */
6665                         pa = ((*pdep & PG_PS_FRAME) | (addr & PDRMASK)) &
6666                             PG_FRAME;
6667                         val = MINCORE_SUPER;
6668                 } else {
6669                         pte = *pmap_pde_to_pte(pdep, addr);
6670                         pa = pte & PG_FRAME;
6671                         val = 0;
6672                 }
6673         } else {
6674                 pte = 0;
6675                 pa = 0;
6676                 val = 0;
6677         }
6678         if ((pte & PG_V) != 0) {
6679                 val |= MINCORE_INCORE;
6680                 if ((pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
6681                         val |= MINCORE_MODIFIED | MINCORE_MODIFIED_OTHER;
6682                 if ((pte & PG_A) != 0)
6683                         val |= MINCORE_REFERENCED | MINCORE_REFERENCED_OTHER;
6684         }
6685         if ((val & (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER)) !=
6686             (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER) &&
6687             (pte & (PG_MANAGED | PG_V)) == (PG_MANAGED | PG_V)) {
6688                 /* Ensure that "PHYS_TO_VM_PAGE(pa)->object" doesn't change. */
6689                 if (vm_page_pa_tryrelock(pmap, pa, locked_pa))
6690                         goto retry;
6691         } else
6692                 PA_UNLOCK_COND(*locked_pa);
6693         PMAP_UNLOCK(pmap);
6694         return (val);
6695 }
6696
6697 static uint64_t
6698 pmap_pcid_alloc(pmap_t pmap, u_int cpuid)
6699 {
6700         uint32_t gen, new_gen, pcid_next;
6701
6702         CRITICAL_ASSERT(curthread);
6703         gen = PCPU_GET(pcid_gen);
6704         if (pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid == PMAP_PCID_KERN ||
6705             pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen == gen)
6706                 return (CR3_PCID_SAVE);
6707         pcid_next = PCPU_GET(pcid_next);
6708         KASSERT(pcid_next <= PMAP_PCID_OVERMAX, ("cpu %d pcid_next %#x",
6709             cpuid, pcid_next));
6710         if (pcid_next == PMAP_PCID_OVERMAX) {
6711                 new_gen = gen + 1;
6712                 if (new_gen == 0)
6713                         new_gen = 1;
6714                 PCPU_SET(pcid_gen, new_gen);
6715                 pcid_next = PMAP_PCID_KERN + 1;
6716         } else {
6717                 new_gen = gen;
6718         }
6719         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid = pcid_next;
6720         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = new_gen;
6721         PCPU_SET(pcid_next, pcid_next + 1);
6722         return (0);
6723 }
6724
6725 void
6726 pmap_activate_sw(struct thread *td)
6727 {
6728         pmap_t oldpmap, pmap;
6729         uint64_t cached, cr3;
6730         u_int cpuid;
6731
6732         oldpmap = PCPU_GET(curpmap);
6733         pmap = vmspace_pmap(td->td_proc->p_vmspace);
6734         if (oldpmap == pmap)
6735                 return;
6736         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
6737 #ifdef SMP
6738         CPU_SET_ATOMIC(cpuid, &pmap->pm_active);
6739 #else
6740         CPU_SET(cpuid, &pmap->pm_active);
6741 #endif
6742         cr3 = rcr3();
6743         if (pmap_pcid_enabled) {
6744                 cached = pmap_pcid_alloc(pmap, cpuid);
6745                 KASSERT(pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid >= 0 &&
6746                     pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid < PMAP_PCID_OVERMAX,
6747                     ("pmap %p cpu %d pcid %#x", pmap, cpuid,
6748                     pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid));
6749                 KASSERT(pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid != PMAP_PCID_KERN ||
6750                     pmap == kernel_pmap,
6751                     ("non-kernel pmap thread %p pmap %p cpu %d pcid %#x",
6752                     td, pmap, cpuid, pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid));
6753                 if (!cached || (cr3 & ~CR3_PCID_MASK) != pmap->pm_cr3) {
6754                         load_cr3(pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid |
6755                             cached);
6756                         if (cached)
6757                                 PCPU_INC(pm_save_cnt);
6758                 }
6759         } else if (cr3 != pmap->pm_cr3) {
6760                 load_cr3(pmap->pm_cr3);
6761         }
6762         PCPU_SET(curpmap, pmap);
6763 #ifdef SMP
6764         CPU_CLR_ATOMIC(cpuid, &oldpmap->pm_active);
6765 #else
6766         CPU_CLR(cpuid, &oldpmap->pm_active);
6767 #endif
6768 }
6769
6770 void
6771 pmap_activate(struct thread *td)
6772 {
6773
6774         critical_enter();
6775         pmap_activate_sw(td);
6776         critical_exit();
6777 }
6778
6779 void
6780 pmap_sync_icache(pmap_t pm, vm_offset_t va, vm_size_t sz)
6781 {
6782 }
6783
6784 /*
6785  *      Increase the starting virtual address of the given mapping if a
6786  *      different alignment might result in more superpage mappings.
