]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/amd64/amd64/pmap.c
Upgrade Unbound to 1.7.3. More to follow.
[FreeBSD/FreeBSD.git] / sys / amd64 / amd64 / pmap.c
1 /*-
2  * SPDX-License-Identifier: BSD-4-Clause
3  *
4  * Copyright (c) 1991 Regents of the University of California.
5  * All rights reserved.
6  * Copyright (c) 1994 John S. Dyson
7  * All rights reserved.
8  * Copyright (c) 1994 David Greenman
9  * All rights reserved.
10  * Copyright (c) 2003 Peter Wemm
11  * All rights reserved.
12  * Copyright (c) 2005-2010 Alan L. Cox <alc@cs.rice.edu>
13  * All rights reserved.
14  *
15  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
16  * the Systems Programming Group of the University of Utah Computer
17  * Science Department and William Jolitz of UUNET Technologies Inc.
18  *
19  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
20  * modification, are permitted provided that the following conditions
21  * are met:
22  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
23  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
24  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
25  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
26  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
27  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
28  *    must display the following acknowledgement:
29  *      This product includes software developed by the University of
30  *      California, Berkeley and its contributors.
31  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
32  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
33  *    without specific prior written permission.
34  *
35  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
36  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
37  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
38  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
39  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
40  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
41  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
42  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
43  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
44  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
45  * SUCH DAMAGE.
46  *
47  *      from:   @(#)pmap.c      7.7 (Berkeley)  5/12/91
48  */
49 /*-
50  * Copyright (c) 2003 Networks Associates Technology, Inc.
51  * Copyright (c) 2014-2018 The FreeBSD Foundation
52  * All rights reserved.
53  *
54  * This software was developed for the FreeBSD Project by Jake Burkholder,
55  * Safeport Network Services, and Network Associates Laboratories, the
56  * Security Research Division of Network Associates, Inc. under
57  * DARPA/SPAWAR contract N66001-01-C-8035 ("CBOSS"), as part of the DARPA
58  * CHATS research program.
59  *
60  * Portions of this software were developed by
61  * Konstantin Belousov <kib@FreeBSD.org> under sponsorship from
62  * the FreeBSD Foundation.
63  *
64  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
65  * modification, are permitted provided that the following conditions
66  * are met:
67  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
68  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
69  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
70  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
71  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
72  *
73  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
74  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
75  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
76  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
77  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
78  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
79  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
80  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
81  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
82  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
83  * SUCH DAMAGE.
84  */
85
86 #define AMD64_NPT_AWARE
87
88 #include <sys/cdefs.h>
89 __FBSDID("$FreeBSD$");
90
91 /*
92  *      Manages physical address maps.
93  *
94  *      Since the information managed by this module is
95  *      also stored by the logical address mapping module,
96  *      this module may throw away valid virtual-to-physical
97  *      mappings at almost any time.  However, invalidations
98  *      of virtual-to-physical mappings must be done as
99  *      requested.
100  *
101  *      In order to cope with hardware architectures which
102  *      make virtual-to-physical map invalidates expensive,
103  *      this module may delay invalidate or reduced protection
104  *      operations until such time as they are actually
105  *      necessary.  This module is given full information as
106  *      to which processors are currently using which maps,
107  *      and to when physical maps must be made correct.
108  */
109
110 #include "opt_pmap.h"
111 #include "opt_vm.h"
112
113 #include <sys/param.h>
114 #include <sys/bitstring.h>
115 #include <sys/bus.h>
116 #include <sys/systm.h>
117 #include <sys/kernel.h>
118 #include <sys/ktr.h>
119 #include <sys/lock.h>
120 #include <sys/malloc.h>
121 #include <sys/mman.h>
122 #include <sys/mutex.h>
123 #include <sys/proc.h>
124 #include <sys/rwlock.h>
125 #include <sys/sx.h>
126 #include <sys/turnstile.h>
127 #include <sys/vmem.h>
128 #include <sys/vmmeter.h>
129 #include <sys/sched.h>
130 #include <sys/sysctl.h>
131 #include <sys/smp.h>
132
133 #include <vm/vm.h>
134 #include <vm/vm_param.h>
135 #include <vm/vm_kern.h>
136 #include <vm/vm_page.h>
137 #include <vm/vm_map.h>
138 #include <vm/vm_object.h>
139 #include <vm/vm_extern.h>
140 #include <vm/vm_pageout.h>
141 #include <vm/vm_pager.h>
142 #include <vm/vm_phys.h>
143 #include <vm/vm_radix.h>
144 #include <vm/vm_reserv.h>
145 #include <vm/uma.h>
146
147 #include <machine/intr_machdep.h>
148 #include <x86/apicvar.h>
149 #include <machine/cpu.h>
150 #include <machine/cputypes.h>
151 #include <machine/md_var.h>
152 #include <machine/pcb.h>
153 #include <machine/specialreg.h>
154 #ifdef SMP
155 #include <machine/smp.h>
156 #endif
157 #include <machine/tss.h>
158
159 static __inline boolean_t
160 pmap_type_guest(pmap_t pmap)
161 {
162
163         return ((pmap->pm_type == PT_EPT) || (pmap->pm_type == PT_RVI));
164 }
165
166 static __inline boolean_t
167 pmap_emulate_ad_bits(pmap_t pmap)
168 {
169
170         return ((pmap->pm_flags & PMAP_EMULATE_AD_BITS) != 0);
171 }
172
173 static __inline pt_entry_t
174 pmap_valid_bit(pmap_t pmap)
175 {
176         pt_entry_t mask;
177
178         switch (pmap->pm_type) {
179         case PT_X86:
180         case PT_RVI:
181                 mask = X86_PG_V;
182                 break;
183         case PT_EPT:
184                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
185                         mask = EPT_PG_EMUL_V;
186                 else
187                         mask = EPT_PG_READ;
188                 break;
189         default:
190                 panic("pmap_valid_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
191         }
192
193         return (mask);
194 }
195
196 static __inline pt_entry_t
197 pmap_rw_bit(pmap_t pmap)
198 {
199         pt_entry_t mask;
200
201         switch (pmap->pm_type) {
202         case PT_X86:
203         case PT_RVI:
204                 mask = X86_PG_RW;
205                 break;
206         case PT_EPT:
207                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
208                         mask = EPT_PG_EMUL_RW;
209                 else
210                         mask = EPT_PG_WRITE;
211                 break;
212         default:
213                 panic("pmap_rw_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
214         }
215
216         return (mask);
217 }
218
219 static pt_entry_t pg_g;
220
221 static __inline pt_entry_t
222 pmap_global_bit(pmap_t pmap)
223 {
224         pt_entry_t mask;
225
226         switch (pmap->pm_type) {
227         case PT_X86:
228                 mask = pg_g;
229                 break;
230         case PT_RVI:
231         case PT_EPT:
232                 mask = 0;
233                 break;
234         default:
235                 panic("pmap_global_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
236         }
237
238         return (mask);
239 }
240
241 static __inline pt_entry_t
242 pmap_accessed_bit(pmap_t pmap)
243 {
244         pt_entry_t mask;
245
246         switch (pmap->pm_type) {
247         case PT_X86:
248         case PT_RVI:
249                 mask = X86_PG_A;
250                 break;
251         case PT_EPT:
252                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
253                         mask = EPT_PG_READ;
254                 else
255                         mask = EPT_PG_A;
256                 break;
257         default:
258                 panic("pmap_accessed_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
259         }
260
261         return (mask);
262 }
263
264 static __inline pt_entry_t
265 pmap_modified_bit(pmap_t pmap)
266 {
267         pt_entry_t mask;
268
269         switch (pmap->pm_type) {
270         case PT_X86:
271         case PT_RVI:
272                 mask = X86_PG_M;
273                 break;
274         case PT_EPT:
275                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
276                         mask = EPT_PG_WRITE;
277                 else
278                         mask = EPT_PG_M;
279                 break;
280         default:
281                 panic("pmap_modified_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
282         }
283
284         return (mask);
285 }
286
287 #if !defined(DIAGNOSTIC)
288 #ifdef __GNUC_GNU_INLINE__
289 #define PMAP_INLINE     __attribute__((__gnu_inline__)) inline
290 #else
291 #define PMAP_INLINE     extern inline
292 #endif
293 #else
294 #define PMAP_INLINE
295 #endif
296
297 #ifdef PV_STATS
298 #define PV_STAT(x)      do { x ; } while (0)
299 #else
300 #define PV_STAT(x)      do { } while (0)
301 #endif
302
303 #define pa_index(pa)    ((pa) >> PDRSHIFT)
304 #define pa_to_pvh(pa)   (&pv_table[pa_index(pa)])
305
306 #define NPV_LIST_LOCKS  MAXCPU
307
308 #define PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa)        \
309                         (&pv_list_locks[pa_index(pa) % NPV_LIST_LOCKS])
310
311 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa)  do {    \
312         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
313         struct rwlock *_new_lock;                       \
314                                                         \
315         _new_lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);           \
316         if (_new_lock != *_lockp) {                     \
317                 if (*_lockp != NULL)                    \
318                         rw_wunlock(*_lockp);            \
319                 *_lockp = _new_lock;                    \
320                 rw_wlock(*_lockp);                      \
321         }                                               \
322 } while (0)
323
324 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m)        \
325                         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, VM_PAGE_TO_PHYS(m))
326
327 #define RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp)             do {    \
328         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
329                                                         \
330         if (*_lockp != NULL) {                          \
331                 rw_wunlock(*_lockp);                    \
332                 *_lockp = NULL;                         \
333         }                                               \
334 } while (0)
335
336 #define VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m)      \
337                         PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(VM_PAGE_TO_PHYS(m))
338
339 struct pmap kernel_pmap_store;
340
341 vm_offset_t virtual_avail;      /* VA of first avail page (after kernel bss) */
342 vm_offset_t virtual_end;        /* VA of last avail page (end of kernel AS) */
343
344 int nkpt;
345 SYSCTL_INT(_machdep, OID_AUTO, nkpt, CTLFLAG_RD, &nkpt, 0,
346     "Number of kernel page table pages allocated on bootup");
347
348 static int ndmpdp;
349 vm_paddr_t dmaplimit;
350 vm_offset_t kernel_vm_end = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
351 pt_entry_t pg_nx;
352
353 static SYSCTL_NODE(_vm, OID_AUTO, pmap, CTLFLAG_RD, 0, "VM/pmap parameters");
354
355 static int pat_works = 1;
356 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pat_works, CTLFLAG_RD, &pat_works, 1,
357     "Is page attribute table fully functional?");
358
359 static int pg_ps_enabled = 1;
360 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pg_ps_enabled, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
361     &pg_ps_enabled, 0, "Are large page mappings enabled?");
362
363 #define PAT_INDEX_SIZE  8
364 static int pat_index[PAT_INDEX_SIZE];   /* cache mode to PAT index conversion */
365
366 static u_int64_t        KPTphys;        /* phys addr of kernel level 1 */
367 static u_int64_t        KPDphys;        /* phys addr of kernel level 2 */
368 u_int64_t               KPDPphys;       /* phys addr of kernel level 3 */
369 u_int64_t               KPML4phys;      /* phys addr of kernel level 4 */
370
371 static u_int64_t        DMPDphys;       /* phys addr of direct mapped level 2 */
372 static u_int64_t        DMPDPphys;      /* phys addr of direct mapped level 3 */
373 static int              ndmpdpphys;     /* number of DMPDPphys pages */
374
375 static vm_paddr_t       KERNend;        /* phys addr of end of bootstrap data */
376
377 /*
378  * pmap_mapdev support pre initialization (i.e. console)
379  */
380 #define PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT      8
381 static struct pmap_preinit_mapping {
382         vm_paddr_t      pa;
383         vm_offset_t     va;
384         vm_size_t       sz;
385         int             mode;
386 } pmap_preinit_mapping[PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT];
387 static int pmap_initialized;
388
389 /*
390  * Data for the pv entry allocation mechanism.
391  * Updates to pv_invl_gen are protected by the pv_list_locks[]
392  * elements, but reads are not.
393  */
394 static TAILQ_HEAD(pch, pv_chunk) pv_chunks = TAILQ_HEAD_INITIALIZER(pv_chunks);
395 static struct mtx __exclusive_cache_line pv_chunks_mutex;
396 static struct rwlock __exclusive_cache_line pv_list_locks[NPV_LIST_LOCKS];
397 static u_long pv_invl_gen[NPV_LIST_LOCKS];
398 static struct md_page *pv_table;
399 static struct md_page pv_dummy;
400
401 /*
402  * All those kernel PT submaps that BSD is so fond of
403  */
404 pt_entry_t *CMAP1 = NULL;
405 caddr_t CADDR1 = 0;
406 static vm_offset_t qframe = 0;
407 static struct mtx qframe_mtx;
408
409 static int pmap_flags = PMAP_PDE_SUPERPAGE;     /* flags for x86 pmaps */
410
411 int pmap_pcid_enabled = 1;
412 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pcid_enabled, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
413     &pmap_pcid_enabled, 0, "Is TLB Context ID enabled ?");
414 int invpcid_works = 0;
415 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, invpcid_works, CTLFLAG_RD, &invpcid_works, 0,
416     "Is the invpcid instruction available ?");
417
418 int __read_frequently pti = 0;
419 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pti, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
420     &pti, 0,
421     "Page Table Isolation enabled");
422 static vm_object_t pti_obj;
423 static pml4_entry_t *pti_pml4;
424 static vm_pindex_t pti_pg_idx;
425 static bool pti_finalized;
426
427 static int
428 pmap_pcid_save_cnt_proc(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
429 {
430         int i;
431         uint64_t res;
432
433         res = 0;
434         CPU_FOREACH(i) {
435                 res += cpuid_to_pcpu[i]->pc_pm_save_cnt;
436         }
437         return (sysctl_handle_64(oidp, &res, 0, req));
438 }
439 SYSCTL_PROC(_vm_pmap, OID_AUTO, pcid_save_cnt, CTLTYPE_U64 | CTLFLAG_RW |
440     CTLFLAG_MPSAFE, NULL, 0, pmap_pcid_save_cnt_proc, "QU",
441     "Count of saved TLB context on switch");
442
443 static LIST_HEAD(, pmap_invl_gen) pmap_invl_gen_tracker =
444     LIST_HEAD_INITIALIZER(&pmap_invl_gen_tracker);
445 static struct mtx invl_gen_mtx;
446 static u_long pmap_invl_gen = 0;
447 /* Fake lock object to satisfy turnstiles interface. */
448 static struct lock_object invl_gen_ts = {
449         .lo_name = "invlts",
450 };
451
452 static bool
453 pmap_not_in_di(void)
454 {
455
456         return (curthread->td_md.md_invl_gen.gen == 0);
457 }
458
459 #define PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI() \
460     KASSERT(pmap_not_in_di(), ("DI already started"))
461
462 /*
463  * Start a new Delayed Invalidation (DI) block of code, executed by
464  * the current thread.  Within a DI block, the current thread may
465  * destroy both the page table and PV list entries for a mapping and
466  * then release the corresponding PV list lock before ensuring that
467  * the mapping is flushed from the TLBs of any processors with the
468  * pmap active.
469  */
470 static void
471 pmap_delayed_invl_started(void)
472 {
473         struct pmap_invl_gen *invl_gen;
474         u_long currgen;
475
476         invl_gen = &curthread->td_md.md_invl_gen;
477         PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI();
478         mtx_lock(&invl_gen_mtx);
479         if (LIST_EMPTY(&pmap_invl_gen_tracker))
480                 currgen = pmap_invl_gen;
481         else
482                 currgen = LIST_FIRST(&pmap_invl_gen_tracker)->gen;
483         invl_gen->gen = currgen + 1;
484         LIST_INSERT_HEAD(&pmap_invl_gen_tracker, invl_gen, link);
485         mtx_unlock(&invl_gen_mtx);
486 }
487
488 /*
489  * Finish the DI block, previously started by the current thread.  All
490  * required TLB flushes for the pages marked by
491  * pmap_delayed_invl_page() must be finished before this function is
492  * called.
493  *
494  * This function works by bumping the global DI generation number to
495  * the generation number of the current thread's DI, unless there is a
496  * pending DI that started earlier.  In the latter case, bumping the
497  * global DI generation number would incorrectly signal that the
498  * earlier DI had finished.  Instead, this function bumps the earlier
499  * DI's generation number to match the generation number of the
500  * current thread's DI.
501  */
502 static void
503 pmap_delayed_invl_finished(void)
504 {
505         struct pmap_invl_gen *invl_gen, *next;
506         struct turnstile *ts;
507
508         invl_gen = &curthread->td_md.md_invl_gen;
509         KASSERT(invl_gen->gen != 0, ("missed invl_started"));
510         mtx_lock(&invl_gen_mtx);
511         next = LIST_NEXT(invl_gen, link);
512         if (next == NULL) {
513                 turnstile_chain_lock(&invl_gen_ts);
514                 ts = turnstile_lookup(&invl_gen_ts);
515                 pmap_invl_gen = invl_gen->gen;
516                 if (ts != NULL) {
517                         turnstile_broadcast(ts, TS_SHARED_QUEUE);
518                         turnstile_unpend(ts);
519                 }
520                 turnstile_chain_unlock(&invl_gen_ts);
521         } else {
522                 next->gen = invl_gen->gen;
523         }
524         LIST_REMOVE(invl_gen, link);
525         mtx_unlock(&invl_gen_mtx);
526         invl_gen->gen = 0;
527 }
528
529 #ifdef PV_STATS
530 static long invl_wait;
531 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, invl_wait, CTLFLAG_RD, &invl_wait, 0,
532     "Number of times DI invalidation blocked pmap_remove_all/write");
533 #endif
534
535 static u_long *
536 pmap_delayed_invl_genp(vm_page_t m)
537 {
538
539         return (&pv_invl_gen[pa_index(VM_PAGE_TO_PHYS(m)) % NPV_LIST_LOCKS]);
540 }
541
542 /*
543  * Ensure that all currently executing DI blocks, that need to flush
544  * TLB for the given page m, actually flushed the TLB at the time the
545  * function returned.  If the page m has an empty PV list and we call
546  * pmap_delayed_invl_wait(), upon its return we know that no CPU has a
547  * valid mapping for the page m in either its page table or TLB.
548  *
549  * This function works by blocking until the global DI generation
550  * number catches up with the generation number associated with the
551  * given page m and its PV list.  Since this function's callers
552  * typically own an object lock and sometimes own a page lock, it
553  * cannot sleep.  Instead, it blocks on a turnstile to relinquish the
554  * processor.
555  */
556 static void
557 pmap_delayed_invl_wait(vm_page_t m)
558 {
559         struct turnstile *ts;
560         u_long *m_gen;
561 #ifdef PV_STATS
562         bool accounted = false;
563 #endif
564
565         m_gen = pmap_delayed_invl_genp(m);
566         while (*m_gen > pmap_invl_gen) {
567 #ifdef PV_STATS
568                 if (!accounted) {
569                         atomic_add_long(&invl_wait, 1);
570                         accounted = true;
571                 }
572 #endif
573                 ts = turnstile_trywait(&invl_gen_ts);
574                 if (*m_gen > pmap_invl_gen)
575                         turnstile_wait(ts, NULL, TS_SHARED_QUEUE);
576                 else
577                         turnstile_cancel(ts);
578         }
579 }
580
581 /*
582  * Mark the page m's PV list as participating in the current thread's
583  * DI block.  Any threads concurrently using m's PV list to remove or
584  * restrict all mappings to m will wait for the current thread's DI
585  * block to complete before proceeding.
586  *
587  * The function works by setting the DI generation number for m's PV
588  * list to at least the DI generation number of the current thread.
589  * This forces a caller of pmap_delayed_invl_wait() to block until
590  * current thread calls pmap_delayed_invl_finished().
591  */
592 static void
593 pmap_delayed_invl_page(vm_page_t m)
594 {
595         u_long gen, *m_gen;
596
597         rw_assert(VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), RA_WLOCKED);
598         gen = curthread->td_md.md_invl_gen.gen;
599         if (gen == 0)
600                 return;
601         m_gen = pmap_delayed_invl_genp(m);
602         if (*m_gen < gen)
603                 *m_gen = gen;
604 }
605
606 /*
607  * Crashdump maps.
608  */
609 static caddr_t crashdumpmap;
610
611 /*
612  * Internal flags for pmap_enter()'s helper functions.
613  */
614 #define PMAP_ENTER_NORECLAIM    0x1000000       /* Don't reclaim PV entries. */
615 #define PMAP_ENTER_NOREPLACE    0x2000000       /* Don't replace mappings. */
616
617 static void     free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc);
618 static void     free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv);
619 static pv_entry_t get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp);
620 static int      popcnt_pc_map_pq(uint64_t *map);
621 static vm_page_t reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp);
622 static void     reserve_pv_entries(pmap_t pmap, int needed,
623                     struct rwlock **lockp);
624 static void     pmap_pv_demote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
625                     struct rwlock **lockp);
626 static bool     pmap_pv_insert_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde,
627                     u_int flags, struct rwlock **lockp);
628 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
629 static void     pmap_pv_promote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
630                     struct rwlock **lockp);
631 #endif
632 static void     pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va);
633 static pv_entry_t pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap,
634                     vm_offset_t va);
635
636 static int pmap_change_attr_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode);
637 static boolean_t pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va);
638 static boolean_t pmap_demote_pde_locked(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde,
639     vm_offset_t va, struct rwlock **lockp);
640 static boolean_t pmap_demote_pdpe(pmap_t pmap, pdp_entry_t *pdpe,
641     vm_offset_t va);
642 static bool     pmap_enter_2mpage(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
643                     vm_prot_t prot, struct rwlock **lockp);
644 static int      pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t newpde,
645                     u_int flags, vm_page_t m, struct rwlock **lockp);
646 static vm_page_t pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
647     vm_page_t m, vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp);
648 static void pmap_fill_ptp(pt_entry_t *firstpte, pt_entry_t newpte);
649 static int pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte);
650 static void pmap_invalidate_pde_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
651                     pd_entry_t pde);
652 static void pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode);
653 static void pmap_pde_attr(pd_entry_t *pde, int cache_bits, int mask);
654 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
655 static void pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
656     struct rwlock **lockp);
657 #endif
658 static boolean_t pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva,
659     vm_prot_t prot);
660 static void pmap_pte_attr(pt_entry_t *pte, int cache_bits, int mask);
661 static void pmap_pti_add_kva_locked(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
662     bool exec);
663 static pdp_entry_t *pmap_pti_pdpe(vm_offset_t va);
664 static pd_entry_t *pmap_pti_pde(vm_offset_t va);
665 static void pmap_pti_wire_pte(void *pte);
666 static int pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
667     struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
668 static int pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t sva,
669     pd_entry_t ptepde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
670 static vm_page_t pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
671 static void pmap_remove_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
672     struct spglist *free);
673 static bool     pmap_remove_ptes(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
674                     pd_entry_t *pde, struct spglist *free,
675                     struct rwlock **lockp);
676 static boolean_t pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
677     vm_page_t m, struct rwlock **lockp);
678 static void pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
679     pd_entry_t newpde);
680 static void pmap_update_pde_invalidate(pmap_t, vm_offset_t va, pd_entry_t pde);
681
682 static vm_page_t _pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex,
683                 struct rwlock **lockp);
684 static vm_page_t pmap_allocpde(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
685                 struct rwlock **lockp);
686 static vm_page_t pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
687                 struct rwlock **lockp);
688
689 static void _pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
690     struct spglist *free);
691 static int pmap_unuse_pt(pmap_t, vm_offset_t, pd_entry_t, struct spglist *);
692
693 /********************/
694 /* Inline functions */
695 /********************/
696
697 /* Return a non-clipped PD index for a given VA */
698 static __inline vm_pindex_t
699 pmap_pde_pindex(vm_offset_t va)
700 {
701         return (va >> PDRSHIFT);
702 }
703
704
705 /* Return a pointer to the PML4 slot that corresponds to a VA */
706 static __inline pml4_entry_t *
707 pmap_pml4e(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
708 {
709
710         return (&pmap->pm_pml4[pmap_pml4e_index(va)]);
711 }
712
713 /* Return a pointer to the PDP slot that corresponds to a VA */
714 static __inline pdp_entry_t *
715 pmap_pml4e_to_pdpe(pml4_entry_t *pml4e, vm_offset_t va)
716 {
717         pdp_entry_t *pdpe;
718
719         pdpe = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4e & PG_FRAME);
720         return (&pdpe[pmap_pdpe_index(va)]);
721 }
722
723 /* Return a pointer to the PDP slot that corresponds to a VA */
724 static __inline pdp_entry_t *
725 pmap_pdpe(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
726 {
727         pml4_entry_t *pml4e;
728         pt_entry_t PG_V;
729
730         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
731         pml4e = pmap_pml4e(pmap, va);
732         if ((*pml4e & PG_V) == 0)
733                 return (NULL);
734         return (pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, va));
735 }
736
737 /* Return a pointer to the PD slot that corresponds to a VA */
738 static __inline pd_entry_t *
739 pmap_pdpe_to_pde(pdp_entry_t *pdpe, vm_offset_t va)
740 {
741         pd_entry_t *pde;
742
743         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdpe & PG_FRAME);
744         return (&pde[pmap_pde_index(va)]);
745 }
746
747 /* Return a pointer to the PD slot that corresponds to a VA */
748 static __inline pd_entry_t *
749 pmap_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
750 {
751         pdp_entry_t *pdpe;
752         pt_entry_t PG_V;
753
754         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
755         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
756         if (pdpe == NULL || (*pdpe & PG_V) == 0)
757                 return (NULL);
758         return (pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va));
759 }
760
761 /* Return a pointer to the PT slot that corresponds to a VA */
762 static __inline pt_entry_t *
763 pmap_pde_to_pte(pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
764 {
765         pt_entry_t *pte;
766
767         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pde & PG_FRAME);
768         return (&pte[pmap_pte_index(va)]);
769 }
770
771 /* Return a pointer to the PT slot that corresponds to a VA */
772 static __inline pt_entry_t *
773 pmap_pte(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
774 {
775         pd_entry_t *pde;
776         pt_entry_t PG_V;
777
778         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
779         pde = pmap_pde(pmap, va);
780         if (pde == NULL || (*pde & PG_V) == 0)
781                 return (NULL);
782         if ((*pde & PG_PS) != 0)        /* compat with i386 pmap_pte() */
783                 return ((pt_entry_t *)pde);
784         return (pmap_pde_to_pte(pde, va));
785 }
786
787 static __inline void
788 pmap_resident_count_inc(pmap_t pmap, int count)
789 {
790
791         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
792         pmap->pm_stats.resident_count += count;
793 }
794
795 static __inline void
796 pmap_resident_count_dec(pmap_t pmap, int count)
797 {
798
799         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
800         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count >= count,
801             ("pmap %p resident count underflow %ld %d", pmap,
802             pmap->pm_stats.resident_count, count));
803         pmap->pm_stats.resident_count -= count;
804 }
805
806 PMAP_INLINE pt_entry_t *
807 vtopte(vm_offset_t va)
808 {
809         u_int64_t mask = ((1ul << (NPTEPGSHIFT + NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT)) - 1);
810
811         KASSERT(va >= VM_MAXUSER_ADDRESS, ("vtopte on a uva/gpa 0x%0lx", va));
812
813         return (PTmap + ((va >> PAGE_SHIFT) & mask));
814 }
815
816 static __inline pd_entry_t *
817 vtopde(vm_offset_t va)
818 {
819         u_int64_t mask = ((1ul << (NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT)) - 1);
820
821         KASSERT(va >= VM_MAXUSER_ADDRESS, ("vtopde on a uva/gpa 0x%0lx", va));
822
823         return (PDmap + ((va >> PDRSHIFT) & mask));
824 }
825
826 static u_int64_t
827 allocpages(vm_paddr_t *firstaddr, int n)
828 {
829         u_int64_t ret;
830
831         ret = *firstaddr;
832         bzero((void *)ret, n * PAGE_SIZE);
833         *firstaddr += n * PAGE_SIZE;
834         return (ret);
835 }
836
837 CTASSERT(powerof2(NDMPML4E));
838
839 /* number of kernel PDP slots */
840 #define NKPDPE(ptpgs)           howmany(ptpgs, NPDEPG)
841
842 static void
843 nkpt_init(vm_paddr_t addr)
844 {
845         int pt_pages;
846         
847 #ifdef NKPT
848         pt_pages = NKPT;
849 #else
850         pt_pages = howmany(addr, 1 << PDRSHIFT);
851         pt_pages += NKPDPE(pt_pages);
852
853         /*
854          * Add some slop beyond the bare minimum required for bootstrapping
855          * the kernel.
856          *
857          * This is quite important when allocating KVA for kernel modules.
858          * The modules are required to be linked in the negative 2GB of
859          * the address space.  If we run out of KVA in this region then
860          * pmap_growkernel() will need to allocate page table pages to map
861          * the entire 512GB of KVA space which is an unnecessary tax on
862          * physical memory.
863          *
864          * Secondly, device memory mapped as part of setting up the low-
865          * level console(s) is taken from KVA, starting at virtual_avail.
866          * This is because cninit() is called after pmap_bootstrap() but
867          * before vm_init() and pmap_init(). 20MB for a frame buffer is
868          * not uncommon.
869          */
870         pt_pages += 32;         /* 64MB additional slop. */
871 #endif
872         nkpt = pt_pages;
873 }
874
875 /*
876  * Returns the proper write/execute permission for a physical page that is
877  * part of the initial boot allocations.
878  *
879  * If the page has kernel text, it is marked as read-only. If the page has
880  * kernel read-only data, it is marked as read-only/not-executable. If the
881  * page has only read-write data, it is marked as read-write/not-executable.
882  * If the page is below/above the kernel range, it is marked as read-write.
883  *
884  * This function operates on 2M pages, since we map the kernel space that
885  * way.
886  *
887  * Note that this doesn't currently provide any protection for modules.
888  */
889 static inline pt_entry_t
890 bootaddr_rwx(vm_paddr_t pa)
891 {
892
893         /*
894          * Everything in the same 2M page as the start of the kernel
895          * should be static. On the other hand, things in the same 2M
896          * page as the end of the kernel could be read-write/executable,
897          * as the kernel image is not guaranteed to end on a 2M boundary.
898          */
899         if (pa < trunc_2mpage(btext - KERNBASE) ||
900            pa >= trunc_2mpage(_end - KERNBASE))
901                 return (X86_PG_RW);
902         /*
903          * The linker should ensure that the read-only and read-write
904          * portions don't share the same 2M page, so this shouldn't
905          * impact read-only data. However, in any case, any page with
906          * read-write data needs to be read-write.
907          */
908         if (pa >= trunc_2mpage(brwsection - KERNBASE))
909                 return (X86_PG_RW | pg_nx);
910         /*
911          * Mark any 2M page containing kernel text as read-only. Mark
912          * other pages with read-only data as read-only and not executable.
913          * (It is likely a small portion of the read-only data section will
914          * be marked as read-only, but executable. This should be acceptable
915          * since the read-only protection will keep the data from changing.)
916          * Note that fixups to the .text section will still work until we
917          * set CR0.WP.
918          */
919         if (pa < round_2mpage(etext - KERNBASE))
920                 return (0);
921         return (pg_nx);
922 }
923
924 static void
925 create_pagetables(vm_paddr_t *firstaddr)
926 {
927         int i, j, ndm1g, nkpdpe, nkdmpde;
928         pt_entry_t *pt_p;
929         pd_entry_t *pd_p;
930         pdp_entry_t *pdp_p;
931         pml4_entry_t *p4_p;
932         uint64_t DMPDkernphys;
933
934         /* Allocate page table pages for the direct map */
935         ndmpdp = howmany(ptoa(Maxmem), NBPDP);
936         if (ndmpdp < 4)         /* Minimum 4GB of dirmap */
937                 ndmpdp = 4;
938         ndmpdpphys = howmany(ndmpdp, NPDPEPG);
939         if (ndmpdpphys > NDMPML4E) {
940                 /*
941                  * Each NDMPML4E allows 512 GB, so limit to that,
942                  * and then readjust ndmpdp and ndmpdpphys.
943                  */
944                 printf("NDMPML4E limits system to %d GB\n", NDMPML4E * 512);
945                 Maxmem = atop(NDMPML4E * NBPML4);
946                 ndmpdpphys = NDMPML4E;
947                 ndmpdp = NDMPML4E * NPDEPG;
948         }
949         DMPDPphys = allocpages(firstaddr, ndmpdpphys);
950         ndm1g = 0;
951         if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0) {
952                 /*
953                  * Calculate the number of 1G pages that will fully fit in
954                  * Maxmem.
955                  */
956                 ndm1g = ptoa(Maxmem) >> PDPSHIFT;
957
958                 /*
959                  * Allocate 2M pages for the kernel. These will be used in
960                  * place of the first one or more 1G pages from ndm1g.
961                  */
962                 nkdmpde = howmany((vm_offset_t)(brwsection - KERNBASE), NBPDP);
963                 DMPDkernphys = allocpages(firstaddr, nkdmpde);
964         }
965         if (ndm1g < ndmpdp)
966                 DMPDphys = allocpages(firstaddr, ndmpdp - ndm1g);
967         dmaplimit = (vm_paddr_t)ndmpdp << PDPSHIFT;
968
969         /* Allocate pages */
970         KPML4phys = allocpages(firstaddr, 1);
971         KPDPphys = allocpages(firstaddr, NKPML4E);
972
973         /*
974          * Allocate the initial number of kernel page table pages required to
975          * bootstrap.  We defer this until after all memory-size dependent
976          * allocations are done (e.g. direct map), so that we don't have to
977          * build in too much slop in our estimate.
978          *
979          * Note that when NKPML4E > 1, we have an empty page underneath
980          * all but the KPML4I'th one, so we need NKPML4E-1 extra (zeroed)
981          * pages.  (pmap_enter requires a PD page to exist for each KPML4E.)
982          */
983         nkpt_init(*firstaddr);
984         nkpdpe = NKPDPE(nkpt);
985
986         KPTphys = allocpages(firstaddr, nkpt);
987         KPDphys = allocpages(firstaddr, nkpdpe);
988
989         /* Fill in the underlying page table pages */
990         /* XXX not fully used, underneath 2M pages */
991         pt_p = (pt_entry_t *)KPTphys;
992         for (i = 0; ptoa(i) < *firstaddr; i++)
993                 pt_p[i] = ptoa(i) | X86_PG_V | pg_g | bootaddr_rwx(ptoa(i));
994
995         /* Now map the page tables at their location within PTmap */
996         pd_p = (pd_entry_t *)KPDphys;
997         for (i = 0; i < nkpt; i++)
998                 pd_p[i] = (KPTphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW | X86_PG_V;
999
1000         /* Map from zero to end of allocations under 2M pages */
1001         /* This replaces some of the KPTphys entries above */
1002         for (i = 0; (i << PDRSHIFT) < *firstaddr; i++)
1003                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
1004                 pd_p[i] = (i << PDRSHIFT) | X86_PG_V | PG_PS | pg_g |
1005                     X86_PG_M | X86_PG_A | bootaddr_rwx(i << PDRSHIFT);
1006
1007         /*
1008          * Because we map the physical blocks in 2M pages, adjust firstaddr
1009          * to record the physical blocks we've actually mapped into kernel
1010          * virtual address space.