6787  */
6788 void
6789 pmap_align_superpage(vm_object_t object, vm_ooffset_t offset,
6790     vm_offset_t *addr, vm_size_t size)
6791 {
6792         vm_offset_t superpage_offset;
6793
6794         if (size < NBPDR)
6795                 return;
6796         if (object != NULL && (object->flags & OBJ_COLORED) != 0)
6797                 offset += ptoa(object->pg_color);
6798         superpage_offset = offset & PDRMASK;
6799         if (size - ((NBPDR - superpage_offset) & PDRMASK) < NBPDR ||
6800             (*addr & PDRMASK) == superpage_offset)
6801                 return;
6802         if ((*addr & PDRMASK) < superpage_offset)
6803                 *addr = (*addr & ~PDRMASK) + superpage_offset;
6804         else
6805                 *addr = ((*addr + PDRMASK) & ~PDRMASK) + superpage_offset;
6806 }
6807
6808 #ifdef INVARIANTS
6809 static unsigned long num_dirty_emulations;
6810 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_dirty_emulations, CTLFLAG_RW,
6811              &num_dirty_emulations, 0, NULL);
6812
6813 static unsigned long num_accessed_emulations;
6814 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_accessed_emulations, CTLFLAG_RW,
6815              &num_accessed_emulations, 0, NULL);
6816
6817 static unsigned long num_superpage_accessed_emulations;
6818 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_superpage_accessed_emulations, CTLFLAG_RW,
6819              &num_superpage_accessed_emulations, 0, NULL);
6820
6821 static unsigned long ad_emulation_superpage_promotions;
6822 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, ad_emulation_superpage_promotions, CTLFLAG_RW,
6823              &ad_emulation_superpage_promotions, 0, NULL);
6824 #endif  /* INVARIANTS */
6825
6826 int
6827 pmap_emulate_accessed_dirty(pmap_t pmap, vm_offset_t va, int ftype)
6828 {
6829         int rv;
6830         struct rwlock *lock;
6831         vm_page_t m, mpte;
6832         pd_entry_t *pde;
6833         pt_entry_t *pte, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
6834         boolean_t pv_lists_locked;
6835
6836         KASSERT(ftype == VM_PROT_READ || ftype == VM_PROT_WRITE,
6837             ("pmap_emulate_accessed_dirty: invalid fault type %d", ftype));
6838
6839         if (!pmap_emulate_ad_bits(pmap))
6840                 return (-1);
6841
6842         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6843         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6844         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6845         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6846
6847         rv = -1;
6848         lock = NULL;
6849         pv_lists_locked = FALSE;
6850 retry:
6851         PMAP_LOCK(pmap);
6852
6853         pde = pmap_pde(pmap, va);
6854         if (pde == NULL || (*pde & PG_V) == 0)
6855                 goto done;
6856
6857         if ((*pde & PG_PS) != 0) {
6858                 if (ftype == VM_PROT_READ) {
6859 #ifdef INVARIANTS
6860                         atomic_add_long(&num_superpage_accessed_emulations, 1);
6861 #endif
6862                         *pde |= PG_A;
6863                         rv = 0;
6864                 }
6865                 goto done;
6866         }
6867
6868         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
6869         if ((*pte & PG_V) == 0)
6870                 goto done;
6871
6872         if (ftype == VM_PROT_WRITE) {
6873                 if ((*pte & PG_RW) == 0)
6874                         goto done;
6875                 /*
6876                  * Set the modified and accessed bits simultaneously.
6877                  *
6878                  * Intel EPT PTEs that do software emulation of A/D bits map
6879                  * PG_A and PG_M to EPT_PG_READ and EPT_PG_WRITE respectively.
6880                  * An EPT misconfiguration is triggered if the PTE is writable
6881                  * but not readable (WR=10). This is avoided by setting PG_A
6882                  * and PG_M simultaneously.