1011          */
1012         *firstaddr = round_2mpage(*firstaddr);
1013
1014         /* And connect up the PD to the PDP (leaving room for L4 pages) */
1015         pdp_p = (pdp_entry_t *)(KPDPphys + ptoa(KPML4I - KPML4BASE));
1016         for (i = 0; i < nkpdpe; i++)
1017                 pdp_p[i + KPDPI] = (KPDphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW | X86_PG_V;
1018
1019         /*
1020          * Now, set up the direct map region using 2MB and/or 1GB pages.  If
1021          * the end of physical memory is not aligned to a 1GB page boundary,
1022          * then the residual physical memory is mapped with 2MB pages.  Later,
1023          * if pmap_mapdev{_attr}() uses the direct map for non-write-back
1024          * memory, pmap_change_attr() will demote any 2MB or 1GB page mappings
1025          * that are partially used. 
1026          */
1027         pd_p = (pd_entry_t *)DMPDphys;
1028         for (i = NPDEPG * ndm1g, j = 0; i < NPDEPG * ndmpdp; i++, j++) {
1029                 pd_p[j] = (vm_paddr_t)i << PDRSHIFT;
1030                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
1031                 pd_p[j] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_PS | pg_g |
1032                     X86_PG_M | X86_PG_A | pg_nx;
1033         }
1034         pdp_p = (pdp_entry_t *)DMPDPphys;
1035         for (i = 0; i < ndm1g; i++) {
1036                 pdp_p[i] = (vm_paddr_t)i << PDPSHIFT;
1037                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
1038                 pdp_p[i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_PS | pg_g |
1039                     X86_PG_M | X86_PG_A | pg_nx;
1040         }
1041         for (j = 0; i < ndmpdp; i++, j++) {
1042                 pdp_p[i] = DMPDphys + ptoa(j);
1043                 pdp_p[i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V;
1044         }
1045
1046         /*
1047          * Instead of using a 1G page for the memory containing the kernel,
1048          * use 2M pages with appropriate permissions. (If using 1G pages,
1049          * this will partially overwrite the PDPEs above.)
1050          */
1051         if (ndm1g) {
1052                 pd_p = (pd_entry_t *)DMPDkernphys;
1053                 for (i = 0; i < (NPDEPG * nkdmpde); i++)
1054                         pd_p[i] = (i << PDRSHIFT) | X86_PG_V | PG_PS | pg_g |
1055                             X86_PG_M | X86_PG_A | pg_nx |
1056                             bootaddr_rwx(i << PDRSHIFT);
1057                 for (i = 0; i < nkdmpde; i++)
1058                         pdp_p[i] = (DMPDkernphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW |
1059                             X86_PG_V;
1060         }
1061
1062         /* And recursively map PML4 to itself in order to get PTmap */
1063         p4_p = (pml4_entry_t *)KPML4phys;
1064         p4_p[PML4PML4I] = KPML4phys;
1065         p4_p[PML4PML4I] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
1066
1067         /* Connect the Direct Map slot(s) up to the PML4. */
1068         for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++) {
1069                 p4_p[DMPML4I + i] = DMPDPphys + ptoa(i);
1070                 p4_p[DMPML4I + i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V;
1071         }
1072
1073         /* Connect the KVA slots up to the PML4 */
1074         for (i = 0; i < NKPML4E; i++) {
1075                 p4_p[KPML4BASE + i] = KPDPphys + ptoa(i);
1076                 p4_p[KPML4BASE + i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V;
1077         }
1078 }
1079
1080 /*
1081  *      Bootstrap the system enough to run with virtual memory.
1082  *
1083  *      On amd64 this is called after mapping has already been enabled
1084  *      and just syncs the pmap module with what has already been done.
1085  *      [We can't call it easily with mapping off since the kernel is not
1086  *      mapped with PA == VA, hence we would have to relocate every address
1087  *      from the linked base (virtual) address "KERNBASE" to the actual
1088  *      (physical) address starting relative to 0]
1089  */
1090 void
1091 pmap_bootstrap(vm_paddr_t *firstaddr)
1092 {
1093         vm_offset_t va;
1094         pt_entry_t *pte;
1095         uint64_t cr4;
1096         int i;
1097
1098         KERNend = *firstaddr;
1099
1100         if (!pti)
1101                 pg_g = X86_PG_G;
1102
1103         /*
1104          * Create an initial set of page tables to run the kernel in.
1105          */
1106         create_pagetables(firstaddr);
1107
1108         /*
1109          * Add a physical memory segment (vm_phys_seg) corresponding to the
1110          * preallocated kernel page table pages so that vm_page structures
1111          * representing these pages will be created.  The vm_page structures
1112          * are required for promotion of the corresponding kernel virtual
1113          * addresses to superpage mappings.
1114          */
1115         vm_phys_add_seg(KPTphys, KPTphys + ptoa(nkpt));
1116
1117         virtual_avail = (vm_offset_t) KERNBASE + *firstaddr;
1118
1119         virtual_end = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS;
1120
1121
1122         /*
1123          * Enable PG_G global pages, then switch to the kernel page
1124          * table from the bootstrap page table.  After the switch, it
1125          * is possible to enable SMEP and SMAP since PG_U bits are
1126          * correct now.
1127          */
1128         cr4 = rcr4();
1129         cr4 |= CR4_PGE;
1130         load_cr4(cr4);
1131         load_cr3(KPML4phys);
1132         if (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_SMEP)
1133                 cr4 |= CR4_SMEP;
1134         if (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_SMAP)
1135                 cr4 |= CR4_SMAP;
1136         load_cr4(cr4);
1137
1138         /*
1139          * Initialize the kernel pmap (which is statically allocated).
1140          */
1141         PMAP_LOCK_INIT(kernel_pmap);
1142         kernel_pmap->pm_pml4 = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(KPML4phys);
1143         kernel_pmap->pm_cr3 = KPML4phys;
1144         kernel_pmap->pm_ucr3 = PMAP_NO_CR3;
1145         CPU_FILL(&kernel_pmap->pm_active);      /* don't allow deactivation */
1146         TAILQ_INIT(&kernel_pmap->pm_pvchunk);
1147         kernel_pmap->pm_flags = pmap_flags;
1148
1149         /*
1150          * Initialize the TLB invalidations generation number lock.
1151          */
1152         mtx_init(&invl_gen_mtx, "invlgn", NULL, MTX_DEF);
1153
1154         /*
1155          * Reserve some special page table entries/VA space for temporary
1156          * mapping of pages.
1157          */
1158 #define SYSMAP(c, p, v, n)      \
1159         v = (c)va; va += ((n)*PAGE_SIZE); p = pte; pte += (n);
1160
1161         va = virtual_avail;
1162         pte = vtopte(va);
1163
1164         /*
1165          * Crashdump maps.  The first page is reused as CMAP1 for the
1166          * memory test.
1167          */
1168         SYSMAP(caddr_t, CMAP1, crashdumpmap, MAXDUMPPGS)
1169         CADDR1 = crashdumpmap;
1170
1171         virtual_avail = va;
1172
1173         /*
1174          * Initialize the PAT MSR.
1175          * pmap_init_pat() clears and sets CR4_PGE, which, as a
1176          * side-effect, invalidates stale PG_G TLB entries that might
1177          * have been created in our pre-boot environment.
1178          */
1179         pmap_init_pat();
1180
1181         /* Initialize TLB Context Id. */
1182         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.pcid_enabled", &pmap_pcid_enabled);
1183         if ((cpu_feature2 & CPUID2_PCID) != 0 && pmap_pcid_enabled) {
1184                 /* Check for INVPCID support */
1185                 invpcid_works = (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_INVPCID)
1186                     != 0;
1187                 for (i = 0; i < MAXCPU; i++) {
1188                         kernel_pmap->pm_pcids[i].pm_pcid = PMAP_PCID_KERN;
1189                         kernel_pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 1;
1190                 }
1191
1192                 /*
1193                  * PMAP_PCID_KERN + 1 is used for initialization of
1194                  * proc0 pmap.  The pmap' pcid state might be used by
1195                  * EFIRT entry before first context switch, so it
1196                  * needs to be valid.
1197                  */
1198                 PCPU_SET(pcid_next, PMAP_PCID_KERN + 2);
1199                 PCPU_SET(pcid_gen, 1);
1200
1201                 /*
1202                  * pcpu area for APs is zeroed during AP startup.
1203                  * pc_pcid_next and pc_pcid_gen are initialized by AP
1204                  * during pcpu setup.
1205                  */
1206                 load_cr4(rcr4() | CR4_PCIDE);
1207         } else {
1208                 pmap_pcid_enabled = 0;
1209         }
1210 }
1211
1212 /*
1213  * Setup the PAT MSR.
1214  */
1215 void
1216 pmap_init_pat(void)
1217 {
1218         int pat_table[PAT_INDEX_SIZE];
1219         uint64_t pat_msr;
1220         u_long cr0, cr4;
1221         int i;
1222
1223         /* Bail if this CPU doesn't implement PAT. */
1224         if ((cpu_feature & CPUID_PAT) == 0)
1225                 panic("no PAT??");
1226
1227         /* Set default PAT index table. */
1228         for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
1229                 pat_table[i] = -1;
1230         pat_table[PAT_WRITE_BACK] = 0;
1231         pat_table[PAT_WRITE_THROUGH] = 1;
1232         pat_table[PAT_UNCACHEABLE] = 3;
1233         pat_table[PAT_WRITE_COMBINING] = 3;
1234         pat_table[PAT_WRITE_PROTECTED] = 3;
1235         pat_table[PAT_UNCACHED] = 3;
1236
1237         /* Initialize default PAT entries. */
1238         pat_msr = PAT_VALUE(0, PAT_WRITE_BACK) |
1239             PAT_VALUE(1, PAT_WRITE_THROUGH) |
1240             PAT_VALUE(2, PAT_UNCACHED) |
1241             PAT_VALUE(3, PAT_UNCACHEABLE) |
1242             PAT_VALUE(4, PAT_WRITE_BACK) |
1243             PAT_VALUE(5, PAT_WRITE_THROUGH) |
1244             PAT_VALUE(6, PAT_UNCACHED) |
1245             PAT_VALUE(7, PAT_UNCACHEABLE);
1246
1247         if (pat_works) {
1248                 /*
1249                  * Leave the indices 0-3 at the default of WB, WT, UC-, and UC.
1250                  * Program 5 and 6 as WP and WC.
1251                  * Leave 4 and 7 as WB and UC.
1252                  */
1253                 pat_msr &= ~(PAT_MASK(5) | PAT_MASK(6));
1254                 pat_msr |= PAT_VALUE(5, PAT_WRITE_PROTECTED) |
1255                     PAT_VALUE(6, PAT_WRITE_COMBINING);
1256                 pat_table[PAT_UNCACHED] = 2;
1257                 pat_table[PAT_WRITE_PROTECTED] = 5;
1258                 pat_table[PAT_WRITE_COMBINING] = 6;
1259         } else {
1260                 /*
1261                  * Just replace PAT Index 2 with WC instead of UC-.
1262                  */
1263                 pat_msr &= ~PAT_MASK(2);
1264                 pat_msr |= PAT_VALUE(2, PAT_WRITE_COMBINING);
1265                 pat_table[PAT_WRITE_COMBINING] = 2;
1266         }
1267
1268         /* Disable PGE. */
1269         cr4 = rcr4();
1270         load_cr4(cr4 & ~CR4_PGE);
1271
1272         /* Disable caches (CD = 1, NW = 0). */
1273         cr0 = rcr0();
1274         load_cr0((cr0 & ~CR0_NW) | CR0_CD);
1275
1276         /* Flushes caches and TLBs. */
1277         wbinvd();
1278         invltlb();
1279
1280         /* Update PAT and index table. */
1281         wrmsr(MSR_PAT, pat_msr);
1282         for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
1283                 pat_index[i] = pat_table[i];
1284
1285         /* Flush caches and TLBs again. */
1286         wbinvd();
1287         invltlb();
1288
1289         /* Restore caches and PGE. */
1290         load_cr0(cr0);
1291         load_cr4(cr4);
1292 }
1293
1294 /*
1295  *      Initialize a vm_page's machine-dependent fields.
1296  */
1297 void
1298 pmap_page_init(vm_page_t m)
1299 {
1300
1301         TAILQ_INIT(&m->md.pv_list);
1302         m->md.pat_mode = PAT_WRITE_BACK;
1303 }
1304
1305 /*
1306  *      Initialize the pmap module.
1307  *      Called by vm_init, to initialize any structures that the pmap
1308  *      system needs to map virtual memory.
1309  */
1310 void
1311 pmap_init(void)
1312 {
1313         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
1314         vm_page_t mpte;
1315         vm_size_t s;
1316         int error, i, pv_npg, ret, skz63;
1317
1318         /* L1TF, reserve page @0 unconditionally */
1319         vm_page_blacklist_add(0, bootverbose);
1320
1321         /* Detect bare-metal Skylake Server and Skylake-X. */
1322         if (vm_guest == VM_GUEST_NO && cpu_vendor_id == CPU_VENDOR_INTEL &&
1323             CPUID_TO_FAMILY(cpu_id) == 0x6 && CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x55) {
1324                 /*
1325                  * Skylake-X errata SKZ63. Processor May Hang When
1326                  * Executing Code In an HLE Transaction Region between
1327                  * 40000000H and 403FFFFFH.
1328                  *
1329                  * Mark the pages in the range as preallocated.  It
1330                  * seems to be impossible to distinguish between
1331                  * Skylake Server and Skylake X.
1332                  */
1333                 skz63 = 1;
1334                 TUNABLE_INT_FETCH("hw.skz63_enable", &skz63);
1335                 if (skz63 != 0) {
1336                         if (bootverbose)
1337                                 printf("SKZ63: skipping 4M RAM starting "
1338                                     "at physical 1G\n");
1339                         for (i = 0; i < atop(0x400000); i++) {
1340                                 ret = vm_page_blacklist_add(0x40000000 +
1341                                     ptoa(i), FALSE);
1342                                 if (!ret && bootverbose)
1343                                         printf("page at %#lx already used\n",
1344                                             0x40000000 + ptoa(i));
1345                         }
1346                 }
1347         }
1348
1349         /*
1350          * Initialize the vm page array entries for the kernel pmap's
1351          * page table pages.
1352          */ 
1353         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
1354         for (i = 0; i < nkpt; i++) {
1355                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(KPTphys + (i << PAGE_SHIFT));
1356                 KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
1357                     mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
1358                     ("pmap_init: page table page is out of range"));
1359                 mpte->pindex = pmap_pde_pindex(KERNBASE) + i;
1360                 mpte->phys_addr = KPTphys + (i << PAGE_SHIFT);
1361                 mpte->wire_count = 1;
1362                 if (i << PDRSHIFT < KERNend &&
1363                     pmap_insert_pt_page(kernel_pmap, mpte))
1364                         panic("pmap_init: pmap_insert_pt_page failed");
1365         }
1366         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
1367         vm_wire_add(nkpt);
1368
1369         /*
1370          * If the kernel is running on a virtual machine, then it must assume
1371          * that MCA is enabled by the hypervisor.  Moreover, the kernel must
1372          * be prepared for the hypervisor changing the vendor and family that
1373          * are reported by CPUID.  Consequently, the workaround for AMD Family
1374          * 10h Erratum 383 is enabled if the processor's feature set does not
1375          * include at least one feature that is only supported by older Intel
1376          * or newer AMD processors.
1377          */
1378         if (vm_guest != VM_GUEST_NO && (cpu_feature & CPUID_SS) == 0 &&
1379             (cpu_feature2 & (CPUID2_SSSE3 | CPUID2_SSE41 | CPUID2_AESNI |
1380             CPUID2_AVX | CPUID2_XSAVE)) == 0 && (amd_feature2 & (AMDID2_XOP |
1381             AMDID2_FMA4)) == 0)
1382                 workaround_erratum383 = 1;
1383
1384         /*
1385          * Are large page mappings enabled?
1386          */
1387         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.pg_ps_enabled", &pg_ps_enabled);
1388         if (pg_ps_enabled) {
1389                 KASSERT(MAXPAGESIZES > 1 && pagesizes[1] == 0,
1390                     ("pmap_init: can't assign to pagesizes[1]"));
1391                 pagesizes[1] = NBPDR;
1392         }
1393
1394         /*
1395          * Initialize the pv chunk list mutex.
1396          */
1397         mtx_init(&pv_chunks_mutex, "pmap pv chunk list", NULL, MTX_DEF);
1398
1399         /*
1400          * Initialize the pool of pv list locks.
1401          */
1402         for (i = 0; i < NPV_LIST_LOCKS; i++)
1403                 rw_init(&pv_list_locks[i], "pmap pv list");
1404
1405         /*
1406          * Calculate the size of the pv head table for superpages.
1407          */
1408         pv_npg = howmany(vm_phys_segs[vm_phys_nsegs - 1].end, NBPDR);
1409
1410         /*
1411          * Allocate memory for the pv head table for superpages.
1412          */
1413         s = (vm_size_t)(pv_npg * sizeof(struct md_page));
1414         s = round_page(s);
1415         pv_table = (struct md_page *)kmem_malloc(s, M_WAITOK | M_ZERO);
1416         for (i = 0; i < pv_npg; i++)
1417                 TAILQ_INIT(&pv_table[i].pv_list);
1418         TAILQ_INIT(&pv_dummy.pv_list);
1419
1420         pmap_initialized = 1;
1421         for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
1422                 ppim = pmap_preinit_mapping + i;
1423                 if (ppim->va == 0)
1424                         continue;
1425                 /* Make the direct map consistent */
1426                 if (ppim->pa < dmaplimit && ppim->pa + ppim->sz < dmaplimit) {
1427                         (void)pmap_change_attr(PHYS_TO_DMAP(ppim->pa),
1428                             ppim->sz, ppim->mode);
1429                 }
1430                 if (!bootverbose)
1431                         continue;
1432                 printf("PPIM %u: PA=%#lx, VA=%#lx, size=%#lx, mode=%#x\n", i,
1433                     ppim->pa, ppim->va, ppim->sz, ppim->mode);
1434         }
1435
1436         mtx_init(&qframe_mtx, "qfrmlk", NULL, MTX_SPIN);
1437         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE, M_BESTFIT | M_WAITOK,
1438             (vmem_addr_t *)&qframe);
1439         if (error != 0)
1440                 panic("qframe allocation failed");
1441 }
1442
1443 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, pde, CTLFLAG_RD, 0,
1444     "2MB page mapping counters");
1445
1446 static u_long pmap_pde_demotions;
1447 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
1448     &pmap_pde_demotions, 0, "2MB page demotions");
1449
1450 static u_long pmap_pde_mappings;
1451 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, mappings, CTLFLAG_RD,
1452     &pmap_pde_mappings, 0, "2MB page mappings");
1453
1454 static u_long pmap_pde_p_failures;
1455 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, p_failures, CTLFLAG_RD,
1456     &pmap_pde_p_failures, 0, "2MB page promotion failures");
1457
1458 static u_long pmap_pde_promotions;
1459 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, promotions, CTLFLAG_RD,
1460     &pmap_pde_promotions, 0, "2MB page promotions");
1461
1462 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, pdpe, CTLFLAG_RD, 0,
1463     "1GB page mapping counters");
1464
1465 static u_long pmap_pdpe_demotions;
1466 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pdpe, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
1467     &pmap_pdpe_demotions, 0, "1GB page demotions");
1468
1469 /***************************************************
1470  * Low level helper routines.....
1471  ***************************************************/
1472
1473 static pt_entry_t
1474 pmap_swap_pat(pmap_t pmap, pt_entry_t entry)
1475 {
1476         int x86_pat_bits = X86_PG_PTE_PAT | X86_PG_PDE_PAT;
1477
1478         switch (pmap->pm_type) {
1479         case PT_X86:
1480         case PT_RVI:
1481                 /* Verify that both PAT bits are not set at the same time */
1482                 KASSERT((entry & x86_pat_bits) != x86_pat_bits,
1483                     ("Invalid PAT bits in entry %#lx", entry));
1484
1485                 /* Swap the PAT bits if one of them is set */
1486                 if ((entry & x86_pat_bits) != 0)
1487                         entry ^= x86_pat_bits;
1488                 break;
1489         case PT_EPT:
1490                 /*
1491                  * Nothing to do - the memory attributes are represented
1492                  * the same way for regular pages and superpages.
1493                  */
1494                 break;
1495         default:
1496                 panic("pmap_switch_pat_bits: bad pm_type %d", pmap->pm_type);
1497         }
1498
1499         return (entry);
1500 }
1501
1502 boolean_t
1503 pmap_is_valid_memattr(pmap_t pmap __unused, vm_memattr_t mode)
1504 {
1505
1506         return (mode >= 0 && mode < PAT_INDEX_SIZE &&
1507             pat_index[(int)mode] >= 0);
1508 }
1509
1510 /*
1511  * Determine the appropriate bits to set in a PTE or PDE for a specified
1512  * caching mode.
1513  */
1514 int
1515 pmap_cache_bits(pmap_t pmap, int mode, boolean_t is_pde)
1516 {
1517         int cache_bits, pat_flag, pat_idx;
1518
1519         if (!pmap_is_valid_memattr(pmap, mode))
1520                 panic("Unknown caching mode %d\n", mode);
1521
1522         switch (pmap->pm_type) {
1523         case PT_X86:
1524         case PT_RVI:
1525                 /* The PAT bit is different for PTE's and PDE's. */
1526                 pat_flag = is_pde ? X86_PG_PDE_PAT : X86_PG_PTE_PAT;
1527
1528                 /* Map the caching mode to a PAT index. */
1529                 pat_idx = pat_index[mode];
1530
1531                 /* Map the 3-bit index value into the PAT, PCD, and PWT bits. */
1532                 cache_bits = 0;
1533                 if (pat_idx & 0x4)
1534                         cache_bits |= pat_flag;
1535                 if (pat_idx & 0x2)
1536                         cache_bits |= PG_NC_PCD;
1537                 if (pat_idx & 0x1)
1538                         cache_bits |= PG_NC_PWT;
1539                 break;
1540
1541         case PT_EPT:
1542                 cache_bits = EPT_PG_IGNORE_PAT | EPT_PG_MEMORY_TYPE(mode);
1543                 break;
1544
1545         default:
1546                 panic("unsupported pmap type %d", pmap->pm_type);
1547         }
1548
1549         return (cache_bits);
1550 }
1551
1552 static int
1553 pmap_cache_mask(pmap_t pmap, boolean_t is_pde)
1554 {
1555         int mask;
1556
1557         switch (pmap->pm_type) {
1558         case PT_X86:
1559         case PT_RVI:
1560                 mask = is_pde ? X86_PG_PDE_CACHE : X86_PG_PTE_CACHE;
1561                 break;
1562         case PT_EPT:
1563                 mask = EPT_PG_IGNORE_PAT | EPT_PG_MEMORY_TYPE(0x7);
1564                 break;
1565         default:
1566                 panic("pmap_cache_mask: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
1567         }
1568
1569         return (mask);
1570 }
1571
1572 bool
1573 pmap_ps_enabled(pmap_t pmap)
1574 {
1575
1576         return (pg_ps_enabled && (pmap->pm_flags & PMAP_PDE_SUPERPAGE) != 0);
1577 }
1578
1579 static void
1580 pmap_update_pde_store(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
1581 {
1582
1583         switch (pmap->pm_type) {
1584         case PT_X86:
1585                 break;
1586         case PT_RVI:
1587         case PT_EPT:
1588                 /*
1589                  * XXX
1590                  * This is a little bogus since the generation number is
1591                  * supposed to be bumped up when a region of the address
1592                  * space is invalidated in the page tables.
1593                  *
1594                  * In this case the old PDE entry is valid but yet we want
1595                  * to make sure that any mappings using the old entry are
1596                  * invalidated in the TLB.
1597                  *
1598                  * The reason this works as expected is because we rendezvous
1599                  * "all" host cpus and force any vcpu context to exit as a
1600                  * side-effect.
1601                  */
1602                 atomic_add_acq_long(&pmap->pm_eptgen, 1);
1603                 break;
1604         default:
1605                 panic("pmap_update_pde_store: bad pm_type %d", pmap->pm_type);
1606         }
1607         pde_store(pde, newpde);
1608 }
1609
1610 /*
1611  * After changing the page size for the specified virtual address in the page
1612  * table, flush the corresponding entries from the processor's TLB.  Only the
1613  * calling processor's TLB is affected.
1614  *
1615  * The calling thread must be pinned to a processor.
1616  */
1617 static void
1618 pmap_update_pde_invalidate(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t newpde)
1619 {
1620         pt_entry_t PG_G;
1621
1622         if (pmap_type_guest(pmap))
1623                 return;
1624
1625         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
1626             ("pmap_update_pde_invalidate: invalid type %d", pmap->pm_type));
1627
1628         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
1629
1630         if ((newpde & PG_PS) == 0)
1631                 /* Demotion: flush a specific 2MB page mapping. */
1632                 invlpg(va);
1633         else if ((newpde & PG_G) == 0)
1634                 /*
1635                  * Promotion: flush every 4KB page mapping from the TLB
1636                  * because there are too many to flush individually.
1637                  */
1638                 invltlb();
1639         else {
1640                 /*
1641                  * Promotion: flush every 4KB page mapping from the TLB,
1642                  * including any global (PG_G) mappings.
1643                  */
1644                 invltlb_glob();
1645         }
1646 }
1647 #ifdef SMP
1648
1649 /*
1650  * For SMP, these functions have to use the IPI mechanism for coherence.
1651  *
1652  * N.B.: Before calling any of the following TLB invalidation functions,
1653  * the calling processor must ensure that all stores updating a non-
1654  * kernel page table are globally performed.  Otherwise, another
1655  * processor could cache an old, pre-update entry without being
1656  * invalidated.  This can happen one of two ways: (1) The pmap becomes
1657  * active on another processor after its pm_active field is checked by
1658  * one of the following functions but before a store updating the page
1659  * table is globally performed. (2) The pmap becomes active on another
1660  * processor before its pm_active field is checked but due to
1661  * speculative loads one of the following functions stills reads the
1662  * pmap as inactive on the other processor.
1663  * 
1664  * The kernel page table is exempt because its pm_active field is
1665  * immutable.  The kernel page table is always active on every
1666  * processor.
1667  */
1668
1669 /*
1670  * Interrupt the cpus that are executing in the guest context.
1671  * This will force the vcpu to exit and the cached EPT mappings
1672  * will be invalidated by the host before the next vmresume.
1673  */
1674 static __inline void
1675 pmap_invalidate_ept(pmap_t pmap)
1676 {
1677         int ipinum;
1678
1679         sched_pin();
1680         KASSERT(!CPU_ISSET(curcpu, &pmap->pm_active),
1681             ("pmap_invalidate_ept: absurd pm_active"));
1682
1683         /*
1684          * The TLB mappings associated with a vcpu context are not
1685          * flushed each time a different vcpu is chosen to execute.
1686          *
1687          * This is in contrast with a process's vtop mappings that
1688          * are flushed from the TLB on each context switch.
1689          *
1690          * Therefore we need to do more than just a TLB shootdown on
1691          * the active cpus in 'pmap->pm_active'. To do this we keep
1692          * track of the number of invalidations performed on this pmap.
1693          *
1694          * Each vcpu keeps a cache of this counter and compares it
1695          * just before a vmresume. If the counter is out-of-date an
1696          * invept will be done to flush stale mappings from the TLB.
1697          */
1698         atomic_add_acq_long(&pmap->pm_eptgen, 1);
1699
1700         /*
1701          * Force the vcpu to exit and trap back into the hypervisor.
1702          */
1703         ipinum = pmap->pm_flags & PMAP_NESTED_IPIMASK;
1704         ipi_selected(pmap->pm_active, ipinum);
1705         sched_unpin();
1706 }
1707
1708 void
1709 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1710 {
1711         cpuset_t *mask;
1712         struct invpcid_descr d;
1713         uint64_t kcr3, ucr3;
1714         uint32_t pcid;
1715         u_int cpuid, i;
1716
1717         if (pmap_type_guest(pmap)) {
1718                 pmap_invalidate_ept(pmap);
1719                 return;
1720         }
1721
1722         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
1723             ("pmap_invalidate_page: invalid type %d", pmap->pm_type));
1724
1725         sched_pin();
1726         if (pmap == kernel_pmap) {
1727                 invlpg(va);
1728                 mask = &all_cpus;
1729         } else {
1730                 cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1731                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
1732                         invlpg(va);
1733                         if (pmap_pcid_enabled && pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
1734                                 /*
1735                                  * Disable context switching. pm_pcid
1736                                  * is recalculated on switch, which
1737                                  * might make us use wrong pcid below.
1738                                  */
1739                                 critical_enter();
1740                                 pcid = pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
1741
1742                                 if (invpcid_works) {
1743                                         d.pcid = pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
1744                                         d.pad = 0;
1745                                         d.addr = va;
1746                                         invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
1747                                 } else {
1748                                         kcr3 = pmap->pm_cr3 | pcid |
1749                                             CR3_PCID_SAVE;
1750                                         ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pcid |
1751                                             PMAP_PCID_USER_PT | CR3_PCID_SAVE;
1752                                         pmap_pti_pcid_invlpg(ucr3, kcr3, va);
1753                                 }
1754                                 critical_exit();
1755                         }
1756                 } else if (pmap_pcid_enabled)
1757                         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = 0;
1758                 if (pmap_pcid_enabled) {
1759                         CPU_FOREACH(i) {
1760                                 if (cpuid != i)
1761                                         pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
1762                         }
1763
1764                         /*
1765                          * The fence is between stores to pm_gen and the read of
1766                          * the pm_active mask.  We need to ensure that it is
1767                          * impossible for us to miss the bit update in pm_active
1768                          * and simultaneously observe a non-zero pm_gen in
1769                          * pmap_activate_sw(), otherwise TLB update is missed.
1770                          * Without the fence, IA32 allows such an outcome.
1771                          * Note that pm_active is updated by a locked operation,
1772                          * which provides the reciprocal fence.
1773                          */
1774                         atomic_thread_fence_seq_cst();
1775                 }
1776                 mask = &pmap->pm_active;
1777         }
1778         smp_masked_invlpg(*mask, va, pmap);
1779         sched_unpin();
1780 }
1781
1782 /* 4k PTEs -- Chosen to exceed the total size of Broadwell L2 TLB */
1783 #define PMAP_INVLPG_THRESHOLD   (4 * 1024 * PAGE_SIZE)
1784
1785 void
1786 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
1787 {
1788         cpuset_t *mask;
1789         struct invpcid_descr d;
1790         vm_offset_t addr;
1791         uint64_t kcr3, ucr3;
1792         uint32_t pcid;
1793         u_int cpuid, i;
1794
1795         if (eva - sva >= PMAP_INVLPG_THRESHOLD) {
1796                 pmap_invalidate_all(pmap);
1797                 return;
1798         }
1799
1800         if (pmap_type_guest(pmap)) {
1801                 pmap_invalidate_ept(pmap);
1802                 return;
1803         }
1804
1805         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
1806             ("pmap_invalidate_range: invalid type %d", pmap->pm_type));
1807
1808         sched_pin();
1809         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1810         if (pmap == kernel_pmap) {
1811                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
1812                         invlpg(addr);
1813                 mask = &all_cpus;
1814         } else {
1815                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
1816                         for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
1817                                 invlpg(addr);
1818                         if (pmap_pcid_enabled && pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
1819                                 critical_enter();
1820                                 pcid = pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
1821                                 if (invpcid_works) {
1822                                         d.pcid = pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
1823                                         d.pad = 0;
1824                                         d.addr = sva;
1825                                         for (; d.addr < eva; d.addr +=
1826                                             PAGE_SIZE)
1827                                                 invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
1828                                 } else {
1829                                         kcr3 = pmap->pm_cr3 | pcid |
1830                                             CR3_PCID_SAVE;
1831                                         ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pcid |
1832                                             PMAP_PCID_USER_PT | CR3_PCID_SAVE;
1833                                         pmap_pti_pcid_invlrng(ucr3, kcr3, sva,
1834                                             eva);
1835                                 }
1836                                 critical_exit();
1837                         }
1838                 } else if (pmap_pcid_enabled) {
1839                         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = 0;
1840                 }
1841                 if (pmap_pcid_enabled) {
1842                         CPU_FOREACH(i) {
1843                                 if (cpuid != i)
1844                                         pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
1845                         }
1846                         /* See the comment in pmap_invalidate_page(). */
1847                         atomic_thread_fence_seq_cst();
1848                 }
1849                 mask = &pmap->pm_active;
1850         }
1851         smp_masked_invlpg_range(*mask, sva, eva, pmap);
1852         sched_unpin();
1853 }
1854
1855 void
1856 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
1857 {
1858         cpuset_t *mask;
1859         struct invpcid_descr d;
1860         uint64_t kcr3, ucr3;
1861         uint32_t pcid;
1862         u_int cpuid, i;
1863
1864         if (pmap_type_guest(pmap)) {
1865                 pmap_invalidate_ept(pmap);
1866                 return;
1867         }
1868
1869         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
1870             ("pmap_invalidate_all: invalid type %d", pmap->pm_type));
1871
1872         sched_pin();
1873         if (pmap == kernel_pmap) {
1874                 if (pmap_pcid_enabled && invpcid_works) {
1875                         bzero(&d, sizeof(d));
1876                         invpcid(&d, INVPCID_CTXGLOB);
1877                 } else {
1878                         invltlb_glob();
1879                 }
1880                 mask = &all_cpus;
1881         } else {
1882                 cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1883                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
1884                         if (pmap_pcid_enabled) {
1885                                 critical_enter();
1886                                 pcid = pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
1887                                 if (invpcid_works) {
1888                                         d.pcid = pcid;
1889                                         d.pad = 0;
1890                                         d.addr = 0;
1891                                         invpcid(&d, INVPCID_CTX);
1892                                         if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
1893                                                 d.pcid |= PMAP_PCID_USER_PT;
1894                                                 invpcid(&d, INVPCID_CTX);
1895                                         }
1896                                 } else {
1897                                         kcr3 = pmap->pm_cr3 | pcid;
1898                                         ucr3 = pmap->pm_ucr3;
1899                                         if (ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
1900                                                 ucr3 |= pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
1901                                                 pmap_pti_pcid_invalidate(ucr3,
1902                                                     kcr3);
1903                                         } else {
1904                                                 load_cr3(kcr3);
1905                                         }
1906                                 }
1907                                 critical_exit();
1908                         } else {
1909                                 invltlb();
1910                         }
1911                 } else if (pmap_pcid_enabled) {
1912                         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = 0;
1913                 }
1914                 if (pmap_pcid_enabled) {
1915                         CPU_FOREACH(i) {
1916                                 if (cpuid != i)
1917                                         pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
1918                         }
1919                         /* See the comment in pmap_invalidate_page(). */
1920                         atomic_thread_fence_seq_cst();
1921                 }
1922                 mask = &pmap->pm_active;
1923         }
1924         smp_masked_invltlb(*mask, pmap);
1925         sched_unpin();
1926 }
1927
1928 void
1929 pmap_invalidate_cache(void)
1930 {
1931
1932         sched_pin();
1933         wbinvd();
1934         smp_cache_flush();
1935         sched_unpin();
1936 }
1937
1938 struct pde_action {
1939         cpuset_t invalidate;    /* processors that invalidate their TLB */
1940         pmap_t pmap;
1941         vm_offset_t va;
1942         pd_entry_t *pde;
1943         pd_entry_t newpde;
1944         u_int store;            /* processor that updates the PDE */
1945 };
1946
1947 static void
1948 pmap_update_pde_action(void *arg)
1949 {
1950         struct pde_action *act = arg;
1951
1952         if (act->store == PCPU_GET(cpuid))
1953                 pmap_update_pde_store(act->pmap, act->pde, act->newpde);
1954 }
1955
1956 static void
1957 pmap_update_pde_teardown(void *arg)
1958 {
1959         struct pde_action *act = arg;
1960
1961         if (CPU_ISSET(PCPU_GET(cpuid), &act->invalidate))
1962                 pmap_update_pde_invalidate(act->pmap, act->va, act->newpde);
1963 }
1964
1965 /*
1966  * Change the page size for the specified virtual address in a way that
1967  * prevents any possibility of the TLB ever having two entries that map the
1968  * same virtual address using different page sizes.  This is the recommended
1969  * workaround for Erratum 383 on AMD Family 10h processors.  It prevents a
1970  * machine check exception for a TLB state that is improperly diagnosed as a
1971  * hardware error.
1972  */
1973 static void
1974 pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
1975 {
1976         struct pde_action act;
1977         cpuset_t active, other_cpus;
1978         u_int cpuid;
1979
1980         sched_pin();
1981         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1982         other_cpus = all_cpus;
1983         CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
1984         if (pmap == kernel_pmap || pmap_type_guest(pmap)) 
1985                 active = all_cpus;
1986         else {
1987                 active = pmap->pm_active;
1988         }
1989         if (CPU_OVERLAP(&active, &other_cpus)) { 
1990                 act.store = cpuid;
1991                 act.invalidate = active;
1992                 act.va = va;
1993                 act.pmap = pmap;
1994                 act.pde = pde;
1995                 act.newpde = newpde;
1996                 CPU_SET(cpuid, &active);
1997                 smp_rendezvous_cpus(active,
1998                     smp_no_rendezvous_barrier, pmap_update_pde_action,
1999                     pmap_update_pde_teardown, &act);
2000         } else {
2001                 pmap_update_pde_store(pmap, pde, newpde);
2002                 if (CPU_ISSET(cpuid, &active))
2003                         pmap_update_pde_invalidate(pmap, va, newpde);
2004         }
2005         sched_unpin();
2006 }
2007 #else /* !SMP */
2008 /*
2009  * Normal, non-SMP, invalidation functions.
2010  */
2011 void
2012 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2013 {
2014         struct invpcid_descr d;
2015         uint64_t kcr3, ucr3;
2016         uint32_t pcid;
2017
2018         if (pmap->pm_type == PT_RVI || pmap->pm_type == PT_EPT) {
2019                 pmap->pm_eptgen++;
2020                 return;
2021         }
2022         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
2023             ("pmap_invalidate_range: unknown type %d", pmap->pm_type));
2024
2025         if (pmap == kernel_pmap || pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
2026                 invlpg(va);
2027                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap) && pmap_pcid_enabled &&
2028                     pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
2029                         critical_enter();
2030                         pcid = pmap->pm_pcids[0].pm_pcid;
2031                         if (invpcid_works) {
2032                                 d.pcid = pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
2033                                 d.pad = 0;
2034                                 d.addr = va;
2035                                 invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
2036                         } else {
2037                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pcid | CR3_PCID_SAVE;
2038                                 ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pcid |
2039                                     PMAP_PCID_USER_PT | CR3_PCID_SAVE;
2040                                 pmap_pti_pcid_invlpg(ucr3, kcr3, va);
2041                         }
2042                         critical_exit();
2043                 }
2044         } else if (pmap_pcid_enabled)
2045                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
2046 }
2047
2048 void
2049 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2050 {
2051         struct invpcid_descr d;
2052         vm_offset_t addr;
2053         uint64_t kcr3, ucr3;
2054
2055         if (pmap->pm_type == PT_RVI || pmap->pm_type == PT_EPT) {
2056                 pmap->pm_eptgen++;
2057                 return;
2058         }
2059         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
2060             ("pmap_invalidate_range: unknown type %d", pmap->pm_type));
2061
2062         if (pmap == kernel_pmap || pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
2063                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
2064                         invlpg(addr);
2065                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap) && pmap_pcid_enabled &&
2066                     pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
2067                         critical_enter();
2068                         if (invpcid_works) {
2069                                 d.pcid = pmap->pm_pcids[0].pm_pcid |
2070                                     PMAP_PCID_USER_PT;
2071                                 d.pad = 0;
2072                                 d.addr = sva;
2073                                 for (; d.addr < eva; d.addr += PAGE_SIZE)
2074                                         invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
2075                         } else {
2076                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[0].
2077                                     pm_pcid | CR3_PCID_SAVE;
2078                                 ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pmap->pm_pcids[0].
2079                                     pm_pcid | PMAP_PCID_USER_PT | CR3_PCID_SAVE;
2080                                 pmap_pti_pcid_invlrng(ucr3, kcr3, sva, eva);
2081                         }
2082                         critical_exit();
2083                 }
2084         } else if (pmap_pcid_enabled) {
2085                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
2086         }
2087 }
2088
2089 void
2090 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
2091 {
2092         struct invpcid_descr d;
2093         uint64_t kcr3, ucr3;
2094
2095         if (pmap->pm_type == PT_RVI || pmap->pm_type == PT_EPT) {
2096                 pmap->pm_eptgen++;
2097                 return;
2098         }
2099         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
2100             ("pmap_invalidate_all: unknown type %d", pmap->pm_type));
2101
2102         if (pmap == kernel_pmap) {
2103                 if (pmap_pcid_enabled && invpcid_works) {
2104                         bzero(&d, sizeof(d));
2105                         invpcid(&d, INVPCID_CTXGLOB);
2106                 } else {
2107                         invltlb_glob();
2108                 }
2109         } else if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
2110                 if (pmap_pcid_enabled) {
2111                         critical_enter();
2112                         if (invpcid_works) {
2113                                 d.pcid = pmap->pm_pcids[0].pm_pcid;
2114                                 d.pad = 0;
2115                                 d.addr = 0;
2116                                 invpcid(&d, INVPCID_CTX);
2117                                 if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
2118                                         d.pcid |= PMAP_PCID_USER_PT;
2119                                         invpcid(&d, INVPCID_CTX);
2120                                 }
2121                         } else {
2122                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[0].pm_pcid;
2123                                 if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
2124                                         ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pmap->pm_pcids[
2125                                             0].pm_pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
2126                                         pmap_pti_pcid_invalidate(ucr3, kcr3);
2127                                 } else
2128                                         load_cr3(kcr3);
2129                         }
2130                         critical_exit();
2131                 } else {
2132                         invltlb();
2133                 }
2134         } else if (pmap_pcid_enabled) {
2135                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
2136         }
2137 }
2138
2139 PMAP_INLINE void
2140 pmap_invalidate_cache(void)
2141 {
2142
2143         wbinvd();
2144 }
2145
2146 static void
2147 pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
2148 {
2149
2150         pmap_update_pde_store(pmap, pde, newpde);
2151         if (pmap == kernel_pmap || pmap == PCPU_GET(curpmap))
2152                 pmap_update_pde_invalidate(pmap, va, newpde);
2153         else
2154                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
2155 }
2156 #endif /* !SMP */
2157
2158 static void
2159 pmap_invalidate_pde_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde)
2160 {
2161
2162         /*
2163          * When the PDE has PG_PROMOTED set, the 2MB page mapping was created
2164          * by a promotion that did not invalidate the 512 4KB page mappings
2165          * that might exist in the TLB.  Consequently, at this point, the TLB
2166          * may hold both 4KB and 2MB page mappings for the address range [va,
2167          * va + NBPDR).  Therefore, the entire range must be invalidated here.
2168          * In contrast, when PG_PROMOTED is clear, the TLB will not hold any
2169          * 4KB page mappings for the address range [va, va + NBPDR), and so a
2170          * single INVLPG suffices to invalidate the 2MB page mapping from the
2171          * TLB.
2172          */
2173         if ((pde & PG_PROMOTED) != 0)
2174                 pmap_invalidate_range(pmap, va, va + NBPDR - 1);
2175         else
2176                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
2177 }
2178
2179 #define PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD   (2 * 1024 * 1024)
2180
2181 void
2182 pmap_invalidate_cache_range(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, boolean_t force)
2183 {
2184
2185         if (force) {
2186                 sva &= ~(vm_offset_t)(cpu_clflush_line_size - 1);
2187         } else {
2188                 KASSERT((sva & PAGE_MASK) == 0,
2189                     ("pmap_invalidate_cache_range: sva not page-aligned"));
2190                 KASSERT((eva & PAGE_MASK) == 0,
2191                     ("pmap_invalidate_cache_range: eva not page-aligned"));
2192         }
2193
2194         if ((cpu_feature & CPUID_SS) != 0 && !force)
2195                 ; /* If "Self Snoop" is supported and allowed, do nothing. */
2196         else if ((cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT) != 0 &&
2197             eva - sva < PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD) {
2198                 /*
2199                  * XXX: Some CPUs fault, hang, or trash the local APIC
2200                  * registers if we use CLFLUSH on the local APIC
2201                  * range.  The local APIC is always uncached, so we
2202                  * don't need to flush for that range anyway.
2203                  */
2204                 if (pmap_kextract(sva) == lapic_paddr)
2205                         return;
2206
2207                 /*
2208                  * Otherwise, do per-cache line flush.  Use the sfence
2209                  * instruction to insure that previous stores are
2210                  * included in the write-back.  The processor
2211                  * propagates flush to other processors in the cache
2212                  * coherence domain.
2213                  */
2214                 sfence();
2215                 for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size)
2216                         clflushopt(sva);
2217                 sfence();
2218         } else if ((cpu_feature & CPUID_CLFSH) != 0 &&
2219             eva - sva < PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD) {
2220                 if (pmap_kextract(sva) == lapic_paddr)
2221                         return;
2222                 /*
2223                  * Writes are ordered by CLFLUSH on Intel CPUs.
2224                  */
2225                 if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
2226                         mfence();
2227                 for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size)
2228                         clflush(sva);
2229                 if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
2230                         mfence();
2231         } else {
2232
2233                 /*
2234                  * No targeted cache flush methods are supported by CPU,
2235                  * or the supplied range is bigger than 2MB.
2236                  * Globally invalidate cache.
2237                  */
2238                 pmap_invalidate_cache();
2239         }
2240 }
2241
2242 /*
2243  * Remove the specified set of pages from the data and instruction caches.
2244  *
2245  * In contrast to pmap_invalidate_cache_range(), this function does not
2246  * rely on the CPU's self-snoop feature, because it is intended for use
2247  * when moving pages into a different cache domain.
2248  */
2249 void
2250 pmap_invalidate_cache_pages(vm_page_t *pages, int count)
2251 {
2252         vm_offset_t daddr, eva;
2253         int i;
2254         bool useclflushopt;
2255
2256         useclflushopt = (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT) != 0;
2257         if (count >= PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD / PAGE_SIZE ||
2258             ((cpu_feature & CPUID_CLFSH) == 0 && !useclflushopt))
2259                 pmap_invalidate_cache();
2260         else {
2261                 if (useclflushopt)
2262                         sfence();
2263                 else if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
2264                         mfence();
2265                 for (i = 0; i < count; i++) {
2266                         daddr = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pages[i]));
2267                         eva = daddr + PAGE_SIZE;
2268                         for (; daddr < eva; daddr += cpu_clflush_line_size) {
2269                                 if (useclflushopt)
2270                                         clflushopt(daddr);
2271                                 else
2272                                         clflush(daddr);
2273                         }
2274                 }
2275                 if (useclflushopt)
2276                         sfence();
2277                 else if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
2278                         mfence();
2279         }
2280 }
2281
2282 /*
2283  *      Routine:        pmap_extract
2284  *      Function:
2285  *              Extract the physical page address associated
2286  *              with the given map/virtual_address pair.
2287  */
2288 vm_paddr_t 
2289 pmap_extract(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2290 {
2291         pdp_entry_t *pdpe;
2292         pd_entry_t *pde;
2293         pt_entry_t *pte, PG_V;
2294         vm_paddr_t pa;
2295
2296         pa = 0;
2297         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
2298         PMAP_LOCK(pmap);
2299         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
2300         if (pdpe != NULL && (*pdpe & PG_V) != 0) {
2301                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0)
2302                         pa = (*pdpe & PG_PS_FRAME) | (va & PDPMASK);
2303                 else {
2304                         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
2305                         if ((*pde & PG_V) != 0) {
2306                                 if ((*pde & PG_PS) != 0) {
2307                                         pa = (*pde & PG_PS_FRAME) |
2308                                             (va & PDRMASK);
2309                                 } else {
2310                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
2311                                         pa = (*pte & PG_FRAME) |
2312                                             (va & PAGE_MASK);
2313                                 }
2314                         }
2315                 }
2316         }
2317         PMAP_UNLOCK(pmap);
2318         return (pa);
2319 }
2320
2321 /*
2322  *      Routine:        pmap_extract_and_hold
2323  *      Function:
2324  *              Atomically extract and hold the physical page
2325  *              with the given pmap and virtual address pair
2326  *              if that mapping permits the given protection.
2327  */
2328 vm_page_t
2329 pmap_extract_and_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_prot_t prot)
2330 {
2331         pd_entry_t pde, *pdep;
2332         pt_entry_t pte, PG_RW, PG_V;
2333         vm_paddr_t pa;
2334         vm_page_t m;
2335
2336         pa = 0;
2337         m = NULL;
2338         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
2339         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
2340         PMAP_LOCK(pmap);
2341 retry:
2342         pdep = pmap_pde(pmap, va);
2343         if (pdep != NULL && (pde = *pdep)) {
2344                 if (pde & PG_PS) {
2345                         if ((pde & PG_RW) || (prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
2346                                 if (vm_page_pa_tryrelock(pmap, (pde &
2347                                     PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK), &pa))
2348                                         goto retry;
2349                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
2350                         }
2351                 } else {
2352                         pte = *pmap_pde_to_pte(pdep, va);
2353                         if ((pte & PG_V) &&
2354                             ((pte & PG_RW) || (prot & VM_PROT_WRITE) == 0)) {
2355                                 if (vm_page_pa_tryrelock(pmap, pte & PG_FRAME,
2356                                     &pa))
2357                                         goto retry;
2358                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
2359                         }
2360                 }
2361                 if (m != NULL)
2362                         vm_page_hold(m);
2363         }
2364         PA_UNLOCK_COND(pa);
2365         PMAP_UNLOCK(pmap);
2366         return (m);
2367 }
2368
2369 vm_paddr_t
2370 pmap_kextract(vm_offset_t va)
2371 {
2372         pd_entry_t pde;
2373         vm_paddr_t pa;
2374
2375         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS) {
2376                 pa = DMAP_TO_PHYS(va);
2377         } else {
2378                 pde = *vtopde(va);
2379                 if (pde & PG_PS) {
2380                         pa = (pde & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK);
2381                 } else {
2382                         /*
2383                          * Beware of a concurrent promotion that changes the
2384                          * PDE at this point!  For example, vtopte() must not
2385                          * be used to access the PTE because it would use the
2386                          * new PDE.  It is, however, safe to use the old PDE
2387                          * because the page table page is preserved by the
2388                          * promotion.
2389                          */
2390                         pa = *pmap_pde_to_pte(&pde, va);
2391                         pa = (pa & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK);
2392                 }
2393         }
2394         return (pa);
2395 }
2396
2397 /***************************************************
2398  * Low level mapping routines.....
2399  ***************************************************/
2400
2401 /*
2402  * Add a wired page to the kva.
2403  * Note: not SMP coherent.
2404  */
2405 PMAP_INLINE void 
2406 pmap_kenter(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
2407 {
2408         pt_entry_t *pte;
2409
2410         pte = vtopte(va);
2411         pte_store(pte, pa | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_g);
2412 }
2413
2414 static __inline void
2415 pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode)
2416 {
2417         pt_entry_t *pte;
2418         int cache_bits;
2419
2420         pte = vtopte(va);
2421         cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, 0);
2422         pte_store(pte, pa | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_g | cache_bits);
2423 }
2424
2425 /*
2426  * Remove a page from the kernel pagetables.
2427  * Note: not SMP coherent.
2428  */
2429 PMAP_INLINE void
2430 pmap_kremove(vm_offset_t va)
2431 {
2432         pt_entry_t *pte;
2433
2434         pte = vtopte(va);
2435         pte_clear(pte);
2436 }
2437
2438 /*
2439  *      Used to map a range of physical addresses into kernel
2440  *      virtual address space.
2441  *
2442  *      The value passed in '*virt' is a suggested virtual address for
2443  *      the mapping. Architectures which can support a direct-mapped
2444  *      physical to virtual region can return the appropriate address
2445  *      within that region, leaving '*virt' unchanged. Other
2446  *      architectures should map the pages starting at '*virt' and
2447  *      update '*virt' with the first usable address after the mapped
2448  *      region.
2449  */
2450 vm_offset_t
2451 pmap_map(vm_offset_t *virt, vm_paddr_t start, vm_paddr_t end, int prot)
2452 {
2453         return PHYS_TO_DMAP(start);
2454 }
2455
2456
2457 /*
2458  * Add a list of wired pages to the kva
2459  * this routine is only used for temporary
2460  * kernel mappings that do not need to have
2461  * page modification or references recorded.
2462  * Note that old mappings are simply written
2463  * over.  The page *must* be wired.
2464  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
2465  */
2466 void
2467 pmap_qenter(vm_offset_t sva, vm_page_t *ma, int count)
2468 {
2469         pt_entry_t *endpte, oldpte, pa, *pte;
2470         vm_page_t m;
2471         int cache_bits;
2472
2473         oldpte = 0;
2474         pte = vtopte(sva);
2475         endpte = pte + count;
2476         while (pte < endpte) {
2477                 m = *ma++;
2478                 cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap, m->md.pat_mode, 0);
2479                 pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | cache_bits;
2480                 if ((*pte & (PG_FRAME | X86_PG_PTE_CACHE)) != pa) {
2481                         oldpte |= *pte;
2482                         pte_store(pte, pa | pg_g | pg_nx | X86_PG_RW | X86_PG_V);
2483                 }
2484                 pte++;
2485         }
2486         if (__predict_false((oldpte & X86_PG_V) != 0))
2487                 pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, sva + count *
2488                     PAGE_SIZE);
2489 }
2490
2491 /*
2492  * This routine tears out page mappings from the
2493  * kernel -- it is meant only for temporary mappings.
2494  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
2495  */
2496 void
2497 pmap_qremove(vm_offset_t sva, int count)
2498 {
2499         vm_offset_t va;
2500
2501         va = sva;
2502         while (count-- > 0) {
2503                 KASSERT(va >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS, ("usermode va %lx", va));
2504                 pmap_kremove(va);
2505                 va += PAGE_SIZE;
2506         }
2507         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
2508 }
2509
2510 /***************************************************
2511  * Page table page management routines.....
2512  ***************************************************/
2513 /*
2514  * Schedule the specified unused page table page to be freed.  Specifically,
2515  * add the page to the specified list of pages that will be released to the
2516  * physical memory manager after the TLB has been updated.
2517  */
2518 static __inline void
2519 pmap_add_delayed_free_list(vm_page_t m, struct spglist *free,
2520     boolean_t set_PG_ZERO)
2521 {
2522
2523         if (set_PG_ZERO)
2524                 m->flags |= PG_ZERO;
2525         else
2526                 m->flags &= ~PG_ZERO;
2527         SLIST_INSERT_HEAD(free, m, plinks.s.ss);
2528 }
2529         
2530 /*
2531  * Inserts the specified page table page into the specified pmap's collection
2532  * of idle page table pages.  Each of a pmap's page table pages is responsible
2533  * for mapping a distinct range of virtual addresses.  The pmap's collection is
2534  * ordered by this virtual address range.
2535  */
2536 static __inline int
2537 pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte)
2538 {
2539
2540         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2541         return (vm_radix_insert(&pmap->pm_root, mpte));
2542 }
2543
2544 /*
2545  * Removes the page table page mapping the specified virtual address from the
2546  * specified pmap's collection of idle page table pages, and returns it.
2547  * Otherwise, returns NULL if there is no page table page corresponding to the
2548  * specified virtual address.
2549  */
2550 static __inline vm_page_t
2551 pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2552 {
2553
2554         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2555         return (vm_radix_remove(&pmap->pm_root, pmap_pde_pindex(va)));
2556 }
2557
2558 /*
2559  * Decrements a page table page's wire count, which is used to record the
2560  * number of valid page table entries within the page.  If the wire count
2561  * drops to zero, then the page table page is unmapped.  Returns TRUE if the
2562  * page table page was unmapped and FALSE otherwise.
2563  */
2564 static inline boolean_t
2565 pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
2566 {
2567
2568         --m->wire_count;
2569         if (m->wire_count == 0) {
2570                 _pmap_unwire_ptp(pmap, va, m, free);
2571                 return (TRUE);
2572         } else
2573                 return (FALSE);
2574 }
2575
2576 static void
2577 _pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
2578 {
2579
2580         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2581         /*
2582          * unmap the page table page
2583          */
2584         if (m->pindex >= (NUPDE + NUPDPE)) {
2585                 /* PDP page */
2586                 pml4_entry_t *pml4;
2587                 pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
2588                 *pml4 = 0;
2589                 if (pmap->pm_pml4u != NULL && va <= VM_MAXUSER_ADDRESS) {
2590                         pml4 = &pmap->pm_pml4u[pmap_pml4e_index(va)];
2591                         *pml4 = 0;
2592                 }
2593         } else if (m->pindex >= NUPDE) {
2594                 /* PD page */
2595                 pdp_entry_t *pdp;
2596                 pdp = pmap_pdpe(pmap, va);
2597                 *pdp = 0;
2598         } else {
2599                 /* PTE page */
2600                 pd_entry_t *pd;
2601                 pd = pmap_pde(pmap, va);
2602                 *pd = 0;
2603         }
2604         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
2605         if (m->pindex < NUPDE) {
2606                 /* We just released a PT, unhold the matching PD */
2607                 vm_page_t pdpg;
2608
2609                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pdpe(pmap, va) & PG_FRAME);
2610                 pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdpg, free);
2611         }
2612         if (m->pindex >= NUPDE && m->pindex < (NUPDE + NUPDPE)) {
2613                 /* We just released a PD, unhold the matching PDP */
2614                 vm_page_t pdppg;
2615
2616                 pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pml4e(pmap, va) & PG_FRAME);
2617                 pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdppg, free);
2618         }
2619
2620         /* 
2621          * Put page on a list so that it is released after
2622          * *ALL* TLB shootdown is done
2623          */
2624         pmap_add_delayed_free_list(m, free, TRUE);
2625 }
2626
2627 /*
2628  * After removing a page table entry, this routine is used to
2629  * conditionally free the page, and manage the hold/wire counts.
2630  */
2631 static int
2632 pmap_unuse_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t ptepde,
2633     struct spglist *free)
2634 {
2635         vm_page_t mpte;
2636
2637         if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
2638                 return (0);
2639         KASSERT(ptepde != 0, ("pmap_unuse_pt: ptepde != 0"));
2640         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(ptepde & PG_FRAME);
2641         return (pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpte, free));
2642 }
2643
2644 void
2645 pmap_pinit0(pmap_t pmap)
2646 {
2647         int i;
2648
2649         PMAP_LOCK_INIT(pmap);
2650         pmap->pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(KPML4phys);
2651         pmap->pm_pml4u = NULL;
2652         pmap->pm_cr3 = KPML4phys;
2653         /* hack to keep pmap_pti_pcid_invalidate() alive */
2654         pmap->pm_ucr3 = PMAP_NO_CR3;
2655         pmap->pm_root.rt_root = 0;
2656         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
2657         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
2658         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
2659         pmap->pm_flags = pmap_flags;
2660         CPU_FOREACH(i) {
2661                 pmap->pm_pcids[i].pm_pcid = PMAP_PCID_KERN + 1;
2662                 pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 1;
2663         }
2664         pmap_activate_boot(pmap);
2665 }
2666
2667 void
2668 pmap_pinit_pml4(vm_page_t pml4pg)
2669 {
2670         pml4_entry_t *pm_pml4;
2671         int i;
2672
2673         pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg));
2674
2675         /* Wire in kernel global address entries. */
2676         for (i = 0; i < NKPML4E; i++) {
2677                 pm_pml4[KPML4BASE + i] = (KPDPphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW |
2678                     X86_PG_V;
2679         }
2680         for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++) {
2681                 pm_pml4[DMPML4I + i] = (DMPDPphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW |
2682                     X86_PG_V;
2683         }
2684
2685         /* install self-referential address mapping entry(s) */
2686         pm_pml4[PML4PML4I] = VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg) | X86_PG_V | X86_PG_RW |
2687             X86_PG_A | X86_PG_M;
2688 }
2689
2690 static void
2691 pmap_pinit_pml4_pti(vm_page_t pml4pg)
2692 {
2693         pml4_entry_t *pm_pml4;
2694         int i;
2695
2696         pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg));
2697         for (i = 0; i < NPML4EPG; i++)
2698                 pm_pml4[i] = pti_pml4[i];
2699 }
2700
2701 /*
2702  * Initialize a preallocated and zeroed pmap structure,
2703  * such as one in a vmspace structure.
2704  */
2705 int
2706 pmap_pinit_type(pmap_t pmap, enum pmap_type pm_type, int flags)
2707 {
2708         vm_page_t pml4pg, pml4pgu;
2709         vm_paddr_t pml4phys;
2710         int i;
2711
2712         /*
2713          * allocate the page directory page
2714          */
2715         pml4pg = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
2716             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO | VM_ALLOC_WAITOK);
2717
2718         pml4phys = VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg);
2719         pmap->pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pml4phys);
2720         CPU_FOREACH(i) {
2721                 pmap->pm_pcids[i].pm_pcid = PMAP_PCID_NONE;
2722                 pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
2723         }
2724         pmap->pm_cr3 = PMAP_NO_CR3;     /* initialize to an invalid value */
2725         pmap->pm_ucr3 = PMAP_NO_CR3;
2726         pmap->pm_pml4u = NULL;
2727
2728         pmap->pm_type = pm_type;
2729         if ((pml4pg->flags & PG_ZERO) == 0)
2730                 pagezero(pmap->pm_pml4);
2731
2732         /*
2733          * Do not install the host kernel mappings in the nested page
2734          * tables. These mappings are meaningless in the guest physical
2735          * address space.
2736          * Install minimal kernel mappings in PTI case.
2737          */
2738         if (pm_type == PT_X86) {
2739                 pmap->pm_cr3 = pml4phys;
2740                 pmap_pinit_pml4(pml4pg);
2741                 if (pti) {
2742                         pml4pgu = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL |
2743                             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_WAITOK);
2744                         pmap->pm_pml4u = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(
2745                             VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pgu));
2746                         pmap_pinit_pml4_pti(pml4pgu);
2747                         pmap->pm_ucr3 = VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pgu);
2748                 }
2749         }
2750
2751         pmap->pm_root.rt_root = 0;
2752         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
2753         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
2754         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
2755         pmap->pm_flags = flags;
2756         pmap->pm_eptgen = 0;
2757
2758         return (1);
2759 }
2760
2761 int
2762 pmap_pinit(pmap_t pmap)
2763 {
2764
2765         return (pmap_pinit_type(pmap, PT_X86, pmap_flags));
2766 }
2767
2768 /*
2769  * This routine is called if the desired page table page does not exist.
2770  *
2771  * If page table page allocation fails, this routine may sleep before
2772  * returning NULL.  It sleeps only if a lock pointer was given.
2773  *
2774  * Note: If a page allocation fails at page table level two or three,
2775  * one or two pages may be held during the wait, only to be released
2776  * afterwards.  This conservative approach is easily argued to avoid
2777  * race conditions.
2778  */
2779 static vm_page_t
2780 _pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex, struct rwlock **lockp)
2781 {
2782         vm_page_t m, pdppg, pdpg;
2783         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
2784
2785         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2786
2787         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
2788         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
2789         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
2790         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
2791
2792         /*
2793          * Allocate a page table page.
2794          */
2795         if ((m = vm_page_alloc(NULL, ptepindex, VM_ALLOC_NOOBJ |
2796             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO)) == NULL) {
2797                 if (lockp != NULL) {
2798                         RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
2799                         PMAP_UNLOCK(pmap);
2800                         PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI();
2801                         vm_wait(NULL);
2802                         PMAP_LOCK(pmap);
2803                 }
2804
2805                 /*
2806                  * Indicate the need to retry.  While waiting, the page table
2807                  * page may have been allocated.
2808                  */
2809                 return (NULL);
2810         }
2811         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0)
2812                 pmap_zero_page(m);
2813
2814         /*
2815          * Map the pagetable page into the process address space, if
2816          * it isn't already there.
2817          */
2818
2819         if (ptepindex >= (NUPDE + NUPDPE)) {
2820                 pml4_entry_t *pml4, *pml4u;
2821                 vm_pindex_t pml4index;
2822
2823                 /* Wire up a new PDPE page */
2824                 pml4index = ptepindex - (NUPDE + NUPDPE);
2825                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
2826                 *pml4 = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
2827                 if (pmap->pm_pml4u != NULL && pml4index < NUPML4E) {
2828                         /*
2829                          * PTI: Make all user-space mappings in the
2830                          * kernel-mode page table no-execute so that
2831                          * we detect any programming errors that leave
2832                          * the kernel-mode page table active on return
2833                          * to user space.
2834                          */
2835                         if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3)
2836                                 *pml4 |= pg_nx;
2837
2838                         pml4u = &pmap->pm_pml4u[pml4index];
2839                         *pml4u = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V |
2840                             PG_A | PG_M;
2841                 }
2842
2843         } else if (ptepindex >= NUPDE) {
2844                 vm_pindex_t pml4index;
2845                 vm_pindex_t pdpindex;
2846                 pml4_entry_t *pml4;
2847                 pdp_entry_t *pdp;
2848
2849                 /* Wire up a new PDE page */
2850                 pdpindex = ptepindex - NUPDE;
2851                 pml4index = pdpindex >> NPML4EPGSHIFT;
2852
2853                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
2854                 if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
2855                         /* Have to allocate a new pdp, recurse */
2856                         if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + NUPDPE + pml4index,
2857                             lockp) == NULL) {
2858                                 vm_page_unwire_noq(m);
2859                                 vm_page_free_zero(m);
2860                                 return (NULL);
2861                         }
2862                 } else {
2863                         /* Add reference to pdp page */
2864                         pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pml4 & PG_FRAME);
2865                         pdppg->wire_count++;
2866                 }
2867                 pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
2868
2869                 /* Now find the pdp page */
2870                 pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
2871                 *pdp = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
2872
2873         } else {
2874                 vm_pindex_t pml4index;
2875                 vm_pindex_t pdpindex;
2876                 pml4_entry_t *pml4;
2877                 pdp_entry_t *pdp;
2878                 pd_entry_t *pd;
2879
2880                 /* Wire up a new PTE page */
2881                 pdpindex = ptepindex >> NPDPEPGSHIFT;
2882                 pml4index = pdpindex >> NPML4EPGSHIFT;
2883
2884                 /* First, find the pdp and check that its valid. */
2885                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
2886                 if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
2887                         /* Have to allocate a new pd, recurse */
2888                         if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex,
2889                             lockp) == NULL) {
2890                                 vm_page_unwire_noq(m);
2891                                 vm_page_free_zero(m);
2892                                 return (NULL);
2893                         }
2894                         pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
2895                         pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
2896                 } else {
2897                         pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
2898                         pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
2899                         if ((*pdp & PG_V) == 0) {
2900                                 /* Have to allocate a new pd, recurse */
2901                                 if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex,
2902                                     lockp) == NULL) {
2903                                         vm_page_unwire_noq(m);
2904                                         vm_page_free_zero(m);
2905                                         return (NULL);
2906                                 }
2907                         } else {
2908                                 /* Add reference to the pd page */
2909                                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdp & PG_FRAME);
2910                                 pdpg->wire_count++;
2911                         }
2912                 }
2913                 pd = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdp & PG_FRAME);
2914
2915                 /* Now we know where the page directory page is */
2916                 pd = &pd[ptepindex & ((1ul << NPDEPGSHIFT) - 1)];
2917                 *pd = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
2918         }
2919
2920         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
2921
2922         return (m);
2923 }
2924
2925 static vm_page_t
2926 pmap_allocpde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct rwlock **lockp)
2927 {
2928         vm_pindex_t pdpindex, ptepindex;
2929         pdp_entry_t *pdpe, PG_V;
2930         vm_page_t pdpg;
2931
2932         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
2933
2934 retry:
2935         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
2936         if (pdpe != NULL && (*pdpe & PG_V) != 0) {
2937                 /* Add a reference to the pd page. */
2938                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdpe & PG_FRAME);
2939                 pdpg->wire_count++;
2940         } else {
2941                 /* Allocate a pd page. */
2942                 ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
2943                 pdpindex = ptepindex >> NPDPEPGSHIFT;
2944                 pdpg = _pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex, lockp);
2945                 if (pdpg == NULL && lockp != NULL)
2946                         goto retry;
2947         }
2948         return (pdpg);
2949 }
2950
2951 static vm_page_t
2952 pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct rwlock **lockp)
2953 {
2954         vm_pindex_t ptepindex;
2955         pd_entry_t *pd, PG_V;
2956         vm_page_t m;
2957
2958         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
2959
2960         /*
2961          * Calculate pagetable page index
2962          */
2963         ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
2964 retry:
2965         /*
2966          * Get the page directory entry
2967          */
2968         pd = pmap_pde(pmap, va);
2969
2970         /*
2971          * This supports switching from a 2MB page to a
2972          * normal 4K page.
2973          */
2974         if (pd != NULL && (*pd & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V)) {
2975                 if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pd, va, lockp)) {
2976                         /*
2977                          * Invalidation of the 2MB page mapping may have caused
2978                          * the deallocation of the underlying PD page.
2979                          */
2980                         pd = NULL;
2981                 }
2982         }
2983
2984         /*
2985          * If the page table page is mapped, we just increment the
2986          * hold count, and activate it.
2987          */
2988         if (pd != NULL && (*pd & PG_V) != 0) {
2989                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pd & PG_FRAME);
2990                 m->wire_count++;
2991         } else {
2992                 /*
2993                  * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been
2994                  * deallocated.
2995                  */
2996                 m = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex, lockp);
2997                 if (m == NULL && lockp != NULL)
2998                         goto retry;
2999         }
3000         return (m);
3001 }
3002
3003
3004 /***************************************************
3005  * Pmap allocation/deallocation routines.
3006  ***************************************************/
3007
3008 /*
3009  * Release any resources held by the given physical map.
3010  * Called when a pmap initialized by pmap_pinit is being released.
3011  * Should only be called if the map contains no valid mappings.
3012  */
3013 void
3014 pmap_release(pmap_t pmap)
3015 {
3016         vm_page_t m;
3017         int i;
3018
3019         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count == 0,
3020             ("pmap_release: pmap resident count %ld != 0",
3021             pmap->pm_stats.resident_count));
3022         KASSERT(vm_radix_is_empty(&pmap->pm_root),
3023             ("pmap_release: pmap has reserved page table page(s)"));
3024         KASSERT(CPU_EMPTY(&pmap->pm_active),
3025             ("releasing active pmap %p", pmap));
3026
3027         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pmap->pm_pml4));
3028
3029         for (i = 0; i < NKPML4E; i++)   /* KVA */
3030                 pmap->pm_pml4[KPML4BASE + i] = 0;
3031         for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++)/* Direct Map */
3032                 pmap->pm_pml4[DMPML4I + i] = 0;
3033         pmap->pm_pml4[PML4PML4I] = 0;   /* Recursive Mapping */
3034
3035         vm_page_unwire_noq(m);
3036         vm_page_free_zero(m);
3037
3038         if (pmap->pm_pml4u != NULL) {
3039                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pmap->pm_pml4u));
3040                 vm_page_unwire_noq(m);
3041                 vm_page_free(m);
3042         }
3043 }
3044
3045 static int
3046 kvm_size(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
3047 {
3048         unsigned long ksize = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
3049
3050         return sysctl_handle_long(oidp, &ksize, 0, req);
3051 }
3052 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_size, CTLTYPE_LONG|CTLFLAG_RD, 
3053     0, 0, kvm_size, "LU", "Size of KVM");
3054
3055 static int
3056 kvm_free(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
3057 {
3058         unsigned long kfree = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - kernel_vm_end;
3059
3060         return sysctl_handle_long(oidp, &kfree, 0, req);
3061 }
3062 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_free, CTLTYPE_LONG|CTLFLAG_RD, 
3063     0, 0, kvm_free, "LU", "Amount of KVM free");
3064
3065 /*
3066  * grow the number of kernel page table entries, if needed
3067  */
3068 void
3069 pmap_growkernel(vm_offset_t addr)
3070 {
3071         vm_paddr_t paddr;
3072         vm_page_t nkpg;
3073         pd_entry_t *pde, newpdir;
3074         pdp_entry_t *pdpe;
3075
3076         mtx_assert(&kernel_map->system_mtx, MA_OWNED);
3077
3078         /*
3079          * Return if "addr" is within the range of kernel page table pages
3080          * that were preallocated during pmap bootstrap.  Moreover, leave
3081          * "kernel_vm_end" and the kernel page table as they were.