6883                  */
6884                 *pte |= PG_M | PG_A;
6885         } else {
6886                 *pte |= PG_A;
6887         }
6888
6889         /* try to promote the mapping */
6890         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
6891                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
6892         else
6893                 mpte = NULL;
6894
6895         m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pte & PG_FRAME);
6896
6897         if ((mpte == NULL || mpte->wire_count == NPTEPG) &&
6898             pmap_ps_enabled(pmap) &&
6899             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
6900             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0) {
6901                 if (!pv_lists_locked) {
6902                         pv_lists_locked = TRUE;
6903                         if (!rw_try_rlock(&pvh_global_lock)) {
6904                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6905                                 rw_rlock(&pvh_global_lock);
6906                                 goto retry;
6907                         }
6908                 }
6909                 pmap_promote_pde(pmap, pde, va, &lock);
6910 #ifdef INVARIANTS
6911                 atomic_add_long(&ad_emulation_superpage_promotions, 1);
6912 #endif
6913         }
6914 #ifdef INVARIANTS
6915         if (ftype == VM_PROT_WRITE)
6916                 atomic_add_long(&num_dirty_emulations, 1);
6917         else
6918                 atomic_add_long(&num_accessed_emulations, 1);
6919 #endif
6920         rv = 0;         /* success */
6921 done:
6922         if (lock != NULL)
6923                 rw_wunlock(lock);
6924         if (pv_lists_locked)
6925                 rw_runlock(&pvh_global_lock);
6926         PMAP_UNLOCK(pmap);
6927         return (rv);
6928 }
6929
6930 void
6931 pmap_get_mapping(pmap_t pmap, vm_offset_t va, uint64_t *ptr, int *num)
6932 {
6933         pml4_entry_t *pml4;
6934         pdp_entry_t *pdp;
6935         pd_entry_t *pde;
6936         pt_entry_t *pte, PG_V;
6937         int idx;
6938
6939         idx = 0;
6940         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6941         PMAP_LOCK(pmap);
6942
6943         pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
6944         ptr[idx++] = *pml4;
6945         if ((*pml4 & PG_V) == 0)
6946                 goto done;
6947
6948         pdp = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4, va);
6949         ptr[idx++] = *pdp;
6950         if ((*pdp & PG_V) == 0 || (*pdp & PG_PS) != 0)
6951                 goto done;
6952
6953         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdp, va);
6954         ptr[idx++] = *pde;
6955         if ((*pde & PG_V) == 0 || (*pde & PG_PS) != 0)
6956                 goto done;
6957
6958         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
6959         ptr[idx++] = *pte;
6960
6961 done:
6962         PMAP_UNLOCK(pmap);
6963         *num = idx;
6964 }
6965
6966 /**
6967  * Get the kernel virtual address of a set of physical pages. If there are
6968  * physical addresses not covered by the DMAP perform a transient mapping
6969  * that will be removed when calling pmap_unmap_io_transient.
6970  *
6971  * \param page        The pages the caller wishes to obtain the virtual
6972  *                    address on the kernel memory map.
6973  * \param vaddr       On return contains the kernel virtual memory address
6974  *                    of the pages passed in the page parameter.
6975  * \param count       Number of pages passed in.
6976  * \param can_fault   TRUE if the thread using the mapped pages can take
6977  *                    page faults, FALSE otherwise.
6978  *
6979  * \returns TRUE if the caller must call pmap_unmap_io_transient when
6980  *          finished or FALSE otherwise.
6981  *
6982  */
6983 boolean_t
6984 pmap_map_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
6985     boolean_t can_fault)
6986 {
6987         vm_paddr_t paddr;
6988         boolean_t needs_mapping;
6989         pt_entry_t *pte;
6990         int cache_bits, error, i;
6991
6992         /*
6993          * Allocate any KVA space that we need, this is done in a separate
6994          * loop to prevent calling vmem_alloc while pinned.
6995          */
6996         needs_mapping = FALSE;
6997         for (i = 0; i < count; i++) {
6998                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
6999                 if (__predict_false(paddr >= dmaplimit)) {
7000                         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE,
7001                             M_BESTFIT | M_WAITOK, &vaddr[i]);
7002                         KASSERT(error == 0, ("vmem_alloc failed: %d", error));
7003                         needs_mapping = TRUE;
7004                 } else {
7005                         vaddr[i] = PHYS_TO_DMAP(paddr);
7006                 }
7007         }
7008
7009         /* Exit early if everything is covered by the DMAP */
7010         if (!needs_mapping)
7011                 return (FALSE);
7012
7013         /*
7014          * NB:  The sequence of updating a page table followed by accesses
7015          * to the corresponding pages used in the !DMAP case is subject to
7016          * the situation described in the "AMD64 Architecture Programmer's
7017          * Manual Volume 2: System Programming" rev. 3.23, "7.3.1 Special
7018          * Coherency Considerations".  Therefore, issuing the INVLPG right
7019          * after modifying the PTE bits is crucial.