3082          *
3083          * The correctness of this action is based on the following
3084          * argument: vm_map_insert() allocates contiguous ranges of the
3085          * kernel virtual address space.  It calls this function if a range
3086          * ends after "kernel_vm_end".  If the kernel is mapped between
3087          * "kernel_vm_end" and "addr", then the range cannot begin at
3088          * "kernel_vm_end".  In fact, its beginning address cannot be less
3089          * than the kernel.  Thus, there is no immediate need to allocate
3090          * any new kernel page table pages between "kernel_vm_end" and
3091          * "KERNBASE".
3092          */
3093         if (KERNBASE < addr && addr <= KERNBASE + nkpt * NBPDR)
3094                 return;
3095
3096         addr = roundup2(addr, NBPDR);
3097         if (addr - 1 >= vm_map_max(kernel_map))
3098                 addr = vm_map_max(kernel_map);
3099         while (kernel_vm_end < addr) {
3100                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, kernel_vm_end);
3101                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0) {
3102                         /* We need a new PDP entry */
3103                         nkpg = vm_page_alloc(NULL, kernel_vm_end >> PDPSHIFT,
3104                             VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ |
3105                             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
3106                         if (nkpg == NULL)
3107                                 panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
3108                         if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
3109                                 pmap_zero_page(nkpg);
3110                         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
3111                         *pdpe = (pdp_entry_t)(paddr | X86_PG_V | X86_PG_RW |
3112                             X86_PG_A | X86_PG_M);
3113                         continue; /* try again */
3114                 }
3115                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, kernel_vm_end);
3116                 if ((*pde & X86_PG_V) != 0) {
3117                         kernel_vm_end = (kernel_vm_end + NBPDR) & ~PDRMASK;
3118                         if (kernel_vm_end - 1 >= vm_map_max(kernel_map)) {
3119                                 kernel_vm_end = vm_map_max(kernel_map);
3120                                 break;                       
3121                         }
3122                         continue;
3123                 }
3124
3125                 nkpg = vm_page_alloc(NULL, pmap_pde_pindex(kernel_vm_end),
3126                     VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED |
3127                     VM_ALLOC_ZERO);
3128                 if (nkpg == NULL)
3129                         panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
3130                 if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
3131                         pmap_zero_page(nkpg);
3132                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
3133                 newpdir = paddr | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A | X86_PG_M;
3134                 pde_store(pde, newpdir);
3135
3136                 kernel_vm_end = (kernel_vm_end + NBPDR) & ~PDRMASK;
3137                 if (kernel_vm_end - 1 >= vm_map_max(kernel_map)) {
3138                         kernel_vm_end = vm_map_max(kernel_map);
3139                         break;                       
3140                 }
3141         }
3142 }
3143
3144
3145 /***************************************************
3146  * page management routines.
3147  ***************************************************/
3148
3149 CTASSERT(sizeof(struct pv_chunk) == PAGE_SIZE);
3150 CTASSERT(_NPCM == 3);
3151 CTASSERT(_NPCPV == 168);
3152
3153 static __inline struct pv_chunk *
3154 pv_to_chunk(pv_entry_t pv)
3155 {
3156
3157         return ((struct pv_chunk *)((uintptr_t)pv & ~(uintptr_t)PAGE_MASK));
3158 }
3159
3160 #define PV_PMAP(pv) (pv_to_chunk(pv)->pc_pmap)
3161
3162 #define PC_FREE0        0xfffffffffffffffful
3163 #define PC_FREE1        0xfffffffffffffffful
3164 #define PC_FREE2        0x000000fffffffffful
3165
3166 static const uint64_t pc_freemask[_NPCM] = { PC_FREE0, PC_FREE1, PC_FREE2 };
3167
3168 #ifdef PV_STATS
3169 static int pc_chunk_count, pc_chunk_allocs, pc_chunk_frees, pc_chunk_tryfail;
3170
3171 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_count, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_count, 0,
3172         "Current number of pv entry chunks");
3173 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_allocs, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_allocs, 0,
3174         "Current number of pv entry chunks allocated");
3175 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_frees, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_frees, 0,
3176         "Current number of pv entry chunks frees");
3177 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_tryfail, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_tryfail, 0,
3178         "Number of times tried to get a chunk page but failed.");
3179
3180 static long pv_entry_frees, pv_entry_allocs, pv_entry_count;
3181 static int pv_entry_spare;
3182
3183 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_frees, CTLFLAG_RD, &pv_entry_frees, 0,
3184         "Current number of pv entry frees");
3185 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_allocs, CTLFLAG_RD, &pv_entry_allocs, 0,
3186         "Current number of pv entry allocs");
3187 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_count, CTLFLAG_RD, &pv_entry_count, 0,
3188         "Current number of pv entries");
3189 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_spare, CTLFLAG_RD, &pv_entry_spare, 0,
3190         "Current number of spare pv entries");
3191 #endif
3192
3193 static void
3194 reclaim_pv_chunk_leave_pmap(pmap_t pmap, pmap_t locked_pmap, bool start_di)
3195 {
3196
3197         if (pmap == NULL)
3198                 return;
3199         pmap_invalidate_all(pmap);
3200         if (pmap != locked_pmap)
3201                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3202         if (start_di)
3203                 pmap_delayed_invl_finished();
3204 }
3205
3206 /*
3207  * We are in a serious low memory condition.  Resort to
3208  * drastic measures to free some pages so we can allocate
3209  * another pv entry chunk.
3210  *
3211  * Returns NULL if PV entries were reclaimed from the specified pmap.
3212  *
3213  * We do not, however, unmap 2mpages because subsequent accesses will
3214  * allocate per-page pv entries until repromotion occurs, thereby
3215  * exacerbating the shortage of free pv entries.
3216  */
3217 static vm_page_t
3218 reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp)
3219 {
3220         struct pv_chunk *pc, *pc_marker, *pc_marker_end;
3221         struct pv_chunk_header pc_marker_b, pc_marker_end_b;
3222         struct md_page *pvh;
3223         pd_entry_t *pde;
3224         pmap_t next_pmap, pmap;
3225         pt_entry_t *pte, tpte;
3226         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW;
3227         pv_entry_t pv;
3228         vm_offset_t va;
3229         vm_page_t m, m_pc;
3230         struct spglist free;
3231         uint64_t inuse;
3232         int bit, field, freed;
3233         bool start_di;
3234         static int active_reclaims = 0;
3235
3236         PMAP_LOCK_ASSERT(locked_pmap, MA_OWNED);
3237         KASSERT(lockp != NULL, ("reclaim_pv_chunk: lockp is NULL"));
3238         pmap = NULL;
3239         m_pc = NULL;
3240         PG_G = PG_A = PG_M = PG_RW = 0;
3241         SLIST_INIT(&free);
3242         bzero(&pc_marker_b, sizeof(pc_marker_b));
3243         bzero(&pc_marker_end_b, sizeof(pc_marker_end_b));
3244         pc_marker = (struct pv_chunk *)&pc_marker_b;
3245         pc_marker_end = (struct pv_chunk *)&pc_marker_end_b;
3246
3247         /*
3248          * A delayed invalidation block should already be active if
3249          * pmap_advise() or pmap_remove() called this function by way
3250          * of pmap_demote_pde_locked().
3251          */
3252         start_di = pmap_not_in_di();
3253
3254         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
3255         active_reclaims++;
3256         TAILQ_INSERT_HEAD(&pv_chunks, pc_marker, pc_lru);
3257         TAILQ_INSERT_TAIL(&pv_chunks, pc_marker_end, pc_lru);
3258         while ((pc = TAILQ_NEXT(pc_marker, pc_lru)) != pc_marker_end &&
3259             SLIST_EMPTY(&free)) {
3260                 next_pmap = pc->pc_pmap;
3261                 if (next_pmap == NULL) {
3262                         /*
3263                          * The next chunk is a marker.  However, it is
3264                          * not our marker, so active_reclaims must be
3265                          * > 1.  Consequently, the next_chunk code
3266                          * will not rotate the pv_chunks list.
3267                          */
3268                         goto next_chunk;
3269                 }
3270                 mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
3271
3272                 /*
3273                  * A pv_chunk can only be removed from the pc_lru list
3274                  * when both pc_chunks_mutex is owned and the
3275                  * corresponding pmap is locked.
3276                  */
3277                 if (pmap != next_pmap) {
3278                         reclaim_pv_chunk_leave_pmap(pmap, locked_pmap,
3279                             start_di);
3280                         pmap = next_pmap;
3281                         /* Avoid deadlock and lock recursion. */
3282                         if (pmap > locked_pmap) {
3283                                 RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
3284                                 PMAP_LOCK(pmap);
3285                                 if (start_di)
3286                                         pmap_delayed_invl_started();
3287                                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
3288                                 continue;
3289                         } else if (pmap != locked_pmap) {
3290                                 if (PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
3291                                         if (start_di)
3292                                                 pmap_delayed_invl_started();
3293                                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
3294                                         continue;
3295                                 } else {
3296                                         pmap = NULL; /* pmap is not locked */
3297                                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
3298                                         pc = TAILQ_NEXT(pc_marker, pc_lru);
3299                                         if (pc == NULL ||
3300                                             pc->pc_pmap != next_pmap)
3301                                                 continue;
3302                                         goto next_chunk;
3303                                 }
3304                         } else if (start_di)
3305                                 pmap_delayed_invl_started();
3306                         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
3307                         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
3308                         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
3309                         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
3310                 }
3311
3312                 /*
3313                  * Destroy every non-wired, 4 KB page mapping in the chunk.
3314                  */
3315                 freed = 0;
3316                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
3317                         for (inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
3318                             inuse != 0; inuse &= ~(1UL << bit)) {
3319                                 bit = bsfq(inuse);
3320                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
3321                                 va = pv->pv_va;
3322                                 pde = pmap_pde(pmap, va);
3323                                 if ((*pde & PG_PS) != 0)
3324                                         continue;
3325                                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
3326                                 if ((*pte & PG_W) != 0)
3327                                         continue;
3328                                 tpte = pte_load_clear(pte);
3329                                 if ((tpte & PG_G) != 0)
3330                                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
3331                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpte & PG_FRAME);
3332                                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
3333                                         vm_page_dirty(m);
3334                                 if ((tpte & PG_A) != 0)
3335                                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
3336                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
3337                                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3338                                 m->md.pv_gen++;
3339                                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
3340                                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
3341                                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3342                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
3343                                                 vm_page_aflag_clear(m,
3344                                                     PGA_WRITEABLE);
3345                                         }
3346                                 }
3347                                 pmap_delayed_invl_page(m);
3348                                 pc->pc_map[field] |= 1UL << bit;
3349                                 pmap_unuse_pt(pmap, va, *pde, &free);
3350                                 freed++;
3351                         }
3352                 }
3353                 if (freed == 0) {
3354                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
3355                         goto next_chunk;
3356                 }
3357                 /* Every freed mapping is for a 4 KB page. */
3358                 pmap_resident_count_dec(pmap, freed);
3359                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
3360                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
3361                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
3362                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3363                 if (pc->pc_map[0] == PC_FREE0 && pc->pc_map[1] == PC_FREE1 &&
3364                     pc->pc_map[2] == PC_FREE2) {
3365                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
3366                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
3367                         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
3368                         /* Entire chunk is free; return it. */
3369                         m_pc = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
3370                         dump_drop_page(m_pc->phys_addr);
3371                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
3372                         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
3373                         break;
3374                 }
3375                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3376                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
3377                 /* One freed pv entry in locked_pmap is sufficient. */
3378                 if (pmap == locked_pmap)
3379                         break;
3380 next_chunk:
3381                 TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc_marker, pc_lru);
3382                 TAILQ_INSERT_AFTER(&pv_chunks, pc, pc_marker, pc_lru);
3383                 if (active_reclaims == 1 && pmap != NULL) {
3384                         /*
3385                          * Rotate the pv chunks list so that we do not
3386                          * scan the same pv chunks that could not be
3387                          * freed (because they contained a wired
3388                          * and/or superpage mapping) on every
3389                          * invocation of reclaim_pv_chunk().
3390                          */
3391                         while ((pc = TAILQ_FIRST(&pv_chunks)) != pc_marker) {
3392                                 MPASS(pc->pc_pmap != NULL);
3393                                 TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
3394                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pv_chunks, pc, pc_lru);
3395                         }
3396                 }
3397         }
3398         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc_marker, pc_lru);
3399         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc_marker_end, pc_lru);
3400         active_reclaims--;
3401         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
3402         reclaim_pv_chunk_leave_pmap(pmap, locked_pmap, start_di);
3403         if (m_pc == NULL && !SLIST_EMPTY(&free)) {
3404                 m_pc = SLIST_FIRST(&free);
3405                 SLIST_REMOVE_HEAD(&free, plinks.s.ss);
3406                 /* Recycle a freed page table page. */
3407                 m_pc->wire_count = 1;
3408         }
3409         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
3410         return (m_pc);
3411 }
3412
3413 /*
3414  * free the pv_entry back to the free list
3415  */
3416 static void
3417 free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv)
3418 {
3419         struct pv_chunk *pc;
3420         int idx, field, bit;
3421
3422         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3423         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, 1));
3424         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, 1));
3425         PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, 1));
3426         pc = pv_to_chunk(pv);
3427         idx = pv - &pc->pc_pventry[0];
3428         field = idx / 64;
3429         bit = idx % 64;
3430         pc->pc_map[field] |= 1ul << bit;
3431         if (pc->pc_map[0] != PC_FREE0 || pc->pc_map[1] != PC_FREE1 ||
3432             pc->pc_map[2] != PC_FREE2) {
3433                 /* 98% of the time, pc is already at the head of the list. */
3434                 if (__predict_false(pc != TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk))) {
3435                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3436                         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3437                 }
3438                 return;
3439         }
3440         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3441         free_pv_chunk(pc);
3442 }
3443
3444 static void
3445 free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc)
3446 {
3447         vm_page_t m;
3448
3449         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
3450         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
3451         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
3452         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
3453         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
3454         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
3455         /* entire chunk is free, return it */
3456         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
3457         dump_drop_page(m->phys_addr);
3458         vm_page_unwire(m, PQ_NONE);
3459         vm_page_free(m);
3460 }
3461
3462 /*
3463  * Returns a new PV entry, allocating a new PV chunk from the system when
3464  * needed.  If this PV chunk allocation fails and a PV list lock pointer was
3465  * given, a PV chunk is reclaimed from an arbitrary pmap.  Otherwise, NULL is
3466  * returned.
3467  *
3468  * The given PV list lock may be released.
3469  */
3470 static pv_entry_t
3471 get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp)
3472 {
3473         int bit, field;
3474         pv_entry_t pv;
3475         struct pv_chunk *pc;
3476         vm_page_t m;
3477
3478         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3479         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, 1));
3480 retry:
3481         pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
3482         if (pc != NULL) {
3483                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
3484                         if (pc->pc_map[field]) {
3485                                 bit = bsfq(pc->pc_map[field]);
3486                                 break;
3487                         }
3488                 }
3489                 if (field < _NPCM) {
3490                         pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
3491                         pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
3492                         /* If this was the last item, move it to tail */
3493                         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 &&
3494                             pc->pc_map[2] == 0) {
3495                                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3496                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc,
3497                                     pc_list);
3498                         }
3499                         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
3500                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, 1));
3501                         return (pv);
3502                 }
3503         }
3504         /* No free items, allocate another chunk */
3505         m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
3506             VM_ALLOC_WIRED);
3507         if (m == NULL) {
3508                 if (lockp == NULL) {
3509                         PV_STAT(pc_chunk_tryfail++);
3510                         return (NULL);
3511                 }
3512                 m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
3513                 if (m == NULL)
3514                         goto retry;
3515         }
3516         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
3517         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
3518         dump_add_page(m->phys_addr);
3519         pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
3520         pc->pc_pmap = pmap;
3521         pc->pc_map[0] = PC_FREE0 & ~1ul;        /* preallocated bit 0 */
3522         pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
3523         pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
3524         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
3525         TAILQ_INSERT_TAIL(&pv_chunks, pc, pc_lru);
3526         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
3527         pv = &pc->pc_pventry[0];
3528         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3529         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
3530         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV - 1));
3531         return (pv);
3532 }
3533
3534 /*
3535  * Returns the number of one bits within the given PV chunk map.
3536  *
3537  * The erratas for Intel processors state that "POPCNT Instruction May
3538  * Take Longer to Execute Than Expected".  It is believed that the
3539  * issue is the spurious dependency on the destination register.
3540  * Provide a hint to the register rename logic that the destination
3541  * value is overwritten, by clearing it, as suggested in the
3542  * optimization manual.  It should be cheap for unaffected processors
3543  * as well.
3544  *
3545  * Reference numbers for erratas are
3546  * 4th Gen Core: HSD146
3547  * 5th Gen Core: BDM85
3548  * 6th Gen Core: SKL029
3549  */
3550 static int
3551 popcnt_pc_map_pq(uint64_t *map)
3552 {
3553         u_long result, tmp;
3554
3555         __asm __volatile("xorl %k0,%k0;popcntq %2,%0;"
3556             "xorl %k1,%k1;popcntq %3,%1;addl %k1,%k0;"
3557             "xorl %k1,%k1;popcntq %4,%1;addl %k1,%k0"
3558             : "=&r" (result), "=&r" (tmp)
3559             : "m" (map[0]), "m" (map[1]), "m" (map[2]));
3560         return (result);
3561 }
3562
3563 /*
3564  * Ensure that the number of spare PV entries in the specified pmap meets or
3565  * exceeds the given count, "needed".
3566  *
3567  * The given PV list lock may be released.
3568  */
3569 static void
3570 reserve_pv_entries(pmap_t pmap, int needed, struct rwlock **lockp)
3571 {
3572         struct pch new_tail;
3573         struct pv_chunk *pc;
3574         vm_page_t m;
3575         int avail, free;
3576         bool reclaimed;
3577
3578         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3579         KASSERT(lockp != NULL, ("reserve_pv_entries: lockp is NULL"));
3580
3581         /*
3582          * Newly allocated PV chunks must be stored in a private list until
3583          * the required number of PV chunks have been allocated.  Otherwise,
3584          * reclaim_pv_chunk() could recycle one of these chunks.  In
3585          * contrast, these chunks must be added to the pmap upon allocation.
3586          */
3587         TAILQ_INIT(&new_tail);
3588 retry:
3589         avail = 0;
3590         TAILQ_FOREACH(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list) {
3591 #ifndef __POPCNT__
3592                 if ((cpu_feature2 & CPUID2_POPCNT) == 0)
3593                         bit_count((bitstr_t *)pc->pc_map, 0,
3594                             sizeof(pc->pc_map) * NBBY, &free);
3595                 else
3596 #endif
3597                 free = popcnt_pc_map_pq(pc->pc_map);
3598                 if (free == 0)
3599                         break;
3600                 avail += free;
3601                 if (avail >= needed)
3602                         break;
3603         }
3604         for (reclaimed = false; avail < needed; avail += _NPCPV) {
3605                 m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
3606                     VM_ALLOC_WIRED);
3607                 if (m == NULL) {
3608                         m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
3609                         if (m == NULL)
3610                                 goto retry;
3611                         reclaimed = true;
3612                 }
3613                 PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
3614                 PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
3615                 dump_add_page(m->phys_addr);
3616                 pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
3617                 pc->pc_pmap = pmap;
3618                 pc->pc_map[0] = PC_FREE0;
3619                 pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
3620                 pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
3621                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3622                 TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail, pc, pc_lru);
3623                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
3624
3625                 /*
3626                  * The reclaim might have freed a chunk from the current pmap.
3627                  * If that chunk contained available entries, we need to
3628                  * re-count the number of available entries.
3629                  */
3630                 if (reclaimed)
3631                         goto retry;
3632         }
3633         if (!TAILQ_EMPTY(&new_tail)) {
3634                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
3635                 TAILQ_CONCAT(&pv_chunks, &new_tail, pc_lru);
3636                 mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
3637         }
3638 }
3639
3640 /*
3641  * First find and then remove the pv entry for the specified pmap and virtual
3642  * address from the specified pv list.  Returns the pv entry if found and NULL
3643  * otherwise.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or
3644  * 2MB page mappings.
3645  */
3646 static __inline pv_entry_t
3647 pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3648 {
3649         pv_entry_t pv;
3650
3651         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
3652                 if (pmap == PV_PMAP(pv) && va == pv->pv_va) {
3653                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
3654                         pvh->pv_gen++;
3655                         break;
3656                 }
3657         }
3658         return (pv);
3659 }
3660
3661 /*
3662  * After demotion from a 2MB page mapping to 512 4KB page mappings,
3663  * destroy the pv entry for the 2MB page mapping and reinstantiate the pv
3664  * entries for each of the 4KB page mappings.
3665  */
3666 static void
3667 pmap_pv_demote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
3668     struct rwlock **lockp)
3669 {
3670         struct md_page *pvh;
3671         struct pv_chunk *pc;
3672         pv_entry_t pv;
3673         vm_offset_t va_last;
3674         vm_page_t m;
3675         int bit, field;
3676
3677         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3678         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
3679             ("pmap_pv_demote_pde: pa is not 2mpage aligned"));
3680         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
3681
3682         /*
3683          * Transfer the 2mpage's pv entry for this mapping to the first
3684          * page's pv list.  Once this transfer begins, the pv list lock
3685          * must not be released until the last pv entry is reinstantiated.
3686          */
3687         pvh = pa_to_pvh(pa);
3688         va = trunc_2mpage(va);
3689         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
3690         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_demote_pde: pv not found"));
3691         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
3692         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3693         m->md.pv_gen++;
3694         /* Instantiate the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
3695         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, NPTEPG - 1));
3696         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
3697         for (;;) {
3698                 pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
3699                 KASSERT(pc->pc_map[0] != 0 || pc->pc_map[1] != 0 ||
3700                     pc->pc_map[2] != 0, ("pmap_pv_demote_pde: missing spare"));
3701                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
3702                         while (pc->pc_map[field]) {
3703                                 bit = bsfq(pc->pc_map[field]);
3704                                 pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
3705                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
3706                                 va += PAGE_SIZE;
3707                                 pv->pv_va = va;
3708                                 m++;
3709                                 KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
3710                             ("pmap_pv_demote_pde: page %p is not managed", m));
3711                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3712                                 m->md.pv_gen++;
3713                                 if (va == va_last)
3714                                         goto out;
3715                         }
3716                 }
3717                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3718                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3719         }
3720 out:
3721         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 && pc->pc_map[2] == 0) {
3722                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3723                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3724         }
3725         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, NPTEPG - 1));
3726         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, NPTEPG - 1));
3727 }
3728
3729 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
3730 /*
3731  * After promotion from 512 4KB page mappings to a single 2MB page mapping,
3732  * replace the many pv entries for the 4KB page mappings by a single pv entry
3733  * for the 2MB page mapping.
3734  */
3735 static void
3736 pmap_pv_promote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
3737     struct rwlock **lockp)
3738 {
3739         struct md_page *pvh;
3740         pv_entry_t pv;
3741         vm_offset_t va_last;
3742         vm_page_t m;
3743
3744         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
3745             ("pmap_pv_promote_pde: pa is not 2mpage aligned"));
3746         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
3747
3748         /*
3749          * Transfer the first page's pv entry for this mapping to the 2mpage's
3750          * pv list.  Aside from avoiding the cost of a call to get_pv_entry(),
3751          * a transfer avoids the possibility that get_pv_entry() calls
3752          * reclaim_pv_chunk() and that reclaim_pv_chunk() removes one of the
3753          * mappings that is being promoted.
3754          */
3755         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
3756         va = trunc_2mpage(va);
3757         pv = pmap_pvh_remove(&m->md, pmap, va);
3758         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_promote_pde: pv not found"));
3759         pvh = pa_to_pvh(pa);
3760         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
3761         pvh->pv_gen++;
3762         /* Free the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
3763         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
3764         do {
3765                 m++;
3766                 va += PAGE_SIZE;
3767                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
3768         } while (va < va_last);
3769 }
3770 #endif /* VM_NRESERVLEVEL > 0 */
3771
3772 /*
3773  * First find and then destroy the pv entry for the specified pmap and virtual
3774  * address.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or 2MB
3775  * page mappings.
3776  */
3777 static void
3778 pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3779 {
3780         pv_entry_t pv;
3781
3782         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
3783         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pvh_free: pv not found"));
3784         free_pv_entry(pmap, pv);
3785 }
3786
3787 /*
3788  * Conditionally create the PV entry for a 4KB page mapping if the required
3789  * memory can be allocated without resorting to reclamation.
3790  */
3791 static boolean_t
3792 pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
3793     struct rwlock **lockp)
3794 {
3795         pv_entry_t pv;
3796
3797         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3798         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
3799         if ((pv = get_pv_entry(pmap, NULL)) != NULL) {
3800                 pv->pv_va = va;
3801                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
3802                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3803                 m->md.pv_gen++;
3804                 return (TRUE);
3805         } else
3806                 return (FALSE);
3807 }
3808
3809 /*
3810  * Create the PV entry for a 2MB page mapping.  Always returns true unless the
3811  * flag PMAP_ENTER_NORECLAIM is specified.  If that flag is specified, returns
3812  * false if the PV entry cannot be allocated without resorting to reclamation.
3813  */
3814 static bool
3815 pmap_pv_insert_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde, u_int flags,
3816     struct rwlock **lockp)
3817 {
3818         struct md_page *pvh;
3819         pv_entry_t pv;
3820         vm_paddr_t pa;
3821
3822         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3823         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
3824         if ((pv = get_pv_entry(pmap, (flags & PMAP_ENTER_NORECLAIM) != 0 ?
3825             NULL : lockp)) == NULL)
3826                 return (false);
3827         pv->pv_va = va;
3828         pa = pde & PG_PS_FRAME;
3829         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
3830         pvh = pa_to_pvh(pa);
3831         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
3832         pvh->pv_gen++;
3833         return (true);
3834 }
3835
3836 /*
3837  * Fills a page table page with mappings to consecutive physical pages.
3838  */
3839 static void
3840 pmap_fill_ptp(pt_entry_t *firstpte, pt_entry_t newpte)
3841 {
3842         pt_entry_t *pte;
3843
3844         for (pte = firstpte; pte < firstpte + NPTEPG; pte++) {
3845                 *pte = newpte;
3846                 newpte += PAGE_SIZE;
3847         }
3848 }
3849
3850 /*
3851  * Tries to demote a 2MB page mapping.  If demotion fails, the 2MB page
3852  * mapping is invalidated.
3853  */
3854 static boolean_t
3855 pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
3856 {
3857         struct rwlock *lock;
3858         boolean_t rv;
3859
3860         lock = NULL;
3861         rv = pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
3862         if (lock != NULL)
3863                 rw_wunlock(lock);
3864         return (rv);
3865 }
3866
3867 static boolean_t
3868 pmap_demote_pde_locked(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
3869     struct rwlock **lockp)
3870 {
3871         pd_entry_t newpde, oldpde;
3872         pt_entry_t *firstpte, newpte;
3873         pt_entry_t PG_A, PG_G, PG_M, PG_RW, PG_V;
3874         vm_paddr_t mptepa;
3875         vm_page_t mpte;
3876         struct spglist free;
3877         vm_offset_t sva;
3878         int PG_PTE_CACHE;
3879
3880         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
3881         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
3882         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
3883         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
3884         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3885         PG_PTE_CACHE = pmap_cache_mask(pmap, 0);
3886
3887         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3888         oldpde = *pde;
3889         KASSERT((oldpde & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V),
3890             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_PS and/or PG_V"));
3891         if ((oldpde & PG_A) == 0 || (mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, va)) ==
3892             NULL) {
3893                 KASSERT((oldpde & PG_W) == 0,
3894                     ("pmap_demote_pde: page table page for a wired mapping"
3895                     " is missing"));
3896
3897                 /*
3898                  * Invalidate the 2MB page mapping and return "failure" if the
3899                  * mapping was never accessed or the allocation of the new
3900                  * page table page fails.  If the 2MB page mapping belongs to
3901                  * the direct map region of the kernel's address space, then
3902                  * the page allocation request specifies the highest possible
3903                  * priority (VM_ALLOC_INTERRUPT).  Otherwise, the priority is
3904                  * normal.  Page table pages are preallocated for every other
3905                  * part of the kernel address space, so the direct map region
3906                  * is the only part of the kernel address space that must be
3907                  * handled here.
3908                  */
3909                 if ((oldpde & PG_A) == 0 || (mpte = vm_page_alloc(NULL,
3910                     pmap_pde_pindex(va), (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va <
3911                     DMAP_MAX_ADDRESS ? VM_ALLOC_INTERRUPT : VM_ALLOC_NORMAL) |
3912                     VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED)) == NULL) {
3913                         SLIST_INIT(&free);
3914                         sva = trunc_2mpage(va);
3915                         pmap_remove_pde(pmap, pde, sva, &free, lockp);
3916                         if ((oldpde & PG_G) == 0)
3917                                 pmap_invalidate_pde_page(pmap, sva, oldpde);
3918                         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
3919                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: failure for va %#lx"
3920                             " in pmap %p", va, pmap);
3921                         return (FALSE);
3922                 }
3923                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
3924                         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
3925         }
3926         mptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpte);
3927         firstpte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mptepa);
3928         newpde = mptepa | PG_M | PG_A | (oldpde & PG_U) | PG_RW | PG_V;
3929         KASSERT((oldpde & PG_A) != 0,
3930             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_A"));
3931         KASSERT((oldpde & (PG_M | PG_RW)) != PG_RW,
3932             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_M"));
3933         newpte = oldpde & ~PG_PS;
3934         newpte = pmap_swap_pat(pmap, newpte);
3935
3936         /*
3937          * If the page table page is new, initialize it.
3938          */
3939         if (mpte->wire_count == 1) {
3940                 mpte->wire_count = NPTEPG;
3941                 pmap_fill_ptp(firstpte, newpte);
3942         }
3943         KASSERT((*firstpte & PG_FRAME) == (newpte & PG_FRAME),
3944             ("pmap_demote_pde: firstpte and newpte map different physical"
3945             " addresses"));
3946
3947         /*
3948          * If the mapping has changed attributes, update the page table
3949          * entries.
3950          */
3951         if ((*firstpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpte & PG_PTE_PROMOTE))
3952                 pmap_fill_ptp(firstpte, newpte);
3953
3954         /*
3955          * The spare PV entries must be reserved prior to demoting the
3956          * mapping, that is, prior to changing the PDE.  Otherwise, the state
3957          * of the PDE and the PV lists will be inconsistent, which can result
3958          * in reclaim_pv_chunk() attempting to remove a PV entry from the
3959          * wrong PV list and pmap_pv_demote_pde() failing to find the expected
3960          * PV entry for the 2MB page mapping that is being demoted.
3961          */
3962         if ((oldpde & PG_MANAGED) != 0)
3963                 reserve_pv_entries(pmap, NPTEPG - 1, lockp);
3964
3965         /*
3966          * Demote the mapping.  This pmap is locked.  The old PDE has
3967          * PG_A set.  If the old PDE has PG_RW set, it also has PG_M
3968          * set.  Thus, there is no danger of a race with another
3969          * processor changing the setting of PG_A and/or PG_M between
3970          * the read above and the store below. 
3971          */
3972         if (workaround_erratum383)
3973                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, newpde);
3974         else
3975                 pde_store(pde, newpde);
3976
3977         /*
3978          * Invalidate a stale recursive mapping of the page table page.
3979          */
3980         if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
3981                 pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopte(va));
3982
3983         /*
3984          * Demote the PV entry.
3985          */
3986         if ((oldpde & PG_MANAGED) != 0)
3987                 pmap_pv_demote_pde(pmap, va, oldpde & PG_PS_FRAME, lockp);
3988
3989         atomic_add_long(&pmap_pde_demotions, 1);
3990         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: success for va %#lx"
3991             " in pmap %p", va, pmap);
3992         return (TRUE);
3993 }
3994
3995 /*
3996  * pmap_remove_kernel_pde: Remove a kernel superpage mapping.
3997  */
3998 static void
3999 pmap_remove_kernel_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
4000 {
4001         pd_entry_t newpde;
4002         vm_paddr_t mptepa;
4003         vm_page_t mpte;
4004
4005         KASSERT(pmap == kernel_pmap, ("pmap %p is not kernel_pmap", pmap));
4006         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4007         mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, va);
4008         if (mpte == NULL)
4009                 panic("pmap_remove_kernel_pde: Missing pt page.");
4010
4011         mptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpte);
4012         newpde = mptepa | X86_PG_M | X86_PG_A | X86_PG_RW | X86_PG_V;
4013
4014         /*
4015          * Initialize the page table page.
4016          */
4017         pagezero((void *)PHYS_TO_DMAP(mptepa));
4018
4019         /*
4020          * Demote the mapping.
4021          */
4022         if (workaround_erratum383)
4023                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, newpde);
4024         else
4025                 pde_store(pde, newpde);
4026
4027         /*
4028          * Invalidate a stale recursive mapping of the page table page.
4029          */
4030         pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopte(va));
4031 }
4032
4033 /*
4034  * pmap_remove_pde: do the things to unmap a superpage in a process
4035  */
4036 static int
4037 pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
4038     struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
4039 {
4040         struct md_page *pvh;
4041         pd_entry_t oldpde;
4042         vm_offset_t eva, va;
4043         vm_page_t m, mpte;
4044         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW;
4045
4046         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
4047         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
4048         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4049         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4050
4051         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4052         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
4053             ("pmap_remove_pde: sva is not 2mpage aligned"));
4054         oldpde = pte_load_clear(pdq);
4055         if (oldpde & PG_W)
4056                 pmap->pm_stats.wired_count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
4057         if ((oldpde & PG_G) != 0)
4058                 pmap_invalidate_pde_page(kernel_pmap, sva, oldpde);
4059         pmap_resident_count_dec(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
4060         if (oldpde & PG_MANAGED) {
4061                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, oldpde & PG_PS_FRAME);
4062                 pvh = pa_to_pvh(oldpde & PG_PS_FRAME);
4063                 pmap_pvh_free(pvh, pmap, sva);
4064                 eva = sva + NBPDR;
4065                 for (va = sva, m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
4066                     va < eva; va += PAGE_SIZE, m++) {
4067                         if ((oldpde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
4068                                 vm_page_dirty(m);
4069                         if (oldpde & PG_A)
4070                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
4071                         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
4072                             TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
4073                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
4074                         pmap_delayed_invl_page(m);
4075                 }
4076         }
4077         if (pmap == kernel_pmap) {
4078                 pmap_remove_kernel_pde(pmap, pdq, sva);
4079         } else {
4080                 mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, sva);
4081                 if (mpte != NULL) {
4082                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
4083                         KASSERT(mpte->wire_count == NPTEPG,
4084                             ("pmap_remove_pde: pte page wire count error"));
4085                         mpte->wire_count = 0;
4086                         pmap_add_delayed_free_list(mpte, free, FALSE);
4087                 }
4088         }
4089         return (pmap_unuse_pt(pmap, sva, *pmap_pdpe(pmap, sva), free));
4090 }
4091
4092 /*
4093  * pmap_remove_pte: do the things to unmap a page in a process
4094  */
4095 static int
4096 pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t va, 
4097     pd_entry_t ptepde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
4098 {
4099         struct md_page *pvh;
4100         pt_entry_t oldpte, PG_A, PG_M, PG_RW;
4101         vm_page_t m;
4102
4103         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
4104         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4105         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4106
4107         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4108         oldpte = pte_load_clear(ptq);
4109         if (oldpte & PG_W)
4110                 pmap->pm_stats.wired_count -= 1;
4111         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
4112         if (oldpte & PG_MANAGED) {
4113                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpte & PG_FRAME);
4114                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
4115                         vm_page_dirty(m);
4116                 if (oldpte & PG_A)
4117                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
4118                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
4119                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
4120                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
4121                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
4122                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4123                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
4124                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
4125                 }
4126                 pmap_delayed_invl_page(m);
4127         }
4128         return (pmap_unuse_pt(pmap, va, ptepde, free));
4129 }
4130
4131 /*
4132  * Remove a single page from a process address space
4133  */
4134 static void
4135 pmap_remove_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
4136     struct spglist *free)
4137 {
4138         struct rwlock *lock;
4139         pt_entry_t *pte, PG_V;
4140
4141         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4142         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4143         if ((*pde & PG_V) == 0)
4144                 return;
4145         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
4146         if ((*pte & PG_V) == 0)
4147                 return;
4148         lock = NULL;
4149         pmap_remove_pte(pmap, pte, va, *pde, free, &lock);
4150         if (lock != NULL)
4151                 rw_wunlock(lock);
4152         pmap_invalidate_page(pmap, va);
4153 }
4154
4155 /*
4156  * Removes the specified range of addresses from the page table page.
4157  */
4158 static bool
4159 pmap_remove_ptes(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
4160     pd_entry_t *pde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
4161 {
4162         pt_entry_t PG_G, *pte;
4163         vm_offset_t va;
4164         bool anyvalid;
4165
4166         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4167         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
4168         anyvalid = false;
4169         va = eva;
4170         for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != eva; pte++,
4171             sva += PAGE_SIZE) {
4172                 if (*pte == 0) {
4173                         if (va != eva) {
4174                                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
4175                                 va = eva;
4176                         }
4177                         continue;
4178                 }
4179                 if ((*pte & PG_G) == 0)
4180                         anyvalid = true;
4181                 else if (va == eva)
4182                         va = sva;
4183                 if (pmap_remove_pte(pmap, pte, sva, *pde, free, lockp)) {
4184                         sva += PAGE_SIZE;
4185                         break;
4186                 }
4187         }
4188         if (va != eva)
4189                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
4190         return (anyvalid);
4191 }
4192
4193 /*
4194  *      Remove the given range of addresses from the specified map.
4195  *
4196  *      It is assumed that the start and end are properly
4197  *      rounded to the page size.
4198  */
4199 void
4200 pmap_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
4201 {
4202         struct rwlock *lock;
4203         vm_offset_t va_next;
4204         pml4_entry_t *pml4e;
4205         pdp_entry_t *pdpe;
4206         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
4207         pt_entry_t PG_G, PG_V;
4208         struct spglist free;
4209         int anyvalid;
4210
4211         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
4212         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4213
4214         /*
4215          * Perform an unsynchronized read.  This is, however, safe.
4216          */
4217         if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
4218                 return;
4219
4220         anyvalid = 0;
4221         SLIST_INIT(&free);
4222
4223         pmap_delayed_invl_started();
4224         PMAP_LOCK(pmap);
4225
4226         /*
4227          * special handling of removing one page.  a very
4228          * common operation and easy to short circuit some
4229          * code.
4230          */
4231         if (sva + PAGE_SIZE == eva) {
4232                 pde = pmap_pde(pmap, sva);
4233                 if (pde && (*pde & PG_PS) == 0) {
4234                         pmap_remove_page(pmap, sva, pde, &free);
4235                         goto out;
4236                 }
4237         }
4238
4239         lock = NULL;
4240         for (; sva < eva; sva = va_next) {
4241
4242                 if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
4243                         break;
4244
4245                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
4246                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
4247                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
4248                         if (va_next < sva)
4249                                 va_next = eva;
4250                         continue;
4251                 }
4252
4253                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
4254                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
4255                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
4256                         if (va_next < sva)
4257                                 va_next = eva;
4258                         continue;
4259                 }
4260
4261                 /*
4262                  * Calculate index for next page table.
4263                  */
4264                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
4265                 if (va_next < sva)
4266                         va_next = eva;
4267
4268                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
4269                 ptpaddr = *pde;
4270
4271                 /*
4272                  * Weed out invalid mappings.
4273                  */
4274                 if (ptpaddr == 0)
4275                         continue;
4276
4277                 /*
4278                  * Check for large page.
4279                  */
4280                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
4281                         /*
4282                          * Are we removing the entire large page?  If not,
4283                          * demote the mapping and fall through.
4284                          */
4285                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
4286                                 /*
4287                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
4288                                  * invalidated by pmap_remove_pde().
4289                                  */
4290                                 if ((ptpaddr & PG_G) == 0)
4291                                         anyvalid = 1;
4292                                 pmap_remove_pde(pmap, pde, sva, &free, &lock);
4293                                 continue;
4294                         } else if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, sva,
4295                             &lock)) {
4296                                 /* The large page mapping was destroyed. */
4297                                 continue;
4298                         } else
4299                                 ptpaddr = *pde;
4300                 }
4301
4302                 /*
4303                  * Limit our scan to either the end of the va represented
4304                  * by the current page table page, or to the end of the
4305                  * range being removed.
4306                  */
4307                 if (va_next > eva)
4308                         va_next = eva;
4309
4310                 if (pmap_remove_ptes(pmap, sva, va_next, pde, &free, &lock))
4311                         anyvalid = 1;
4312         }
4313         if (lock != NULL)
4314                 rw_wunlock(lock);
4315 out:
4316         if (anyvalid)
4317                 pmap_invalidate_all(pmap);
4318         PMAP_UNLOCK(pmap);
4319         pmap_delayed_invl_finished();
4320         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
4321 }
4322
4323 /*
4324  *      Routine:        pmap_remove_all
4325  *      Function:
4326  *              Removes this physical page from
4327  *              all physical maps in which it resides.
4328  *              Reflects back modify bits to the pager.
4329  *
4330  *      Notes:
4331  *              Original versions of this routine were very
4332  *              inefficient because they iteratively called
4333  *              pmap_remove (slow...)
4334  */
4335
4336 void
4337 pmap_remove_all(vm_page_t m)
4338 {
4339         struct md_page *pvh;
4340         pv_entry_t pv;
4341         pmap_t pmap;
4342         struct rwlock *lock;
4343         pt_entry_t *pte, tpte, PG_A, PG_M, PG_RW;
4344         pd_entry_t *pde;
4345         vm_offset_t va;
4346         struct spglist free;
4347         int pvh_gen, md_gen;
4348
4349         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4350             ("pmap_remove_all: page %p is not managed", m));
4351         SLIST_INIT(&free);
4352         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
4353         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
4354             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4355 retry:
4356         rw_wlock(lock);
4357         while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != NULL) {
4358                 pmap = PV_PMAP(pv);
4359                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
4360                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
4361                         rw_wunlock(lock);
4362                         PMAP_LOCK(pmap);
4363                         rw_wlock(lock);
4364                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
4365                                 rw_wunlock(lock);
4366                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4367                                 goto retry;
4368                         }
4369                 }
4370                 va = pv->pv_va;
4371                 pde = pmap_pde(pmap, va);
4372                 (void)pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
4373                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4374         }
4375         while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
4376                 pmap = PV_PMAP(pv);
4377                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
4378                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
4379                         md_gen = m->md.pv_gen;
4380                         rw_wunlock(lock);
4381                         PMAP_LOCK(pmap);
4382                         rw_wlock(lock);
4383                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
4384                                 rw_wunlock(lock);
4385                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4386                                 goto retry;
4387                         }
4388                 }
4389                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
4390                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4391                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4392                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
4393                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
4394                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_remove_all: found"
4395                     " a 2mpage in page %p's pv list", m));
4396                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
4397                 tpte = pte_load_clear(pte);
4398                 if (tpte & PG_W)
4399                         pmap->pm_stats.wired_count--;
4400                 if (tpte & PG_A)
4401                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
4402
4403                 /*
4404                  * Update the vm_page_t clean and reference bits.
4405                  */
4406                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
4407                         vm_page_dirty(m);
4408                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, *pde, &free);
4409                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
4410                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4411                 m->md.pv_gen++;
4412                 free_pv_entry(pmap, pv);
4413                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4414         }
4415         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
4416         rw_wunlock(lock);
4417         pmap_delayed_invl_wait(m);
4418         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
4419 }
4420
4421 /*
4422  * pmap_protect_pde: do the things to protect a 2mpage in a process
4423  */
4424 static boolean_t
4425 pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva, vm_prot_t prot)
4426 {
4427         pd_entry_t newpde, oldpde;
4428         vm_offset_t eva, va;
4429         vm_page_t m;
4430         boolean_t anychanged;
4431         pt_entry_t PG_G, PG_M, PG_RW;
4432
4433         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
4434         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4435         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4436
4437         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4438         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
4439             ("pmap_protect_pde: sva is not 2mpage aligned"));
4440         anychanged = FALSE;
4441 retry:
4442         oldpde = newpde = *pde;
4443         if ((oldpde & (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) ==
4444             (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) {
4445                 eva = sva + NBPDR;
4446                 for (va = sva, m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
4447                     va < eva; va += PAGE_SIZE, m++)
4448                         vm_page_dirty(m);
4449         }
4450         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0)
4451                 newpde &= ~(PG_RW | PG_M);
4452         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
4453                 newpde |= pg_nx;
4454         if (newpde != oldpde) {
4455                 /*
4456                  * As an optimization to future operations on this PDE, clear
4457                  * PG_PROMOTED.  The impending invalidation will remove any
4458                  * lingering 4KB page mappings from the TLB.
4459                  */
4460                 if (!atomic_cmpset_long(pde, oldpde, newpde & ~PG_PROMOTED))
4461                         goto retry;
4462                 if ((oldpde & PG_G) != 0)
4463                         pmap_invalidate_pde_page(kernel_pmap, sva, oldpde);
4464                 else
4465                         anychanged = TRUE;
4466         }
4467         return (anychanged);
4468 }
4469
4470 /*
4471  *      Set the physical protection on the
4472  *      specified range of this map as requested.
4473  */
4474 void
4475 pmap_protect(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, vm_prot_t prot)
4476 {
4477         vm_offset_t va_next;
4478         pml4_entry_t *pml4e;
4479         pdp_entry_t *pdpe;
4480         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
4481         pt_entry_t *pte, PG_G, PG_M, PG_RW, PG_V;
4482         boolean_t anychanged;
4483
4484         KASSERT((prot & ~VM_PROT_ALL) == 0, ("invalid prot %x", prot));
4485         if (prot == VM_PROT_NONE) {
4486                 pmap_remove(pmap, sva, eva);
4487                 return;
4488         }
4489
4490         if ((prot & (VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE)) ==
4491             (VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE))
4492                 return;
4493
4494         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
4495         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4496         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4497         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4498         anychanged = FALSE;
4499
4500         /*
4501          * Although this function delays and batches the invalidation
4502          * of stale TLB entries, it does not need to call
4503          * pmap_delayed_invl_started() and
4504          * pmap_delayed_invl_finished(), because it does not
4505          * ordinarily destroy mappings.  Stale TLB entries from
4506          * protection-only changes need only be invalidated before the
4507          * pmap lock is released, because protection-only changes do
4508          * not destroy PV entries.  Even operations that iterate over
4509          * a physical page's PV list of mappings, like
4510          * pmap_remove_write(), acquire the pmap lock for each
4511          * mapping.  Consequently, for protection-only changes, the
4512          * pmap lock suffices to synchronize both page table and TLB
4513          * updates.
4514          *
4515          * This function only destroys a mapping if pmap_demote_pde()
4516          * fails.  In that case, stale TLB entries are immediately
4517          * invalidated.
4518          */
4519         
4520         PMAP_LOCK(pmap);
4521         for (; sva < eva; sva = va_next) {
4522
4523                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
4524                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
4525                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
4526                         if (va_next < sva)
4527                                 va_next = eva;
4528                         continue;
4529                 }
4530
4531                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
4532                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
4533                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
4534                         if (va_next < sva)
4535                                 va_next = eva;
4536                         continue;
4537                 }
4538
4539                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
4540                 if (va_next < sva)
4541                         va_next = eva;
4542
4543                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
4544                 ptpaddr = *pde;
4545
4546                 /*
4547                  * Weed out invalid mappings.
4548                  */
4549                 if (ptpaddr == 0)
4550                         continue;
4551
4552                 /*
4553                  * Check for large page.
4554                  */
4555                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
4556                         /*
4557                          * Are we protecting the entire large page?  If not,
4558                          * demote the mapping and fall through.
4559                          */
4560                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
4561                                 /*
4562                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
4563                                  * invalidated by pmap_protect_pde().
4564                                  */
4565                                 if (pmap_protect_pde(pmap, pde, sva, prot))
4566                                         anychanged = TRUE;
4567                                 continue;
4568                         } else if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, sva)) {
4569                                 /*
4570                                  * The large page mapping was destroyed.
4571                                  */
4572                                 continue;
4573                         }
4574                 }
4575
4576                 if (va_next > eva)
4577                         va_next = eva;
4578
4579                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
4580                     sva += PAGE_SIZE) {
4581                         pt_entry_t obits, pbits;
4582                         vm_page_t m;
4583
4584 retry:
4585                         obits = pbits = *pte;
4586                         if ((pbits & PG_V) == 0)
4587                                 continue;
4588
4589                         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
4590                                 if ((pbits & (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) ==
4591                                     (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) {
4592                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pbits & PG_FRAME);
4593                                         vm_page_dirty(m);
4594                                 }
4595                                 pbits &= ~(PG_RW | PG_M);
4596                         }
4597                         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
4598                                 pbits |= pg_nx;
4599
4600                         if (pbits != obits) {
4601                                 if (!atomic_cmpset_long(pte, obits, pbits))
4602                                         goto retry;
4603                                 if (obits & PG_G)
4604                                         pmap_invalidate_page(pmap, sva);
4605                                 else
4606                                         anychanged = TRUE;
4607                         }
4608                 }
4609         }
4610         if (anychanged)
4611                 pmap_invalidate_all(pmap);
4612         PMAP_UNLOCK(pmap);
4613 }
4614
4615 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
4616 /*
4617  * Tries to promote the 512, contiguous 4KB page mappings that are within a
4618  * single page table page (PTP) to a single 2MB page mapping.  For promotion
4619  * to occur, two conditions must be met: (1) the 4KB page mappings must map
4620  * aligned, contiguous physical memory and (2) the 4KB page mappings must have
4621  * identical characteristics. 
4622  */
4623 static void
4624 pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
4625     struct rwlock **lockp)
4626 {
4627         pd_entry_t newpde;
4628         pt_entry_t *firstpte, oldpte, pa, *pte;
4629         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
4630         vm_page_t mpte;
4631         int PG_PTE_CACHE;
4632
4633         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
4634         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
4635         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4636         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4637         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4638         PG_PTE_CACHE = pmap_cache_mask(pmap, 0);
4639
4640         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4641
4642         /*
4643          * Examine the first PTE in the specified PTP.  Abort if this PTE is
4644          * either invalid, unused, or does not map the first 4KB physical page
4645          * within a 2MB page. 
4646          */
4647         firstpte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pde & PG_FRAME);
4648 setpde:
4649         newpde = *firstpte;
4650         if ((newpde & ((PG_FRAME & PDRMASK) | PG_A | PG_V)) != (PG_A | PG_V)) {
4651                 atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
4652                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
4653                     " in pmap %p", va, pmap);
4654                 return;
4655         }
4656         if ((newpde & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
4657                 /*
4658                  * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared without
4659                  * a TLB invalidation.
4660                  */
4661                 if (!atomic_cmpset_long(firstpte, newpde, newpde & ~PG_RW))
4662                         goto setpde;
4663                 newpde &= ~PG_RW;
4664         }
4665
4666         /*
4667          * Examine each of the other PTEs in the specified PTP.  Abort if this
4668          * PTE maps an unexpected 4KB physical page or does not have identical
4669          * characteristics to the first PTE.
4670          */
4671         pa = (newpde & (PG_PS_FRAME | PG_A | PG_V)) + NBPDR - PAGE_SIZE;
4672         for (pte = firstpte + NPTEPG - 1; pte > firstpte; pte--) {
4673 setpte:
4674                 oldpte = *pte;
4675                 if ((oldpte & (PG_FRAME | PG_A | PG_V)) != pa) {
4676                         atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
4677                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
4678                             " in pmap %p", va, pmap);
4679                         return;
4680                 }
4681                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
4682                         /*
4683                          * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared
4684                          * without a TLB invalidation.
4685                          */
4686                         if (!atomic_cmpset_long(pte, oldpte, oldpte & ~PG_RW))
4687                                 goto setpte;
4688                         oldpte &= ~PG_RW;
4689                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: protect for va %#lx"
4690                             " in pmap %p", (oldpte & PG_FRAME & PDRMASK) |
4691                             (va & ~PDRMASK), pmap);
4692                 }
4693                 if ((oldpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpde & PG_PTE_PROMOTE)) {
4694                         atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
4695                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
4696                             " in pmap %p", va, pmap);
4697                         return;
4698                 }
4699                 pa -= PAGE_SIZE;
4700         }
4701
4702         /*
4703          * Save the page table page in its current state until the PDE
4704          * mapping the superpage is demoted by pmap_demote_pde() or
4705          * destroyed by pmap_remove_pde(). 
4706          */
4707         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
4708         KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
4709             mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
4710             ("pmap_promote_pde: page table page is out of range"));
4711         KASSERT(mpte->pindex == pmap_pde_pindex(va),
4712             ("pmap_promote_pde: page table page's pindex is wrong"));
4713         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mpte)) {
4714                 atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
4715                 CTR2(KTR_PMAP,
4716                     "pmap_promote_pde: failure for va %#lx in pmap %p", va,
4717                     pmap);
4718                 return;
4719         }
4720
4721         /*
4722          * Promote the pv entries.
4723          */
4724         if ((newpde & PG_MANAGED) != 0)
4725                 pmap_pv_promote_pde(pmap, va, newpde & PG_PS_FRAME, lockp);
4726
4727         /*
4728          * Propagate the PAT index to its proper position.
4729          */
4730         newpde = pmap_swap_pat(pmap, newpde);
4731
4732         /*
4733          * Map the superpage.
4734          */
4735         if (workaround_erratum383)
4736                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, PG_PS | newpde);
4737         else
4738                 pde_store(pde, PG_PROMOTED | PG_PS | newpde);
4739
4740         atomic_add_long(&pmap_pde_promotions, 1);
4741         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: success for va %#lx"
4742             " in pmap %p", va, pmap);
4743 }
4744 #endif /* VM_NRESERVLEVEL > 0 */
4745
4746 /*
4747  *      Insert the given physical page (p) at
4748  *      the specified virtual address (v) in the
4749  *      target physical map with the protection requested.
4750  *
4751  *      If specified, the page will be wired down, meaning
4752  *      that the related pte can not be reclaimed.
4753  *
4754  *      NB:  This is the only routine which MAY NOT lazy-evaluate
4755  *      or lose information.  That is, this routine must actually
4756  *      insert this page into the given map NOW.
4757  *
4758  *      When destroying both a page table and PV entry, this function
4759  *      performs the TLB invalidation before releasing the PV list
4760  *      lock, so we do not need pmap_delayed_invl_page() calls here.
4761  */
4762 int
4763 pmap_enter(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
4764     u_int flags, int8_t psind)
4765 {
4766         struct rwlock *lock;
4767         pd_entry_t *pde;
4768         pt_entry_t *pte, PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
4769         pt_entry_t newpte, origpte;
4770         pv_entry_t pv;
4771         vm_paddr_t opa, pa;
4772         vm_page_t mpte, om;
4773         int rv;
4774         boolean_t nosleep;
4775
4776         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
4777         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
4778         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4779         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4780         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4781
4782         va = trunc_page(va);
4783         KASSERT(va <= VM_MAX_KERNEL_ADDRESS, ("pmap_enter: toobig"));
4784         KASSERT(va < UPT_MIN_ADDRESS || va >= UPT_MAX_ADDRESS,
4785             ("pmap_enter: invalid to pmap_enter page table pages (va: 0x%lx)",
4786             va));
4787         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0 || va < kmi.clean_sva ||
4788             va >= kmi.clean_eva,
4789             ("pmap_enter: managed mapping within the clean submap"));
4790         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 && !vm_page_xbusied(m))
4791                 VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m->object);
4792         KASSERT((flags & PMAP_ENTER_RESERVED) == 0,
4793             ("pmap_enter: flags %u has reserved bits set", flags));
4794         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
4795         newpte = (pt_entry_t)(pa | PG_A | PG_V);
4796         if ((flags & VM_PROT_WRITE) != 0)
4797                 newpte |= PG_M;
4798         if ((prot & VM_PROT_WRITE) != 0)
4799                 newpte |= PG_RW;
4800         KASSERT((newpte & (PG_M | PG_RW)) != PG_M,
4801             ("pmap_enter: flags includes VM_PROT_WRITE but prot doesn't"));
4802         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
4803                 newpte |= pg_nx;
4804         if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) != 0)
4805                 newpte |= PG_W;
4806         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
4807                 newpte |= PG_U;
4808         if (pmap == kernel_pmap)
4809                 newpte |= PG_G;
4810         newpte |= pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, psind > 0);
4811
4812         /*
4813          * Set modified bit gratuitously for writeable mappings if
4814          * the page is unmanaged. We do not want to take a fault
4815          * to do the dirty bit accounting for these mappings.
4816          */
4817         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0) {
4818                 if ((newpte & PG_RW) != 0)
4819                         newpte |= PG_M;
4820         } else
4821                 newpte |= PG_MANAGED;
4822
4823         lock = NULL;
4824         PMAP_LOCK(pmap);
4825         if (psind == 1) {
4826                 /* Assert the required virtual and physical alignment. */ 
4827                 KASSERT((va & PDRMASK) == 0, ("pmap_enter: va unaligned"));
4828                 KASSERT(m->psind > 0, ("pmap_enter: m->psind < psind"));
4829                 rv = pmap_enter_pde(pmap, va, newpte | PG_PS, flags, m, &lock);
4830                 goto out;
4831         }
4832         mpte = NULL;
4833
4834         /*
4835          * In the case that a page table page is not
4836          * resident, we are creating it here.
4837          */
4838 retry:
4839         pde = pmap_pde(pmap, va);
4840         if (pde != NULL && (*pde & PG_V) != 0 && ((*pde & PG_PS) == 0 ||
4841             pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock))) {
4842                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
4843                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS && mpte == NULL) {
4844                         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
4845                         mpte->wire_count++;
4846                 }
4847         } else if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
4848                 /*
4849                  * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been
4850                  * deallocated.
4851                  */
4852                 nosleep = (flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0;
4853                 mpte = _pmap_allocpte(pmap, pmap_pde_pindex(va),
4854                     nosleep ? NULL : &lock);
4855                 if (mpte == NULL && nosleep) {
4856                         rv = KERN_RESOURCE_SHORTAGE;
4857                         goto out;
4858                 }
4859                 goto retry;
4860         } else
4861                 panic("pmap_enter: invalid page directory va=%#lx", va);
4862
4863         origpte = *pte;
4864         pv = NULL;
4865
4866         /*
4867          * Is the specified virtual address already mapped?
4868          */
4869         if ((origpte & PG_V) != 0) {
4870                 /*
4871                  * Wiring change, just update stats. We don't worry about
4872                  * wiring PT pages as they remain resident as long as there
4873                  * are valid mappings in them. Hence, if a user page is wired,
4874                  * the PT page will be also.
4875                  */
4876                 if ((newpte & PG_W) != 0 && (origpte & PG_W) == 0)
4877                         pmap->pm_stats.wired_count++;
4878                 else if ((newpte & PG_W) == 0 && (origpte & PG_W) != 0)
4879                         pmap->pm_stats.wired_count--;
4880
4881                 /*
4882                  * Remove the extra PT page reference.
4883                  */
4884                 if (mpte != NULL) {
4885                         mpte->wire_count--;
4886                         KASSERT(mpte->wire_count > 0,
4887                             ("pmap_enter: missing reference to page table page,"
4888                              " va: 0x%lx", va));
4889                 }
4890
4891                 /*
4892                  * Has the physical page changed?
4893                  */
4894                 opa = origpte & PG_FRAME;
4895                 if (opa == pa) {
4896                         /*
4897                          * No, might be a protection or wiring change.
4898                          */
4899                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0 &&
4900                             (newpte & PG_RW) != 0)
4901                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
4902                         if (((origpte ^ newpte) & ~(PG_M | PG_A)) == 0)
4903                                 goto unchanged;
4904                         goto validate;
4905                 }
4906
4907                 /*
4908                  * The physical page has changed.  Temporarily invalidate
4909                  * the mapping.  This ensures that all threads sharing the
4910                  * pmap keep a consistent view of the mapping, which is
4911                  * necessary for the correct handling of COW faults.  It
4912                  * also permits reuse of the old mapping's PV entry,
4913                  * avoiding an allocation.
4914                  *
4915                  * For consistency, handle unmanaged mappings the same way.
4916                  */
4917                 origpte = pte_load_clear(pte);
4918                 KASSERT((origpte & PG_FRAME) == opa,
4919                     ("pmap_enter: unexpected pa update for %#lx", va));
4920                 if ((origpte & PG_MANAGED) != 0) {
4921                         om = PHYS_TO_VM_PAGE(opa);
4922
4923                         /*
4924                          * The pmap lock is sufficient to synchronize with
4925                          * concurrent calls to pmap_page_test_mappings() and
4926                          * pmap_ts_referenced().
4927                          */
4928                         if ((origpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
4929                                 vm_page_dirty(om);
4930                         if ((origpte & PG_A) != 0)
4931                                 vm_page_aflag_set(om, PGA_REFERENCED);
4932                         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, opa);
4933                         pv = pmap_pvh_remove(&om->md, pmap, va);
4934                         if ((newpte & PG_MANAGED) == 0)
4935                                 free_pv_entry(pmap, pv);
4936                         if ((om->aflags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
4937                             TAILQ_EMPTY(&om->md.pv_list) &&
4938                             ((om->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
4939                             TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(opa)->pv_list)))
4940                                 vm_page_aflag_clear(om, PGA_WRITEABLE);
4941                 }
4942                 if ((origpte & PG_A) != 0)
4943                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
4944                 origpte = 0;
4945         } else {
4946                 /*
4947                  * Increment the counters.
4948                  */
4949                 if ((newpte & PG_W) != 0)
4950                         pmap->pm_stats.wired_count++;
4951                 pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
4952         }
4953
4954         /*
4955          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
4956          */
4957         if ((newpte & PG_MANAGED) != 0) {
4958                 if (pv == NULL) {
4959                         pv = get_pv_entry(pmap, &lock);
4960                         pv->pv_va = va;
4961                 }
4962                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, pa);
4963                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4964                 m->md.pv_gen++;
4965                 if ((newpte & PG_RW) != 0)
4966                         vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
4967         }
4968
4969         /*
4970          * Update the PTE.
4971          */
4972         if ((origpte & PG_V) != 0) {
4973 validate:
4974                 origpte = pte_load_store(pte, newpte);
4975                 KASSERT((origpte & PG_FRAME) == pa,
4976                     ("pmap_enter: unexpected pa update for %#lx", va));
4977                 if ((newpte & PG_M) == 0 && (origpte & (PG_M | PG_RW)) ==
4978                     (PG_M | PG_RW)) {
4979                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0)
4980                                 vm_page_dirty(m);
4981
4982                         /*
4983                          * Although the PTE may still have PG_RW set, TLB
4984                          * invalidation may nonetheless be required because
4985                          * the PTE no longer has PG_M set.
4986                          */
4987                 } else if ((origpte & PG_NX) != 0 || (newpte & PG_NX) == 0) {
4988                         /*
4989                          * This PTE change does not require TLB invalidation.
4990                          */
4991                         goto unchanged;
4992                 }
4993                 if ((origpte & PG_A) != 0)
4994                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
4995         } else
4996                 pte_store(pte, newpte);
4997
4998 unchanged:
4999
5000 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
5001         /*
5002          * If both the page table page and the reservation are fully
5003          * populated, then attempt promotion.
5004          */
5005         if ((mpte == NULL || mpte->wire_count == NPTEPG) &&
5006             pmap_ps_enabled(pmap) &&
5007             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
5008             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0)
5009                 pmap_promote_pde(pmap, pde, va, &lock);
5010 #endif
5011
5012         rv = KERN_SUCCESS;
5013 out:
5014         if (lock != NULL)
5015                 rw_wunlock(lock);
5016         PMAP_UNLOCK(pmap);
5017         return (rv);
5018 }
5019
5020 /*
5021  * Tries to create a read- and/or execute-only 2MB page mapping.  Returns true
5022  * if successful.  Returns false if (1) a page table page cannot be allocated
5023  * without sleeping, (2) a mapping already exists at the specified virtual
5024  * address, or (3) a PV entry cannot be allocated without reclaiming another
5025  * PV entry.
5026  */
5027 static bool
5028 pmap_enter_2mpage(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
5029     struct rwlock **lockp)
5030 {
5031         pd_entry_t newpde;
5032         pt_entry_t PG_V;
5033
5034         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5035         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5036         newpde = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, 1) |
5037             PG_PS | PG_V;
5038         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
5039                 newpde |= PG_MANAGED;
5040         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
5041                 newpde |= pg_nx;
5042         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
5043                 newpde |= PG_U;
5044         return (pmap_enter_pde(pmap, va, newpde, PMAP_ENTER_NOSLEEP |
5045             PMAP_ENTER_NOREPLACE | PMAP_ENTER_NORECLAIM, NULL, lockp) ==
5046             KERN_SUCCESS);
5047 }
5048
5049 /*
5050  * Tries to create the specified 2MB page mapping.  Returns KERN_SUCCESS if
5051  * the mapping was created, and either KERN_FAILURE or KERN_RESOURCE_SHORTAGE
5052  * otherwise.  Returns KERN_FAILURE if PMAP_ENTER_NOREPLACE was specified and
5053  * a mapping already exists at the specified virtual address.  Returns
5054  * KERN_RESOURCE_SHORTAGE if PMAP_ENTER_NOSLEEP was specified and a page table
5055  * page allocation failed.  Returns KERN_RESOURCE_SHORTAGE if
5056  * PMAP_ENTER_NORECLAIM was specified and a PV entry allocation failed.
5057  *
5058  * The parameter "m" is only used when creating a managed, writeable mapping.
5059  */
5060 static int
5061 pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t newpde, u_int flags,
5062     vm_page_t m, struct rwlock **lockp)
5063 {
5064         struct spglist free;
5065         pd_entry_t oldpde, *pde;
5066         pt_entry_t PG_G, PG_RW, PG_V;
5067         vm_page_t mt, pdpg;
5068
5069         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5070         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5071         KASSERT((newpde & (pmap_modified_bit(pmap) | PG_RW)) != PG_RW,
5072             ("pmap_enter_pde: newpde is missing PG_M"));
5073         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5074         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5075
5076         if ((pdpg = pmap_allocpde(pmap, va, (flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0 ?
5077             NULL : lockp)) == NULL) {
5078                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
5079                     " in pmap %p", va, pmap);
5080                 return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
5081         }
5082         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pdpg));
5083         pde = &pde[pmap_pde_index(va)];
5084         oldpde = *pde;
5085         if ((oldpde & PG_V) != 0) {
5086                 KASSERT(pdpg->wire_count > 1,
5087                     ("pmap_enter_pde: pdpg's wire count is too low"));
5088                 if ((flags & PMAP_ENTER_NOREPLACE) != 0) {
5089                         pdpg->wire_count--;
5090                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
5091                             " in pmap %p", va, pmap);
5092                         return (KERN_FAILURE);
5093                 }
5094                 /* Break the existing mapping(s). */
5095                 SLIST_INIT(&free);
5096                 if ((oldpde & PG_PS) != 0) {
5097                         /*
5098                          * The reference to the PD page that was acquired by
5099                          * pmap_allocpde() ensures that it won't be freed.
5100                          * However, if the PDE resulted from a promotion, then
5101                          * a reserved PT page could be freed.
5102                          */
5103                         (void)pmap_remove_pde(pmap, pde, va, &free, lockp);
5104                         if ((oldpde & PG_G) == 0)
5105                                 pmap_invalidate_pde_page(pmap, va, oldpde);
5106                 } else {
5107                         pmap_delayed_invl_started();
5108                         if (pmap_remove_ptes(pmap, va, va + NBPDR, pde, &free,
5109                             lockp))
5110                                pmap_invalidate_all(pmap);
5111                         pmap_delayed_invl_finished();
5112                 }
5113                 vm_page_free_pages_toq(&free, true);
5114                 if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS) {
5115                         mt = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
5116                         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mt)) {
5117                                 /*
5118                                  * XXX Currently, this can't happen because
5119                                  * we do not perform pmap_enter(psind == 1)
5120                                  * on the kernel pmap.
5121                                  */
5122                                 panic("pmap_enter_pde: trie insert failed");
5123                         }
5124                 } else
5125                         KASSERT(*pde == 0, ("pmap_enter_pde: non-zero pde %p",
5126                             pde));
5127         }
5128         if ((newpde & PG_MANAGED) != 0) {
5129                 /*
5130                  * Abort this mapping if its PV entry could not be created.
5131                  */
5132                 if (!pmap_pv_insert_pde(pmap, va, newpde, flags, lockp)) {
5133                         SLIST_INIT(&free);
5134                         if (pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdpg, &free)) {
5135                                 /*
5136                                  * Although "va" is not mapped, paging-
5137                                  * structure caches could nonetheless have
5138                                  * entries that refer to the freed page table
5139                                  * pages.  Invalidate those entries.
5140                                  */
5141                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
5142                                 vm_page_free_pages_toq(&free, true);
5143                         }
5144                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
5145                             " in pmap %p", va, pmap);
5146                         return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
5147                 }
5148                 if ((newpde & PG_RW) != 0) {
5149                         for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
5150                                 vm_page_aflag_set(mt, PGA_WRITEABLE);
5151                 }
5152         }
5153
5154         /*
5155          * Increment counters.
5156          */
5157         if ((newpde & PG_W) != 0)
5158                 pmap->pm_stats.wired_count += NBPDR / PAGE_SIZE;
5159         pmap_resident_count_inc(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
5160
5161         /*
5162          * Map the superpage.  (This is not a promoted mapping; there will not
5163          * be any lingering 4KB page mappings in the TLB.)
5164          */
5165         pde_store(pde, newpde);
5166
5167         atomic_add_long(&pmap_pde_mappings, 1);
5168         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: success for va %#lx"
5169             " in pmap %p", va, pmap);
5170         return (KERN_SUCCESS);
5171 }
5172
5173 /*
5174  * Maps a sequence of resident pages belonging to the same object.