7020          */
7021         if (!can_fault)
7022                 sched_pin();
7023         for (i = 0; i < count; i++) {
7024                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
7025                 if (paddr >= dmaplimit) {
7026                         if (can_fault) {
7027                                 /*
7028                                  * Slow path, since we can get page faults
7029                                  * while mappings are active don't pin the
7030                                  * thread to the CPU and instead add a global
7031                                  * mapping visible to all CPUs.
7032                                  */
7033                                 pmap_qenter(vaddr[i], &page[i], 1);
7034                         } else {
7035                                 pte = vtopte(vaddr[i]);
7036                                 cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap,
7037                                     page[i]->md.pat_mode, 0);
7038                                 pte_store(pte, paddr | X86_PG_RW | X86_PG_V |
7039                                     cache_bits);
7040                                 invlpg(vaddr[i]);
7041                         }
7042                 }
7043         }
7044
7045         return (needs_mapping);
7046 }
7047
7048 void
7049 pmap_unmap_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
7050     boolean_t can_fault)
7051 {
7052         vm_paddr_t paddr;
7053         int i;
7054
7055         if (!can_fault)
7056                 sched_unpin();
7057         for (i = 0; i < count; i++) {
7058                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
7059                 if (paddr >= dmaplimit) {
7060                         if (can_fault)
7061                                 pmap_qremove(vaddr[i], 1);
7062                         vmem_free(kernel_arena, vaddr[i], PAGE_SIZE);
7063                 }
7064         }
7065 }
7066
7067 vm_offset_t
7068 pmap_quick_enter_page(vm_page_t m)
7069 {
7070         vm_paddr_t paddr;
7071
7072         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
7073         if (paddr < dmaplimit)
7074                 return (PHYS_TO_DMAP(paddr));
7075         mtx_lock_spin(&qframe_mtx);
7076         KASSERT(*vtopte(qframe) == 0, ("qframe busy"));
7077         pte_store(vtopte(qframe), paddr | X86_PG_RW | X86_PG_V | X86_PG_A |
7078             X86_PG_M | pmap_cache_bits(kernel_pmap, m->md.pat_mode, 0));
7079         return (qframe);
7080 }
7081
7082 void
7083 pmap_quick_remove_page(vm_offset_t addr)
7084 {
7085
7086         if (addr != qframe)
7087                 return;
7088         pte_store(vtopte(qframe), 0);
7089         invlpg(qframe);
7090         mtx_unlock_spin(&qframe_mtx);
7091 }
7092
7093 #include "opt_ddb.h"
7094 #ifdef DDB
7095 #include <ddb/ddb.h>
7096
7097 DB_SHOW_COMMAND(pte, pmap_print_pte)
7098 {
7099         pmap_t pmap;
7100         pml4_entry_t *pml4;
7101         pdp_entry_t *pdp;
7102         pd_entry_t *pde;
7103         pt_entry_t *pte, PG_V;
7104         vm_offset_t va;
7105
7106         if (have_addr) {
7107                 va = (vm_offset_t)addr;
7108                 pmap = PCPU_GET(curpmap); /* XXX */
7109         } else {
7110                 db_printf("show pte addr\n");
7111                 return;
7112         }
7113         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7114         pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
7115         db_printf("VA %#016lx pml4e %#016lx", va, *pml4);
7116         if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
7117                 db_printf("\n");
7118                 return;
7119         }
7120         pdp = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4, va);
7121         db_printf(" pdpe %#016lx", *pdp);
7122         if ((*pdp & PG_V) == 0 || (*pdp & PG_PS) != 0) {
7123                 db_printf("\n");
7124                 return;
7125         }
7126         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdp, va);
7127         db_printf(" pde %#016lx", *pde);
7128         if ((*pde & PG_V) == 0 || (*pde & PG_PS) != 0) {
7129                 db_printf("\n");
7130                 return;
7131         }
7132         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
7133         db_printf(" pte %#016lx\n", *pte);
7134 }
7135
7136 DB_SHOW_COMMAND(phys2dmap, pmap_phys2dmap)
7137 {
7138         vm_paddr_t a;
7139
7140         if (have_addr) {
7141                 a = (vm_paddr_t)addr;
7142                 db_printf("0x%jx\n", (uintmax_t)PHYS_TO_DMAP(a));
7143         } else {
7144                 db_printf("show phys2dmap addr\n");
7145         }
7146 }
7147 #endif