5175  * The sequence begins with the given page m_start.  This page is
5176  * mapped at the given virtual address start.  Each subsequent page is
5177  * mapped at a virtual address that is offset from start by the same
5178  * amount as the page is offset from m_start within the object.  The
5179  * last page in the sequence is the page with the largest offset from
5180  * m_start that can be mapped at a virtual address less than the given
5181  * virtual address end.  Not every virtual page between start and end
5182  * is mapped; only those for which a resident page exists with the
5183  * corresponding offset from m_start are mapped.
5184  */
5185 void
5186 pmap_enter_object(pmap_t pmap, vm_offset_t start, vm_offset_t end,
5187     vm_page_t m_start, vm_prot_t prot)
5188 {
5189         struct rwlock *lock;
5190         vm_offset_t va;
5191         vm_page_t m, mpte;
5192         vm_pindex_t diff, psize;
5193
5194         VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m_start->object);
5195
5196         psize = atop(end - start);
5197         mpte = NULL;
5198         m = m_start;
5199         lock = NULL;
5200         PMAP_LOCK(pmap);
5201         while (m != NULL && (diff = m->pindex - m_start->pindex) < psize) {
5202                 va = start + ptoa(diff);
5203                 if ((va & PDRMASK) == 0 && va + NBPDR <= end &&
5204                     m->psind == 1 && pmap_ps_enabled(pmap) &&
5205                     pmap_enter_2mpage(pmap, va, m, prot, &lock))
5206                         m = &m[NBPDR / PAGE_SIZE - 1];
5207                 else
5208                         mpte = pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot,
5209                             mpte, &lock);
5210                 m = TAILQ_NEXT(m, listq);
5211         }
5212         if (lock != NULL)
5213                 rw_wunlock(lock);
5214         PMAP_UNLOCK(pmap);
5215 }
5216
5217 /*
5218  * this code makes some *MAJOR* assumptions:
5219  * 1. Current pmap & pmap exists.
5220  * 2. Not wired.
5221  * 3. Read access.
5222  * 4. No page table pages.
5223  * but is *MUCH* faster than pmap_enter...
5224  */
5225
5226 void
5227 pmap_enter_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot)
5228 {
5229         struct rwlock *lock;
5230
5231         lock = NULL;
5232         PMAP_LOCK(pmap);
5233         (void)pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot, NULL, &lock);
5234         if (lock != NULL)
5235                 rw_wunlock(lock);
5236         PMAP_UNLOCK(pmap);
5237 }
5238
5239 static vm_page_t
5240 pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
5241     vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp)
5242 {
5243         struct spglist free;
5244         pt_entry_t *pte, PG_V;
5245         vm_paddr_t pa;
5246
5247         KASSERT(va < kmi.clean_sva || va >= kmi.clean_eva ||
5248             (m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0,
5249             ("pmap_enter_quick_locked: managed mapping within the clean submap"));
5250         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5251         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5252
5253         /*
5254          * In the case that a page table page is not
5255          * resident, we are creating it here.
5256          */
5257         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
5258                 vm_pindex_t ptepindex;
5259                 pd_entry_t *ptepa;
5260
5261                 /*
5262                  * Calculate pagetable page index
5263                  */
5264                 ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
5265                 if (mpte && (mpte->pindex == ptepindex)) {
5266                         mpte->wire_count++;
5267                 } else {
5268                         /*
5269                          * Get the page directory entry
5270                          */
5271                         ptepa = pmap_pde(pmap, va);
5272
5273                         /*
5274                          * If the page table page is mapped, we just increment
5275                          * the hold count, and activate it.  Otherwise, we
5276                          * attempt to allocate a page table page.  If this
5277                          * attempt fails, we don't retry.  Instead, we give up.
5278                          */
5279                         if (ptepa && (*ptepa & PG_V) != 0) {
5280                                 if (*ptepa & PG_PS)
5281                                         return (NULL);
5282                                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*ptepa & PG_FRAME);
5283                                 mpte->wire_count++;
5284                         } else {
5285                                 /*
5286                                  * Pass NULL instead of the PV list lock
5287                                  * pointer, because we don't intend to sleep.
5288                                  */
5289                                 mpte = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex, NULL);
5290                                 if (mpte == NULL)
5291                                         return (mpte);
5292                         }
5293                 }
5294                 pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mpte));
5295                 pte = &pte[pmap_pte_index(va)];
5296         } else {
5297                 mpte = NULL;
5298                 pte = vtopte(va);
5299         }
5300         if (*pte) {
5301                 if (mpte != NULL) {
5302                         mpte->wire_count--;
5303                         mpte = NULL;
5304                 }
5305                 return (mpte);
5306         }
5307
5308         /*
5309          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
5310          */
5311         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 &&
5312             !pmap_try_insert_pv_entry(pmap, va, m, lockp)) {
5313                 if (mpte != NULL) {
5314                         SLIST_INIT(&free);
5315                         if (pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpte, &free)) {
5316                                 /*
5317                                  * Although "va" is not mapped, paging-
5318                                  * structure caches could nonetheless have
5319                                  * entries that refer to the freed page table
5320                                  * pages.  Invalidate those entries.
5321                                  */
5322                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
5323                                 vm_page_free_pages_toq(&free, true);
5324                         }
5325                         mpte = NULL;
5326                 }
5327                 return (mpte);
5328         }
5329
5330         /*
5331          * Increment counters
5332          */
5333         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
5334
5335         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, 0);
5336         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
5337                 pa |= pg_nx;
5338
5339         /*
5340          * Now validate mapping with RO protection
5341          */
5342         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
5343                 pte_store(pte, pa | PG_V | PG_U);
5344         else
5345                 pte_store(pte, pa | PG_V | PG_U | PG_MANAGED);
5346         return (mpte);
5347 }
5348
5349 /*
5350  * Make a temporary mapping for a physical address.  This is only intended
5351  * to be used for panic dumps.
5352  */
5353 void *
5354 pmap_kenter_temporary(vm_paddr_t pa, int i)
5355 {
5356         vm_offset_t va;
5357
5358         va = (vm_offset_t)crashdumpmap + (i * PAGE_SIZE);
5359         pmap_kenter(va, pa);
5360         invlpg(va);
5361         return ((void *)crashdumpmap);
5362 }
5363
5364 /*
5365  * This code maps large physical mmap regions into the
5366  * processor address space.  Note that some shortcuts
5367  * are taken, but the code works.
5368  */
5369 void
5370 pmap_object_init_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_object_t object,
5371     vm_pindex_t pindex, vm_size_t size)
5372 {
5373         pd_entry_t *pde;
5374         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
5375         vm_paddr_t pa, ptepa;
5376         vm_page_t p, pdpg;
5377         int pat_mode;
5378
5379         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5380         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5381         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5382         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5383
5384         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
5385         KASSERT(object->type == OBJT_DEVICE || object->type == OBJT_SG,
5386             ("pmap_object_init_pt: non-device object"));
5387         if ((addr & (NBPDR - 1)) == 0 && (size & (NBPDR - 1)) == 0) {
5388                 if (!pmap_ps_enabled(pmap))
5389                         return;
5390                 if (!vm_object_populate(object, pindex, pindex + atop(size)))
5391                         return;
5392                 p = vm_page_lookup(object, pindex);
5393                 KASSERT(p->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
5394                     ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
5395                 pat_mode = p->md.pat_mode;
5396
5397                 /*
5398                  * Abort the mapping if the first page is not physically
5399                  * aligned to a 2MB page boundary.
5400                  */
5401                 ptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(p);
5402                 if (ptepa & (NBPDR - 1))
5403                         return;
5404
5405                 /*
5406                  * Skip the first page.  Abort the mapping if the rest of
5407                  * the pages are not physically contiguous or have differing
5408                  * memory attributes.
5409                  */
5410                 p = TAILQ_NEXT(p, listq);
5411                 for (pa = ptepa + PAGE_SIZE; pa < ptepa + size;
5412                     pa += PAGE_SIZE) {
5413                         KASSERT(p->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
5414                             ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
5415                         if (pa != VM_PAGE_TO_PHYS(p) ||
5416                             pat_mode != p->md.pat_mode)
5417                                 return;
5418                         p = TAILQ_NEXT(p, listq);
5419                 }
5420
5421                 /*
5422                  * Map using 2MB pages.  Since "ptepa" is 2M aligned and
5423                  * "size" is a multiple of 2M, adding the PAT setting to "pa"
5424                  * will not affect the termination of this loop.
5425                  */ 
5426                 PMAP_LOCK(pmap);
5427                 for (pa = ptepa | pmap_cache_bits(pmap, pat_mode, 1);
5428                     pa < ptepa + size; pa += NBPDR) {
5429                         pdpg = pmap_allocpde(pmap, addr, NULL);
5430                         if (pdpg == NULL) {
5431                                 /*
5432                                  * The creation of mappings below is only an
5433                                  * optimization.  If a page directory page
5434                                  * cannot be allocated without blocking,
5435                                  * continue on to the next mapping rather than
5436                                  * blocking.
5437                                  */
5438                                 addr += NBPDR;
5439                                 continue;
5440                         }
5441                         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pdpg));
5442                         pde = &pde[pmap_pde_index(addr)];
5443                         if ((*pde & PG_V) == 0) {
5444                                 pde_store(pde, pa | PG_PS | PG_M | PG_A |
5445                                     PG_U | PG_RW | PG_V);
5446                                 pmap_resident_count_inc(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
5447                                 atomic_add_long(&pmap_pde_mappings, 1);
5448                         } else {
5449                                 /* Continue on if the PDE is already valid. */
5450                                 pdpg->wire_count--;
5451                                 KASSERT(pdpg->wire_count > 0,
5452                                     ("pmap_object_init_pt: missing reference "
5453                                     "to page directory page, va: 0x%lx", addr));
5454                         }
5455                         addr += NBPDR;
5456                 }
5457                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5458         }
5459 }
5460
5461 /*
5462  *      Clear the wired attribute from the mappings for the specified range of
5463  *      addresses in the given pmap.  Every valid mapping within that range
5464  *      must have the wired attribute set.  In contrast, invalid mappings
5465  *      cannot have the wired attribute set, so they are ignored.
5466  *
5467  *      The wired attribute of the page table entry is not a hardware
5468  *      feature, so there is no need to invalidate any TLB entries.
5469  *      Since pmap_demote_pde() for the wired entry must never fail,
5470  *      pmap_delayed_invl_started()/finished() calls around the
5471  *      function are not needed.
5472  */
5473 void
5474 pmap_unwire(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
5475 {
5476         vm_offset_t va_next;
5477         pml4_entry_t *pml4e;
5478         pdp_entry_t *pdpe;
5479         pd_entry_t *pde;
5480         pt_entry_t *pte, PG_V;
5481
5482         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5483         PMAP_LOCK(pmap);
5484         for (; sva < eva; sva = va_next) {
5485                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
5486                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
5487                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
5488                         if (va_next < sva)
5489                                 va_next = eva;
5490                         continue;
5491                 }
5492                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
5493                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
5494                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
5495                         if (va_next < sva)
5496                                 va_next = eva;
5497                         continue;
5498                 }
5499                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
5500                 if (va_next < sva)
5501                         va_next = eva;
5502                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
5503                 if ((*pde & PG_V) == 0)
5504                         continue;
5505                 if ((*pde & PG_PS) != 0) {
5506                         if ((*pde & PG_W) == 0)
5507                                 panic("pmap_unwire: pde %#jx is missing PG_W",
5508                                     (uintmax_t)*pde);
5509
5510                         /*
5511                          * Are we unwiring the entire large page?  If not,
5512                          * demote the mapping and fall through.
5513                          */
5514                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
5515                                 atomic_clear_long(pde, PG_W);
5516                                 pmap->pm_stats.wired_count -= NBPDR /
5517                                     PAGE_SIZE;
5518                                 continue;
5519                         } else if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, sva))
5520                                 panic("pmap_unwire: demotion failed");
5521                 }
5522                 if (va_next > eva)
5523                         va_next = eva;
5524                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
5525                     sva += PAGE_SIZE) {
5526                         if ((*pte & PG_V) == 0)
5527                                 continue;
5528                         if ((*pte & PG_W) == 0)
5529                                 panic("pmap_unwire: pte %#jx is missing PG_W",
5530                                     (uintmax_t)*pte);
5531
5532                         /*
5533                          * PG_W must be cleared atomically.  Although the pmap
5534                          * lock synchronizes access to PG_W, another processor
5535                          * could be setting PG_M and/or PG_A concurrently.
5536                          */
5537                         atomic_clear_long(pte, PG_W);
5538                         pmap->pm_stats.wired_count--;
5539                 }
5540         }
5541         PMAP_UNLOCK(pmap);
5542 }
5543
5544 /*
5545  *      Copy the range specified by src_addr/len
5546  *      from the source map to the range dst_addr/len
5547  *      in the destination map.
5548  *
5549  *      This routine is only advisory and need not do anything.
5550  */
5551
5552 void
5553 pmap_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap, vm_offset_t dst_addr, vm_size_t len,
5554     vm_offset_t src_addr)
5555 {
5556         struct rwlock *lock;
5557         struct spglist free;
5558         vm_offset_t addr;
5559         vm_offset_t end_addr = src_addr + len;
5560         vm_offset_t va_next;
5561         vm_page_t dst_pdpg, dstmpte, srcmpte;
5562         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_V;
5563
5564         if (dst_addr != src_addr)
5565                 return;
5566
5567         if (dst_pmap->pm_type != src_pmap->pm_type)
5568                 return;
5569
5570         /*
5571          * EPT page table entries that require emulation of A/D bits are
5572          * sensitive to clearing the PG_A bit (aka EPT_PG_READ). Although
5573          * we clear PG_M (aka EPT_PG_WRITE) concomitantly, the PG_U bit
5574          * (aka EPT_PG_EXECUTE) could still be set. Since some EPT
5575          * implementations flag an EPT misconfiguration for exec-only
5576          * mappings we skip this function entirely for emulated pmaps.
5577          */
5578         if (pmap_emulate_ad_bits(dst_pmap))
5579                 return;
5580
5581         lock = NULL;
5582         if (dst_pmap < src_pmap) {
5583                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
5584                 PMAP_LOCK(src_pmap);
5585         } else {
5586                 PMAP_LOCK(src_pmap);
5587                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
5588         }
5589
5590         PG_A = pmap_accessed_bit(dst_pmap);
5591         PG_M = pmap_modified_bit(dst_pmap);
5592         PG_V = pmap_valid_bit(dst_pmap);
5593
5594         for (addr = src_addr; addr < end_addr; addr = va_next) {
5595                 pt_entry_t *src_pte, *dst_pte;
5596                 pml4_entry_t *pml4e;
5597                 pdp_entry_t *pdpe;
5598                 pd_entry_t srcptepaddr, *pde;
5599
5600                 KASSERT(addr < UPT_MIN_ADDRESS,
5601                     ("pmap_copy: invalid to pmap_copy page tables"));
5602
5603                 pml4e = pmap_pml4e(src_pmap, addr);
5604                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
5605                         va_next = (addr + NBPML4) & ~PML4MASK;
5606                         if (va_next < addr)
5607                                 va_next = end_addr;
5608                         continue;
5609                 }
5610
5611                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, addr);
5612                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
5613                         va_next = (addr + NBPDP) & ~PDPMASK;
5614                         if (va_next < addr)
5615                                 va_next = end_addr;
5616                         continue;
5617                 }
5618
5619                 va_next = (addr + NBPDR) & ~PDRMASK;
5620                 if (va_next < addr)
5621                         va_next = end_addr;
5622
5623                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, addr);
5624                 srcptepaddr = *pde;
5625                 if (srcptepaddr == 0)
5626                         continue;
5627                         
5628                 if (srcptepaddr & PG_PS) {
5629                         if ((addr & PDRMASK) != 0 || addr + NBPDR > end_addr)
5630                                 continue;
5631                         dst_pdpg = pmap_allocpde(dst_pmap, addr, NULL);
5632                         if (dst_pdpg == NULL)
5633                                 break;
5634                         pde = (pd_entry_t *)
5635                             PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(dst_pdpg));
5636                         pde = &pde[pmap_pde_index(addr)];
5637                         if (*pde == 0 && ((srcptepaddr & PG_MANAGED) == 0 ||
5638                             pmap_pv_insert_pde(dst_pmap, addr, srcptepaddr,
5639                             PMAP_ENTER_NORECLAIM, &lock))) {
5640                                 *pde = srcptepaddr & ~PG_W;
5641                                 pmap_resident_count_inc(dst_pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
5642                                 atomic_add_long(&pmap_pde_mappings, 1);
5643                         } else
5644                                 dst_pdpg->wire_count--;
5645                         continue;
5646                 }
5647
5648                 srcptepaddr &= PG_FRAME;
5649                 srcmpte = PHYS_TO_VM_PAGE(srcptepaddr);
5650                 KASSERT(srcmpte->wire_count > 0,
5651                     ("pmap_copy: source page table page is unused"));
5652
5653                 if (va_next > end_addr)
5654                         va_next = end_addr;
5655
5656                 src_pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(srcptepaddr);
5657                 src_pte = &src_pte[pmap_pte_index(addr)];
5658                 dstmpte = NULL;
5659                 while (addr < va_next) {
5660                         pt_entry_t ptetemp;
5661                         ptetemp = *src_pte;
5662                         /*
5663                          * we only virtual copy managed pages
5664                          */
5665                         if ((ptetemp & PG_MANAGED) != 0) {
5666                                 if (dstmpte != NULL &&
5667                                     dstmpte->pindex == pmap_pde_pindex(addr))
5668                                         dstmpte->wire_count++;
5669                                 else if ((dstmpte = pmap_allocpte(dst_pmap,
5670                                     addr, NULL)) == NULL)
5671                                         goto out;
5672                                 dst_pte = (pt_entry_t *)
5673                                     PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(dstmpte));
5674                                 dst_pte = &dst_pte[pmap_pte_index(addr)];
5675                                 if (*dst_pte == 0 &&
5676                                     pmap_try_insert_pv_entry(dst_pmap, addr,
5677                                     PHYS_TO_VM_PAGE(ptetemp & PG_FRAME),
5678                                     &lock)) {
5679                                         /*
5680                                          * Clear the wired, modified, and
5681                                          * accessed (referenced) bits
5682                                          * during the copy.
5683                                          */
5684                                         *dst_pte = ptetemp & ~(PG_W | PG_M |
5685                                             PG_A);
5686                                         pmap_resident_count_inc(dst_pmap, 1);
5687                                 } else {
5688                                         SLIST_INIT(&free);
5689                                         if (pmap_unwire_ptp(dst_pmap, addr,
5690                                             dstmpte, &free)) {
5691                                                 /*
5692                                                  * Although "addr" is not
5693                                                  * mapped, paging-structure
5694                                                  * caches could nonetheless
5695                                                  * have entries that refer to
5696                                                  * the freed page table pages.
5697                                                  * Invalidate those entries.
5698                                                  */
5699                                                 pmap_invalidate_page(dst_pmap,
5700                                                     addr);
5701                                                 vm_page_free_pages_toq(&free,
5702                                                     true);
5703                                         }
5704                                         goto out;
5705                                 }
5706                                 if (dstmpte->wire_count >= srcmpte->wire_count)
5707                                         break;
5708                         }
5709                         addr += PAGE_SIZE;
5710                         src_pte++;
5711                 }
5712         }
5713 out:
5714         if (lock != NULL)
5715                 rw_wunlock(lock);
5716         PMAP_UNLOCK(src_pmap);
5717         PMAP_UNLOCK(dst_pmap);
5718 }
5719
5720 /*
5721  * Zero the specified hardware page.
5722  */
5723 void
5724 pmap_zero_page(vm_page_t m)
5725 {
5726         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5727
5728         pagezero((void *)va);
5729 }
5730
5731 /*
5732  * Zero an an area within a single hardware page.  off and size must not
5733  * cover an area beyond a single hardware page.
5734  */
5735 void
5736 pmap_zero_page_area(vm_page_t m, int off, int size)
5737 {
5738         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5739
5740         if (off == 0 && size == PAGE_SIZE)
5741                 pagezero((void *)va);
5742         else
5743                 bzero((char *)va + off, size);
5744 }
5745
5746 /*
5747  * Copy 1 specified hardware page to another.
5748  */
5749 void
5750 pmap_copy_page(vm_page_t msrc, vm_page_t mdst)
5751 {
5752         vm_offset_t src = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(msrc));
5753         vm_offset_t dst = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mdst));
5754
5755         pagecopy((void *)src, (void *)dst);
5756 }
5757
5758 int unmapped_buf_allowed = 1;
5759
5760 void
5761 pmap_copy_pages(vm_page_t ma[], vm_offset_t a_offset, vm_page_t mb[],
5762     vm_offset_t b_offset, int xfersize)
5763 {
5764         void *a_cp, *b_cp;
5765         vm_page_t pages[2];
5766         vm_offset_t vaddr[2], a_pg_offset, b_pg_offset;
5767         int cnt;
5768         boolean_t mapped;
5769
5770         while (xfersize > 0) {
5771                 a_pg_offset = a_offset & PAGE_MASK;
5772                 pages[0] = ma[a_offset >> PAGE_SHIFT];
5773                 b_pg_offset = b_offset & PAGE_MASK;
5774                 pages[1] = mb[b_offset >> PAGE_SHIFT];
5775                 cnt = min(xfersize, PAGE_SIZE - a_pg_offset);
5776                 cnt = min(cnt, PAGE_SIZE - b_pg_offset);
5777                 mapped = pmap_map_io_transient(pages, vaddr, 2, FALSE);
5778                 a_cp = (char *)vaddr[0] + a_pg_offset;
5779                 b_cp = (char *)vaddr[1] + b_pg_offset;
5780                 bcopy(a_cp, b_cp, cnt);
5781                 if (__predict_false(mapped))
5782                         pmap_unmap_io_transient(pages, vaddr, 2, FALSE);
5783                 a_offset += cnt;
5784                 b_offset += cnt;
5785                 xfersize -= cnt;
5786         }
5787 }
5788
5789 /*
5790  * Returns true if the pmap's pv is one of the first
5791  * 16 pvs linked to from this page.  This count may
5792  * be changed upwards or downwards in the future; it
5793  * is only necessary that true be returned for a small
5794  * subset of pmaps for proper page aging.
5795  */
5796 boolean_t
5797 pmap_page_exists_quick(pmap_t pmap, vm_page_t m)
5798 {
5799         struct md_page *pvh;
5800         struct rwlock *lock;
5801         pv_entry_t pv;
5802         int loops = 0;
5803         boolean_t rv;
5804
5805         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5806             ("pmap_page_exists_quick: page %p is not managed", m));
5807         rv = FALSE;
5808         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5809         rw_rlock(lock);
5810         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5811                 if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
5812                         rv = TRUE;
5813                         break;
5814                 }
5815                 loops++;
5816                 if (loops >= 16)
5817                         break;
5818         }
5819         if (!rv && loops < 16 && (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5820                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5821                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
5822                         if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
5823                                 rv = TRUE;
5824                                 break;
5825                         }
5826                         loops++;
5827                         if (loops >= 16)
5828                                 break;
5829                 }
5830         }
5831         rw_runlock(lock);
5832         return (rv);
5833 }
5834
5835 /*
5836  *      pmap_page_wired_mappings:
5837  *
5838  *      Return the number of managed mappings to the given physical page
5839  *      that are wired.
5840  */
5841 int
5842 pmap_page_wired_mappings(vm_page_t m)
5843 {
5844         struct rwlock *lock;
5845         struct md_page *pvh;
5846         pmap_t pmap;
5847         pt_entry_t *pte;
5848         pv_entry_t pv;
5849         int count, md_gen, pvh_gen;
5850
5851         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
5852                 return (0);
5853         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5854         rw_rlock(lock);
5855 restart:
5856         count = 0;
5857         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5858                 pmap = PV_PMAP(pv);
5859                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5860                         md_gen = m->md.pv_gen;
5861                         rw_runlock(lock);
5862                         PMAP_LOCK(pmap);
5863                         rw_rlock(lock);
5864                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
5865                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5866                                 goto restart;
5867                         }
5868                 }
5869                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va);
5870                 if ((*pte & PG_W) != 0)
5871                         count++;
5872                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5873         }
5874         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5875                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5876                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
5877                         pmap = PV_PMAP(pv);
5878                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5879                                 md_gen = m->md.pv_gen;
5880                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
5881                                 rw_runlock(lock);
5882                                 PMAP_LOCK(pmap);
5883                                 rw_rlock(lock);
5884                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
5885                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
5886                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
5887                                         goto restart;
5888                                 }
5889                         }
5890                         pte = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
5891                         if ((*pte & PG_W) != 0)
5892                                 count++;
5893                         PMAP_UNLOCK(pmap);
5894                 }
5895         }
5896         rw_runlock(lock);
5897         return (count);
5898 }
5899
5900 /*
5901  * Returns TRUE if the given page is mapped individually or as part of
5902  * a 2mpage.  Otherwise, returns FALSE.
5903  */
5904 boolean_t
5905 pmap_page_is_mapped(vm_page_t m)
5906 {
5907         struct rwlock *lock;
5908         boolean_t rv;
5909
5910         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
5911                 return (FALSE);
5912         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5913         rw_rlock(lock);
5914         rv = !TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) ||
5915             ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
5916             !TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m))->pv_list));
5917         rw_runlock(lock);
5918         return (rv);
5919 }
5920
5921 /*
5922  * Destroy all managed, non-wired mappings in the given user-space
5923  * pmap.  This pmap cannot be active on any processor besides the
5924  * caller.
5925  *
5926  * This function cannot be applied to the kernel pmap.  Moreover, it
5927  * is not intended for general use.  It is only to be used during
5928  * process termination.  Consequently, it can be implemented in ways
5929  * that make it faster than pmap_remove().  First, it can more quickly
5930  * destroy mappings by iterating over the pmap's collection of PV
5931  * entries, rather than searching the page table.  Second, it doesn't
5932  * have to test and clear the page table entries atomically, because
5933  * no processor is currently accessing the user address space.  In
5934  * particular, a page table entry's dirty bit won't change state once
5935  * this function starts.
5936  *
5937  * Although this function destroys all of the pmap's managed,
5938  * non-wired mappings, it can delay and batch the invalidation of TLB
5939  * entries without calling pmap_delayed_invl_started() and
5940  * pmap_delayed_invl_finished().  Because the pmap is not active on
5941  * any other processor, none of these TLB entries will ever be used
5942  * before their eventual invalidation.  Consequently, there is no need
5943  * for either pmap_remove_all() or pmap_remove_write() to wait for
5944  * that eventual TLB invalidation.
5945  */
5946 void
5947 pmap_remove_pages(pmap_t pmap)
5948 {
5949         pd_entry_t ptepde;
5950         pt_entry_t *pte, tpte;
5951         pt_entry_t PG_M, PG_RW, PG_V;
5952         struct spglist free;
5953         vm_page_t m, mpte, mt;
5954         pv_entry_t pv;
5955         struct md_page *pvh;
5956         struct pv_chunk *pc, *npc;
5957         struct rwlock *lock;
5958         int64_t bit;
5959         uint64_t inuse, bitmask;
5960         int allfree, field, freed, idx;
5961         boolean_t superpage;
5962         vm_paddr_t pa;
5963
5964         /*
5965          * Assert that the given pmap is only active on the current
5966          * CPU.  Unfortunately, we cannot block another CPU from
5967          * activating the pmap while this function is executing.
5968          */
5969         KASSERT(pmap == PCPU_GET(curpmap), ("non-current pmap %p", pmap));
5970 #ifdef INVARIANTS
5971         {
5972                 cpuset_t other_cpus;
5973
5974                 other_cpus = all_cpus;
5975                 critical_enter();
5976                 CPU_CLR(PCPU_GET(cpuid), &other_cpus);
5977                 CPU_AND(&other_cpus, &pmap->pm_active);
5978                 critical_exit();
5979                 KASSERT(CPU_EMPTY(&other_cpus), ("pmap active %p", pmap));
5980         }
5981 #endif
5982
5983         lock = NULL;
5984         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5985         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5986         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5987
5988         SLIST_INIT(&free);
5989         PMAP_LOCK(pmap);
5990         TAILQ_FOREACH_SAFE(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list, npc) {
5991                 allfree = 1;
5992                 freed = 0;
5993                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
5994                         inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
5995                         while (inuse != 0) {
5996                                 bit = bsfq(inuse);
5997                                 bitmask = 1UL << bit;
5998                                 idx = field * 64 + bit;
5999                                 pv = &pc->pc_pventry[idx];
6000                                 inuse &= ~bitmask;
6001
6002                                 pte = pmap_pdpe(pmap, pv->pv_va);
6003                                 ptepde = *pte;
6004                                 pte = pmap_pdpe_to_pde(pte, pv->pv_va);
6005                                 tpte = *pte;
6006                                 if ((tpte & (PG_PS | PG_V)) == PG_V) {
6007                                         superpage = FALSE;
6008                                         ptepde = tpte;
6009                                         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(tpte &
6010                                             PG_FRAME);
6011                                         pte = &pte[pmap_pte_index(pv->pv_va)];
6012                                         tpte = *pte;
6013                                 } else {
6014                                         /*
6015                                          * Keep track whether 'tpte' is a
6016                                          * superpage explicitly instead of
6017                                          * relying on PG_PS being set.
6018                                          *
6019                                          * This is because PG_PS is numerically
6020                                          * identical to PG_PTE_PAT and thus a
6021                                          * regular page could be mistaken for
6022                                          * a superpage.
6023                                          */
6024                                         superpage = TRUE;
6025                                 }
6026
6027                                 if ((tpte & PG_V) == 0) {
6028                                         panic("bad pte va %lx pte %lx",
6029                                             pv->pv_va, tpte);
6030                                 }
6031
6032 /*
6033  * We cannot remove wired pages from a process' mapping at this time
6034  */
6035                                 if (tpte & PG_W) {
6036                                         allfree = 0;
6037                                         continue;
6038                                 }
6039
6040                                 if (superpage)
6041                                         pa = tpte & PG_PS_FRAME;
6042                                 else
6043                                         pa = tpte & PG_FRAME;
6044
6045                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
6046                                 KASSERT(m->phys_addr == pa,
6047                                     ("vm_page_t %p phys_addr mismatch %016jx %016jx",
6048                                     m, (uintmax_t)m->phys_addr,
6049                                     (uintmax_t)tpte));
6050
6051                                 KASSERT((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
6052                                     m < &vm_page_array[vm_page_array_size],
6053                                     ("pmap_remove_pages: bad tpte %#jx",
6054                                     (uintmax_t)tpte));
6055
6056                                 pte_clear(pte);
6057
6058                                 /*
6059                                  * Update the vm_page_t clean/reference bits.
6060                                  */
6061                                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
6062                                         if (superpage) {
6063                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
6064                                                         vm_page_dirty(mt);
6065                                         } else
6066                                                 vm_page_dirty(m);
6067                                 }
6068
6069                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(&lock, m);
6070
6071                                 /* Mark free */
6072                                 pc->pc_map[field] |= bitmask;
6073                                 if (superpage) {
6074                                         pmap_resident_count_dec(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
6075                                         pvh = pa_to_pvh(tpte & PG_PS_FRAME);
6076                                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
6077                                         pvh->pv_gen++;
6078                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
6079                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
6080                                                         if ((mt->aflags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
6081                                                             TAILQ_EMPTY(&mt->md.pv_list))
6082                                                                 vm_page_aflag_clear(mt, PGA_WRITEABLE);
6083                                         }
6084                                         mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, pv->pv_va);
6085                                         if (mpte != NULL) {
6086                                                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
6087                                                 KASSERT(mpte->wire_count == NPTEPG,
6088                                                     ("pmap_remove_pages: pte page wire count error"));
6089                                                 mpte->wire_count = 0;
6090                                                 pmap_add_delayed_free_list(mpte, &free, FALSE);
6091                                         }
6092                                 } else {
6093                                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
6094                                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
6095                                         m->md.pv_gen++;
6096                                         if ((m->aflags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
6097                                             TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
6098                                             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
6099                                                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
6100                                                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
6101                                                         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
6102                                         }
6103                                 }
6104                                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, ptepde, &free);
6105                                 freed++;
6106                         }
6107                 }
6108                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
6109                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
6110                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
6111                 if (allfree) {
6112                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
6113                         free_pv_chunk(pc);
6114                 }
6115         }
6116         if (lock != NULL)
6117                 rw_wunlock(lock);
6118         pmap_invalidate_all(pmap);
6119         PMAP_UNLOCK(pmap);
6120         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
6121 }
6122
6123 static boolean_t
6124 pmap_page_test_mappings(vm_page_t m, boolean_t accessed, boolean_t modified)
6125 {
6126         struct rwlock *lock;
6127         pv_entry_t pv;
6128         struct md_page *pvh;
6129         pt_entry_t *pte, mask;
6130         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
6131         pmap_t pmap;
6132         int md_gen, pvh_gen;
6133         boolean_t rv;
6134
6135         rv = FALSE;
6136         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
6137         rw_rlock(lock);
6138 restart:
6139         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
6140                 pmap = PV_PMAP(pv);
6141                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6142                         md_gen = m->md.pv_gen;
6143                         rw_runlock(lock);
6144                         PMAP_LOCK(pmap);
6145                         rw_rlock(lock);
6146                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
6147                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6148                                 goto restart;
6149                         }
6150                 }
6151                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va);
6152                 mask = 0;
6153                 if (modified) {
6154                         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6155                         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6156                         mask |= PG_RW | PG_M;
6157                 }
6158                 if (accessed) {
6159                         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6160                         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6161                         mask |= PG_V | PG_A;
6162                 }
6163                 rv = (*pte & mask) == mask;
6164                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6165                 if (rv)
6166                         goto out;
6167         }
6168         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
6169                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
6170                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
6171                         pmap = PV_PMAP(pv);
6172                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6173                                 md_gen = m->md.pv_gen;
6174                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
6175                                 rw_runlock(lock);
6176                                 PMAP_LOCK(pmap);
6177                                 rw_rlock(lock);
6178                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
6179                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
6180                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
6181                                         goto restart;
6182                                 }
6183                         }
6184                         pte = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
6185                         mask = 0;
6186                         if (modified) {
6187                                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6188                                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6189                                 mask |= PG_RW | PG_M;
6190                         }
6191                         if (accessed) {
6192                                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6193                                 PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6194                                 mask |= PG_V | PG_A;
6195                         }
6196                         rv = (*pte & mask) == mask;
6197                         PMAP_UNLOCK(pmap);
6198                         if (rv)
6199                                 goto out;
6200                 }
6201         }
6202 out:
6203         rw_runlock(lock);
6204         return (rv);
6205 }
6206
6207 /*
6208  *      pmap_is_modified:
6209  *
6210  *      Return whether or not the specified physical page was modified
6211  *      in any physical maps.
6212  */
6213 boolean_t
6214 pmap_is_modified(vm_page_t m)
6215 {
6216
6217         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
6218             ("pmap_is_modified: page %p is not managed", m));
6219
6220         /*
6221          * If the page is not exclusive busied, then PGA_WRITEABLE cannot be
6222          * concurrently set while the object is locked.  Thus, if PGA_WRITEABLE
6223          * is clear, no PTEs can have PG_M set.
6224          */
6225         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
6226         if (!vm_page_xbusied(m) && (m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
6227                 return (FALSE);
6228         return (pmap_page_test_mappings(m, FALSE, TRUE));
6229 }
6230
6231 /*
6232  *      pmap_is_prefaultable:
6233  *
6234  *      Return whether or not the specified virtual address is eligible
6235  *      for prefault.
6236  */
6237 boolean_t
6238 pmap_is_prefaultable(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
6239 {
6240         pd_entry_t *pde;
6241         pt_entry_t *pte, PG_V;
6242         boolean_t rv;
6243
6244         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6245         rv = FALSE;
6246         PMAP_LOCK(pmap);
6247         pde = pmap_pde(pmap, addr);
6248         if (pde != NULL && (*pde & (PG_PS | PG_V)) == PG_V) {
6249                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, addr);
6250                 rv = (*pte & PG_V) == 0;
6251         }
6252         PMAP_UNLOCK(pmap);
6253         return (rv);
6254 }
6255
6256 /*
6257  *      pmap_is_referenced:
6258  *
6259  *      Return whether or not the specified physical page was referenced
6260  *      in any physical maps.
6261  */
6262 boolean_t
6263 pmap_is_referenced(vm_page_t m)
6264 {
6265
6266         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
6267             ("pmap_is_referenced: page %p is not managed", m));
6268         return (pmap_page_test_mappings(m, TRUE, FALSE));
6269 }
6270
6271 /*
6272  * Clear the write and modified bits in each of the given page's mappings.
6273  */
6274 void
6275 pmap_remove_write(vm_page_t m)
6276 {
6277         struct md_page *pvh;
6278         pmap_t pmap;
6279         struct rwlock *lock;
6280         pv_entry_t next_pv, pv;
6281         pd_entry_t *pde;
6282         pt_entry_t oldpte, *pte, PG_M, PG_RW;
6283         vm_offset_t va;
6284         int pvh_gen, md_gen;
6285
6286         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
6287             ("pmap_remove_write: page %p is not managed", m));
6288
6289         /*
6290          * If the page is not exclusive busied, then PGA_WRITEABLE cannot be
6291          * set by another thread while the object is locked.  Thus,
6292          * if PGA_WRITEABLE is clear, no page table entries need updating.
6293          */
6294         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
6295         if (!vm_page_xbusied(m) && (m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
6296                 return;
6297         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
6298         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
6299             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
6300 retry_pv_loop:
6301         rw_wlock(lock);
6302         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
6303                 pmap = PV_PMAP(pv);
6304                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6305                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
6306                         rw_wunlock(lock);
6307                         PMAP_LOCK(pmap);
6308                         rw_wlock(lock);
6309                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
6310                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6311                                 rw_wunlock(lock);
6312                                 goto retry_pv_loop;
6313                         }
6314                 }
6315                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6316                 va = pv->pv_va;
6317                 pde = pmap_pde(pmap, va);
6318                 if ((*pde & PG_RW) != 0)
6319                         (void)pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
6320                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
6321                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
6322                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
6323                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6324         }
6325         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
6326                 pmap = PV_PMAP(pv);
6327                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6328                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
6329                         md_gen = m->md.pv_gen;
6330                         rw_wunlock(lock);
6331                         PMAP_LOCK(pmap);
6332                         rw_wlock(lock);
6333                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen ||
6334                             md_gen != m->md.pv_gen) {
6335                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6336                                 rw_wunlock(lock);
6337                                 goto retry_pv_loop;
6338                         }
6339                 }
6340                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6341                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6342                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
6343                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0,
6344                     ("pmap_remove_write: found a 2mpage in page %p's pv list",
6345                     m));
6346                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
6347 retry:
6348                 oldpte = *pte;
6349                 if (oldpte & PG_RW) {
6350                         if (!atomic_cmpset_long(pte, oldpte, oldpte &
6351                             ~(PG_RW | PG_M)))
6352                                 goto retry;
6353                         if ((oldpte & PG_M) != 0)
6354                                 vm_page_dirty(m);
6355                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
6356                 }
6357                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6358         }
6359         rw_wunlock(lock);
6360         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
6361         pmap_delayed_invl_wait(m);
6362 }
6363
6364 static __inline boolean_t
6365 safe_to_clear_referenced(pmap_t pmap, pt_entry_t pte)
6366 {
6367
6368         if (!pmap_emulate_ad_bits(pmap))
6369                 return (TRUE);
6370
6371         KASSERT(pmap->pm_type == PT_EPT, ("invalid pm_type %d", pmap->pm_type));
6372
6373         /*
6374          * XWR = 010 or 110 will cause an unconditional EPT misconfiguration
6375          * so we don't let the referenced (aka EPT_PG_READ) bit to be cleared
6376          * if the EPT_PG_WRITE bit is set.
6377          */
6378         if ((pte & EPT_PG_WRITE) != 0)
6379                 return (FALSE);
6380
6381         /*
6382          * XWR = 100 is allowed only if the PMAP_SUPPORTS_EXEC_ONLY is set.
6383          */
6384         if ((pte & EPT_PG_EXECUTE) == 0 ||
6385             ((pmap->pm_flags & PMAP_SUPPORTS_EXEC_ONLY) != 0))
6386                 return (TRUE);
6387         else
6388                 return (FALSE);
6389 }
6390
6391 /*
6392  *      pmap_ts_referenced:
6393  *
6394  *      Return a count of reference bits for a page, clearing those bits.
6395  *      It is not necessary for every reference bit to be cleared, but it
6396  *      is necessary that 0 only be returned when there are truly no
6397  *      reference bits set.
6398  *
6399  *      As an optimization, update the page's dirty field if a modified bit is
6400  *      found while counting reference bits.  This opportunistic update can be
6401  *      performed at low cost and can eliminate the need for some future calls
6402  *      to pmap_is_modified().  However, since this function stops after
6403  *      finding PMAP_TS_REFERENCED_MAX reference bits, it may not detect some
6404  *      dirty pages.  Those dirty pages will only be detected by a future call
6405  *      to pmap_is_modified().
6406  *
6407  *      A DI block is not needed within this function, because
6408  *      invalidations are performed before the PV list lock is
6409  *      released.
6410  */
6411 int
6412 pmap_ts_referenced(vm_page_t m)
6413 {
6414         struct md_page *pvh;
6415         pv_entry_t pv, pvf;
6416         pmap_t pmap;
6417         struct rwlock *lock;
6418         pd_entry_t oldpde, *pde;
6419         pt_entry_t *pte, PG_A, PG_M, PG_RW;
6420         vm_offset_t va;
6421         vm_paddr_t pa;
6422         int cleared, md_gen, not_cleared, pvh_gen;
6423         struct spglist free;
6424         boolean_t demoted;
6425
6426         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
6427             ("pmap_ts_referenced: page %p is not managed", m));
6428         SLIST_INIT(&free);
6429         cleared = 0;
6430         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
6431         lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);
6432         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy : pa_to_pvh(pa);
6433         rw_wlock(lock);
6434 retry:
6435         not_cleared = 0;
6436         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) == NULL)
6437                 goto small_mappings;
6438         pv = pvf;
6439         do {
6440                 if (pvf == NULL)
6441                         pvf = pv;
6442                 pmap = PV_PMAP(pv);
6443                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6444                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
6445                         rw_wunlock(lock);
6446                         PMAP_LOCK(pmap);
6447                         rw_wlock(lock);
6448                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
6449                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6450                                 goto retry;
6451                         }
6452                 }
6453                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6454                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6455                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6456                 va = pv->pv_va;
6457                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
6458                 oldpde = *pde;
6459                 if ((oldpde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
6460                         /*
6461                          * Although "oldpde" is mapping a 2MB page, because
6462                          * this function is called at a 4KB page granularity,
6463                          * we only update the 4KB page under test.
6464                          */
6465                         vm_page_dirty(m);
6466                 }
6467                 if ((oldpde & PG_A) != 0) {
6468                         /*
6469                          * Since this reference bit is shared by 512 4KB
6470                          * pages, it should not be cleared every time it is
6471                          * tested.  Apply a simple "hash" function on the
6472                          * physical page number, the virtual superpage number,
6473                          * and the pmap address to select one 4KB page out of
6474                          * the 512 on which testing the reference bit will
6475                          * result in clearing that reference bit.  This
6476                          * function is designed to avoid the selection of the
6477                          * same 4KB page for every 2MB page mapping.
6478                          *
6479                          * On demotion, a mapping that hasn't been referenced
6480                          * is simply destroyed.  To avoid the possibility of a
6481                          * subsequent page fault on a demoted wired mapping,
6482                          * always leave its reference bit set.  Moreover,
6483                          * since the superpage is wired, the current state of
6484                          * its reference bit won't affect page replacement.
6485                          */
6486                         if ((((pa >> PAGE_SHIFT) ^ (pv->pv_va >> PDRSHIFT) ^
6487                             (uintptr_t)pmap) & (NPTEPG - 1)) == 0 &&
6488                             (oldpde & PG_W) == 0) {
6489                                 if (safe_to_clear_referenced(pmap, oldpde)) {
6490                                         atomic_clear_long(pde, PG_A);
6491                                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
6492                                         demoted = FALSE;
6493                                 } else if (pmap_demote_pde_locked(pmap, pde,
6494                                     pv->pv_va, &lock)) {
6495                                         /*
6496                                          * Remove the mapping to a single page
6497                                          * so that a subsequent access may
6498                                          * repromote.  Since the underlying
6499                                          * page table page is fully populated,
6500                                          * this removal never frees a page
6501                                          * table page.
6502                                          */
6503                                         demoted = TRUE;
6504                                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde &
6505                                             PG_PS_FRAME);
6506                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
6507                                         pmap_remove_pte(pmap, pte, va, *pde,
6508                                             NULL, &lock);
6509                                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
6510                                 } else
6511                                         demoted = TRUE;
6512
6513                                 if (demoted) {
6514                                         /*
6515                                          * The superpage mapping was removed
6516                                          * entirely and therefore 'pv' is no
6517                                          * longer valid.
6518                                          */
6519                                         if (pvf == pv)
6520                                                 pvf = NULL;
6521                                         pv = NULL;
6522                                 }
6523                                 cleared++;
6524                                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
6525                                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
6526                                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
6527                         } else
6528                                 not_cleared++;
6529                 }
6530                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6531                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
6532                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
6533                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
6534                         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
6535                         pvh->pv_gen++;
6536                 }
6537                 if (cleared + not_cleared >= PMAP_TS_REFERENCED_MAX)
6538                         goto out;
6539         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != pvf);
6540 small_mappings:
6541         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) == NULL)
6542                 goto out;
6543         pv = pvf;
6544         do {
6545                 if (pvf == NULL)
6546                         pvf = pv;
6547                 pmap = PV_PMAP(pv);
6548                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6549                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
6550                         md_gen = m->md.pv_gen;
6551                         rw_wunlock(lock);
6552                         PMAP_LOCK(pmap);
6553                         rw_wlock(lock);
6554                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
6555                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6556                                 goto retry;
6557                         }
6558                 }
6559                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6560                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6561                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6562                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
6563                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0,
6564                     ("pmap_ts_referenced: found a 2mpage in page %p's pv list",
6565                     m));
6566                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
6567                 if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
6568                         vm_page_dirty(m);
6569                 if ((*pte & PG_A) != 0) {
6570                         if (safe_to_clear_referenced(pmap, *pte)) {
6571                                 atomic_clear_long(pte, PG_A);
6572                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
6573                                 cleared++;
6574                         } else if ((*pte & PG_W) == 0) {
6575                                 /*
6576                                  * Wired pages cannot be paged out so
6577                                  * doing accessed bit emulation for
6578                                  * them is wasted effort. We do the
6579                                  * hard work for unwired pages only.
6580                                  */
6581                                 pmap_remove_pte(pmap, pte, pv->pv_va,
6582                                     *pde, &free, &lock);
6583                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
6584                                 cleared++;
6585                                 if (pvf == pv)
6586                                         pvf = NULL;
6587                                 pv = NULL;
6588                                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
6589                                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
6590                                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
6591                         } else
6592                                 not_cleared++;
6593                 }
6594                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6595                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
6596                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
6597                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
6598                         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
6599                         m->md.pv_gen++;
6600                 }
6601         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != pvf && cleared +
6602             not_cleared < PMAP_TS_REFERENCED_MAX);
6603 out:
6604         rw_wunlock(lock);
6605         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
6606         return (cleared + not_cleared);
6607 }
6608
6609 /*
6610  *      Apply the given advice to the specified range of addresses within the
6611  *      given pmap.  Depending on the advice, clear the referenced and/or
6612  *      modified flags in each mapping and set the mapped page's dirty field.
6613  */
6614 void
6615 pmap_advise(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, int advice)
6616 {
6617         struct rwlock *lock;
6618         pml4_entry_t *pml4e;
6619         pdp_entry_t *pdpe;
6620         pd_entry_t oldpde, *pde;
6621         pt_entry_t *pte, PG_A, PG_G, PG_M, PG_RW, PG_V;
6622         vm_offset_t va, va_next;
6623         vm_page_t m;
6624         boolean_t anychanged;
6625
6626         if (advice != MADV_DONTNEED && advice != MADV_FREE)
6627                 return;
6628
6629         /*
6630          * A/D bit emulation requires an alternate code path when clearing
6631          * the modified and accessed bits below. Since this function is
6632          * advisory in nature we skip it entirely for pmaps that require
6633          * A/D bit emulation.
6634          */
6635         if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
6636                 return;
6637
6638         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6639         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
6640         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6641         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6642         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6643         anychanged = FALSE;
6644         pmap_delayed_invl_started();
6645         PMAP_LOCK(pmap);
6646         for (; sva < eva; sva = va_next) {
6647                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
6648                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
6649                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
6650                         if (va_next < sva)
6651                                 va_next = eva;
6652                         continue;
6653                 }
6654                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
6655                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
6656                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
6657                         if (va_next < sva)
6658                                 va_next = eva;
6659                         continue;
6660                 }
6661                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
6662                 if (va_next < sva)
6663                         va_next = eva;
6664                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
6665                 oldpde = *pde;
6666                 if ((oldpde & PG_V) == 0)
6667                         continue;
6668                 else if ((oldpde & PG_PS) != 0) {
6669                         if ((oldpde & PG_MANAGED) == 0)
6670                                 continue;
6671                         lock = NULL;
6672                         if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, sva, &lock)) {
6673                                 if (lock != NULL)
6674                                         rw_wunlock(lock);
6675
6676                                 /*
6677                                  * The large page mapping was destroyed.
6678                                  */
6679                                 continue;
6680                         }
6681
6682                         /*
6683                          * Unless the page mappings are wired, remove the
6684                          * mapping to a single page so that a subsequent
6685                          * access may repromote.  Since the underlying page
6686                          * table page is fully populated, this removal never
6687                          * frees a page table page.
6688                          */
6689                         if ((oldpde & PG_W) == 0) {
6690                                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva);
6691                                 KASSERT((*pte & PG_V) != 0,
6692                                     ("pmap_advise: invalid PTE"));
6693                                 pmap_remove_pte(pmap, pte, sva, *pde, NULL,
6694                                     &lock);
6695                                 anychanged = TRUE;
6696                         }
6697                         if (lock != NULL)
6698                                 rw_wunlock(lock);
6699                 }
6700                 if (va_next > eva)
6701                         va_next = eva;
6702                 va = va_next;
6703                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
6704                     sva += PAGE_SIZE) {
6705                         if ((*pte & (PG_MANAGED | PG_V)) != (PG_MANAGED | PG_V))
6706                                 goto maybe_invlrng;
6707                         else if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
6708                                 if (advice == MADV_DONTNEED) {
6709                                         /*
6710                                          * Future calls to pmap_is_modified()
6711                                          * can be avoided by making the page
6712                                          * dirty now.
6713                                          */
6714                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pte & PG_FRAME);
6715                                         vm_page_dirty(m);
6716                                 }
6717                                 atomic_clear_long(pte, PG_M | PG_A);
6718                         } else if ((*pte & PG_A) != 0)
6719                                 atomic_clear_long(pte, PG_A);
6720                         else
6721                                 goto maybe_invlrng;
6722
6723                         if ((*pte & PG_G) != 0) {
6724                                 if (va == va_next)
6725                                         va = sva;
6726                         } else
6727                                 anychanged = TRUE;
6728                         continue;
6729 maybe_invlrng:
6730                         if (va != va_next) {
6731                                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
6732                                 va = va_next;
6733                         }
6734                 }
6735                 if (va != va_next)
6736                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
6737         }
6738         if (anychanged)
6739                 pmap_invalidate_all(pmap);
6740         PMAP_UNLOCK(pmap);
6741         pmap_delayed_invl_finished();
6742 }
6743
6744 /*
6745  *      Clear the modify bits on the specified physical page.
6746  */
6747 void
6748 pmap_clear_modify(vm_page_t m)
6749 {
6750         struct md_page *pvh;
6751         pmap_t pmap;
6752         pv_entry_t next_pv, pv;
6753         pd_entry_t oldpde, *pde;
6754         pt_entry_t oldpte, *pte, PG_M, PG_RW, PG_V;
6755         struct rwlock *lock;
6756         vm_offset_t va;
6757         int md_gen, pvh_gen;
6758
6759         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
6760             ("pmap_clear_modify: page %p is not managed", m));
6761         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
6762         KASSERT(!vm_page_xbusied(m),
6763             ("pmap_clear_modify: page %p is exclusive busied", m));
6764
6765         /*
6766          * If the page is not PGA_WRITEABLE, then no PTEs can have PG_M set.
6767          * If the object containing the page is locked and the page is not
6768          * exclusive busied, then PGA_WRITEABLE cannot be concurrently set.
6769          */
6770         if ((m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
6771                 return;
6772         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
6773             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
6774         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
6775         rw_wlock(lock);
6776 restart:
6777         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
6778                 pmap = PV_PMAP(pv);
6779                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6780                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
6781                         rw_wunlock(lock);
6782                         PMAP_LOCK(pmap);
6783                         rw_wlock(lock);
6784                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
6785                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6786                                 goto restart;
6787                         }
6788                 }
6789                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6790                 PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6791                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6792                 va = pv->pv_va;
6793                 pde = pmap_pde(pmap, va);
6794                 oldpde = *pde;
6795                 if ((oldpde & PG_RW) != 0) {
6796                         if (pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock)) {
6797                                 if ((oldpde & PG_W) == 0) {
6798                                         /*
6799                                          * Write protect the mapping to a
6800                                          * single page so that a subsequent
6801                                          * write access may repromote.
6802                                          */
6803                                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde &
6804                                             PG_PS_FRAME);
6805                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
6806                                         oldpte = *pte;
6807                                         if ((oldpte & PG_V) != 0) {
6808                                                 while (!atomic_cmpset_long(pte,
6809                                                     oldpte,
6810                                                     oldpte & ~(PG_M | PG_RW)))
6811                                                         oldpte = *pte;
6812                                                 vm_page_dirty(m);
6813                                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
6814                                         }
6815                                 }
6816                         }
6817                 }
6818                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6819         }
6820         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
6821                 pmap = PV_PMAP(pv);
6822                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6823                         md_gen = m->md.pv_gen;
6824                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
6825                         rw_wunlock(lock);
6826                         PMAP_LOCK(pmap);
6827                         rw_wlock(lock);
6828                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
6829                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6830                                 goto restart;
6831                         }
6832                 }
6833                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6834                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6835                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
6836                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_clear_modify: found"
6837                     " a 2mpage in page %p's pv list", m));
6838                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
6839                 if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
6840                         atomic_clear_long(pte, PG_M);
6841                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
6842                 }
6843                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6844         }
6845         rw_wunlock(lock);
6846 }
6847
6848 /*
6849  * Miscellaneous support routines follow
6850  */
6851
6852 /* Adjust the cache mode for a 4KB page mapped via a PTE. */
6853 static __inline void
6854 pmap_pte_attr(pt_entry_t *pte, int cache_bits, int mask)
6855 {
6856         u_int opte, npte;
6857
6858         /*
6859          * The cache mode bits are all in the low 32-bits of the
6860          * PTE, so we can just spin on updating the low 32-bits.
6861          */
6862         do {
6863                 opte = *(u_int *)pte;
6864                 npte = opte & ~mask;
6865                 npte |= cache_bits;
6866         } while (npte != opte && !atomic_cmpset_int((u_int *)pte, opte, npte));
6867 }
6868
6869 /* Adjust the cache mode for a 2MB page mapped via a PDE. */
6870 static __inline void
6871 pmap_pde_attr(pd_entry_t *pde, int cache_bits, int mask)
6872 {
6873         u_int opde, npde;
6874
6875         /*
6876          * The cache mode bits are all in the low 32-bits of the
6877          * PDE, so we can just spin on updating the low 32-bits.
6878          */
6879         do {
6880                 opde = *(u_int *)pde;
6881                 npde = opde & ~mask;
6882                 npde |= cache_bits;
6883         } while (npde != opde && !atomic_cmpset_int((u_int *)pde, opde, npde));
6884 }
6885
6886 /*
6887  * Map a set of physical memory pages into the kernel virtual
6888  * address space. Return a pointer to where it is mapped. This
6889  * routine is intended to be used for mapping device memory,
6890  * NOT real memory.
6891  */
6892 void *
6893 pmap_mapdev_attr(vm_paddr_t pa, vm_size_t size, int mode)
6894 {
6895         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
6896         vm_offset_t va, offset;
6897         vm_size_t tmpsize;
6898         int i;
6899
6900         offset = pa & PAGE_MASK;
6901         size = round_page(offset + size);
6902         pa = trunc_page(pa);
6903
6904         if (!pmap_initialized) {
6905                 va = 0;
6906                 for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
6907                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
6908                         if (ppim->va == 0) {
6909                                 ppim->pa = pa;
6910                                 ppim->sz = size;
6911                                 ppim->mode = mode;
6912                                 ppim->va = virtual_avail;
6913                                 virtual_avail += size;
6914                                 va = ppim->va;
6915                                 break;
6916                         }
6917                 }
6918                 if (va == 0)
6919                         panic("%s: too many preinit mappings", __func__);
6920         } else {
6921                 /*
6922                  * If we have a preinit mapping, re-use it.
6923                  */
6924                 for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
6925                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
6926                         if (ppim->pa == pa && ppim->sz == size &&
6927                             ppim->mode == mode)
6928                                 return ((void *)(ppim->va + offset));
6929                 }
6930                 /*
6931                  * If the specified range of physical addresses fits within
6932                  * the direct map window, use the direct map.
6933                  */
6934                 if (pa < dmaplimit && pa + size < dmaplimit) {
6935                         va = PHYS_TO_DMAP(pa);
6936                         if (!pmap_change_attr(va, size, mode))
6937                                 return ((void *)(va + offset));
6938                 }
6939                 va = kva_alloc(size);
6940                 if (va == 0)
6941                         panic("%s: Couldn't allocate KVA", __func__);
6942         }
6943         for (tmpsize = 0; tmpsize < size; tmpsize += PAGE_SIZE)
6944                 pmap_kenter_attr(va + tmpsize, pa + tmpsize, mode);
6945         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, va, va + tmpsize);
6946         pmap_invalidate_cache_range(va, va + tmpsize, FALSE);
6947         return ((void *)(va + offset));
6948 }
6949
6950 void *
6951 pmap_mapdev(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
6952 {
6953
6954         return (pmap_mapdev_attr(pa, size, PAT_UNCACHEABLE));
6955 }
6956
6957 void *
6958 pmap_mapbios(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
6959 {
6960
6961         return (pmap_mapdev_attr(pa, size, PAT_WRITE_BACK));
6962 }
6963
6964 void
6965 pmap_unmapdev(vm_offset_t va, vm_size_t size)
6966 {
6967         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
6968         vm_offset_t offset;
6969         int i;
6970
6971         /* If we gave a direct map region in pmap_mapdev, do nothing */
6972         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS)
6973                 return;
6974         offset = va & PAGE_MASK;
6975         size = round_page(offset + size);
6976         va = trunc_page(va);
6977         for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
6978                 ppim = pmap_preinit_mapping + i;
6979                 if (ppim->va == va && ppim->sz == size) {
6980                         if (pmap_initialized)
6981                                 return;
6982                         ppim->pa = 0;
6983                         ppim->va = 0;
6984                         ppim->sz = 0;
6985                         ppim->mode = 0;
6986                         if (va + size == virtual_avail)
6987                                 virtual_avail = va;
6988                         return;
6989                 }
6990         }
6991         if (pmap_initialized)
6992                 kva_free(va, size);
6993 }
6994
6995 /*
6996  * Tries to demote a 1GB page mapping.
6997  */
6998 static boolean_t
6999 pmap_demote_pdpe(pmap_t pmap, pdp_entry_t *pdpe, vm_offset_t va)
7000 {
7001         pdp_entry_t newpdpe, oldpdpe;
7002         pd_entry_t *firstpde, newpde, *pde;
7003         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
7004         vm_paddr_t pdpgpa;
7005         vm_page_t pdpg;
7006
7007         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
7008         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7009         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7010         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7011
7012         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
7013         oldpdpe = *pdpe;
7014         KASSERT((oldpdpe & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V),
7015             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_PS and/or PG_V"));
7016         if ((pdpg = vm_page_alloc(NULL, va >> PDPSHIFT, VM_ALLOC_INTERRUPT |
7017             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED)) == NULL) {
7018                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pdpe: failure for va %#lx"
7019                     " in pmap %p", va, pmap);
7020                 return (FALSE);
7021         }
7022         pdpgpa = VM_PAGE_TO_PHYS(pdpg);
7023         firstpde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pdpgpa);
7024         newpdpe = pdpgpa | PG_M | PG_A | (oldpdpe & PG_U) | PG_RW | PG_V;
7025         KASSERT((oldpdpe & PG_A) != 0,
7026             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_A"));
7027         KASSERT((oldpdpe & (PG_M | PG_RW)) != PG_RW,
7028             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_M"));
7029         newpde = oldpdpe;
7030
7031         /*
7032          * Initialize the page directory page.
7033          */
7034         for (pde = firstpde; pde < firstpde + NPDEPG; pde++) {
7035                 *pde = newpde;
7036                 newpde += NBPDR;
7037         }
7038
7039         /*
7040          * Demote the mapping.
7041          */
7042         *pdpe = newpdpe;
7043
7044         /*
7045          * Invalidate a stale recursive mapping of the page directory page.
7046          */
7047         pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopde(va));
7048
7049         pmap_pdpe_demotions++;
7050         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pdpe: success for va %#lx"
7051             " in pmap %p", va, pmap);
7052         return (TRUE);
7053 }
7054
7055 /*
7056  * Sets the memory attribute for the specified page.
7057  */
7058 void
7059 pmap_page_set_memattr(vm_page_t m, vm_memattr_t ma)
7060 {
7061
7062         m->md.pat_mode = ma;
7063
7064         /*
7065          * If "m" is a normal page, update its direct mapping.  This update
7066          * can be relied upon to perform any cache operations that are
7067          * required for data coherence.
7068          */
7069         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
7070             pmap_change_attr(PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m)), PAGE_SIZE,
7071             m->md.pat_mode))
7072                 panic("memory attribute change on the direct map failed");
7073 }
7074
7075 /*
7076  * Changes the specified virtual address range's memory type to that given by
7077  * the parameter "mode".  The specified virtual address range must be
7078  * completely contained within either the direct map or the kernel map.  If
7079  * the virtual address range is contained within the kernel map, then the
7080  * memory type for each of the corresponding ranges of the direct map is also
7081  * changed.  (The corresponding ranges of the direct map are those ranges that
7082  * map the same physical pages as the specified virtual address range.)  These
7083  * changes to the direct map are necessary because Intel describes the
7084  * behavior of their processors as "undefined" if two or more mappings to the
7085  * same physical page have different memory types.
7086  *
7087  * Returns zero if the change completed successfully, and either EINVAL or
7088  * ENOMEM if the change failed.  Specifically, EINVAL is returned if some part
7089  * of the virtual address range was not mapped, and ENOMEM is returned if
7090  * there was insufficient memory available to complete the change.  In the
7091  * latter case, the memory type may have been changed on some part of the
7092  * virtual address range or the direct map.
7093  */
7094 int
7095 pmap_change_attr(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
7096 {
7097         int error;
7098
7099         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
7100         error = pmap_change_attr_locked(va, size, mode);
7101         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
7102         return (error);
7103 }
7104
7105 static int
7106 pmap_change_attr_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
7107 {
7108         vm_offset_t base, offset, tmpva;
7109         vm_paddr_t pa_start, pa_end, pa_end1;
7110         pdp_entry_t *pdpe;
7111         pd_entry_t *pde;
7112         pt_entry_t *pte;
7113         int cache_bits_pte, cache_bits_pde, error;
7114         boolean_t changed;
7115
7116         PMAP_LOCK_ASSERT(kernel_pmap, MA_OWNED);
7117         base = trunc_page(va);
7118         offset = va & PAGE_MASK;
7119         size = round_page(offset + size);
7120
7121         /*
7122          * Only supported on kernel virtual addresses, including the direct
7123          * map but excluding the recursive map.
7124          */
7125         if (base < DMAP_MIN_ADDRESS)
7126                 return (EINVAL);
7127
7128         cache_bits_pde = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, 1);
7129         cache_bits_pte = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, 0);
7130         changed = FALSE;
7131
7132         /*
7133          * Pages that aren't mapped aren't supported.  Also break down 2MB pages
7134          * into 4KB pages if required.
7135          */
7136         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
7137                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, tmpva);
7138                 if (pdpe == NULL || *pdpe == 0)
7139                         return (EINVAL);
7140                 if (*pdpe & PG_PS) {
7141                         /*
7142                          * If the current 1GB page already has the required
7143                          * memory type, then we need not demote this page. Just
7144                          * increment tmpva to the next 1GB page frame.
7145                          */
7146                         if ((*pdpe & X86_PG_PDE_CACHE) == cache_bits_pde) {
7147                                 tmpva = trunc_1gpage(tmpva) + NBPDP;
7148                                 continue;
7149                         }
7150
7151                         /*
7152                          * If the current offset aligns with a 1GB page frame
7153                          * and there is at least 1GB left within the range, then
7154                          * we need not break down this page into 2MB pages.
7155                          */
7156                         if ((tmpva & PDPMASK) == 0 &&
7157                             tmpva + PDPMASK < base + size) {
7158                                 tmpva += NBPDP;
7159                                 continue;
7160                         }
7161                         if (!pmap_demote_pdpe(kernel_pmap, pdpe, tmpva))
7162                                 return (ENOMEM);
7163                 }
7164                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, tmpva);
7165                 if (*pde == 0)
7166                         return (EINVAL);
7167                 if (*pde & PG_PS) {
7168                         /*
7169                          * If the current 2MB page already has the required
7170                          * memory type, then we need not demote this page. Just
7171                          * increment tmpva to the next 2MB page frame.
7172                          */
7173                         if ((*pde & X86_PG_PDE_CACHE) == cache_bits_pde) {
7174                                 tmpva = trunc_2mpage(tmpva) + NBPDR;
7175                                 continue;
7176                         }
7177
7178                         /*
7179                          * If the current offset aligns with a 2MB page frame
7180                          * and there is at least 2MB left within the range, then
7181                          * we need not break down this page into 4KB pages.
7182                          */
7183                         if ((tmpva & PDRMASK) == 0 &&
7184                             tmpva + PDRMASK < base + size) {
7185                                 tmpva += NBPDR;
7186                                 continue;
7187                         }
7188                         if (!pmap_demote_pde(kernel_pmap, pde, tmpva))
7189                                 return (ENOMEM);
7190                 }
7191                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, tmpva);
7192                 if (*pte == 0)
7193                         return (EINVAL);
7194                 tmpva += PAGE_SIZE;
7195         }
7196         error = 0;
7197
7198         /*
7199          * Ok, all the pages exist, so run through them updating their
7200          * cache mode if required.
7201          */
7202         pa_start = pa_end = 0;
7203         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
7204                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, tmpva);
7205                 if (*pdpe & PG_PS) {
7206                         if ((*pdpe & X86_PG_PDE_CACHE) != cache_bits_pde) {
7207                                 pmap_pde_attr(pdpe, cache_bits_pde,
7208                                     X86_PG_PDE_CACHE);
7209                                 changed = TRUE;
7210                         }
7211                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS &&
7212                             (*pdpe & PG_PS_FRAME) < dmaplimit) {
7213                                 if (pa_start == pa_end) {
7214                                         /* Start physical address run. */
7215                                         pa_start = *pdpe & PG_PS_FRAME;
7216                                         pa_end = pa_start + NBPDP;
7217                                 } else if (pa_end == (*pdpe & PG_PS_FRAME))
7218                                         pa_end += NBPDP;
7219                                 else {
7220                                         /* Run ended, update direct map. */
7221                                         error = pmap_change_attr_locked(
7222                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
7223                                             pa_end - pa_start, mode);
7224                                         if (error != 0)
7225                                                 break;
7226                                         /* Start physical address run. */
7227                                         pa_start = *pdpe & PG_PS_FRAME;
7228                                         pa_end = pa_start + NBPDP;
7229                                 }
7230                         }
7231                         tmpva = trunc_1gpage(tmpva) + NBPDP;
7232                         continue;
7233                 }
7234                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, tmpva);
7235                 if (*pde & PG_PS) {
7236                         if ((*pde & X86_PG_PDE_CACHE) != cache_bits_pde) {
7237                                 pmap_pde_attr(pde, cache_bits_pde,
7238                                     X86_PG_PDE_CACHE);
7239                                 changed = TRUE;
7240                         }
7241                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS &&
7242                             (*pde & PG_PS_FRAME) < dmaplimit) {
7243                                 if (pa_start == pa_end) {
7244                                         /* Start physical address run. */
7245                                         pa_start = *pde & PG_PS_FRAME;
7246                                         pa_end = pa_start + NBPDR;
7247                                 } else if (pa_end == (*pde & PG_PS_FRAME))
7248                                         pa_end += NBPDR;
7249                                 else {
7250                                         /* Run ended, update direct map. */
7251                                         error = pmap_change_attr_locked(
7252                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
7253                                             pa_end - pa_start, mode);
7254                                         if (error != 0)
7255                                                 break;
7256                                         /* Start physical address run. */
7257                                         pa_start = *pde & PG_PS_FRAME;
7258                                         pa_end = pa_start + NBPDR;
7259                                 }
7260                         }
7261                         tmpva = trunc_2mpage(tmpva) + NBPDR;
7262                 } else {
7263                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, tmpva);
7264                         if ((*pte & X86_PG_PTE_CACHE) != cache_bits_pte) {
7265                                 pmap_pte_attr(pte, cache_bits_pte,
7266                                     X86_PG_PTE_CACHE);
7267                                 changed = TRUE;
7268                         }
7269                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS &&
7270                             (*pte & PG_FRAME) < dmaplimit) {
7271                                 if (pa_start == pa_end) {
7272                                         /* Start physical address run. */
7273                                         pa_start = *pte & PG_FRAME;
7274                                         pa_end = pa_start + PAGE_SIZE;
7275                                 } else if (pa_end == (*pte & PG_FRAME))
7276                                         pa_end += PAGE_SIZE;
7277                                 else {
7278                                         /* Run ended, update direct map. */
7279                                         error = pmap_change_attr_locked(
7280                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
7281                                             pa_end - pa_start, mode);
7282                                         if (error != 0)
7283                                                 break;
7284                                         /* Start physical address run. */
7285                                         pa_start = *pte & PG_FRAME;
7286                                         pa_end = pa_start + PAGE_SIZE;
7287                                 }
7288                         }
7289                         tmpva += PAGE_SIZE;
7290                 }
7291         }
7292         if (error == 0 && pa_start != pa_end && pa_start < dmaplimit) {
7293                 pa_end1 = MIN(pa_end, dmaplimit);
7294                 if (pa_start != pa_end1)
7295                         error = pmap_change_attr_locked(PHYS_TO_DMAP(pa_start),
7296                             pa_end1 - pa_start, mode);
7297         }
7298
7299         /*
7300          * Flush CPU caches if required to make sure any data isn't cached that
7301          * shouldn't be, etc.
7302          */
7303         if (changed) {
7304                 pmap_invalidate_range(kernel_pmap, base, tmpva);
7305                 pmap_invalidate_cache_range(base, tmpva, FALSE);
7306         }
7307         return (error);
7308 }
7309
7310 /*
7311  * Demotes any mapping within the direct map region that covers more than the
7312  * specified range of physical addresses.  This range's size must be a power
7313  * of two and its starting address must be a multiple of its size.  Since the
7314  * demotion does not change any attributes of the mapping, a TLB invalidation
7315  * is not mandatory.  The caller may, however, request a TLB invalidation.
7316  */
7317 void
7318 pmap_demote_DMAP(vm_paddr_t base, vm_size_t len, boolean_t invalidate)
7319 {
7320         pdp_entry_t *pdpe;
7321         pd_entry_t *pde;
7322         vm_offset_t va;
7323         boolean_t changed;
7324
7325         if (len == 0)
7326                 return;
7327         KASSERT(powerof2(len), ("pmap_demote_DMAP: len is not a power of 2"));
7328         KASSERT((base & (len - 1)) == 0,
7329             ("pmap_demote_DMAP: base is not a multiple of len"));
7330         if (len < NBPDP && base < dmaplimit) {
7331                 va = PHYS_TO_DMAP(base);
7332                 changed = FALSE;
7333                 PMAP_LOCK(kernel_pmap);
7334                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, va);
7335                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0)
7336                         panic("pmap_demote_DMAP: invalid PDPE");
7337                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0) {
7338                         if (!pmap_demote_pdpe(kernel_pmap, pdpe, va))
7339                                 panic("pmap_demote_DMAP: PDPE failed");
7340                         changed = TRUE;
7341                 }
7342                 if (len < NBPDR) {
7343                         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
7344                         if ((*pde & X86_PG_V) == 0)
7345                                 panic("pmap_demote_DMAP: invalid PDE");
7346                         if ((*pde & PG_PS) != 0) {
7347                                 if (!pmap_demote_pde(kernel_pmap, pde, va))
7348                                         panic("pmap_demote_DMAP: PDE failed");
7349                                 changed = TRUE;
7350                         }
7351                 }
7352                 if (changed && invalidate)
7353                         pmap_invalidate_page(kernel_pmap, va);
7354                 PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
7355         }
7356 }
7357
7358 /*
7359  * perform the pmap work for mincore
7360  */
7361 int
7362 pmap_mincore(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_paddr_t *locked_pa)
7363 {
7364         pd_entry_t *pdep;
7365         pt_entry_t pte, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
7366         vm_paddr_t pa;
7367         int val;
7368
7369         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
7370         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7371         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7372         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7373
7374         PMAP_LOCK(pmap);
7375 retry:
7376         pdep = pmap_pde(pmap, addr);
7377         if (pdep != NULL && (*pdep & PG_V)) {
7378                 if (*pdep & PG_PS) {
7379                         pte = *pdep;
7380                         /* Compute the physical address of the 4KB page. */
7381                         pa = ((*pdep & PG_PS_FRAME) | (addr & PDRMASK)) &
7382                             PG_FRAME;
7383                         val = MINCORE_SUPER;
7384                 } else {
7385                         pte = *pmap_pde_to_pte(pdep, addr);
7386                         pa = pte & PG_FRAME;
7387                         val = 0;
7388                 }
7389         } else {
7390                 pte = 0;
7391                 pa = 0;
7392                 val = 0;
7393         }
7394         if ((pte & PG_V) != 0) {
7395                 val |= MINCORE_INCORE;
7396                 if ((pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
7397                         val |= MINCORE_MODIFIED | MINCORE_MODIFIED_OTHER;
7398                 if ((pte & PG_A) != 0)
7399                         val |= MINCORE_REFERENCED | MINCORE_REFERENCED_OTHER;
7400         }
7401         if ((val & (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER)) !=
7402             (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER) &&
7403             (pte & (PG_MANAGED | PG_V)) == (PG_MANAGED | PG_V)) {
7404                 /* Ensure that "PHYS_TO_VM_PAGE(pa)->object" doesn't change. */
7405                 if (vm_page_pa_tryrelock(pmap, pa, locked_pa))
7406                         goto retry;
7407         } else
7408                 PA_UNLOCK_COND(*locked_pa);
7409         PMAP_UNLOCK(pmap);
7410         return (val);
7411 }
7412
7413 static uint64_t
7414 pmap_pcid_alloc(pmap_t pmap, u_int cpuid)
7415 {
7416         uint32_t gen, new_gen, pcid_next;
7417
7418         CRITICAL_ASSERT(curthread);
7419         gen = PCPU_GET(pcid_gen);
7420         if (pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid == PMAP_PCID_KERN)
7421                 return (pti ? 0 : CR3_PCID_SAVE);
7422         if (pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen == gen)
7423                 return (CR3_PCID_SAVE);
7424         pcid_next = PCPU_GET(pcid_next);
7425         KASSERT((!pti && pcid_next <= PMAP_PCID_OVERMAX) ||
7426             (pti && pcid_next <= PMAP_PCID_OVERMAX_KERN),
7427             ("cpu %d pcid_next %#x", cpuid, pcid_next));
7428         if ((!pti && pcid_next == PMAP_PCID_OVERMAX) ||
7429             (pti && pcid_next == PMAP_PCID_OVERMAX_KERN)) {
7430                 new_gen = gen + 1;
7431                 if (new_gen == 0)
7432                         new_gen = 1;
7433                 PCPU_SET(pcid_gen, new_gen);
7434                 pcid_next = PMAP_PCID_KERN + 1;
7435         } else {
7436                 new_gen = gen;
7437         }
7438         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid = pcid_next;
7439         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = new_gen;
7440         PCPU_SET(pcid_next, pcid_next + 1);
7441         return (0);
7442 }
7443
7444 void
7445 pmap_activate_sw(struct thread *td)
7446 {
7447         pmap_t oldpmap, pmap;
7448         struct invpcid_descr d;
7449         uint64_t cached, cr3, kcr3, kern_pti_cached, rsp0, ucr3;
7450         register_t rflags;
7451         u_int cpuid;
7452         struct amd64tss *tssp;
7453
7454         rflags = 0;
7455         oldpmap = PCPU_GET(curpmap);
7456         pmap = vmspace_pmap(td->td_proc->p_vmspace);
7457         if (oldpmap == pmap)
7458                 return;
7459         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
7460 #ifdef SMP
7461         CPU_SET_ATOMIC(cpuid, &pmap->pm_active);
7462 #else
7463         CPU_SET(cpuid, &pmap->pm_active);
7464 #endif
7465         cr3 = rcr3();
7466         if (pmap_pcid_enabled) {
7467                 cached = pmap_pcid_alloc(pmap, cpuid);
7468                 KASSERT(pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid >= 0 &&
7469                     pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid < PMAP_PCID_OVERMAX,
7470                     ("pmap %p cpu %d pcid %#x", pmap, cpuid,
7471                     pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid));
7472                 KASSERT(pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid != PMAP_PCID_KERN ||
7473                     pmap == kernel_pmap,
7474                     ("non-kernel pmap thread %p pmap %p cpu %d pcid %#x",
7475                     td, pmap, cpuid, pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid));
7476
7477                 /*
7478                  * If the INVPCID instruction is not available,
7479                  * invltlb_pcid_handler() is used for handle
7480                  * invalidate_all IPI, which checks for curpmap ==
7481                  * smp_tlb_pmap.  Below operations sequence has a
7482                  * window where %CR3 is loaded with the new pmap's
7483                  * PML4 address, but curpmap value is not yet updated.
7484                  * This causes invltlb IPI handler, called between the
7485                  * updates, to execute as NOP, which leaves stale TLB
7486                  * entries.
7487                  *
7488                  * Note that the most typical use of
7489                  * pmap_activate_sw(), from the context switch, is
7490                  * immune to this race, because interrupts are
7491                  * disabled (while the thread lock is owned), and IPI
7492                  * happens after curpmap is updated.  Protect other
7493                  * callers in a similar way, by disabling interrupts
7494                  * around the %cr3 register reload and curpmap
7495                  * assignment.
7496                  */
7497                 if (!invpcid_works)
7498                         rflags = intr_disable();
7499
7500                 kern_pti_cached = pti ? 0 : cached;
7501                 if (!kern_pti_cached || (cr3 & ~CR3_PCID_MASK) != pmap->pm_cr3) {
7502                         load_cr3(pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid |
7503                             kern_pti_cached);
7504                 }
7505                 PCPU_SET(curpmap, pmap);
7506                 if (pti) {
7507                         kcr3 = pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
7508                         ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid |
7509                             PMAP_PCID_USER_PT;
7510
7511                         if (!cached && pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
7512                                 /*
7513                                  * Manually invalidate translations cached
7514                                  * from the user page table.  They are not
7515                                  * flushed by reload of cr3 with the kernel
7516                                  * page table pointer above.
7517                                  */
7518                                 if (invpcid_works) {
7519                                         d.pcid = PMAP_PCID_USER_PT |
7520                                             pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
7521                                         d.pad = 0;
7522                                         d.addr = 0;
7523                                         invpcid(&d, INVPCID_CTX);
7524                                 } else {
7525                                         pmap_pti_pcid_invalidate(ucr3, kcr3);
7526                                 }
7527                         }
7528
7529                         PCPU_SET(kcr3, kcr3 | CR3_PCID_SAVE);
7530                         PCPU_SET(ucr3, ucr3 | CR3_PCID_SAVE);
7531                 }
7532                 if (!invpcid_works)
7533                         intr_restore(rflags);
7534                 if (cached)
7535                         PCPU_INC(pm_save_cnt);
7536         } else {
7537                 load_cr3(pmap->pm_cr3);
7538                 PCPU_SET(curpmap, pmap);
7539                 if (pti) {
7540                         PCPU_SET(kcr3, pmap->pm_cr3);
7541                         PCPU_SET(ucr3, pmap->pm_ucr3);
7542                 }
7543         }
7544         if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
7545                 rsp0 = ((vm_offset_t)PCPU_PTR(pti_stack) +
7546                     PC_PTI_STACK_SZ * sizeof(uint64_t)) & ~0xful;
7547                 tssp = PCPU_GET(tssp);
7548                 tssp->tss_rsp0 = rsp0;
7549         }
7550 #ifdef SMP
7551         CPU_CLR_ATOMIC(cpuid, &oldpmap->pm_active);
7552 #else
7553         CPU_CLR(cpuid, &oldpmap->pm_active);
7554 #endif
7555 }
7556
7557 void
7558 pmap_activate(struct thread *td)
7559 {
7560
7561         critical_enter();
7562         pmap_activate_sw(td);
7563         critical_exit();
7564 }
7565
7566 void
7567 pmap_activate_boot(pmap_t pmap)
7568 {
7569         uint64_t kcr3;
7570         u_int cpuid;
7571
7572         /*
7573          * kernel_pmap must be never deactivated, and we ensure that
7574          * by never activating it at all.
7575          */
7576         MPASS(pmap != kernel_pmap);
7577
7578         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
7579 #ifdef SMP
7580         CPU_SET_ATOMIC(cpuid, &pmap->pm_active);
7581 #else
7582         CPU_SET(cpuid, &pmap->pm_active);
7583 #endif
7584         PCPU_SET(curpmap, pmap);
7585         if (pti) {
7586                 kcr3 = pmap->pm_cr3;
7587                 if (pmap_pcid_enabled)
7588                         kcr3 |= pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid | CR3_PCID_SAVE;
7589         } else {
7590                 kcr3 = PMAP_NO_CR3;
7591         }
7592         PCPU_SET(kcr3, kcr3);
7593         PCPU_SET(ucr3, PMAP_NO_CR3);
7594 }
7595
7596 void
7597 pmap_sync_icache(pmap_t pm, vm_offset_t va, vm_size_t sz)
7598 {
7599 }
7600
7601 /*
7602  *      Increase the starting virtual address of the given mapping if a
7603  *      different alignment might result in more superpage mappings.
7604  */
7605 void
7606 pmap_align_superpage(vm_object_t object, vm_ooffset_t offset,
7607     vm_offset_t *addr, vm_size_t size)
7608 {
7609         vm_offset_t superpage_offset;
7610
7611         if (size < NBPDR)
7612                 return;
7613         if (object != NULL && (object->flags & OBJ_COLORED) != 0)
7614                 offset += ptoa(object->pg_color);
7615         superpage_offset = offset & PDRMASK;
7616         if (size - ((NBPDR - superpage_offset) & PDRMASK) < NBPDR ||
7617             (*addr & PDRMASK) == superpage_offset)
7618                 return;
7619         if ((*addr & PDRMASK) < superpage_offset)
7620                 *addr = (*addr & ~PDRMASK) + superpage_offset;
7621         else
7622                 *addr = ((*addr + PDRMASK) & ~PDRMASK) + superpage_offset;
7623 }
7624
7625 #ifdef INVARIANTS
7626 static unsigned long num_dirty_emulations;
7627 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_dirty_emulations, CTLFLAG_RW,
7628              &num_dirty_emulations, 0, NULL);
7629
7630 static unsigned long num_accessed_emulations;
7631 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_accessed_emulations, CTLFLAG_RW,
7632              &num_accessed_emulations, 0, NULL);
7633
7634 static unsigned long num_superpage_accessed_emulations;
7635 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_superpage_accessed_emulations, CTLFLAG_RW,
7636              &num_superpage_accessed_emulations, 0, NULL);
7637
7638 static unsigned long ad_emulation_superpage_promotions;
7639 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, ad_emulation_superpage_promotions, CTLFLAG_RW,
7640              &ad_emulation_superpage_promotions, 0, NULL);
7641 #endif  /* INVARIANTS */
7642
7643 int
7644 pmap_emulate_accessed_dirty(pmap_t pmap, vm_offset_t va, int ftype)
7645 {
7646         int rv;
7647         struct rwlock *lock;
7648 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
7649         vm_page_t m, mpte;
7650 #endif
7651         pd_entry_t *pde;
7652         pt_entry_t *pte, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
7653
7654         KASSERT(ftype == VM_PROT_READ || ftype == VM_PROT_WRITE,
7655             ("pmap_emulate_accessed_dirty: invalid fault type %d", ftype));
7656
7657         if (!pmap_emulate_ad_bits(pmap))
7658                 return (-1);
7659
7660         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
7661         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7662         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7663         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7664
7665         rv = -1;
7666         lock = NULL;
7667         PMAP_LOCK(pmap);
7668
7669         pde = pmap_pde(pmap, va);
7670         if (pde == NULL || (*pde & PG_V) == 0)
7671                 goto done;
7672
7673         if ((*pde & PG_PS) != 0) {
7674                 if (ftype == VM_PROT_READ) {
7675 #ifdef INVARIANTS
7676                         atomic_add_long(&num_superpage_accessed_emulations, 1);
7677 #endif
7678                         *pde |= PG_A;
7679                         rv = 0;
7680                 }
7681                 goto done;
7682         }
7683
7684         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
7685         if ((*pte & PG_V) == 0)
7686                 goto done;
7687
7688         if (ftype == VM_PROT_WRITE) {
7689                 if ((*pte & PG_RW) == 0)
7690                         goto done;
7691                 /*
7692                  * Set the modified and accessed bits simultaneously.
7693                  *
7694                  * Intel EPT PTEs that do software emulation of A/D bits map
7695                  * PG_A and PG_M to EPT_PG_READ and EPT_PG_WRITE respectively.
7696                  * An EPT misconfiguration is triggered if the PTE is writable
7697                  * but not readable (WR=10). This is avoided by setting PG_A
7698                  * and PG_M simultaneously.
7699                  */
7700                 *pte |= PG_M | PG_A;
7701         } else {
7702                 *pte |= PG_A;
7703         }
7704
7705 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
7706         /* try to promote the mapping */
7707         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
7708                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
7709         else
7710                 mpte = NULL;
7711
7712         m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pte & PG_FRAME);
7713
7714         if ((mpte == NULL || mpte->wire_count == NPTEPG) &&
7715             pmap_ps_enabled(pmap) &&
7716             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
7717             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0) {
7718                 pmap_promote_pde(pmap, pde, va, &lock);
7719 #ifdef INVARIANTS
7720                 atomic_add_long(&ad_emulation_superpage_promotions, 1);
7721 #endif
7722         }
7723 #endif
7724
7725 #ifdef INVARIANTS
7726         if (ftype == VM_PROT_WRITE)
7727                 atomic_add_long(&num_dirty_emulations, 1);
7728         else
7729                 atomic_add_long(&num_accessed_emulations, 1);
7730 #endif
7731         rv = 0;         /* success */
7732 done:
7733         if (lock != NULL)
7734                 rw_wunlock(lock);
7735         PMAP_UNLOCK(pmap);
7736         return (rv);
7737 }
7738
7739 void
7740 pmap_get_mapping(pmap_t pmap, vm_offset_t va, uint64_t *ptr, int *num)
7741 {
7742         pml4_entry_t *pml4;
7743         pdp_entry_t *pdp;
7744         pd_entry_t *pde;
7745         pt_entry_t *pte, PG_V;
7746         int idx;
7747
7748         idx = 0;
7749         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7750         PMAP_LOCK(pmap);
7751
7752         pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
7753         ptr[idx++] = *pml4;
7754         if ((*pml4 & PG_V) == 0)
7755                 goto done;
7756
7757         pdp = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4, va);
7758         ptr[idx++] = *pdp;
7759         if ((*pdp & PG_V) == 0 || (*pdp & PG_PS) != 0)
7760                 goto done;
7761
7762         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdp, va);
7763         ptr[idx++] = *pde;
7764         if ((*pde & PG_V) == 0 || (*pde & PG_PS) != 0)
7765                 goto done;
7766
7767         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
7768         ptr[idx++] = *pte;
7769
7770 done:
7771         PMAP_UNLOCK(pmap);
7772         *num = idx;
7773 }
7774
7775 /**
7776  * Get the kernel virtual address of a set of physical pages. If there are
7777  * physical addresses not covered by the DMAP perform a transient mapping
7778  * that will be removed when calling pmap_unmap_io_transient.
7779  *
7780  * \param page        The pages the caller wishes to obtain the virtual
7781  *                    address on the kernel memory map.
7782  * \param vaddr       On return contains the kernel virtual memory address
7783  *                    of the pages passed in the page parameter.
7784  * \param count       Number of pages passed in.
7785  * \param can_fault   TRUE if the thread using the mapped pages can take
7786  *                    page faults, FALSE otherwise.
7787  *
7788  * \returns TRUE if the caller must call pmap_unmap_io_transient when
7789  *          finished or FALSE otherwise.
7790  *
7791  */
7792 boolean_t
7793 pmap_map_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
7794     boolean_t can_fault)
7795 {
7796         vm_paddr_t paddr;
7797         boolean_t needs_mapping;
7798         pt_entry_t *pte;
7799         int cache_bits, error __unused, i;
7800
7801         /*
7802          * Allocate any KVA space that we need, this is done in a separate
7803          * loop to prevent calling vmem_alloc while pinned.
7804          */
7805         needs_mapping = FALSE;
7806         for (i = 0; i < count; i++) {
7807                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
7808                 if (__predict_false(paddr >= dmaplimit)) {
7809                         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE,
7810                             M_BESTFIT | M_WAITOK, &vaddr[i]);
7811                         KASSERT(error == 0, ("vmem_alloc failed: %d", error));
7812                         needs_mapping = TRUE;
7813                 } else {
7814                         vaddr[i] = PHYS_TO_DMAP(paddr);
7815                 }
7816         }
7817
7818         /* Exit early if everything is covered by the DMAP */
7819         if (!needs_mapping)
7820                 return (FALSE);
7821
7822         /*
7823          * NB:  The sequence of updating a page table followed by accesses
7824          * to the corresponding pages used in the !DMAP case is subject to
7825          * the situation described in the "AMD64 Architecture Programmer's
7826          * Manual Volume 2: System Programming" rev. 3.23, "7.3.1 Special
7827          * Coherency Considerations".  Therefore, issuing the INVLPG right
7828          * after modifying the PTE bits is crucial.
7829          */
7830         if (!can_fault)
7831                 sched_pin();
7832         for (i = 0; i < count; i++) {
7833                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
7834                 if (paddr >= dmaplimit) {
7835                         if (can_fault) {
7836                                 /*
7837                                  * Slow path, since we can get page faults
7838                                  * while mappings are active don't pin the
7839                                  * thread to the CPU and instead add a global
7840                                  * mapping visible to all CPUs.
7841                                  */
7842                                 pmap_qenter(vaddr[i], &page[i], 1);
7843                         } else {
7844                                 pte = vtopte(vaddr[i]);
7845                                 cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap,
7846                                     page[i]->md.pat_mode, 0);
7847                                 pte_store(pte, paddr | X86_PG_RW | X86_PG_V |
7848                                     cache_bits);
7849                                 invlpg(vaddr[i]);
7850                         }
7851                 }
7852         }
7853
7854         return (needs_mapping);
7855 }
7856
7857 void
7858 pmap_unmap_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
7859     boolean_t can_fault)
7860 {
7861         vm_paddr_t paddr;
7862         int i;
7863
7864         if (!can_fault)
7865                 sched_unpin();
7866         for (i = 0; i < count; i++) {
7867                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
7868                 if (paddr >= dmaplimit) {
7869                         if (can_fault)
7870                                 pmap_qremove(vaddr[i], 1);
7871                         vmem_free(kernel_arena, vaddr[i], PAGE_SIZE);
7872                 }
7873         }
7874 }
7875
7876 vm_offset_t
7877 pmap_quick_enter_page(vm_page_t m)
7878 {
7879         vm_paddr_t paddr;
7880
7881         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
7882         if (paddr < dmaplimit)
7883                 return (PHYS_TO_DMAP(paddr));
7884         mtx_lock_spin(&qframe_mtx);
7885         KASSERT(*vtopte(qframe) == 0, ("qframe busy"));
7886         pte_store(vtopte(qframe), paddr | X86_PG_RW | X86_PG_V | X86_PG_A |
7887             X86_PG_M | pmap_cache_bits(kernel_pmap, m->md.pat_mode, 0));
7888         return (qframe);
7889 }
7890
7891 void
7892 pmap_quick_remove_page(vm_offset_t addr)
7893 {
7894
7895         if (addr != qframe)
7896                 return;
7897         pte_store(vtopte(qframe), 0);
7898         invlpg(qframe);
7899         mtx_unlock_spin(&qframe_mtx);
7900 }
7901
7902 static vm_page_t
7903 pmap_pti_alloc_page(void)
7904 {
7905         vm_page_t m;
7906
7907         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
7908         m = vm_page_grab(pti_obj, pti_pg_idx++, VM_ALLOC_NOBUSY |
7909             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
7910         return (m);
7911 }
7912
7913 static bool
7914 pmap_pti_free_page(vm_page_t m)
7915 {
7916
7917         KASSERT(m->wire_count > 0, ("page %p not wired", m));
7918         if (!vm_page_unwire_noq(m))
7919                 return (false);
7920         vm_page_free_zero(m);
7921         return (true);
7922 }
7923
7924 static void
7925 pmap_pti_init(void)
7926 {
7927         vm_page_t pml4_pg;
7928         pdp_entry_t *pdpe;
7929         vm_offset_t va;
7930         int i;
7931
7932         if (!pti)
7933                 return;
7934         pti_obj = vm_pager_allocate(OBJT_PHYS, NULL, 0, VM_PROT_ALL, 0, NULL);
7935         VM_OBJECT_WLOCK(pti_obj);
7936         pml4_pg = pmap_pti_alloc_page();
7937         pti_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml4_pg));
7938         for (va = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS; va <= VM_MAX_KERNEL_ADDRESS &&
7939             va >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS && va > NBPML4; va += NBPML4) {
7940                 pdpe = pmap_pti_pdpe(va);
7941                 pmap_pti_wire_pte(pdpe);
7942         }
7943         pmap_pti_add_kva_locked((vm_offset_t)&__pcpu[0],
7944             (vm_offset_t)&__pcpu[0] + sizeof(__pcpu[0]) * MAXCPU, false);
7945         pmap_pti_add_kva_locked((vm_offset_t)gdt, (vm_offset_t)gdt +
7946             sizeof(struct user_segment_descriptor) * NGDT * MAXCPU, false);
7947         pmap_pti_add_kva_locked((vm_offset_t)idt, (vm_offset_t)idt +
7948             sizeof(struct gate_descriptor) * NIDT, false);
7949         pmap_pti_add_kva_locked((vm_offset_t)common_tss,
7950             (vm_offset_t)common_tss + sizeof(struct amd64tss) * MAXCPU, false);
7951         CPU_FOREACH(i) {
7952                 /* Doublefault stack IST 1 */
7953                 va = common_tss[i].tss_ist1;
7954                 pmap_pti_add_kva_locked(va - PAGE_SIZE, va, false);
7955                 /* NMI stack IST 2 */
7956                 va = common_tss[i].tss_ist2 + sizeof(struct nmi_pcpu);
7957                 pmap_pti_add_kva_locked(va - PAGE_SIZE, va, false);
7958                 /* MC# stack IST 3 */
7959                 va = common_tss[i].tss_ist3 + sizeof(struct nmi_pcpu);
7960                 pmap_pti_add_kva_locked(va - PAGE_SIZE, va, false);
7961                 /* DB# stack IST 4 */
7962                 va = common_tss[i].tss_ist4 + sizeof(struct nmi_pcpu);
7963                 pmap_pti_add_kva_locked(va - PAGE_SIZE, va, false);
7964         }
7965         pmap_pti_add_kva_locked((vm_offset_t)kernphys + KERNBASE,
7966             (vm_offset_t)etext, true);
7967         pti_finalized = true;
7968         VM_OBJECT_WUNLOCK(pti_obj);
7969 }
7970 SYSINIT(pmap_pti, SI_SUB_CPU + 1, SI_ORDER_ANY, pmap_pti_init, NULL);
7971
7972 static pdp_entry_t *
7973 pmap_pti_pdpe(vm_offset_t va)
7974 {
7975         pml4_entry_t *pml4e;
7976         pdp_entry_t *pdpe;
7977         vm_page_t m;
7978         vm_pindex_t pml4_idx;
7979         vm_paddr_t mphys;
7980
7981         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
7982
7983         pml4_idx = pmap_pml4e_index(va);
7984         pml4e = &pti_pml4[pml4_idx];
7985         m = NULL;
7986         if (*pml4e == 0) {
7987                 if (pti_finalized)
7988                         panic("pml4 alloc after finalization\n");
7989                 m = pmap_pti_alloc_page();
7990                 if (*pml4e != 0) {
7991                         pmap_pti_free_page(m);
7992                         mphys = *pml4e & ~PAGE_MASK;
7993                 } else {
7994                         mphys = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
7995                         *pml4e = mphys | X86_PG_RW | X86_PG_V;
7996                 }
7997         } else {
7998                 mphys = *pml4e & ~PAGE_MASK;
7999         }
8000         pdpe = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys) + pmap_pdpe_index(va);
8001         return (pdpe);
8002 }
8003
8004 static void
8005 pmap_pti_wire_pte(void *pte)
8006 {
8007         vm_page_t m;
8008
8009         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
8010         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pte));
8011         m->wire_count++;
8012 }
8013
8014 static void
8015 pmap_pti_unwire_pde(void *pde, bool only_ref)
8016 {
8017         vm_page_t m;
8018
8019         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
8020         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pde));
8021         MPASS(m->wire_count > 0);
8022         MPASS(only_ref || m->wire_count > 1);
8023         pmap_pti_free_page(m);
8024 }
8025
8026 static void
8027 pmap_pti_unwire_pte(void *pte, vm_offset_t va)
8028 {
8029         vm_page_t m;
8030         pd_entry_t *pde;
8031
8032         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
8033         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pte));
8034         MPASS(m->wire_count > 0);
8035         if (pmap_pti_free_page(m)) {
8036                 pde = pmap_pti_pde(va);
8037                 MPASS((*pde & (X86_PG_PS | X86_PG_V)) == X86_PG_V);
8038                 *pde = 0;
8039                 pmap_pti_unwire_pde(pde, false);
8040         }
8041 }
8042
8043 static pd_entry_t *
8044 pmap_pti_pde(vm_offset_t va)
8045 {
8046         pdp_entry_t *pdpe;
8047         pd_entry_t *pde;
8048         vm_page_t m;
8049         vm_pindex_t pd_idx;
8050         vm_paddr_t mphys;
8051
8052         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
8053
8054         pdpe = pmap_pti_pdpe(va);
8055         if (*pdpe == 0) {
8056                 m = pmap_pti_alloc_page();
8057                 if (*pdpe != 0) {
8058                         pmap_pti_free_page(m);
8059                         MPASS((*pdpe & X86_PG_PS) == 0);
8060                         mphys = *pdpe & ~PAGE_MASK;
8061                 } else {
8062                         mphys =  VM_PAGE_TO_PHYS(m);
8063                         *pdpe = mphys | X86_PG_RW | X86_PG_V;
8064                 }
8065         } else {
8066                 MPASS((*pdpe & X86_PG_PS) == 0);
8067                 mphys = *pdpe & ~PAGE_MASK;
8068         }
8069
8070         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys);
8071         pd_idx = pmap_pde_index(va);
8072         pde += pd_idx;
8073         return (pde);
8074 }
8075
8076 static pt_entry_t *
8077 pmap_pti_pte(vm_offset_t va, bool *unwire_pde)
8078 {
8079         pd_entry_t *pde;
8080         pt_entry_t *pte;
8081         vm_page_t m;
8082         vm_paddr_t mphys;
8083
8084         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
8085
8086         pde = pmap_pti_pde(va);
8087         if (unwire_pde != NULL) {
8088                 *unwire_pde = true;
8089                 pmap_pti_wire_pte(pde);
8090         }
8091         if (*pde == 0) {
8092                 m = pmap_pti_alloc_page();
8093                 if (*pde != 0) {
8094                         pmap_pti_free_page(m);
8095                         MPASS((*pde & X86_PG_PS) == 0);
8096                         mphys = *pde & ~(PAGE_MASK | pg_nx);
8097                 } else {
8098                         mphys = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
8099                         *pde = mphys | X86_PG_RW | X86_PG_V;
8100                         if (unwire_pde != NULL)
8101                                 *unwire_pde = false;
8102                 }
8103         } else {
8104                 MPASS((*pde & X86_PG_PS) == 0);
8105                 mphys = *pde & ~(PAGE_MASK | pg_nx);
8106         }
8107
8108         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys);
8109         pte += pmap_pte_index(va);
8110
8111         return (pte);
8112 }
8113
8114 static void
8115 pmap_pti_add_kva_locked(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, bool exec)
8116 {
8117         vm_paddr_t pa;
8118         pd_entry_t *pde;
8119         pt_entry_t *pte, ptev;
8120         bool unwire_pde;
8121
8122         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
8123
8124         sva = trunc_page(sva);
8125         MPASS(sva > VM_MAXUSER_ADDRESS);
8126         eva = round_page(eva);
8127         MPASS(sva < eva);
8128         for (; sva < eva; sva += PAGE_SIZE) {
8129                 pte = pmap_pti_pte(sva, &unwire_pde);
8130                 pa = pmap_kextract(sva);
8131                 ptev = pa | X86_PG_RW | X86_PG_V | X86_PG_A | X86_PG_G |
8132                     (exec ? 0 : pg_nx) | pmap_cache_bits(kernel_pmap,
8133                     VM_MEMATTR_DEFAULT, FALSE);
8134                 if (*pte == 0) {
8135                         pte_store(pte, ptev);
8136                         pmap_pti_wire_pte(pte);
8137                 } else {
8138                         KASSERT(!pti_finalized,
8139                             ("pti overlap after fin %#lx %#lx %#lx",
8140                             sva, *pte, ptev));
8141                         KASSERT(*pte == ptev,
8142                             ("pti non-identical pte after fin %#lx %#lx %#lx",
8143                             sva, *pte, ptev));
8144                 }
8145                 if (unwire_pde) {
8146                         pde = pmap_pti_pde(sva);
8147                         pmap_pti_unwire_pde(pde, true);
8148                 }
8149         }
8150 }
8151
8152 void
8153 pmap_pti_add_kva(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, bool exec)
8154 {
8155
8156         if (!pti)
8157                 return;
8158         VM_OBJECT_WLOCK(pti_obj);
8159         pmap_pti_add_kva_locked(sva, eva, exec);
8160         VM_OBJECT_WUNLOCK(pti_obj);
8161 }
8162
8163 void
8164 pmap_pti_remove_kva(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
8165 {
8166         pt_entry_t *pte;
8167         vm_offset_t va;
8168
8169         if (!pti)
8170                 return;
8171         sva = rounddown2(sva, PAGE_SIZE);
8172         MPASS(sva > VM_MAXUSER_ADDRESS);
8173         eva = roundup2(eva, PAGE_SIZE);
8174         MPASS(sva < eva);
8175         VM_OBJECT_WLOCK(pti_obj);
8176         for (va = sva; va < eva; va += PAGE_SIZE) {
8177                 pte = pmap_pti_pte(va, NULL);
8178                 KASSERT((*pte & X86_PG_V) != 0,
8179                     ("invalid pte va %#lx pte %#lx pt %#lx", va,
8180                     (u_long)pte, *pte));
8181                 pte_clear(pte);
8182                 pmap_pti_unwire_pte(pte, va);
8183         }
8184         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, eva);
8185         VM_OBJECT_WUNLOCK(pti_obj);
8186 }
8187
8188 #include "opt_ddb.h"
8189 #ifdef DDB
8190 #include <sys/kdb.h>
8191 #include <ddb/ddb.h>
8192
8193 DB_SHOW_COMMAND(pte, pmap_print_pte)
8194 {
8195         pmap_t pmap;
8196         pml4_entry_t *pml4;
8197         pdp_entry_t *pdp;
8198         pd_entry_t *pde;
8199         pt_entry_t *pte, PG_V;
8200         vm_offset_t va;
8201
8202         if (!have_addr) {
8203                 db_printf("show pte addr\n");
8204                 return;
8205         }
8206         va = (vm_offset_t)addr;
8207
8208         if (kdb_thread != NULL)
8209                 pmap = vmspace_pmap(kdb_thread->td_proc->p_vmspace);
8210         else
8211                 pmap = PCPU_GET(curpmap);
8212
8213         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
8214         pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
8215         db_printf("VA %#016lx pml4e %#016lx", va, *pml4);
8216         if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
8217                 db_printf("\n");
8218                 return;
8219         }
8220         pdp = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4, va);
8221         db_printf(" pdpe %#016lx", *pdp);
8222         if ((*pdp & PG_V) == 0 || (*pdp & PG_PS) != 0) {
8223                 db_printf("\n");
8224                 return;
8225         }
8226         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdp, va);
8227         db_printf(" pde %#016lx", *pde);
8228         if ((*pde & PG_V) == 0 || (*pde & PG_PS) != 0) {
8229                 db_printf("\n");
8230                 return;
8231         }
8232         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
8233         db_printf(" pte %#016lx\n", *pte);
8234 }
8235
8236 DB_SHOW_COMMAND(phys2dmap, pmap_phys2dmap)
8237 {
8238         vm_paddr_t a;
8239
8240         if (have_addr) {
8241                 a = (vm_paddr_t)addr;
8242                 db_printf("0x%jx\n", (uintmax_t)PHYS_TO_DMAP(a));
8243         } else {
8244                 db_printf("show phys2dmap addr\n");
8245         }
8246 }
8247 #endif